姜 康 梁 真 張夢(mèng)雅

(合肥工業(yè)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，安徽 合肥230009)

現(xiàn)代車間，零件的加工大多需要在不同設(shè)備完成不同的工序與工步。工序在設(shè)備之間的計(jì)劃模式尤為重要，加工信息的共享是實(shí)現(xiàn)車間合理調(diào)度和提高車間加工效率的主要因素。車間加工過(guò)程自動(dòng)觸發(fā)可以依據(jù)工藝的工序順序來(lái)實(shí)現(xiàn)不同工序之間的無(wú)縫銜接。

基于Multi － Agent［1－3］的自 動(dòng) 觸 發(fā) 系統(tǒng) 與傳 統(tǒng)的系統(tǒng)相比較，有很多優(yōu)點(diǎn):①適應(yīng)性強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同的突發(fā)情況;②擴(kuò)展性強(qiáng)，能夠不用調(diào)整各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及流程就能實(shí)現(xiàn)新的業(yè)務(wù)流程;③優(yōu)化性好，Agent 自身的智能性使得每一個(gè)Agent 都能達(dá)到其預(yù)定目標(biāo)的最大值，從而使得整個(gè)系統(tǒng)處于較優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。

1 系統(tǒng)并行加工分析

傳統(tǒng)的加工方式是以計(jì)劃和大批量產(chǎn)為基礎(chǔ)。能夠?qū)崿F(xiàn)以量取勝的生產(chǎn)模式，但是對(duì)小批量產(chǎn)沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，不能有效利用資源。

在網(wǎng)絡(luò)化加工［4－5］的車間加工背景下，需要改變傳統(tǒng)的車間加工方式實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接、提高效率?；贏gent 的自動(dòng)觸發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以工序?yàn)槿蝿?wù)的最小單位，以單件零件為最小批量，實(shí)現(xiàn)了并行流水式加工［6］，更適合靈活的緊急任務(wù)的加工。

傳統(tǒng)的工作流管理系統(tǒng)不能事先準(zhǔn)確、完善地定義業(yè)務(wù)的流程。文獻(xiàn)［7］引入Agent 的概念并對(duì)傳統(tǒng)的工作流進(jìn)行了改進(jìn)，說(shuō)明了Agent 技術(shù)在系統(tǒng)管理中的先進(jìn)性。

文獻(xiàn)［8］中對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的任務(wù)進(jìn)行重構(gòu)，形成敏捷制造單元。當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生變化時(shí)，需要重新構(gòu)造單元。這樣就能更好地利用車間的資源。

本文根據(jù)車間的實(shí)際情況和車間任務(wù)的重構(gòu)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)，該系統(tǒng)的并行加工流程圖如圖1 所示。

圖1 描述了兩個(gè)最小單位的任務(wù)在各機(jī)床Agent之間的并行加工過(guò)程，兩個(gè)任務(wù)能夠在不同的機(jī)床上同時(shí)加工。其中箭頭表示任務(wù)的流向，矩形表示工作機(jī)床，虛線與實(shí)線表示分別表示零件的加工順序。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

基于Agent 的工藝流程自動(dòng)觸發(fā)系統(tǒng)包括3 個(gè)組成部分:管理Agent、黑板Agent 和機(jī)床Agent，具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

2.1 管理Agent

管理Agent 是工藝流程的起始端，用來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)的初始化和加工過(guò)程的調(diào)度，其主要功能包括:

(1)發(fā)布任務(wù)。根據(jù)管理操作人員提交的加工信息(任務(wù)名稱、數(shù)量、級(jí)別、加工模型、零件號(hào)、圖紙、計(jì)劃加工時(shí)間等)，確定加工任務(wù)。將任務(wù)按照工序關(guān)系自動(dòng)拆分成最小單位的工序任務(wù)，保存任務(wù)信息，記錄工序與任務(wù)的相互聯(lián)系，并將任務(wù)發(fā)布到黑板上去。

(2)處理機(jī)床Agent 反饋的任務(wù)信息。每一道工序完成以后都需要將信息反饋到管理Agent 處，管理Agent 根據(jù)反饋的工序加工信息確認(rèn)最終處理結(jié)果。

(3)任務(wù)的管理。包括對(duì)任務(wù)的添加、刪除、修改、升降緊急度、任務(wù)的終止與恢復(fù)等操作。

(4)各Agent 的處理。各Agent 的信息需要管理Agent 管理，各Agent 的產(chǎn)生與銷毀都需要管理Agent來(lái)進(jìn)行控制。

2.2 機(jī)床Agent

機(jī)床Agent 是任務(wù)加工的終端，完成管理Agent 下達(dá)的加工工序任務(wù)，其主要功能有:

(1)向黑板投標(biāo)，接受由黑板發(fā)出的標(biāo)段。每個(gè)任務(wù)都需要機(jī)床Agent 從黑板處取得，只有機(jī)床Agent在黑板登記了信息，才可能獲得相應(yīng)的任務(wù)標(biāo)段。

(2)將信息(加工信息、機(jī)床信息等)反饋給管理Agent。任務(wù)完成后需要將任務(wù)提交給管理Agent，由管理Agent 決定該任務(wù)是否可以提交，以及任務(wù)是否全部完成。

(3)向管理Agent 發(fā)出狀態(tài)信息。機(jī)床的暫停與恢復(fù)都需要在管理Agent 登記，機(jī)床加工過(guò)程中的突發(fā)情況需向管理Agent 發(fā)送報(bào)告信息。

2.3 黑板Agent

黑板Agent 主要提供信息共享服務(wù)。其功能包括:

(1)接受Agent 的任務(wù)信息。接受管理Agent 生成的加工工序信息。管理Agent 下達(dá)的任務(wù)必須通過(guò)黑板才能發(fā)布到機(jī)床Agent 中，管理Agent 不直接給機(jī)床Agent 下達(dá)任務(wù)。

(2)登記與消除機(jī)床的狀態(tài)。黑板有標(biāo)段需要招標(biāo)，只會(huì)向在黑板中有記錄的機(jī)床Agent 詢問(wèn)，確定標(biāo)段的投注方向。

3 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程

3.1 任務(wù)生成與發(fā)布流程

管理Agent 接受管理人員的指令，根據(jù)管理人員下達(dá)的任務(wù)名稱、數(shù)量、加工圖號(hào)、零件、級(jí)別以及加工的工序順序等信息生成任務(wù)信息，確定第一道工序，將第一道工序分解成更細(xì)的工序任務(wù)發(fā)送給黑板，黑板將工序任務(wù)拆分并向外部發(fā)布標(biāo)段。

3.2 任務(wù)緊急度調(diào)整

任務(wù)緊急度流程如圖3 所示。管理Agent 根據(jù)管理人員的操作，對(duì)任務(wù)進(jìn)行緊急度的處理，該處理只針對(duì)還在黑板標(biāo)段中的任務(wù)，而對(duì)于已經(jīng)接受的任務(wù)，管理Agent 無(wú)法進(jìn)行任務(wù)級(jí)別的升降。

3.3 任務(wù)的終止與恢復(fù)

管理Agent 根據(jù)管理人員的操作對(duì)任務(wù)進(jìn)行終止和恢復(fù)的操作。終止只能對(duì)還沒(méi)有進(jìn)行的工序進(jìn)行，不能終止正在加工的工序。若已經(jīng)終止的任務(wù)沒(méi)有下一道工序，管理Agent 對(duì)該任務(wù)進(jìn)行記錄。當(dāng)需要對(duì)該任務(wù)重新恢復(fù)時(shí)，需要管理Agent 記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，從終止任務(wù)還沒(méi)有進(jìn)行的工序開(kāi)始恢復(fù)。業(yè)務(wù)流程如圖4 所示。

3.4 工序的招投標(biāo)

機(jī)床在空閑時(shí)，向黑板發(fā)送相關(guān)的加工和機(jī)床狀態(tài)信息，黑板記錄該機(jī)床的能力和狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

黑板將工序拆分后，按照最小的單位發(fā)布出去，黑板不斷地向已經(jīng)登記過(guò)的機(jī)床Agent 發(fā)送工序信息，直到有機(jī)床Agent 發(fā)來(lái)確認(rèn)信息。工序招投標(biāo)業(yè)務(wù)流程如圖5。

3.5 任務(wù)的加工與反饋

當(dāng)機(jī)床Agent 加工任務(wù)完成或遇到突發(fā)情況，機(jī)床Agent 需要將信息發(fā)送給管理Agent，由管理Agent根據(jù)信息采取相應(yīng)的處理。

3.6 機(jī)床Agent 的注冊(cè)與銷毀，報(bào)停與恢復(fù)

每當(dāng)添加/報(bào)廢一臺(tái)設(shè)備，都需要在管理Agent 進(jìn)行相關(guān)機(jī)床Agent 信息的登記和注銷操作。

3.7 機(jī)床報(bào)停與恢復(fù)

如圖6 所示，當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，操作人員根據(jù)需要將該設(shè)備報(bào)停，同時(shí)發(fā)送信息給管理Agent，由管理Agent 來(lái)決定是不是應(yīng)該將該機(jī)床的加工任務(wù)轉(zhuǎn)移給其他設(shè)備。

當(dāng)設(shè)備已經(jīng)修好能夠正常使用，需要改變?cè)摍C(jī)床Agent 的狀態(tài)，允許該機(jī)床Agent 投標(biāo)。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程

如圖7 所示，管理Agent 根據(jù)輸入創(chuàng)建任務(wù)，將任務(wù)分解成更小單位的工序任務(wù)，并將工序任務(wù)交給黑板。黑板取得每一個(gè)工序的基本信息，并查找具有加工能力的機(jī)床Agent，向這些Agent 發(fā)送招標(biāo)信息。機(jī)床Agent 與黑板協(xié)商，由黑板選擇最優(yōu)的加工機(jī)床加工。機(jī)床Agent 加工完成以后需要向管理Agent 反饋信息。由管理Agent 確定任務(wù)信息是否完成，并決定是否允許機(jī)床Agent 修改狀態(tài)，是否能夠向黑板重新登記信息。當(dāng)機(jī)床Agent 中途出現(xiàn)故障，需要通知管理Agent，由管理Agent 將任務(wù)收回，重新發(fā)布至黑板。

5 兩種加工模式加工時(shí)間比較

以往系統(tǒng)是以批次推進(jìn)的加工，只有在一批零件加工完成以后才能進(jìn)行下一步的加工，就會(huì)使得任務(wù)和設(shè)備處于等待的狀態(tài);而本系統(tǒng)是基于更小單位工序加工過(guò)程的加工，更具有靈活性。為了比較兩種情況作出如下的假設(shè):

(1)假設(shè)任務(wù)包含n 道工序，需要加工y 個(gè)零件。

(2)每一道依次由x1，x2，…，xn臺(tái)設(shè)備加工。

(3)整個(gè)車間只有這一個(gè)任務(wù)需要執(zhí)行。

(4)工序依次加工的時(shí)間為t1，t2，…，tn。

(5)將整個(gè)任務(wù)看成n 個(gè)加工工序的過(guò)程，求工序加工時(shí)間Tn。

依據(jù)假設(shè)可有:

令

則式(1)可以寫成

得出一般加工過(guò)程的總時(shí)間為:

以最小單位工序加工總時(shí)間為:

令

則

式(4)減式(5)，得出一般加工過(guò)程比以最小工序任務(wù)單位的加工方式多出的時(shí)間:

由式(6)可以看出，以批次加工的模式多出的時(shí)間即是除去最后一道工序，零件數(shù)比機(jī)床數(shù)多的工序的一個(gè)加工時(shí)間的總和。

6 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于Agent 的車間自動(dòng)觸發(fā)系統(tǒng)，分別設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能以及業(yè)務(wù)流程。所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)更能夠勝任緊急任務(wù)的下達(dá)，能夠更快地完成緊急度高的任務(wù)。

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