張曉燕

商洛學(xué)院計算機(jī)科學(xué)系 陜西 726000

0 引言

隨著計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和跨國經(jīng)營的快速發(fā)展，企業(yè)間的協(xié)作越來越緊密，集成與協(xié)同已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)信息化發(fā)展的主旋律。這種集成與協(xié)作不僅包含企業(yè)內(nèi)各部門的繼承與協(xié)同，還包含了企業(yè)與企業(yè)之間的集成與協(xié)同，這個協(xié)同過程不僅包括了來自許多公司和信息資源異構(gòu)的大量、復(fù)雜的合作伙伴，而且還包括了交換不同格式、不同來源的制造業(yè)數(shù)據(jù)的的協(xié)同。此外，制造業(yè)的發(fā)展不僅是協(xié)作，而且知識高度密集。不同學(xué)科、不同技術(shù)水平的參與者都需要與他人分享顯性和隱性知識，獲取相關(guān)的見解和經(jīng)驗(yàn)，人與人協(xié)作以獲取知識。

因此，必須要達(dá)到兩個方面的要求：1)如何在合作的基礎(chǔ)上，組織一個基于知識發(fā)展的多學(xué)科參與和異構(gòu)工具。2)如何有效的支持制造業(yè)知識的表示、獲取、檢索和重利用，包括規(guī)范、設(shè)計規(guī)則、約束和理由，這可能延長整個生產(chǎn)的生命周期以及跨企業(yè)的邊界。研究表明，多代理和本體技術(shù)在處理上述問題上具有明顯的優(yōu)勢。本文提出了基于 Agent的可伸縮的多智能體系協(xié)作框架，并提出了代理合作進(jìn)程通信和基于本體的協(xié)作與交流。

1 協(xié)同開發(fā)平臺的體系結(jié)構(gòu)

本文提出的基于 Agent的可伸縮的多智能體系協(xié)作框架，其中的包裝代理提供包裝服務(wù)，能使Agent通過API或標(biāo)準(zhǔn)的用戶界面來訪問商業(yè)軟件的技術(shù)資料，參與者在基于轉(zhuǎn)換機(jī)制的基礎(chǔ)上能通過包裝代理或用戶代理共享數(shù)據(jù)信息，為系統(tǒng)提供了一個高效的方法來集成異構(gòu)應(yīng)用。

圖1 協(xié)同開發(fā)平臺的體系結(jié)構(gòu)

如圖1所示，該體系架構(gòu)分為三個不同層次：第一層次是“環(huán)境水平”：與外部軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，包括四種類型：幾何模型的應(yīng)用(如 CAD系統(tǒng))、知識管理應(yīng)用(如知識型經(jīng)濟(jì)體系)、工程計算應(yīng)用程序(如SYS)和信息管理和應(yīng)用程序(如PDM系統(tǒng))。涵蓋整個制造業(yè)的生命周期，這些應(yīng)用程序與不同的設(shè)計階段有關(guān)。

第二個層次是“代理協(xié)作”：啟用由MAS體系分配用戶在虛擬環(huán)境下協(xié)同完成任務(wù)。選擇智能物理代理基金會(FIPA)參考模型，它作為系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)提供了系統(tǒng)的異構(gòu)互動代理和基于代理的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，并指定本體和談判協(xié)議。

(1) 用戶代理：與用戶、消費(fèi)者互動，構(gòu)成了用戶進(jìn)入系統(tǒng)的智能網(wǎng)關(guān)。它使用該系統(tǒng)的領(lǐng)域模型知識本體，以協(xié)助制定查詢和顯示代理計算結(jié)果。

(2) 包裝代理：可以由軟件說明書中所描述的軟件系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)的接口。它提供了一種在原有的包裝系統(tǒng)中使用的包裝機(jī)制，可以把包含在 ACL中的命令操作轉(zhuǎn)換為消息，通過API環(huán)境調(diào)用應(yīng)用程序，并為應(yīng)用程序捕獲特定的數(shù)據(jù)，并翻譯為ACL消息。

(3) 任務(wù)代理：用戶處理請求的過程可以通過坐標(biāo)確定，并請求路由到相應(yīng)的資源代理或包裝代理，并重組結(jié)果。通過任務(wù)代理跟蹤這一過程，并執(zhí)行處理。

(4) Facilitor代理：為所有Agent提供服務(wù)。每個代理必須說明它的描述信息(如位置、名稱、語言)以及它向Facilitor代理提供的服務(wù)。在這些信息的基礎(chǔ)上，F(xiàn)acilitor代理根據(jù)它的路由的具體要求來響應(yīng)代理的查詢。

(5) 資源代理：可以利用包含在信息資源中的信息和知識來進(jìn)行檢索和更新。它可以解答并將 ACL的查詢表示翻譯為與信息資源一致的語言，它也可以將查詢結(jié)果翻譯成其它代理能看懂的格式。

(6) 本體管理代理：執(zhí)行本體操作。本體作為一個明確地說明和交換應(yīng)用術(shù)語，能有效地支持對知識的共享、重用和一體化。本體管理代理提供了一個從普通的本體映射到數(shù)據(jù)庫模式和母語的資源代理模式。

第三個層次是“信息資源”：是本體庫的核心，包括各種應(yīng)用領(lǐng)域的本體，如：規(guī)則庫，案例庫，資源庫等，被稱為“廣義知識倉庫”，用來存儲臨時數(shù)據(jù)、專家經(jīng)驗(yàn)，以及所有與工程設(shè)計相關(guān)的信息和知識。每個資源連接到一個資源代理，并規(guī)定其規(guī)則和限制。

2 多Agent系統(tǒng)的協(xié)作框架

如圖2所示，按照代理的功能，可分為多種類型，每個代理具有統(tǒng)一的邏輯結(jié)構(gòu)，每個代理由六個部分組成：知識庫、感知、操作、通信、決策和內(nèi)部狀態(tài)。知識庫存儲了協(xié)作解決問題所需的知識，依賴于代理商的組織角色知識。感知模塊獲取實(shí)例和外部環(huán)境的信息狀況，并存儲在知識庫的實(shí)例庫中。通信模塊與FIPA-ACL語言的其它代理相互作用和協(xié)作。決策模塊根據(jù)外部環(huán)境狀況、代理商自身的內(nèi)部狀態(tài)(存儲在內(nèi)部狀態(tài)模塊)和其他的要求，通過知識模塊，確定當(dāng)前的操作和通信內(nèi)容。操作模塊由決策模塊通過的操作命令來采取適當(dāng)?shù)男袆印?/p>

圖2 多Agent系統(tǒng)的協(xié)作框架

3 多Agent系統(tǒng)的案例圖

當(dāng)包裝代理收到任務(wù)請求時，它會從資源代理獲取必要的信息和知識(例如，以前的設(shè)計案例)，然后，計算參數(shù)值，并嵌入到底層軟件系統(tǒng)的操作命令中，結(jié)果將通過用戶代理返回到用戶。由于代理之間相互談判和協(xié)作，用戶請求程序自動進(jìn)行處理。這意味著重復(fù)、常規(guī)但耗時的工程任務(wù)處理，可以代替設(shè)計人員自動完成，其主要任務(wù)是輸入?yún)?shù)，并作出重要的設(shè)計決策。

圖3 多Agent系統(tǒng)用戶請求處理案例圖

圖3表示多Agent系統(tǒng)用戶請求處理的案例圖。在初始化時，每個代理都要說明自己的Facilitor代理信息，并獲得本體庫中本體管理代理的本體論模型。它要求每個 ACL消息必須包含代理中所使用的本體，它可以幫助其它代理商以未知信息的形式映射到它熟悉的形式，以了解信息的正確含義。典型的情況如下：

(1) 用戶向系統(tǒng)輸入一個任務(wù)請求，以及它在使用 CUI的用戶代理中所使用的本體。

(2) 用戶代理把任務(wù)請求翻譯成 ACL信息條款(含本體信息)，并處理任務(wù)代理請求。

(3) 任務(wù)代理把任務(wù)請求分解成一組有序的子請求，并根據(jù)實(shí)現(xiàn)子請求(3.1)的代理名稱查詢 Facilitor代理。然后Facilitor代理檢查注冊在包裝代理初始化基礎(chǔ)上的會議要求，并分別把正確的結(jié)果返回到通過子請求的任務(wù)代理(3.2)。

(4) 包裝代理可以從為完成子代理而提供信息和知識的Facilitor代理處獲取相關(guān)的資源代理，并以ACL信息格式向它傳送查詢。

(5) 資源代理由SQL查詢或其它不同類型的查詢構(gòu)造基于 ACL消息內(nèi)容的廣義知識庫，查找與所需的信息和知識有關(guān)的資源。獲取查找結(jié)果后，返回到包裝代理。

(6) 包裝代理構(gòu)成獲取的信息和知識，計算參數(shù)值，并通過一個API(應(yīng)用程序接口)(6.1)調(diào)用底層軟件，獲取應(yīng)用程序指定的數(shù)據(jù)，并把結(jié)果封裝成內(nèi)部格式，傳遞到用戶代理。

(7) 用戶代理轉(zhuǎn)換成與包裝代理結(jié)果適合在一起的結(jié)果，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為用戶可以理解的信息，向用戶提交結(jié)果以供檢查。

4 基于本體的廣義知識庫的通信基礎(chǔ)

傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)展過程太多的依靠設(shè)計師的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)果導(dǎo)致知識的低效率利用、重新利用、共享和繼承。隨著制造業(yè)的發(fā)展越來越多的在異構(gòu)、協(xié)作的環(huán)境下的進(jìn)行，系統(tǒng)中的代理必須通過各個應(yīng)用領(lǐng)域來交流信息和知識。語義上的沖突是不可避免的，對于不同的概念，不同的術(shù)語表述相同或不同的觀點(diǎn)。我們提出了廣義的信息知識庫，各種與工程設(shè)計相關(guān)的信息資源和知識資源，由本體庫整合為一體，不僅有利于在一個共同的句法中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而且有利于在一個共享語義中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換(圖4)。

代理之間通過ACL信息中所包含的本體模型來交換信息和知識。該ACL只為編碼信息提供語法，而不指定編碼在郵件內(nèi)容中指定條款的語義信息。本體論提供了共同的詞匯或詞匯表，以及術(shù)語間的知識，可以使代理分享共同商定的關(guān)系。圖4顯示了制造業(yè)領(lǐng)域的Agent2可以把設(shè)計領(lǐng)域的Agent1發(fā)送的信息通過不同的本體轉(zhuǎn)換為它熟悉的格式，使代理獲得真正的、有意義的信息交換內(nèi)容，以避免談判過程中的語義沖突。

圖4 基于本體的廣義知識庫的通信

5 結(jié)論

制造業(yè)的協(xié)同發(fā)展已經(jīng)成為重要的商業(yè)戰(zhàn)略。在本文中提出了一種自主開發(fā)的協(xié)同制造開發(fā)平臺的體系架構(gòu)，其中的多Agent代理處理程序與基于本體的任務(wù)相互作用，并提供了代理之間的通信，使參與者通過代理共享分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)信息。

[1]隱性知識的顯性化和組織方法[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì).2006.

[2]基于本體和多代理的考試系統(tǒng)模型研究[J].河北工業(yè)科技.2010.

[3]王春枝,彭敏,魏斐蜚.基于多 agent的遠(yuǎn)程協(xié)同教育平臺研究[J].通訊學(xué)報.2007.

[4]基于本體和多代理的知識檢索模型研究[J],計算機(jī)工程與設(shè)計.2009.