基于黑板理論的供應鏈多Ａｇｅｎｔ協調管理研究

摘要：供應鏈管理的核心思想是流程的優化和系統整體性能的提高，為了達到這一目標，決策者需要進行供應鏈多Agent協調來協助解決供應鏈系統在運作過程中所出現的沖突和障礙，使整個供應鏈在動態的環境下實現全局最優的目標。以供應鏈管理為背景，探討了多Agent體系結構的供應鏈協調技術，在黑板模型下構建了以生產商和銷售商共同協調制定生產與銷售計劃為例的求解算法，并對算法進行了仿真試驗與數據分析，仿真結果證明了算法的合理性與有效性。

關鍵詞：供應連管理；協調管理；黑板理論；Agent

中圖分類號：F273.7 文獻標識碼：A 文章編號：1002-3100(2007)11-0051-04

Abstract: Supply Chain Management（SCM）emphasizes the optimization of all processes and the improvement of the whole system performance. Considering this target， the decision-maker needs to take the multi-agent coordination of supply chain into account to resolve the conflict and handicap and to optimize the supply chain system under the dynamic environment. Under the environment of supply chain management， collaboration technology using multi-agent structure is studied; constructs the algorithms under the Blackboard as the example of production agent and the distribution agent. Emulate experiment using the algorithms to solve multi-agent coordination. Results indicate the rationality and effectiveness of algorithms.

Key words: SCM; coordination management; Blackboard theory; Agent

0引言

供應鏈管理強調流程的優化和系統整體性能的提高，為了達到這一目標，必須建成一個無縫供應鏈（Seamless Supply Chain，SSC），所有參與者都要作為一個整體來進行考慮和運作，將組織間及組織內的摩擦減到最小甚至消除，真正實現供應鏈優化。然而沖突和障礙在動態的環境中往往是難以避免或者很難解決的，所以，必須進行供應鏈協調來協助解決供應鏈系統在運作過程中所出現的沖突和障礙，并通過協調處理各種不確定性或例外情況，提高供應鏈的運作效率[1-3]。

供應鏈多Agent協調管理作為供應鏈管理一種現實的、理智的選擇模式，已經成為供應鏈管理領域研究的熱點，研究供應鏈多Agent協調的文獻近年來逐漸增加。供應鏈協調管理可追溯到1960年A. J. Clark和H. Scarf對多級庫存/銷售系統的研究[4]。R. Bhatnagar等人在回顧了過去有關研究的基礎上，提出了供應鏈的兩層協調機制：作業協調和多工廠協調[5]；M. A. Cohen等人針對具有樹狀網絡結構的分布式制造企業開發了較完整的供應鏈協調分析評價模型，其中包括四個子模型：物料控制、生產、最終產品庫存以及銷售子模型[6]；P. Chandra等人分別分析了有協調和無協調的生產調度/銷售計劃管理方法，指出有效的協調將給企業帶來巨大的效益[7]。但是這些研究對供應鏈上成員企業決策的自利性以及成員企業間如何建立穩定的合作關系考慮較少，雖然多 Agent系統的理論為解決供應鏈優化問題提出了一種解決方法，但是還處在理論框架研究的初級階段，因此有必要對供應鏈多Agent管理的協調問題進行研究，以實現供應鏈根據市場需求的變化快速重構，能將顧客所需要的相應數量的產品以及服務，以最低的價格及時地送到顧客手中，使整個供應鏈在動態的環境下實現全局最優的目標。本文在前人研究的基礎上，以供應鏈管理為背景，探討了多Agent體系結構的供應鏈協調管理技術，在黑板（Blackboard，BB）理論下構建了以生產商和銷售商共同協調制定生產與銷售計劃為例的計劃協調求解算法，并對算法進行了仿真試驗與數據分析，仿真結果證明了算法的合理性與有效性。

1供應鏈多Agent系統協調管理問題

Agent技術最早于20世紀70年代出現在人工智能領域，是一種在分布系統或者協作系統中能持續自主地發揮作用的計算實體，常簡稱為智能體，其最大特點是具有一定的智能及良好的靈活性和堅定性，特別適合對復雜、協同和難以預測的問題進行處理[8-12]。

多Agent系統（Multi-Agent System，MAS）是Agent技術主要的發展方向，它由多個結構和功能較為簡單的Agent組成，不同功能的Agent代表不同的對象，擁有不同的權利和能力，能夠完成不同的任務。它們能夠根據任務的需要動態地組建，通過多個Agent間的協作，使整個系統具有豐富的知識和強大的功能。MAS系統中各Agent成員的活動是自治和獨立的，其自身的目標和行為不受其它Agent成員的限制，每個Agent對象之間的關系是對等實體關系，每個Agent對象都有獨立的目標，可以自主決定自身的行為，同時它們又相互對話，對問題協作求解MAS通過競爭或磋商等手段協調解決各Agent成員的目標和行為之間的矛盾和沖突。

供應鏈是一個非常復雜的系統，它圍繞核心企業，在競爭、合作、動態的市場環境中，將供應商、生產商、銷售商直到最終用戶連成一個供需網絡，它涉及外購、生產、庫存管理、銷售、運輸和客戶服務等環節[13]。如果把供應鏈中各種功能單元，如供應商、制造商、銷售商和運輸商對物料或最終產品的管理和生產、計劃、采購、銷售以及運輸等均看成是獨立自主的Agent，把供應鏈網絡中人、組織和機器間的交互合作、共同完成任務的各種活動描述為Agent間的自主作業活動，那么供應鏈系統就成為一個多Agent系統，其中每一個Agent都具有一定的功能，并可與其它Agent進行協作。在基于多Agent供應鏈管理的體系結構中，每一個節點都表示一個企業實體，被視作一個多Agent的子系統，每一個子多Agent系統都采用以中介為中心的聯邦結構模式。

供應鏈多Agent協調是指供應鏈中各Agent為了提高供應鏈的整體競爭力而進行的彼此協調和聯合努力[14-16]。供應鏈多Agent協調管理就是針對供應鏈網絡內各Agent間的合作所進行的管理。供應鏈多Agent協調關系的形成不僅可以使企業借助其他企業的核心競爭力來形成、維持甚至強化自己的核心競爭力，同時也可以規避供應鏈風險，降低供應鏈的不確定性，使整個供應鏈創造的價值最大化。

供應鏈多Agent之間的協作是基于Agent的分布任務處理的主要方式。在供應鏈多Agent系統中，各個Agent代表不同的部門組織或企業實體，由一定的利益驅動而組合在一起，相互協作，共同完成外購、生產、庫存管理、銷售、運輸和客戶服務等環節，在供應鏈多Agent系統中，Agent之間的協作是常見的、典型的，如運輸Agent在進行完成運輸任務時，與庫存Agent之間的協商；生產Agent在制定生產計劃時與銷售Agent之間的協商等等。

2黑板的引入及供應鏈協調求解算法的實現

根據供應鏈群體協作的特點，可以把供應鏈合作關系分為合作型和非合作型，合作型又可分為戰略性合作和一般性合作。在戰略合作伙伴關系下，各個節點企業建立起了長期的聯盟的、戰略性的合作伙伴關系，彼此之間相互信任，參與協調的各方可以進行信息共享，這是一種信息透明度極高的民主合作方式下的協調合作。在此合作模式下，宜采用BB模型建立求解算法，因為BB下的合作關系就是戰略性伙伴關系，BB系統又稱平行協商系統，這種系統的群體決策需要采取民主協商方式，各合作成員之間的信息是共享的，就好像在一塊“黑板”上任何成員都有權利隨意書寫和刪除意見一樣，各合作成員共享信息，具有充分的信息透明性。因此，在該機制下，所有節點企業的地位是對等的，通過分布式的黑板來共同承擔任務。節點企業通過黑板進行任務的共同協商，根據自己的資源擁有量，決定所承擔的任務量[17-19]。

供應鏈管理最大的特點是不確定性和復雜性，有效的協調對供應鏈的整體優化至關重要。本文研究的協調關系是建立長期合作伙伴關系的供應商與企業之間的協調及企業內的生產部、銷售部的協調。由于生產部與銷售部存在不同的目標與約束，部門的最優一般不是系統的最優，這種問題的協調需要兼顧不同部門的約束，采用近似搜索算法是解決這種問題的有效辦法。下面以生產Agent和銷售Agent共同協調制定生產與銷售計劃為例構建協調模型。

同理可分別建立供應鏈中的供應商、制造商、分銷商、零售商和顧客的決策模型，得到最優的運營績效函數。該績效函數同樣遵循式（1）和式（2）的協調規則。

通過上面運算得到供應鏈各節點企業的最優運營績效函數后，即可建立出一個簡單的供應鏈協調機制概念模型，該供應鏈包括供應商、制造商、分銷商和零售商，其中制造商是核心企業，負責整個供應鏈的管理協調，而其他成員只和與自己發生業務關系的企業進行協調。供應鏈中子系統的相互協調行為共同構成了供應鏈系統的協調集合，其目標是使各子系統在績效不變或有所改善的前提下實現供應鏈的績效最大化。

3算例分析

通過以上分析，建立起求解算法后，舉一個以制造商為核心企業的算例來驗證上述算法的合理性和有效性，假設某制造企業的需求函數為Q=a-bp，

如果滿足MC-MR<0.001，則終止協調，得到最優生產計劃；否則，重新進行協調。

本算例中需協調三次滿足收斂條件，終止協調過程。計劃協調的結果是最優銷售計劃為2 492.85，最優價格是7.51，最優生產批量為380.5902（見表1）。

4結論

供應鏈管理的核心思想是流程的優化和系統整體性能的提高，為了達到這一目標，必須建立一個無縫供應鏈，所有參與者都要作為一個整體來進行考慮和運作，必須進行供應鏈協調來協助解決供應鏈系統在運作過程中所出現的沖突和障礙。通過協調處理各種不確定性或例外情況，提高供應鏈的運作效率，真正實現供應鏈優化。

將BB理論應用于供應鏈多Agent系統協調管理，無論在理論上還是在方法上都是非常新的事物，BB下的供應鏈多Agent系統協調管理技術對度量供應鏈系統的不確定性和復雜性提供了有效的方法，同時也為供應鏈系統更加有效的運營和管理提供了理論依據和指導方法。通過從物流、信息流到供應鏈各節點企業的協調程度的評估分析，可以看出BB理論運用于供應鏈多Agent系統的多樣性研究是可能的。正如本文第四部分的數值分析所示，這種方法最有用之處是對供應鏈多Agent系統協調管理的研究。BB理論下的供應鏈多Agent系統協調管理技術為評價供應鏈各節點企業運營的不確定性、減弱或消除整個供應鏈的不確定性以及實現供應鏈整體最優提供了一個有效的工具。

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