劉建杰，劉文寶，李林宏

（裝甲兵工程學(xué)院 技術(shù)保障工程系，北京 100072）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種高新技術(shù)在裝甲裝備上得到了越來越多的應(yīng)用，不僅對(duì)戰(zhàn)爭觀念、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)指揮等方面產(chǎn)生了深刻影響，并且對(duì)裝備維修保障提出了更高的要求，使得裝備維修保障在武器裝備建設(shè)和戰(zhàn)時(shí)保障體系建設(shè)中的重要性日趨凸顯。

近年來全球范圍內(nèi)高技術(shù)局部戰(zhàn)爭的經(jīng)驗(yàn)表明，裝備維修保障是提高裝備完好性的重要基礎(chǔ)，也是裝備形成戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵所在，更是提高裝備戰(zhàn)斗能力的倍增器。裝備維修保障是一個(gè)大型復(fù)雜系統(tǒng)，利用多Agent技術(shù)對(duì)其進(jìn)行建模，可以克服其他建模方法在能動(dòng)性和智能性方面的不足。

1 多Agent理論

Agent是指具有一定智能行為的實(shí)體，形成于分布式人工智能領(lǐng)域，由麻省理工大學(xué)Minsky首先提出[1]。當(dāng)面對(duì)一些復(fù)雜的系統(tǒng)問題時(shí)，單個(gè)Agent由于受到其資源和能力的限制，無法適應(yīng)大規(guī)模復(fù)雜問題的求解，多Agent則為上述問題提供了一個(gè)有效的解決方法和途徑。

多Agent不是多個(gè)Agent的簡單集合，而是具有一定組織結(jié)構(gòu)，能夠面對(duì)具體的問題進(jìn)行相應(yīng)的合作[2]。采用多個(gè)Agent進(jìn)行協(xié)作的方式，能夠通過任務(wù)分解和任務(wù)協(xié)調(diào)來提高整個(gè)系統(tǒng)的性能，也能夠克服單個(gè)Agent知識(shí)不完整、處理信息不確定等缺點(diǎn)[3]。

如圖1所示，Agent主要由五層結(jié)構(gòu)組成，分別為通信層、API層、定義層、組織層和合作層。

API層用來將Agent與它的資源、技能的物理實(shí)現(xiàn)聯(lián)系起來；定義層主要將Agent描述為一個(gè)自治的理性實(shí)體，包括Agent的推理學(xué)習(xí)機(jī)制、資源、技能、目標(biāo)等；組織層用來定義Agent之間的相互關(guān)系 （包括其在Agent團(tuán)體中所扮演的角色），以及Agent之間的相互感知等；合作層用來指明Agent的社會(huì)能力，例如它的合作和協(xié)商技術(shù)；通信層主要是定義Agent之間通信的更低一級(jí)的細(xì)節(jié)。

2 基于多Agent的建模方法研究

本文所研究的裝甲裝備中修作業(yè)流程由于涉及到各子系統(tǒng)間和外界的相互影響，更著重于Agent社交能力的研究，因此建模仿真是基于多Agent進(jìn)行的。模型信息包括概念、描述、功能約束條件、空間和多態(tài)等基本特征說明[4]。基于多Agent的建模與仿真是一種由底向上的建模方法，它把Agent作為系統(tǒng)的基本抽象單位，采用相關(guān)的Agent技術(shù)，先建立組成系統(tǒng)的每個(gè)個(gè)體的A-gent模型，然后采用合適的MAS體系結(jié)構(gòu)來組裝這些個(gè)體Agent，最終建立整個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)模型[5]，基于多A-gent建模與仿真的步驟，如圖2所示。

圖2 基于多Agent的建模與仿真步驟Fig.2 Based on Agent modeling and simulation steps

（1）Agent的劃分和定義：首先對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行分析，明確仿真的目標(biāo)和需求。然后根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)體和功能進(jìn)行劃分，把系統(tǒng)中的各種實(shí)體映射為仿真系統(tǒng)中的Agent，并將分解后的功能分配給相應(yīng)的Agent，最后再把這些單個(gè)Agent的按一定的群體結(jié)構(gòu)組成MAS。

（2）單個(gè)Agent模型的分析設(shè)計(jì)：單個(gè)Agent模型包括Agent的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部狀態(tài)、消息系統(tǒng)、知識(shí)庫、內(nèi)部行為等。對(duì)于系統(tǒng)中的各個(gè)Agent，根據(jù)其智能性的高低分析和設(shè)計(jì)Agent的基本結(jié)構(gòu)。

（3）定義多Agent之間的協(xié)調(diào)和交互機(jī)制：多Agent系統(tǒng)中的Agent之間通過交互和協(xié)調(diào)達(dá)到任務(wù)求解的目的，因此需要描述Agent的社會(huì)關(guān)系，如Agent的協(xié)調(diào)、協(xié)作、交互等。Agent之間的交互和協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)是通信和信息交換，具體表現(xiàn)為相互之間的通信機(jī)制。MAS通信機(jī)制的設(shè)定首先是要確定系統(tǒng)中哪些節(jié)點(diǎn)之間需要進(jìn)行通信，然后確定這些節(jié)點(diǎn)之間的通信內(nèi)容和方式。在設(shè)定通信機(jī)制時(shí)，要考慮到Agent所處的建模與仿真環(huán)境，不同的開發(fā)環(huán)境可能采用不同的通信機(jī)制。

（4）多Agent仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)：整個(gè)MAS建模過程可以看作是采用自底向上的設(shè)計(jì)方法，單個(gè)Agent首先被定義，然后再對(duì)MAS集成?；诙郃gent的裝甲裝備中修作業(yè)流程仿真可能建立在分布仿真環(huán)境上，為此需要合理地把基于Agent的模型分布到多個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)上，對(duì)Agent進(jìn)行分布時(shí)要注意遵循結(jié)點(diǎn)間通信量最小原則和結(jié)點(diǎn)負(fù)載均衡原則。

3 基于多Agent的裝甲裝備維修作業(yè)流程研究

3.1 維修作業(yè)要素分析

影響裝備維修能力的因素有很多，每項(xiàng)因素都會(huì)或多或少的對(duì)中修能力產(chǎn)生影響，但并不是所有的因素都需要在模型中體現(xiàn)。過多的維修作業(yè)要素參與模型的建立會(huì)導(dǎo)致模型過于繁瑣，不但會(huì)增加建模難度，還會(huì)降低模型運(yùn)行的效率。論文主要從維修保障資源要素對(duì)裝備維修能力的影響方面進(jìn)行分析，提出優(yōu)化維修保障資源配置的可行方案。

經(jīng)過篩選后，得到維修作業(yè)要素的構(gòu)成如圖3所示。

圖3 維修作業(yè)要素構(gòu)成Fig.3 Repair work elements

3.2 裝甲裝備維修作業(yè)流程的多Agent分析

通過前面對(duì)裝備中修作業(yè)流程時(shí)序模型分析，將裝備中修劃分為了11個(gè)作業(yè)流程，在流水線式中修作業(yè)模式下其具體工作流程如圖4所示。

在利用多Agent解決復(fù)雜問題的過程中，有時(shí)并不需要考慮所有個(gè)體Agent之間的聯(lián)系，一些個(gè)體Agent只是在一定范圍內(nèi)與具有特定對(duì)象的Agent進(jìn)行相互通信、感知和影響，并分析和處理信息，形成有效資源，而后將資源通過一定規(guī)則傳遞或影響其他Agent。此時(shí)，可將這些特定范圍內(nèi)相互組合和聯(lián)系的各個(gè)體Agent看成一個(gè)子系統(tǒng)來研究，即具有特定功能模塊的多Agent子系統(tǒng)。

對(duì)于裝甲裝備中修作業(yè)仿真系統(tǒng)來講，根據(jù)其擔(dān)負(fù)具體任務(wù)的不同，可將其分解為三個(gè)部分，分別為：維修作業(yè)流程多Agent子系統(tǒng)、保障資源多Agent子系統(tǒng)以及修理過程Agent，各部分的具體功能如下：

（1）維修作業(yè)流程多Agent子系統(tǒng)，包含修前檢測(cè)及炮塔拆卸Agent、武器系統(tǒng)修理Agent、底盤總拆卸A-gent等；主要負(fù)責(zé)完成各個(gè)維修作業(yè)階段所需進(jìn)行的維修工作。

（2）保障資源多Aegnt子系統(tǒng)，包含關(guān)鍵設(shè)備Agent和修理人員Agent，分別用來管理各自分類的維修保障資源。

（3）修理過程Agent，包含整個(gè)中修作業(yè)流程的信息，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)維修作業(yè)階段的相互轉(zhuǎn)換。

3.3 基于多Agent的裝備維修作業(yè)流程建模

對(duì)于維修作業(yè)中的每一個(gè)流程，都是由一系列的維修作業(yè)構(gòu)成的，利用多Agent技術(shù)可以構(gòu)建出每個(gè)維修作業(yè)的模型。

各個(gè)Agent之間的相互關(guān)系如圖5所示。同時(shí)，圖中注明了各個(gè)Agent之間的信息傳遞路線，具體過程如下：

（1）由修理過程Agent發(fā)起維修任務(wù)，向修前檢測(cè)及炮塔拆卸Agent發(fā)出指令完成相應(yīng)的維修作業(yè)。

（2）修前檢測(cè)及炮塔拆卸Agent向保障資源Agent模塊發(fā)出指令要求安排相應(yīng)的維修人員和關(guān)鍵設(shè)備來完成維修作業(yè)。

圖5 維修作業(yè)多Agent系統(tǒng)圖Fig.5 Repair work Multi-Agent system diagram

（3）保障資源Agent模塊向修前檢測(cè)及炮塔拆卸Agent返回相應(yīng)的信息 （如果人員和設(shè)備能夠滿足請(qǐng)求的標(biāo)準(zhǔn)，安排相應(yīng)的保障資源展開維修作業(yè)，否則將會(huì)返回資源不足信息，要求修前檢測(cè)及炮塔拆卸Agent進(jìn)入等待狀態(tài)，直至保障資源滿足要求后展開維修作業(yè)）。

（4）當(dāng)該維修作業(yè)任務(wù)完成后，修前檢測(cè)及炮塔拆卸Agent向修理過程Agent報(bào)告任務(wù)完成信息，向保障資源Agent模塊發(fā)出保障資源調(diào)用完畢信息，并向武器系統(tǒng)修理Agent和底盤總拆卸Agent發(fā)出準(zhǔn)備信息。

（5）下一個(gè)維修作業(yè)階段重復(fù)相同的信息傳遞路徑，直至完成整個(gè)中修作業(yè)流程。

4 結(jié)束語

本文主要研究了多Agent技術(shù)在裝甲裝備維修作業(yè)流程建模方面的應(yīng)用。通過研究，得到了裝甲裝備維修作業(yè)的多Agent模型。由于多Agent模型與其他模型相比，在能動(dòng)性和智能性方面的優(yōu)勢(shì)，從而為裝甲裝備維修保障資源的優(yōu)化提供了更為有效的研究方法。

[1]曹軍海.基于Agent的離散事件仿真建模框架及其在系統(tǒng)RSM建模與仿真中的應(yīng)用研究[D].裝甲兵工程學(xué)院,2002.

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[3]黃莉，張雪松.基于多Agent的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2008,3.

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[5]齊歡，王小平.系統(tǒng)建模與仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社,2004.