基于Agent 結構的工藝流程并行自動觸發系統*

姜 康 梁 真 張夢雅

(合肥工業大學交通運輸工程學院，安徽 合肥230009)

現代車間，零件的加工大多需要在不同設備完成不同的工序與工步。工序在設備之間的計劃模式尤為重要，加工信息的共享是實現車間合理調度和提高車間加工效率的主要因素。車間加工過程自動觸發可以依據工藝的工序順序來實現不同工序之間的無縫銜接。

基于Multi － Agent［1－3］的自 動 觸 發 系統 與傳 統的系統相比較，有很多優點:①適應性強，能夠適應不同的突發情況;②擴展性強，能夠不用調整各系統的結構以及流程就能實現新的業務流程;③優化性好，Agent 自身的智能性使得每一個Agent 都能達到其預定目標的最大值，從而使得整個系統處于較優化的結構。

1 系統并行加工分析

傳統的加工方式是以計劃和大批量產為基礎。能夠實現以量取勝的生產模式，但是對小批量產沒有優勢，不能有效利用資源。

在網絡化加工［4－5］的車間加工背景下，需要改變傳統的車間加工方式實現無縫銜接、提高效率。基于Agent 的自動觸發系統實現以工序為任務的最小單位，以單件零件為最小批量，實現了并行流水式加工［6］，更適合靈活的緊急任務的加工。

傳統的工作流管理系統不能事先準確、完善地定義業務的流程。文獻［7］引入Agent 的概念并對傳統的工作流進行了改進，說明了Agent 技術在系統管理中的先進性。

文獻［8］中對系統動態的任務進行重構，形成敏捷制造單元。當生產任務發生變化時，需要重新構造單元。這樣就能更好地利用車間的資源。

本文根據車間的實際情況和車間任務的重構設計了系統，該系統的并行加工流程圖如圖1 所示。

圖1 描述了兩個最小單位的任務在各機床Agent之間的并行加工過程，兩個任務能夠在不同的機床上同時加工。其中箭頭表示任務的流向，矩形表示工作機床，虛線與實線表示分別表示零件的加工順序。

2 系統結構及功能

基于Agent 的工藝流程自動觸發系統包括3 個組成部分:管理Agent、黑板Agent 和機床Agent，具體結構如圖2 所示。

2.1 管理Agent

管理Agent 是工藝流程的起始端，用來實現任務的初始化和加工過程的調度，其主要功能包括:

(1)發布任務。根據管理操作人員提交的加工信息(任務名稱、數量、級別、加工模型、零件號、圖紙、計劃加工時間等)，確定加工任務。將任務按照工序關系自動拆分成最小單位的工序任務，保存任務信息，記錄工序與任務的相互聯系，并將任務發布到黑板上去。

(2)處理機床Agent 反饋的任務信息。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 根據反饋的工序加工信息確認最終處理結果。

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

(4)各Agent 的處理。各Agent 的信息需要管理Agent 管理，各Agent 的產生與銷毀都需要管理Agent來進行控制。

2.2 機床Agent

機床Agent 是任務加工的終端，完成管理Agent 下達的加工工序任務，其主要功能有:

(1)向黑板投標，接受由黑板發出的標段。每個任務都需要機床Agent 從黑板處取得，只有機床Agent在黑板登記了信息，才可能獲得相應的任務標段。

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

(3)向管理Agent 發出狀態信息。機床的暫停與恢復都需要在管理Agent 登記，機床加工過程中的突發情況需向管理Agent 發送報告信息。

2.3 黑板Agent

黑板Agent 主要提供信息共享服務。其功能包括:

(1)接受Agent 的任務信息。接受管理Agent 生成的加工工序信息。管理Agent 下達的任務必須通過黑板才能發布到機床Agent 中，管理Agent 不直接給機床Agent 下達任務。

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

3 系統的業務流程

3.1 任務生成與發布流程

管理Agent 接受管理人員的指令，根據管理人員下達的任務名稱、數量、加工圖號、零件、級別以及加工的工序順序等信息生成任務信息，確定第一道工序，將第一道工序分解成更細的工序任務發送給黑板，黑板將工序任務拆分并向外部發布標段。

3.2 任務緊急度調整

任務緊急度流程如圖3 所示。管理Agent 根據管理人員的操作，對任務進行緊急度的處理，該處理只針對還在黑板標段中的任務，而對于已經接受的任務，管理Agent 無法進行任務級別的升降。

3.3 任務的終止與恢復

管理Agent 根據管理人員的操作對任務進行終止和恢復的操作。終止只能對還沒有進行的工序進行，不能終止正在加工的工序。若已經終止的任務沒有下一道工序，管理Agent 對該任務進行記錄。當需要對該任務重新恢復時，需要管理Agent 記錄數據并進行處理，從終止任務還沒有進行的工序開始恢復。業務流程如圖4 所示。

3.4 工序的招投標

機床在空閑時，向黑板發送相關的加工和機床狀態信息，黑板記錄該機床的能力和狀態等數據。

黑板將工序拆分后，按照最小的單位發布出去，黑板不斷地向已經登記過的機床Agent 發送工序信息，直到有機床Agent 發來確認信息。工序招投標業務流程如圖5。

3.5 任務的加工與反饋

當機床Agent 加工任務完成或遇到突發情況，機床Agent 需要將信息發送給管理Agent，由管理Agent根據信息采取相應的處理。

3.6 機床Agent 的注冊與銷毀，報停與恢復

每當添加/報廢一臺設備，都需要在管理Agent 進行相關機床Agent 信息的登記和注銷操作。

3.7 機床報停與恢復

如圖6 所示，當機床出現故障時，操作人員根據需要將該設備報停，同時發送信息給管理Agent，由管理Agent 來決定是不是應該將該機床的加工任務轉移給其他設備。

當設備已經修好能夠正常使用，需要改變該機床Agent 的狀態，允許該機床Agent 投標。

4 系統結構流程

如圖7 所示，管理Agent 根據輸入創建任務，將任務分解成更小單位的工序任務，并將工序任務交給黑板。黑板取得每一個工序的基本信息，并查找具有加工能力的機床Agent，向這些Agent 發送招標信息。機床Agent 與黑板協商，由黑板選擇最優的加工機床加工。機床Agent 加工完成以后需要向管理Agent 反饋信息。由管理Agent 確定任務信息是否完成，并決定是否允許機床Agent 修改狀態，是否能夠向黑板重新登記信息。當機床Agent 中途出現故障，需要通知管理Agent，由管理Agent 將任務收回，重新發布至黑板。

5 兩種加工模式加工時間比較

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

(1)假設任務包含n 道工序，需要加工y 個零件。

(2)每一道依次由x1，x2，…，xn臺設備加工。

(3)整個車間只有這一個任務需要執行。

(4)工序依次加工的時間為t1，t2，…，tn。

(5)將整個任務看成n 個加工工序的過程，求工序加工時間Tn。

依據假設可有:

令

則式(1)可以寫成

得出一般加工過程的總時間為:

以最小單位工序加工總時間為:

令

則

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

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

6 結語

本文設計實現了基于Agent 的車間自動觸發系統，分別設計了系統的結構、功能以及業務流程。所設計開發的系統更能夠勝任緊急任務的下達，能夠更快地完成緊急度高的任務。

［1］Jacques Ferber. Multi-agent Systems:An Introduction to Distributed Artificial Intelligence［M］. Harlow，Addison-Wesley，1999.

［2］Li Sj，L you.Design of multi －agent based sensory agent for intelligent machine［J］. Industrial Electronics Society，2004. IECON 2004. 30th Annual Conference of IEEE，2004(2):1914 －1917.

［3］陳迎春.基于多Agent 的智能決策支持系統［J］. 合肥工業大學學報，2003，17(6):174 －178.

［4］梅予，王傲勝.網絡化制造的車間天車調度研究［J］.數字技術與應用，2011 (5):139 －140.

［5］劉燕，羅治平，朱建軍，等.基于DNC 無線網絡的車間信息化系統的研究［J］.制造業自動化，2009，31(11):51 －54.

［6］李應，楊善林，鄭家強.敏捷制造系統的多Agent 模糊車間調度［J］.合肥工業大學學報，2008，31(2):244 -247.

［7］王麗娜，肖明，趙晶.基于Agent 的工作流管理系統研究［J］.價值工程，2010(2):73 -74.

［8］張潔，劉世平，汪宇，等.基于多Agent 車間控制系統的框架［J］. 華中科技大學學報，2001，29(11):9 -12.