基于多Agent的裝甲裝備維修作業流程建模

劉建杰，劉文寶，李林宏

（裝甲兵工程學院 技術保障工程系，北京 100072）

0 引言

隨著科學技術的迅速發展，各種高新技術在裝甲裝備上得到了越來越多的應用，不僅對戰爭觀念、作戰樣式、作戰指揮等方面產生了深刻影響，并且對裝備維修保障提出了更高的要求，使得裝備維修保障在武器裝備建設和戰時保障體系建設中的重要性日趨凸顯。

近年來全球范圍內高技術局部戰爭的經驗表明，裝備維修保障是提高裝備完好性的重要基礎，也是裝備形成戰斗力的關鍵所在，更是提高裝備戰斗能力的倍增器。裝備維修保障是一個大型復雜系統，利用多Agent技術對其進行建模，可以克服其他建模方法在能動性和智能性方面的不足。

1 多Agent理論

Agent是指具有一定智能行為的實體，形成于分布式人工智能領域，由麻省理工大學Minsky首先提出[1]。當面對一些復雜的系統問題時，單個Agent由于受到其資源和能力的限制，無法適應大規模復雜問題的求解，多Agent則為上述問題提供了一個有效的解決方法和途徑。

多Agent不是多個Agent的簡單集合，而是具有一定組織結構，能夠面對具體的問題進行相應的合作[2]。采用多個Agent進行協作的方式，能夠通過任務分解和任務協調來提高整個系統的性能，也能夠克服單個Agent知識不完整、處理信息不確定等缺點[3]。

如圖1所示，Agent主要由五層結構組成，分別為通信層、API層、定義層、組織層和合作層。

API層用來將Agent與它的資源、技能的物理實現聯系起來；定義層主要將Agent描述為一個自治的理性實體，包括Agent的推理學習機制、資源、技能、目標等；組織層用來定義Agent之間的相互關系 （包括其在Agent團體中所扮演的角色），以及Agent之間的相互感知等；合作層用來指明Agent的社會能力，例如它的合作和協商技術；通信層主要是定義Agent之間通信的更低一級的細節。

2 基于多Agent的建模方法研究

本文所研究的裝甲裝備中修作業流程由于涉及到各子系統間和外界的相互影響，更著重于Agent社交能力的研究，因此建模仿真是基于多Agent進行的。模型信息包括概念、描述、功能約束條件、空間和多態等基本特征說明[4]。基于多Agent的建模與仿真是一種由底向上的建模方法，它把Agent作為系統的基本抽象單位，采用相關的Agent技術，先建立組成系統的每個個體的A-gent模型，然后采用合適的MAS體系結構來組裝這些個體Agent，最終建立整個系統的系統模型[5]，基于多A-gent建模與仿真的步驟，如圖2所示。

圖2 基于多Agent的建模與仿真步驟Fig.2 Based on Agent modeling and simulation steps

（1）Agent的劃分和定義：首先對目標系統進行分析，明確仿真的目標和需求。然后根據對系統的實體和功能進行劃分，把系統中的各種實體映射為仿真系統中的Agent，并將分解后的功能分配給相應的Agent，最后再把這些單個Agent的按一定的群體結構組成MAS。

（2）單個Agent模型的分析設計：單個Agent模型包括Agent的結構、內部狀態、消息系統、知識庫、內部行為等。對于系統中的各個Agent，根據其智能性的高低分析和設計Agent的基本結構。

（3）定義多Agent之間的協調和交互機制：多Agent系統中的Agent之間通過交互和協調達到任務求解的目的，因此需要描述Agent的社會關系，如Agent的協調、協作、交互等。Agent之間的交互和協調的基礎是通信和信息交換，具體表現為相互之間的通信機制。MAS通信機制的設定首先是要確定系統中哪些節點之間需要進行通信，然后確定這些節點之間的通信內容和方式。在設定通信機制時，要考慮到Agent所處的建模與仿真環境，不同的開發環境可能采用不同的通信機制。

（4）多Agent仿真系統的實現：整個MAS建模過程可以看作是采用自底向上的設計方法，單個Agent首先被定義，然后再對MAS集成。基于多Agent的裝甲裝備中修作業流程仿真可能建立在分布仿真環境上，為此需要合理地把基于Agent的模型分布到多個節點計算機上，對Agent進行分布時要注意遵循結點間通信量最小原則和結點負載均衡原則。

3 基于多Agent的裝甲裝備維修作業流程研究

3.1 維修作業要素分析

影響裝備維修能力的因素有很多，每項因素都會或多或少的對中修能力產生影響，但并不是所有的因素都需要在模型中體現。過多的維修作業要素參與模型的建立會導致模型過于繁瑣，不但會增加建模難度，還會降低模型運行的效率。論文主要從維修保障資源要素對裝備維修能力的影響方面進行分析，提出優化維修保障資源配置的可行方案。

經過篩選后，得到維修作業要素的構成如圖3所示。

圖3 維修作業要素構成Fig.3 Repair work elements

3.2 裝甲裝備維修作業流程的多Agent分析

通過前面對裝備中修作業流程時序模型分析，將裝備中修劃分為了11個作業流程，在流水線式中修作業模式下其具體工作流程如圖4所示。

在利用多Agent解決復雜問題的過程中，有時并不需要考慮所有個體Agent之間的聯系，一些個體Agent只是在一定范圍內與具有特定對象的Agent進行相互通信、感知和影響，并分析和處理信息，形成有效資源，而后將資源通過一定規則傳遞或影響其他Agent。此時，可將這些特定范圍內相互組合和聯系的各個體Agent看成一個子系統來研究，即具有特定功能模塊的多Agent子系統。

對于裝甲裝備中修作業仿真系統來講，根據其擔負具體任務的不同，可將其分解為三個部分，分別為：維修作業流程多Agent子系統、保障資源多Agent子系統以及修理過程Agent，各部分的具體功能如下：

（1）維修作業流程多Agent子系統，包含修前檢測及炮塔拆卸Agent、武器系統修理Agent、底盤總拆卸A-gent等；主要負責完成各個維修作業階段所需進行的維修工作。

（2）保障資源多Aegnt子系統，包含關鍵設備Agent和修理人員Agent，分別用來管理各自分類的維修保障資源。

（3）修理過程Agent，包含整個中修作業流程的信息，負責協調各個維修作業階段的相互轉換。

3.3 基于多Agent的裝備維修作業流程建模

對于維修作業中的每一個流程，都是由一系列的維修作業構成的，利用多Agent技術可以構建出每個維修作業的模型。

各個Agent之間的相互關系如圖5所示。同時，圖中注明了各個Agent之間的信息傳遞路線，具體過程如下：

（1）由修理過程Agent發起維修任務，向修前檢測及炮塔拆卸Agent發出指令完成相應的維修作業。

（2）修前檢測及炮塔拆卸Agent向保障資源Agent模塊發出指令要求安排相應的維修人員和關鍵設備來完成維修作業。

圖5 維修作業多Agent系統圖Fig.5 Repair work Multi-Agent system diagram

（3）保障資源Agent模塊向修前檢測及炮塔拆卸Agent返回相應的信息 （如果人員和設備能夠滿足請求的標準，安排相應的保障資源展開維修作業，否則將會返回資源不足信息，要求修前檢測及炮塔拆卸Agent進入等待狀態，直至保障資源滿足要求后展開維修作業）。

（4）當該維修作業任務完成后，修前檢測及炮塔拆卸Agent向修理過程Agent報告任務完成信息，向保障資源Agent模塊發出保障資源調用完畢信息，并向武器系統修理Agent和底盤總拆卸Agent發出準備信息。

（5）下一個維修作業階段重復相同的信息傳遞路徑，直至完成整個中修作業流程。

4 結束語

本文主要研究了多Agent技術在裝甲裝備維修作業流程建模方面的應用。通過研究，得到了裝甲裝備維修作業的多Agent模型。由于多Agent模型與其他模型相比，在能動性和智能性方面的優勢，從而為裝甲裝備維修保障資源的優化提供了更為有效的研究方法。

[1]曹軍海.基于Agent的離散事件仿真建模框架及其在系統RSM建模與仿真中的應用研究[D].裝甲兵工程學院,2002.

[2]范玉順，曹軍威.多代理系統理論、方法與應用[M].北京：清華大學出版社，2002.

[3]黃莉，張雪松.基于多Agent的水電站計算機監控系統體系結構[J].電力自動化設備,2008,3.

[4]韓仁東，劉科成，鞠彥兵，等.基于多agent的軍事物流系統仿真建模方法[J].計算機應用研究,2010,137.

[5]齊歡，王小平.系統建模與仿真[M].北京：清華大學出版社,2004.