基于Agent 结构的工艺流程并行自动触发系统*

姜 康 梁 真 张梦雅

(合肥工业大学交通运输工程学院，安徽 合肥230009)

现代车间，零件的加工大多需要在不同设备完成不同的工序与工步。工序在设备之间的计划模式尤为重要，加工信息的共享是实现车间合理调度和提高车间加工效率的主要因素。车间加工过程自动触发可以依据工艺的工序顺序来实现不同工序之间的无缝衔接。

基于Multi － Agent［1－3］的自 动 触 发 系统 与传 统的系统相比较，有很多优点:①适应性强，能够适应不同的突发情况;②扩展性强，能够不用调整各系统的结构以及流程就能实现新的业务流程;③优化性好，Agent 自身的智能性使得每一个Agent 都能达到其预定目标的最大值，从而使得整个系统处于较优化的结构。

1 系统并行加工分析

传统的加工方式是以计划和大批量产为基础。能够实现以量取胜的生产模式，但是对小批量产没有优势，不能有效利用资源。

在网络化加工［4－5］的车间加工背景下，需要改变传统的车间加工方式实现无缝衔接、提高效率。基于Agent 的自动触发系统实现以工序为任务的最小单位，以单件零件为最小批量，实现了并行流水式加工［6］，更适合灵活的紧急任务的加工。

传统的工作流管理系统不能事先准确、完善地定义业务的流程。文献［7］引入Agent 的概念并对传统的工作流进行了改进，说明了Agent 技术在系统管理中的先进性。

文献［8］中对系统动态的任务进行重构，形成敏捷制造单元。当生产任务发生变化时，需要重新构造单元。这样就能更好地利用车间的资源。

本文根据车间的实际情况和车间任务的重构设计了系统，该系统的并行加工流程图如图1 所示。

图1 描述了两个最小单位的任务在各机床Agent之间的并行加工过程，两个任务能够在不同的机床上同时加工。其中箭头表示任务的流向，矩形表示工作机床，虚线与实线表示分别表示零件的加工顺序。

2 系统结构及功能

基于Agent 的工艺流程自动触发系统包括3 个组成部分:管理Agent、黑板Agent 和机床Agent，具体结构如图2 所示。

2.1 管理Agent

管理Agent 是工艺流程的起始端，用来实现任务的初始化和加工过程的调度，其主要功能包括:

(1)发布任务。根据管理操作人员提交的加工信息(任务名称、数量、级别、加工模型、零件号、图纸、计划加工时间等)，确定加工任务。将任务按照工序关系自动拆分成最小单位的工序任务，保存任务信息，记录工序与任务的相互联系，并将任务发布到黑板上去。

(2)处理机床Agent 反馈的任务信息。每一道工序完成以后都需要将信息反馈到管理Agent 处，管理Agent 根据反馈的工序加工信息确认最终处理结果。

(3)任务的管理。包括对任务的添加、删除、修改、升降紧急度、任务的终止与恢复等操作。

(4)各Agent 的处理。各Agent 的信息需要管理Agent 管理，各Agent 的产生与销毁都需要管理Agent来进行控制。

2.2 机床Agent

机床Agent 是任务加工的终端，完成管理Agent 下达的加工工序任务，其主要功能有:

(1)向黑板投标，接受由黑板发出的标段。每个任务都需要机床Agent 从黑板处取得，只有机床Agent在黑板登记了信息，才可能获得相应的任务标段。

(2)将信息(加工信息、机床信息等)反馈给管理Agent。任务完成后需要将任务提交给管理Agent，由管理Agent 决定该任务是否可以提交，以及任务是否全部完成。

(3)向管理Agent 发出状态信息。机床的暂停与恢复都需要在管理Agent 登记，机床加工过程中的突发情况需向管理Agent 发送报告信息。

2.3 黑板Agent

黑板Agent 主要提供信息共享服务。其功能包括:

(1)接受Agent 的任务信息。接受管理Agent 生成的加工工序信息。管理Agent 下达的任务必须通过黑板才能发布到机床Agent 中，管理Agent 不直接给机床Agent 下达任务。

(2)登记与消除机床的状态。黑板有标段需要招标，只会向在黑板中有记录的机床Agent 询问，确定标段的投注方向。

3 系统的业务流程

3.1 任务生成与发布流程

管理Agent 接受管理人员的指令，根据管理人员下达的任务名称、数量、加工图号、零件、级别以及加工的工序顺序等信息生成任务信息，确定第一道工序，将第一道工序分解成更细的工序任务发送给黑板，黑板将工序任务拆分并向外部发布标段。

3.2 任务紧急度调整

任务紧急度流程如图3 所示。管理Agent 根据管理人员的操作，对任务进行紧急度的处理，该处理只针对还在黑板标段中的任务，而对于已经接受的任务，管理Agent 无法进行任务级别的升降。

3.3 任务的终止与恢复

管理Agent 根据管理人员的操作对任务进行终止和恢复的操作。终止只能对还没有进行的工序进行，不能终止正在加工的工序。若已经终止的任务没有下一道工序，管理Agent 对该任务进行记录。当需要对该任务重新恢复时，需要管理Agent 记录数据并进行处理，从终止任务还没有进行的工序开始恢复。业务流程如图4 所示。

3.4 工序的招投标

机床在空闲时，向黑板发送相关的加工和机床状态信息，黑板记录该机床的能力和状态等数据。

黑板将工序拆分后，按照最小的单位发布出去，黑板不断地向已经登记过的机床Agent 发送工序信息，直到有机床Agent 发来确认信息。工序招投标业务流程如图5。

3.5 任务的加工与反馈

当机床Agent 加工任务完成或遇到突发情况，机床Agent 需要将信息发送给管理Agent，由管理Agent根据信息采取相应的处理。

3.6 机床Agent 的注册与销毁，报停与恢复

每当添加/报废一台设备，都需要在管理Agent 进行相关机床Agent 信息的登记和注销操作。

3.7 机床报停与恢复

如图6 所示，当机床出现故障时，操作人员根据需要将该设备报停，同时发送信息给管理Agent，由管理Agent 来决定是不是应该将该机床的加工任务转移给其他设备。

当设备已经修好能够正常使用，需要改变该机床Agent 的状态，允许该机床Agent 投标。

4 系统结构流程

如图7 所示，管理Agent 根据输入创建任务，将任务分解成更小单位的工序任务，并将工序任务交给黑板。黑板取得每一个工序的基本信息，并查找具有加工能力的机床Agent，向这些Agent 发送招标信息。机床Agent 与黑板协商，由黑板选择最优的加工机床加工。机床Agent 加工完成以后需要向管理Agent 反馈信息。由管理Agent 确定任务信息是否完成，并决定是否允许机床Agent 修改状态，是否能够向黑板重新登记信息。当机床Agent 中途出现故障，需要通知管理Agent，由管理Agent 将任务收回，重新发布至黑板。

5 两种加工模式加工时间比较

以往系统是以批次推进的加工，只有在一批零件加工完成以后才能进行下一步的加工，就会使得任务和设备处于等待的状态;而本系统是基于更小单位工序加工过程的加工，更具有灵活性。为了比较两种情况作出如下的假设:

(1)假设任务包含n 道工序，需要加工y 个零件。

(2)每一道依次由x1，x2，…，xn台设备加工。

(3)整个车间只有这一个任务需要执行。

(4)工序依次加工的时间为t1，t2，…，tn。

(5)将整个任务看成n 个加工工序的过程，求工序加工时间Tn。

依据假设可有:

令

则式(1)可以写成

得出一般加工过程的总时间为:

以最小单位工序加工总时间为:

令

则

式(4)减式(5)，得出一般加工过程比以最小工序任务单位的加工方式多出的时间:

由式(6)可以看出，以批次加工的模式多出的时间即是除去最后一道工序，零件数比机床数多的工序的一个加工时间的总和。

6 结语

本文设计实现了基于Agent 的车间自动触发系统，分别设计了系统的结构、功能以及业务流程。所设计开发的系统更能够胜任紧急任务的下达，能够更快地完成紧急度高的任务。

［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］陈迎春.基于多Agent 的智能决策支持系统［J］. 合肥工业大学学报，2003，17(6):174 －178.

［4］梅予，王傲胜.网络化制造的车间天车调度研究［J］.数字技术与应用，2011 (5):139 －140.

［5］刘燕，罗治平，朱建军，等.基于DNC 无线网络的车间信息化系统的研究［J］.制造业自动化，2009，31(11):51 －54.

［6］李应，杨善林，郑家强.敏捷制造系统的多Agent 模糊车间调度［J］.合肥工业大学学报，2008，31(2):244 -247.

［7］王丽娜，肖明，赵晶.基于Agent 的工作流管理系统研究［J］.价值工程，2010(2):73 -74.

［8］张洁，刘世平，汪宇，等.基于多Agent 车间控制系统的框架［J］. 华中科技大学学报，2001，29(11):9 -12.