王志英，刁雅靜，任 南

(江蘇科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引言

船舶工業(yè)產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大，在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。2011年，我國船舶工業(yè)三大指標(biāo)造船完工量、新接訂單量和手持訂單量以載重噸計(jì)分別在6800萬噸、3700萬噸和1.6億噸左右，繼續(xù)居全球首位［1］?！笆濉逼陂g是我國船舶工業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級、實(shí)現(xiàn)由“大”變“強(qiáng)”的關(guān)鍵時期。造船強(qiáng)國主要表現(xiàn)在技術(shù)與管理上，而我國船舶工業(yè)盡管在總量和規(guī)模上是世界第一，但與發(fā)達(dá)國家相比，還不是造船強(qiáng)國。我國造船業(yè)和日、韓相比勞動力成本優(yōu)勢明顯，但造船效率并不高，管理水平還有待大幅提升，突出表現(xiàn)在造船生產(chǎn)管理方面。在造船生產(chǎn)管理領(lǐng)域，基本處于以粗放式調(diào)度型為主的傳統(tǒng)模式，信息技術(shù)應(yīng)用不足，“信息孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重，信息集成性差［2］。由于造船系統(tǒng)的復(fù)雜性，涉及中間產(chǎn)品多，導(dǎo)致造船生產(chǎn)現(xiàn)場組織管理難度較大，生產(chǎn)管理部門缺乏數(shù)據(jù)管理的積極性和主動性，生產(chǎn)現(xiàn)場不能收集到規(guī)范的反饋信息，設(shè)計(jì)部門不能提供系統(tǒng)完整的生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)。而造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理具有非辦公場所、調(diào)度性、范圍和屬性廣泛等管理特點(diǎn)，針對我國造船企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場管理的信息化應(yīng)用一直是個盲區(qū)［3］。這就有必要建立造船生產(chǎn)現(xiàn)場協(xié)同管理模型及平臺以有效收集、傳達(dá)、處理、利用造船生產(chǎn)現(xiàn)場的各類信息。

1 采用MAS建模造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理問題的可行性

多Agent系統(tǒng) (multi-agent system，MAS)技術(shù)的應(yīng)用研究近年來呈現(xiàn)明顯增長的趨勢，在復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)中起到的作用越來越重要。MAS是一個松散耦合的Agent網(wǎng)絡(luò)，是指由多個可執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)計(jì)算 Agent組成的集合［4－5］。在網(wǎng)絡(luò)與分布式環(huán)境下，每個Agent是獨(dú)立自主的，能作用于自身和環(huán)境，能對環(huán)境的變化做出反應(yīng)，更重要的是與其他Agent通信、交互，彼此協(xié)同工作，完成共同的任務(wù)。多個Agent通過相互協(xié)作能解決超過單個Agent能力的問題。該系統(tǒng)能模擬人類社會團(tuán)體、大型組織機(jī)構(gòu)的群體工作，并運(yùn)用其解決問題的工作方式，解決共同關(guān)心的復(fù)雜問題［6］。

造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理是指用科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)和方法對造船生產(chǎn)現(xiàn)場各要素進(jìn)行合理有效的協(xié)調(diào)和利用，在保證造船周期和質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)造船企業(yè)利潤最大化，造船企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場是分布、動態(tài)、規(guī)模龐大的系統(tǒng)，具有廣泛性、復(fù)雜性和開放性，正好利用MAS之間自治、相互協(xié)作的關(guān)系來完成造船生產(chǎn)現(xiàn)場復(fù)雜的管理問題建模。因?yàn)锳gent能夠靈活地與外界進(jìn)行交互作用，當(dāng)問題領(lǐng)域涉及大量不同的數(shù)據(jù)資源時而這些資源在物理或邏輯上又是分布的，并且需要相互協(xié)作以解決公共問題時，Agent技術(shù)是一種有效的選擇。Agent的表示方式清晰易懂，其功能和名稱用以反映用戶的偏好，并代表用戶與其他Agent進(jìn)行交互。

所以，將MAS技術(shù)引入到造船企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)的建模中，利用MAS的協(xié)作、存儲、智能性、自治性、社會性、主動性，使造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理系統(tǒng)功能模塊和各要素通過Agent的協(xié)作來完成整個造船生產(chǎn)現(xiàn)場的管理，為造船現(xiàn)場復(fù)雜、龐大的業(yè)務(wù)管理提供強(qiáng)有力的抽象工具和解決方案，實(shí)現(xiàn)造船生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)的分布式并行運(yùn)行，為決策者提供實(shí)時現(xiàn)場控制和決策支持，提高造船企業(yè)生產(chǎn)管理效率。

2 基于MAS的造船生產(chǎn)現(xiàn)場協(xié)同管理模型

基于以上背景和可行性分析，下面給出基于MAS的造船企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場協(xié)同管理模型，如圖1所示。根據(jù)Agent在造船生產(chǎn)現(xiàn)場中的角色將MAS分為決策支持Agent、現(xiàn)場協(xié)調(diào)Agent、功能Agent等。通過造船生產(chǎn)現(xiàn)場元數(shù)據(jù)的支持，各Agent相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)造船生產(chǎn)現(xiàn)場業(yè)務(wù)、流程、管理、信息的集成和協(xié)同。

圖1 基于MAS的造船生產(chǎn)現(xiàn)場協(xié)同管理模型Fig.1 Collaborative management model of shipbuilding production site based on MAS

2.1 造船生產(chǎn)現(xiàn)場元數(shù)據(jù)集提取

造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理所涉及到的管理要素多而復(fù)雜，要捕捉造船生產(chǎn)現(xiàn)場全面的管理特點(diǎn)與需求，就要基于系統(tǒng)的思想整理生產(chǎn)現(xiàn)場的基礎(chǔ)資源。在總裝造船作業(yè)主流程的基礎(chǔ)上，造船生產(chǎn)現(xiàn)場元數(shù)據(jù)可按殼(船體建造作業(yè))、舾(舾裝作業(yè))、涂(涂裝作業(yè))進(jìn)行分類提取，按工藝流程、工序、工位細(xì)化的原則確定基本數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，明確各采集點(diǎn)的元數(shù)據(jù)類別。在此基礎(chǔ)上對造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理的業(yè)務(wù)邏輯、職能、過程、活動進(jìn)行深入分析，構(gòu)建造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理要素元數(shù)據(jù)集，為造船生產(chǎn)管理Agent的創(chuàng)建作鋪墊，也是實(shí)現(xiàn)造船設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、信息一體化，優(yōu)化資源配置的前提。

2.2 設(shè)計(jì)造船生產(chǎn)現(xiàn)場Agent

造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理MAS中的各個Agent具有通用的Agent結(jié)構(gòu)，分別承擔(dān)不同的角色，獨(dú)立工作又互相協(xié)作，所以，各個Agent具有不同的功能。Agent的設(shè)計(jì)就是確定造船生產(chǎn)現(xiàn)場Agent的組成，界定各Agent的任務(wù)，確定各Agent感知信息和影響內(nèi)部狀態(tài)的方式。設(shè)計(jì)的Agent要能模擬造船生產(chǎn)現(xiàn)場全過程及其資源影響，能達(dá)到模型重用、任務(wù)分配與分解、功能協(xié)調(diào)與協(xié)商的目的。限于篇幅，僅介紹造船生產(chǎn)現(xiàn)場MAS中的3種典型Agent的設(shè)計(jì)。

1)造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理功能Agent設(shè)計(jì)

造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理功能Agent的設(shè)計(jì)要符合造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理系統(tǒng)一定范圍內(nèi)的任務(wù)需求。功能Agent一般設(shè)計(jì)為反應(yīng)式，被動地激活后去完成協(xié)調(diào)Agent分配的任務(wù)。以造船生產(chǎn)現(xiàn)場托盤管理Agent為例進(jìn)行Agent的功能說明。托盤管理Agent的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)舾裝件的集中配套工作，按照托盤集配計(jì)劃的要求，以托盤管理表為依據(jù)，從各種渠道將舾裝件領(lǐng)運(yùn)到集配中心進(jìn)行配盤。由于舾裝件的生產(chǎn)渠道復(fù)雜、種類多，托盤管理Agent還負(fù)責(zé)將各種舾裝件的生產(chǎn)信息、到貨情況通過MAS公共通信控制系統(tǒng)反饋給協(xié)調(diào)Agent，同時將各種采購的舾裝件的納期通過MAS公共通信控制系統(tǒng)反饋給采購部門，滿足集配及生產(chǎn)的要求。

2)造船現(xiàn)場協(xié)調(diào)Agent設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)Agent是整個造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理系統(tǒng)的核心，它的主要功能是通過會話Agent和現(xiàn)場管理決策者通信，根據(jù)自身知識庫和協(xié)作的原則把任務(wù)分解成各種適合功能Agent完成的子任務(wù)，并通過招標(biāo)將子任務(wù)分配給最適合的造船生產(chǎn)現(xiàn)場功能Agent，直接或者間接地控制著系統(tǒng)中的所有其他Agent。在具體實(shí)現(xiàn)中，協(xié)調(diào)Agent應(yīng)該設(shè)計(jì)成具有感知、意圖、信念、能力和學(xué)習(xí)的主動Agent。造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)Agent根據(jù)現(xiàn)場管理人員的需求，確定任務(wù)類型，充分利用生產(chǎn)現(xiàn)場管理元數(shù)據(jù)集將現(xiàn)場管理任務(wù)分解，發(fā)送現(xiàn)場管理數(shù)據(jù)和控制信息，將現(xiàn)場管理的子任務(wù)分配給其他Agent，等著接收任務(wù)Agent反饋回來的信息，綜合結(jié)果后再反饋給現(xiàn)場管理人員。

3)界面Agent設(shè)計(jì)

界面Agent是造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理系統(tǒng)的重要組成部分，現(xiàn)場管理人員通過人機(jī)界面Agent了解生產(chǎn)信息和輔助決策信息，同時下達(dá)任務(wù)要求，不同管理人員的需求、偏好以及對信息的需求種類不同，智能的人機(jī)界面Agent應(yīng)該能夠提供有針對性的頁面將信息以易于接受的方式傳遞給決策者。界面Agent的主要功能是提供個性化的、智能的生產(chǎn)現(xiàn)場管理人員界面，接受現(xiàn)場管理人員的任務(wù)下達(dá)和信息需求，并細(xì)化信息獲取需求，將生產(chǎn)現(xiàn)場管理人員需要的信息呈現(xiàn)出來。

3 造船生產(chǎn)現(xiàn)場MAS的協(xié)調(diào)機(jī)制

MAS中的多個Agent間協(xié)調(diào)方式有多種，鑒于造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理特點(diǎn)的需求，本文采用合同網(wǎng)協(xié)商機(jī)制進(jìn)行協(xié)調(diào)。合同網(wǎng)是許多節(jié)點(diǎn)的集合，其中每個節(jié)點(diǎn)充當(dāng)管理者或執(zhí)行者，管理者、執(zhí)行者是動態(tài)產(chǎn)生的，其身份也可互換。造船生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)度管理MAS的協(xié)調(diào)過程如圖2所示。

圖2 造船生產(chǎn)現(xiàn)場MAS的協(xié)調(diào)機(jī)制Fig.2 MAS Coordination mechanism of shipbuilding production site

現(xiàn)場調(diào)度MAS的協(xié)作過程是由現(xiàn)場協(xié)調(diào)Agent根據(jù)委托任務(wù)隊(duì)列中任務(wù)的性質(zhì)來建立的。當(dāng)造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理人員需要調(diào)度方案時，向界面Agent提出任務(wù)請求，任務(wù)請求信息包括任務(wù)詳細(xì)描述、準(zhǔn)許的完成期限、完成質(zhì)量要求、投標(biāo)截止時間等內(nèi)容，界面Agent將任務(wù)發(fā)送給現(xiàn)場協(xié)調(diào)Agent去尋找現(xiàn)場調(diào)度方案Agent，調(diào)度方案Agent監(jiān)聽任務(wù)發(fā)布信息做出選擇并發(fā)出標(biāo)書，每個接到競標(biāo)信息的Agent根據(jù)自身狀態(tài)和造船現(xiàn)場管理元數(shù)據(jù)信息，對收到的任務(wù)信息進(jìn)行評估競標(biāo)，當(dāng)任務(wù)的投標(biāo)截止期結(jié)束，現(xiàn)場協(xié)調(diào)Agent根據(jù)調(diào)度方案Agent的投標(biāo)情況挑選出最好的標(biāo)值，并把此項(xiàng)調(diào)度任務(wù)加入任務(wù)隊(duì)列中，準(zhǔn)備操作，在適當(dāng)?shù)臅r間執(zhí)行現(xiàn)場調(diào)度任務(wù)。現(xiàn)場協(xié)調(diào)Agent對調(diào)度任務(wù)準(zhǔn)備、執(zhí)行過程進(jìn)行監(jiān)控，在任務(wù)準(zhǔn)備、執(zhí)行過程中如出現(xiàn)異常則主動向控制Agent報(bào)告，控制Agent進(jìn)行協(xié)商處理或返回重新安排現(xiàn)場協(xié)調(diào)Agent發(fā)標(biāo)。在MAS的協(xié)作過程中要平衡造船生產(chǎn)現(xiàn)場各Agent之間的地位，避免通信瓶頸。

4 模型的平臺架構(gòu)

與信息技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建基于MAS的造船生產(chǎn)現(xiàn)場協(xié)同管理平臺架構(gòu)。由于造船生產(chǎn)現(xiàn)場所涉及的管理要素、制造資源眾多，調(diào)度頻繁，所以該平臺架構(gòu)要滿足可重構(gòu)、開放、集成、共享、分布等要求，同時還要滿足造船生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時采集、存儲和標(biāo)準(zhǔn)化等關(guān)鍵問題。平臺架構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)的開發(fā)采用Java語言，用Java API進(jìn)行數(shù)據(jù)庫編程，采用JDBC－ODBC橋接驅(qū)動程序進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接，后臺數(shù)據(jù)庫采用SQLServer 2005。

圖3 模型的平臺架構(gòu)Fig.3 Platform architecture of the model

5 結(jié)語

本文將MAS與信息技術(shù)相結(jié)合用在造船生產(chǎn)現(xiàn)場管理領(lǐng)域，指導(dǎo)造船企業(yè)生產(chǎn)管理軟件和制造執(zhí)行軟件的開發(fā)，推進(jìn)現(xiàn)代化造船企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場管理信息化的應(yīng)用。通過MAS模型連通造船生產(chǎn)現(xiàn)場與造船企業(yè)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各級數(shù)據(jù)的動態(tài)采集、傳送、無縫連接與共享，前后貫通整個造船生產(chǎn)線，使造船生產(chǎn)現(xiàn)場的各類信息流動、共享、協(xié)作，使造船生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)在動態(tài)多變的環(huán)境中具有自適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)造船企業(yè)資源的合理配置和有效利用，從而使造船企業(yè)管理高效化，控制最優(yōu)化，提升造船生產(chǎn)管理水平，這有助于實(shí)踐上為實(shí)現(xiàn)造船“設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、信息一體化”奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)船舶工業(yè)的快速發(fā)展。

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