基于Multi—Agent的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化分析

楊麗麗

中圖分類號(hào)：F252 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

內(nèi)容摘要：本文依據(jù)冷鏈物流各主要環(huán)節(jié)的功能以及運(yùn)作需求，將農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流各系統(tǒng)環(huán)節(jié)定義為Agent，并以安全與效率為目標(biāo)，運(yùn)用層次交叉模式以及多Agent技術(shù)，建立農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流MAS系統(tǒng)模型。該模型通過多階段協(xié)商Agent的具體功能，將復(fù)雜的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化為多Agent協(xié)同運(yùn)作的物流體系。結(jié)果表明，通過協(xié)商組成的Agent聯(lián)盟，能夠?qū)崿F(xiàn)物流資源和任務(wù)協(xié)同配置，且動(dòng)態(tài)性構(gòu)建冷鏈協(xié)同物流系統(tǒng)，從而提高系統(tǒng)的安全性。

關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品 冷鏈物流 協(xié)同優(yōu)化 物流體系 Agent技術(shù)

當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流運(yùn)作的基本模式

近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存、保鮮技術(shù)得到極大提高。農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流發(fā)展環(huán)境，雖然在一定程度上得到完善，但是，仍然存在基礎(chǔ)設(shè)施落后、市場標(biāo)準(zhǔn)化程度低、物流運(yùn)作體系不健全等問題。據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流運(yùn)作模式主要分為兩種，一種是依托批發(fā)市場的發(fā)展模式；另一種為依托小型加工貿(mào)易企業(yè)的發(fā)展模式。

依托批發(fā)市場的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流具體運(yùn)作流程為：農(nóng)戶、生產(chǎn)基地將農(nóng)產(chǎn)品出售給批發(fā)市場，由批發(fā)商進(jìn)行初步加工，出售到二級(jí)批發(fā)市場、零售企業(yè)以及農(nóng)貿(mào)市場，最后銷售給消費(fèi)者。經(jīng)批發(fā)商初加工后的農(nóng)產(chǎn)品，部分會(huì)進(jìn)行保鮮、冷藏處理，根據(jù)市場需求進(jìn)行供應(yīng)。同時(shí)，冷鏈物流機(jī)構(gòu)，將經(jīng)過冷藏處理的農(nóng)產(chǎn)品送到指定批發(fā)市場或零售企業(yè)，最后出售給消費(fèi)者。

依托加工貿(mào)易企業(yè)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流具體運(yùn)作流程為：首先由農(nóng)產(chǎn)品加工貿(mào)易企業(yè)借助信息科技掌握市場供求狀況，根據(jù)市場需求向農(nóng)戶、生產(chǎn)基地進(jìn)行采購，并對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行精簡、去垢以及包裝等初級(jí)加工。經(jīng)過加工后的農(nóng)產(chǎn)品，由冷鏈物流機(jī)構(gòu)運(yùn)輸?shù)叫枨笫袌?，進(jìn)行最終出售。

基于安全與效率的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流MAS體系

引入Multi-Agent技術(shù)，能更好的解決農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的協(xié)調(diào)問題。系統(tǒng)構(gòu)成主要包括管理代理（MAgent）、物流任務(wù)（TAgent）、物流資源代理（EAgent）以及物流單元（LUAgent）（見圖1）。此系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)性，并且是可重構(gòu)的，MAgent收集訂單并生成物流任務(wù)，根據(jù)物流的運(yùn)輸、倉儲(chǔ)、配送、流通等環(huán)節(jié)與功能，把任務(wù)分解成多個(gè)TAgent。TAgent與EAgent通過協(xié)議與招標(biāo)建立對應(yīng)關(guān)系，然后EAgent推動(dòng)LUAgent完成所分配的任務(wù)，并控制物流過程中的溫度和質(zhì)量。

農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)多Agent協(xié)作模型構(gòu)建

（一）基本假設(shè)與協(xié)商步驟

基本假設(shè)：Agent是協(xié)商事件的發(fā)起者與合作者；參與協(xié)商的Agent保有有限理性，且擁有自我約束與不完備信息；各自效用最大化是Agent追求目標(biāo)；于協(xié)商雙方而言，時(shí)間、溫度、成本、安全風(fēng)險(xiǎn)等因素非常重要；最壞的結(jié)果就是協(xié)商失效。

協(xié)商步驟。MAgent接收需協(xié)同完成的任務(wù)T。TAgent通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布任務(wù)，同時(shí)從服務(wù)商資料中篩選滿足資格的Agent，保證最少有一個(gè)Agent能完成任務(wù)，則某項(xiàng)子任務(wù)才可進(jìn)行多階段協(xié)商。

第一步：MAgent發(fā)起協(xié)商事件，規(guī)定變量特征值（完成時(shí)間、報(bào)價(jià)、要求）。

第二步：提出建議和評價(jià)。應(yīng)MAgent要求，潛在合作Agent給出相關(guān)報(bào)價(jià)建議。再由MAgent提出評價(jià)，如某方不滿所提建議，則不斷協(xié)商，直到達(dá)成一致。

第三步：多邊協(xié)商與聯(lián)盟。根據(jù)前期協(xié)商，MAgent把Agent組成聯(lián)盟集合，且集中反饋信息，Agent協(xié)商決定聯(lián)盟承接任務(wù)。

結(jié)束條件：達(dá)成一致。全部Agent對協(xié)商結(jié)果達(dá)成一致，代表此結(jié)果為最優(yōu)解，則執(zhí)行下一步；未達(dá)成一致。當(dāng)提出的建議被拒，或不接受發(fā)起方的建議，表示發(fā)起者建議無解，則需再次協(xié)商或重新計(jì)劃。

第四步：確認(rèn)并執(zhí)行協(xié)商結(jié)果。協(xié)商后建議若被接受，Agent提交執(zhí)行時(shí)間表。

（二）MAgent與潛在EAgent之間的協(xié)商過程

MAgent與潛在EAgent之間的協(xié)商過程。MAgent分解任務(wù)后，針對子任務(wù)i，TAgent與潛在的EAgent進(jìn)行協(xié)商，tmax是協(xié)議達(dá)成的最后期限。潛在的EAgent提出初始建議Sug0e→ta（i），其中e代表EAgent，ta指任務(wù)，i為某類子任務(wù)。若達(dá)到最后期限tmax，或EAgent拒絕了建議，則協(xié)商終止。在EAgent和TAgent協(xié)商線程中（見圖2），建議與反建議時(shí)刻進(jìn)行交替，直到最后達(dá)成一致。

設(shè)Ee（Sug）是MAgent關(guān)于建議Sug的函數(shù)，協(xié)商過程中的建議、反建議狀態(tài)則表達(dá)為式（1）。在tn時(shí)刻，Sugtatn→e（i）是TAgent對EAgent提出的反建議。在tn-1時(shí)刻，對于EAgent所提建議，TAgent可能出現(xiàn)的反應(yīng)為拒絕、接受或提出反建議，且協(xié)商最后要達(dá)成雙方接受建議的目標(biāo)。

（1）

在式（1）中，在tn時(shí)刻，設(shè)TAgent建議出價(jià)tat，而EAgent在tn-1的反建議為et，則在tn+1時(shí)刻，TAgent會(huì)采用如下策略：

（1）TAgent出價(jià)在[tat，et]區(qū)間分布，趨于tat時(shí)，概率密度函數(shù)為：

（2）

（2）TAgent出價(jià)在[tat，et]區(qū)間分布，趨于et時(shí)，概率密度函數(shù)為：

（3）

式（2）、（3）中M是權(quán)數(shù)因子，價(jià)格p∈[tat，et]，α表示特征參數(shù)，反映TAgent的協(xié)商策略偏向。策略（1）表示，TAgent認(rèn)為隨協(xié)商時(shí)間減少，而EAgent不太可能改變出價(jià)，所以做出讓步，使出價(jià)趨于et，增大EAgent效用；策略（2）表示，TAgent相信隨協(xié)商時(shí)間變短，EAgent會(huì)對出價(jià)進(jìn)行讓步，那么價(jià)格將趨于tat，增大TAgent效用。其中參數(shù)α代表讓步程度。且α越大，概率密度曲線越平緩，而α的值足夠大時(shí)，TAgent出價(jià)則均勻分布在[tat，et]區(qū)間。

潛在EAgent之間的協(xié)商過程。在協(xié)商后Agent組成虛擬企業(yè)的可能聯(lián)盟集合為A1，A2，A3，…，An（n≥2），n維卡氏積是{（X1，X2，X3，…，Xn）│Xi∈Ai；（i=1，2，3，…，n）}，且各聯(lián)盟集合Ai均能獨(dú)立完成任務(wù)，{P1（i），P2（i），…，Pm（i）}是上階段協(xié)商結(jié)果，集合中的成員為aj（aj∈Ai）（j=1，2，3，…，m），協(xié)商結(jié)果由TAgent反饋給Ai各成員。設(shè)節(jié)省成本為Caj（Ai），Caj（Bi）為管理成本，則各成員aj相應(yīng)收益為式（4）：

（4）

式（4）中，表示Pi之外的額外報(bào)酬，βi是分配系數(shù)，T（s）是虛擬企業(yè)的整體收益。額外分配給成員企業(yè)的旁支付是評價(jià)虛擬企業(yè)的重要指標(biāo)。在協(xié)商過程中，最大旁支付為。由此可見，組建虛擬企業(yè)，不僅可獲得預(yù)期收益T（s），還有協(xié)同效益。即協(xié)商過程能對虛擬企業(yè)、成員企業(yè)實(shí)現(xiàn)效益最大化起到有效促進(jìn)作用。

（三）模型分析

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)案例進(jìn)行模擬分析，以更好地闡述農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)協(xié)商機(jī)制如何運(yùn)行。假設(shè)北京市某物流企業(yè)甲，接受某物流任務(wù)，要求將一批蘋果從萊陽市運(yùn)往北京市新發(fā)地果品批發(fā)市場，合同金額為200萬元/年。但是，甲企業(yè)不具備獨(dú)立完成所有任務(wù)能力，所以將物流任務(wù)分為三個(gè)子任務(wù)。其中，任務(wù)1是從萊陽市冷藏運(yùn)輸?shù)奖本┦心忱鋷欤蝿?wù)2是北京市冷庫貯藏，任務(wù)3是把蘋果從北京市冷庫配送到零售終端。

此虛擬企業(yè)中，甲為核心企業(yè)。甲發(fā)布任務(wù)后，有下述9個(gè)具備資格的企業(yè)Agent投標(biāo)各項(xiàng)子任務(wù)（如表1-3所示）。運(yùn)輸、倉儲(chǔ)業(yè)、配送物流三類企業(yè)各3個(gè)（甲可對配送業(yè)務(wù)投標(biāo)）。

假設(shè)所有服務(wù)商中，不存在EAgent，根據(jù)行業(yè)平均值（見表4），所有投標(biāo)企業(yè)可成為潛在EAgent，則TAgent與EAgent主要進(jìn)行關(guān)于價(jià)格的協(xié)商。

算例驗(yàn)證。在虛擬企業(yè)中，核心企業(yè)甲與潛在EAgent進(jìn)行協(xié)商，如果任務(wù)1的市場價(jià)格在[1，2]（萬元）之間，最多協(xié)商10次，最低報(bào)價(jià)ta0=1，TAgent期望報(bào)價(jià)taq=1.1，TAgent保留價(jià)tab=1.8，最高報(bào)價(jià)e0=2，潛在EAgent期望報(bào)價(jià)eq=1.9，潛在EAgent保留價(jià)es=1.2，TAgent激進(jìn)出價(jià)，而潛在EAgent保守出價(jià)，得到：，，同理可得ta3=1.78，e3=1.744，故ta3>e3，協(xié)商成功，成交價(jià)格為1.762。

圖3演示Agent之間進(jìn)行協(xié)商、傳達(dá)消息的狀態(tài)，左邊是各Agent的出價(jià)曲線，協(xié)商策略影響出價(jià)曲線的變化，出價(jià)曲線相交表示協(xié)商成功，交點(diǎn)價(jià)即為雙方接受的價(jià)格，否則表示協(xié)商失敗。

按上述步驟，將任務(wù)2和任務(wù)3進(jìn)行協(xié)商。協(xié)商成功將組成Agent聯(lián)盟，對物流資源和任務(wù)實(shí)現(xiàn)協(xié)同配置，且動(dòng)態(tài)性的構(gòu)建冷鏈協(xié)同物流系統(tǒng)，從而提高系統(tǒng)的安全性。

結(jié)果分析?；诎踩托?，合理假設(shè)Agent的各基本條件。通過研究MAgent與潛在EAgent之間的協(xié)商過程，采用多階段協(xié)商模型，通過建議函數(shù)Sug，分析Agent多邊、交互協(xié)商的策略與過程。并設(shè)計(jì)案例，進(jìn)行模擬分析與算例驗(yàn)證，物流企業(yè)甲將物流任務(wù)分為三個(gè)子任務(wù)，多Agent對三個(gè)任務(wù)進(jìn)行協(xié)商，協(xié)商策略影響出價(jià)曲線的變化?？偨Y(jié)得出，基于MAS系統(tǒng)模型，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)，同時(shí)應(yīng)用Agent多層次協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)，能夠降低系統(tǒng)復(fù)雜性，克服系統(tǒng)管理與擴(kuò)展的困難，且有效降低系統(tǒng)的總成本，從而促進(jìn)協(xié)同運(yùn)作的優(yōu)化。

政策建議

第一，提高冷鏈物流技術(shù)創(chuàng)新能力。優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的消費(fèi)需求不斷提升，使農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的重要性日益突出。應(yīng)鼓勵(lì)企業(yè)大量引進(jìn)國外先進(jìn)冷鏈物流技術(shù)，有效提高農(nóng)產(chǎn)品處理、加工環(huán)節(jié)的溫度控制能力；流通物流企業(yè)應(yīng)建設(shè)溫度監(jiān)控與追溯體系，穩(wěn)妥推進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈對接，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷一體化冷鏈物流運(yùn)作。同時(shí)，引入新型冷鏈物流設(shè)備、技術(shù)，重點(diǎn)研發(fā)包括高性能冷卻裝置、冷藏運(yùn)輸設(shè)備、監(jiān)控追溯系統(tǒng)等裝備技術(shù)，并完善轉(zhuǎn)化科技研制成果得機(jī)制，加強(qiáng)企業(yè)自主研發(fā)與創(chuàng)新能力。

第二，制定冷鏈物流操作標(biāo)準(zhǔn)體系。規(guī)范的操作標(biāo)準(zhǔn)體系，能最大化保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、降低損耗。相關(guān)部門應(yīng)制訂農(nóng)產(chǎn)品保鮮、保溫以及工程設(shè)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；完善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯體制，以及數(shù)據(jù)采集管理標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，積極推行與國際接軌的質(zhì)量安全認(rèn)證和市場準(zhǔn)入制度，重點(diǎn)建立以HACCP管理體系原則為基礎(chǔ)的全程質(zhì)量控制體系；對居民消費(fèi)安全影響密切的農(nóng)產(chǎn)品執(zhí)行國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)關(guān)注易變質(zhì)的肉類、果蔬等生鮮類產(chǎn)品。

第三，完善物流基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。冷鏈物流系統(tǒng)規(guī)劃主要包括倉庫、廠房、運(yùn)輸設(shè)備規(guī)劃等硬件設(shè)施規(guī)劃內(nèi)容。冷鏈物流在運(yùn)作過程中，對隔溫、控溫要求較高，因此，應(yīng)加強(qiáng)溫控倉儲(chǔ)設(shè)備建設(shè)。同時(shí)，物流系統(tǒng)要降低庫存費(fèi)用，減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)，應(yīng)加大倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)基礎(chǔ)設(shè)施投入，例如，傳送帶、土地、廠房等硬件設(shè)施。以確保物流運(yùn)作流程順利進(jìn)行。