（后勤工程學(xué)院，重慶 401311）

1 引言

油料保障聯(lián)盟呈現(xiàn)地域分布特征，致使在整個(gè)油料保障鏈中，每個(gè)保障實(shí)體可能以局部最大利益來(lái)采取保障行動(dòng)及其優(yōu)化各自區(qū)域的局部保障性能。這一現(xiàn)象不符合油料保障鏈總體目標(biāo)要求[1]。應(yīng)將保障鏈中的不同地域、不同環(huán)節(jié)的分布式油料保障決策集成，以便提供強(qiáng)勁的油料保障性能，而這卻常被保障鏈某些短期目標(biāo)和局部視角缺陷所隱匿。

對(duì)于高度集中式油料保障鏈決策，以往使用分析方法，重點(diǎn)研究如何提高整個(gè)保障鏈中各保障實(shí)體的運(yùn)作效率，而不是提高其綜合保障效能[2,3]。雖然，一般情況下，油料保障聯(lián)盟擁有全局性油料保障規(guī)劃總體方案，試圖考慮作為其成員的各保障實(shí)體的主要活動(dòng)、目標(biāo)、所觸發(fā)的行為復(fù)雜性，這使得難于集成其保障效能[4,5]。此外，即使油料保障鏈集中式規(guī)劃系統(tǒng)簡(jiǎn)單得足于運(yùn)作，但油料保障環(huán)境的頻繁和不可預(yù)見(jiàn)的變化，導(dǎo)致油料保障規(guī)劃方案滯后或過(guò)時(shí)，難于快速響應(yīng)保障環(huán)境態(tài)勢(shì)。

油料保障鏈中各保障實(shí)體呈地域自然分布，但緊耦合為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。因此，分布式約束優(yōu)化方法適合用于解決油料保障鏈管理問(wèn)題，它使得Agent的局域自利本性符合全局油料保障優(yōu)化要求。它允許Agent以異步和較有效方式來(lái)運(yùn)行，使用與相鄰Agent的局域通信，對(duì)此，具有單個(gè)中央Agent的通信是難于做到的[6,7]。

本文應(yīng)用約束網(wǎng)絡(luò)與Holonic Agent技術(shù)，對(duì)分布式優(yōu)化油料保障模型進(jìn)行研究。將分布保障實(shí)體所考慮的涉及局部保障因素的算法內(nèi)嵌到多角色Holon，調(diào)用分布式約束多目標(biāo)最優(yōu)化智能算法，以便實(shí)現(xiàn)油料保障資源調(diào)度與配置。

2 分布式油料保障問(wèn)題域

對(duì)于油料保障鏈中分布式油料保障問(wèn)題，Agent嘗試尋找對(duì)一組受到約束變量的分配。假設(shè)Agent子集具有每個(gè)給定約束的知識(shí)，Agent可以分布式異步方式，只與相鄰Agent通信，來(lái)優(yōu)化全局函數(shù)。這不同于涉及自益Agent的其它相關(guān)形式，它嘗試單個(gè)最大限度地發(fā)揮自己的效用。Agent通過(guò)所選擇最優(yōu)解決方案，最大限度地發(fā)揮其所累積的效應(yīng)。

2.1 問(wèn)題描述

將分布式約束優(yōu)化油料保障鏈問(wèn)題描述為5元組(A,X,D,C,F)，其中：A=a1,a2,…,an是 Agent集；X=x1,x2,…,xn是油料保障變量集；D=d1,d2,…,dn是有限離散域集，每個(gè)域與對(duì)應(yīng)變量相關(guān)聯(lián)。 C=cij:Di×Dj→N(i,j=1,2,…,n，i≠j)是用每對(duì)變量xi和xj的保障成本函數(shù)cij所表示的約束集。目標(biāo)函數(shù)為：

只有Agent具有知識(shí)，控制和分配與其相關(guān)聯(lián)變量的值。Agent的目標(biāo)是為所有變量選擇估值，以便最大化目標(biāo)函數(shù)F，該目標(biāo)被建模為一組值的約束。

2.2 影響因素與決策變量

油料保障鏈在給定時(shí)間域T演變，T被劃分為期間Γε,ε ∈ {1 ,...,T}，通過(guò)其索引ε來(lái)表示。在每個(gè)周期的開(kāi)始時(shí)，根據(jù)過(guò)去和將來(lái)決策知識(shí)來(lái)做出決策。時(shí)間域H中的一系列決策被稱為決策策略集Q。決策意味著向所有決策變量分配數(shù)值。油料保障鏈涉及不同層次眾多保障資源，根據(jù)全局保障目標(biāo)和不同層次油料保障計(jì)劃puε來(lái)調(diào)配，從每個(gè)時(shí)期ε、每個(gè)保障實(shí)體u所產(chǎn)生的保障計(jì)劃離散集中，選擇確定相應(yīng)保障計(jì)劃。

另一方面，對(duì)于每個(gè)時(shí)期t，每個(gè)油庫(kù)w，選擇最優(yōu)油品庫(kù)存量Qbest={Qmin,Qmax}，Qmin表示安全庫(kù)存，Qmax表示庫(kù)存容量限制，來(lái)處理每種油品的庫(kù)存管理。通過(guò)補(bǔ)充或發(fā)放所需的油品數(shù)量，確保在時(shí)期ε結(jié)束時(shí)，相應(yīng)的庫(kù)存水平等于Invwoε。

決策變量有：

（1）Puε：期間ε由保障實(shí)體u的保障計(jì)劃；

（2）Invwoε：期間ε結(jié)束時(shí)，在油庫(kù)（或加油站）w中，油品o的庫(kù)存水平。ε∈{1 ,...,T},e∈E（油料裝備集），o∈O（油品集），p∈P=E?O。

輸入?yún)?shù)有：

（1）In(e;o;puε)：在期間ε，使用保障計(jì)劃puε，保障實(shí)體u所處理的油品o的數(shù)量；

（2）Out(u;e;put)：在期間ε，使用保障計(jì)劃puε，保障實(shí)體u所處理的油料裝備e的數(shù)量；

（3）Dmweε：在期間ε，在油庫(kù)w所對(duì)應(yīng)的保障區(qū)域，所預(yù)測(cè)的油料裝備e的需求量；

（4）preCostue：保障實(shí)體u調(diào)運(yùn)油料裝備e的一個(gè)單位成本；

（5）ProCosto：油品o的單位價(jià)格；

（6）InvCostwo(Invwot)：在期間ε，油庫(kù)w的庫(kù)存油品o，庫(kù)存水平的庫(kù)存成本函數(shù)Invwoε；

（7）RfRateRo：在油料保障區(qū)R，油品o的運(yùn)價(jià)；

（8）WZfRateWZo：在戰(zhàn)區(qū)WZ，各油料保障區(qū)域之間的油品o的運(yùn)價(jià)；

（9）SfRateo：供應(yīng)商與戰(zhàn)區(qū)之間油品o的運(yùn)價(jià)。

2.3 油料保障實(shí)體holarchy結(jié)構(gòu)

根據(jù)油料保障仿真約束、計(jì)算資源，對(duì)所仿真行為的復(fù)雜性和真實(shí)性進(jìn)行調(diào)整。在角色和交互方面，使用油料保障實(shí)體組織模型來(lái)定義油料保障實(shí)體行為，采用holon對(duì)油料保障實(shí)體建模，構(gòu)建油料保障實(shí)體holarchy結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 油料保障實(shí)體holarchy結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)描述油料保障實(shí)體行為，保障執(zhí)行器和保障感知器分別提供保障實(shí)體在油料保障環(huán)境中行為和感知的手段。油料保障實(shí)體角色，根據(jù)holon目標(biāo)，將感知與行動(dòng)計(jì)算、保障環(huán)境約束相集成。在holarchy的較低層次，超級(jí)holon的油料保障實(shí)體行為是相同成員，但感知和行為被匯總，然后使用聚合油料保障實(shí)體的行為。

內(nèi)部油料保障人員在保障鏈的各個(gè)層次、各自holon中承擔(dān)head角色作用，負(fù)責(zé)保障鏈中保障任務(wù)的執(zhí)行，負(fù)責(zé)反饋相應(yīng)保障區(qū)域油品及其裝備的消耗和需求信息，確保保障實(shí)體與被保障單位之間的供需資源平衡與匹配。上級(jí)油料保障人員，代表保障決策指揮角色，可由軟件或油料保障專家來(lái)扮演。承擔(dān)油料保障調(diào)運(yùn)計(jì)劃制定、保障任務(wù)分配、保障資源配置等作用，還負(fù)責(zé)預(yù)測(cè)每種油品及其裝備的總需求。

3 分布式優(yōu)化油料保障模型

油料保障鏈由許多用約束所連接的保障實(shí)體節(jié)點(diǎn)組成，屬于非結(jié)構(gòu)化約束網(wǎng)絡(luò)，表示保障實(shí)體之間的關(guān)系。將Agent技術(shù)與約束網(wǎng)絡(luò)集成，每個(gè)Agent被分配來(lái)對(duì)保障實(shí)體進(jìn)行建模，關(guān)系可被定義為這些Agent之間的約束，以便支持油料保障鏈的保障實(shí)體之間的信息協(xié)作和共享。

當(dāng)Agent之間關(guān)系由約束來(lái)建模時(shí)，它們可以被集成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，全局優(yōu)化成為可能。這些關(guān)系涉及油品如何從保障實(shí)體單位流動(dòng)到被保障單位，如何用油品數(shù)量、成本或調(diào)度與運(yùn)輸?shù)缺Ｕ闲袨閬?lái)表示這些關(guān)系。油料保障環(huán)境對(duì)保障鏈?zhǔn)┘蛹s束限制，采用約束變量表示約束限制，約束變量值在有限域內(nèi)被分配給定。因此，該約束模型考慮變量有限集，它們與有限域、約束集相關(guān)聯(lián)。

3.1 油料保障約束函數(shù)

用決策變量和輸入?yún)?shù)表示模型的約束。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，采用因變量，定義如下：

式中，Δuot為在期間ε對(duì)應(yīng)于保障實(shí)體u，油品o的接收數(shù)量與發(fā)送數(shù)量之差。

將分布式油料保障問(wèn)題域分為“部隊(duì)”、“保障區(qū)”和“戰(zhàn)區(qū)”3個(gè)層次，使用所有變量和參數(shù)，表示每個(gè)層次的約束函數(shù)。

過(guò)去和未來(lái)油料保障規(guī)劃之間的約束關(guān)系，將出現(xiàn)在“保障區(qū)”和“戰(zhàn)區(qū)”層次（即全局），它來(lái)自于與保障鏈實(shí)體之間油品調(diào)運(yùn)相關(guān)物理時(shí)間約束。在“部隊(duì)”層次，假設(shè)在單位時(shí)間周期內(nèi)，一個(gè)相同區(qū)域的兩個(gè)不同油庫(kù)，足夠接近運(yùn)送彼此之間的油品。因時(shí)間周期受到限制，即ε∈{1 ,...,T }，應(yīng)考慮邊界條件：

3.2 油料保障目標(biāo)函數(shù)

油料保障鏈管理涉及選擇保障決策策略Φ(puε,Invwpε)，以便確保保障鏈績(jī)效指標(biāo)最優(yōu)。油料保障鏈績(jī)效指標(biāo)是在H期間整個(gè)保障鏈的效能。假設(shè)油品供應(yīng)商可提供無(wú)限量的任何油品，向所有被保障單位需求提供保障。因此，優(yōu)化目標(biāo)是最大化保障鏈總效能?？傂躎E(Total effectiveness，縮寫(xiě)為T(mén)E)表示為：

式中：ESendo：向被保障單位發(fā)送油品的效能；ESende：向被保障單位發(fā)送油料裝備的效能；PurCosto：油品采購(gòu)成本；PurCoste：油料裝備采購(gòu)成本；TraCostT：油品和油料裝備運(yùn)輸總運(yùn)費(fèi)。由每個(gè)部隊(duì)內(nèi)運(yùn)輸油品和油料裝備的總運(yùn)費(fèi)；(Tra-CostMi_Tε)：在不同地點(diǎn)之間，每個(gè)地點(diǎn)(Meuwε)內(nèi)運(yùn)輸油品和油料裝備的總運(yùn)費(fèi)；(TraCostMe_Tε)：在保障區(qū)和供應(yīng)商間每個(gè)區(qū)域(Me_Suwε)內(nèi)運(yùn)輸油品和油料裝備的總運(yùn)費(fèi)(TraCostMe_S_Tε)所獲得；InvCost：在期間H油品和油料裝備總庫(kù)存成本。

3.3 基于Holonic Agent的模型求解模式

記油料保障人員為“POLstaff”，對(duì)于每個(gè)元組(o,ε)，創(chuàng)建一個(gè)Agnet。在POLstaff角色的情形下，單個(gè)Agnet對(duì)應(yīng)于一個(gè)保障實(shí)體。由于所有層次的POLstaff Agnet具有相同head角色，它們負(fù)責(zé)因變量的運(yùn)算，根據(jù)保障決策變量分配更新因變量，從POLstaff Agnet向上發(fā)送到位于上一層次的其它POL-staff Agnet。此外，當(dāng)在保障區(qū)中觀層次和戰(zhàn)區(qū)宏局層次，平衡油品及其裝備供應(yīng)量與被保障單位需求時(shí)，正確時(shí)間段之間的適當(dāng)匹配，也是相關(guān)POLstaff Agnet的責(zé)任。肩負(fù)油品及其裝備管理角色的Agnet，管理和控制決策變量puε，而庫(kù)存管理者角色的Agnet關(guān)注決策變量Invwoε。

式中，數(shù)值約束函數(shù)被定義為兩個(gè)相鄰Agnet之間的關(guān)系。在所關(guān)注的holonic模型，一對(duì)Agnet中，一個(gè)Agnet總是具有POLstaff角色(L)，而另一個(gè)Agnet則扮演其它任一角色(α)。隨著一對(duì)相鄰Agnet、由它們以及參數(shù)之間所交換的變量，提出所有這些函數(shù)，因?yàn)檫@些后面的參數(shù)可以根據(jù)油料保障環(huán)境動(dòng)態(tài)地變化。

在holon的情形下，其后面跟隨著head Agnet(symbol≡)，它表示在通信中的全部holon。所有變量直接作用于目標(biāo)函數(shù)。內(nèi)部層次約束表示為：

4 結(jié)束語(yǔ)

本文將約束網(wǎng)絡(luò)方法與Holonic Agent方法相結(jié)合，建立分布式約束優(yōu)化油料保障模型，用于支持油料保障鏈的協(xié)作和管理。分析分布式油料保障問(wèn)題域特點(diǎn)，確定影響因素與決策變量。采用holon對(duì)油料保障實(shí)體建模，構(gòu)建油料保障實(shí)體holarchy結(jié)構(gòu)，將感知與保障行為響應(yīng)、保障環(huán)境約束相集成。將油料保障鏈總效能作為優(yōu)化目標(biāo)，建立相關(guān)約束函數(shù)。論述了基于Holonic Agent的優(yōu)化模型求解模式。該模型通過(guò)約束網(wǎng)絡(luò)將在空間和時(shí)間分布的油料保障實(shí)體緊密集成，并使其油料保障行為優(yōu)化，對(duì)于增強(qiáng)油料保障鏈整體效能具有重要意義。

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