為了提高CAPP系統的柔性、可擴展性、可重用性和動態適應性，基于并行工程理念，采用多代理技術，提出了一種智能CAPP系統體系結構，研究了智能CAPP系統的工作機理，并時智能CAPP系統中各Agent的結構、功能以及相互之間的通訊機制進行了研究。

多代理系統*CAPP*體系結構*通訊機制

傳統的計算機輔助工藝規劃(computer aided process planning , CAPP)系統的通用性、可重用和動態適應性差，是影響CAPP系統推廣應用的主要因素。究其原因，是因為CAPP系統受企業的制造技術、制造資源、產品結構等因素的影響非常大，針對不同的廠家就要開發不同的CAPP系統，開發出的系統功能和應用范圍有限，缺乏適應生產環境變化的靈活性和動態適應性。

為了提高CAPP系統的通用性和重用性，國內外研究者在CAPP系統的開發方法、體系結構等方面作了大量努力，提出了多元化CAPP系統、基于原型系統的漸近式CAPP系統以及CAPP開發平臺等，但實用系統少。例如對于多元化CAPP系統，混合設計策略的切換以及不同策略下知識庫和數據庫設計方法的研究距離實際應用還有很大差距;對于基于原型系統的漸近式LAPP系統，由于工藝設計對象的多樣性和復雜性，對工藝規程原型的修改、補充和完善的算法過于復雜，難以在實際生產中得到應用。本人也研究過基于組件技術和面向對象技術的可重用CAPP系統，由于工藝決策間題的復雜性，盡管基于組件技術的LAPP系統在可重用性和適用性等方面有了較大的提高，但由于組件本身缺少自主性，沒有自己的知識庫以及自適應的推理能力，基于組件的CAPP系統在工藝路線的動態優化決策方面和傳統的CAPP系統相比沒有明顯的改善。

基于上述原因，本文提出了一種基于多代理系統(multi-agent system,MAS)的智能CAPP系統體系結構，以提高CAPP系統的柔性、可重用性、可擴展性和動態適應性。

1基于多代理的智能CAPP系統體系結構

代理(Agent)是一種體現智力狀態的實體，如信念(Belief)、能力(Capability )、選擇( Choice)和承諾(Commitment)等，Agent具有自治性、開放性、反應性、主動性等特征。多代理系統(MAS)由多個Agent組成，每一個代理具有自己的知識庫和推理機，各代理按照事先約定的協議進行通信和協作，共同解決復雜的問題。這樣將充分利用整個系統的知識資源，可以克服單個專家系統知識庫的單一性、有利于求解復雜的涉及多個領域的多層次的推理問題，同時利用推理的分布性，大大提高系統的并行性，提高系統的運行效率。MAS除了具有個體Agent的特性外，還具有社會性、自主性、協作性、開放性等特征。由于MAS具有分布式并行處理、自主性、動態適應性以及易維護性等特點，非常適合用于現代集成制造系統環境下的CAPP系統。

在現代集成制造模式下，要求CAPP系統具有:

(1)良好的柔性、可擴展性、可重用性、分布協同性、異構性和動態適應性;

(2)CAPP系統能夠和CAD、PPC ( production planning and control)協同工作，產生適應車間具體生產狀態的工藝計劃，實現產品設計、制造、生產計劃的全局優化。

為了滿足現代集成制造系統的需要，本文提出了基于MAS的智能CAPP系統體系結構，如圖1所示。該智能CAPP系統由若干代理構成，所有代理協同工作，產生一個完整的工藝計劃。根據智能CAPP系統在實際應用環境中的要求，每一個代理可以分布在不同的計算機上或者同一個計算機上，本文提出的智能CAPP系統也支持面向動態聯盟的協同工藝設計。

2智能CAPP系統中代理的通用模型

在智能CAPP系統中，我們所采用的Agent的通用結構如圖2所示。它包括8個部分:代理控制器、應用庫、推理機、執行器、應用程序、內部狀態集、通訊管理器和人機交互接口。

 
圖2

(1)代理控制器。代理控制器初始化并且控制代理的行為，對運行的代理進行控制，監視各應用代理的運行狀態，當滿足某種約束條件時運行或終止等。

(2)應用庫。應用庫包括知識庫和規則庫，存儲各種推理規則及系統中的各類數據，如Agent本身的工作能力、工作條件等，是推理機有效工作的基礎。

(3)推理機。推理機是代理的核心部分，根據通訊模塊接受來的消息和事實，利用數據庫中的知識和規則進行邏輯推理，并把得到的結果作為新的規則保存在規則庫中;

(4)執行器。執行器包括事件感知器、功能適配器和功能調用器。事件感知器根據通信模塊傳來的消息及自身狀態來判斷所發生事件，根據所發生事件，功能適配器確定采用什么功能來處理此事件，功能調用器則調用相應的應用程序執行相應功能。功能適配器是事件感知器和功能調用器的橋梁，它包括3個重要的部分:事件觸發器、傳感器和效應器。適配器通過產生觸發事件促使推理機啟動規則，并且提供在應用區域Agent完成自己工作所需要的行為。適配器具有3個基本功能事件觸發、傳遞推理條件和執行被適配器決定和要求的動作。

(5)應用程序。應用程序在推理機和執行器的共同作用下，完成代理的相應任務。

(6)通訊管理器。通訊管理器是整個智能代理與外部環境進行信息交互的接口，主要包括接收器、發送器、群體成員表、出通信隊列與人通信隊列等幾個部分。

(7)內部狀態集合。通過定義不同類型的字段，可以表示Agent的種類、名稱、不同狀態特征(如信念、選擇、承諾等)、狀態值、推理活動等。

(8)人機交互接口。提供了一種手段，以便于用戶能夠和各Agent進行交流，也是Agent知識庫獲取知識的一種手段。

3智能CAPP系統各代理的模型

在智能CAPP系統中，由于每一個代理需要完成的任務不同，所以有不同的結構。下面將分別對工藝路線生成代理和協調代理的結構進行詳細說明。

3.1工藝路線生成代理

工藝路線生成代理包括特征提取代理、特征排序代理、加工方法選擇代理、機床選擇代理、刀具選擇代理、夾具選擇代理、加工方法排序代理等，在工藝計劃生成過程中，雖然各自的具體功能不同，但是它們的基本結構是相似的川。工藝路線生成代理的結構如圖3所示。

圖3 工藝路線生成代理的結構

從圖3中可以看到，工藝路線生成代理的主要組成部分包括代理控制器、推理機、執行器、應用程序、通信管理器、狀態集和知識庫等，它的執行器包括數據庫適配器、XML適配器、文件適配器、Internet /Intranet適配器等，除此之外，它還包括了計劃產生適配器、建議產生適配器、沖突消解適配器，分別用于計劃事件、產生建議和解決沖突。

3. 2協調代理

協調代理除了具有和工藝路線生成代理相同的適配器，如文件適配器、數據適配器等以外，它還具有數據區域適配器、存儲適配器、通知適配器和協調適配器，如圖4所示。

圖4 協調代理的結構

(1)存儲適配器。為每一個數據區域產生存儲信號，數據區域適配器利用這些存儲信號產生事件，例如存儲和取出。

(2)協調適配器。利用協調代理的知識庫所包含的控制規則和事實，對各工藝代理的行為進行控制，通過協調工藝路線生成代理之間的解決方案，以及對產生沖突的消解得到完整的工藝解決方案。

(3)通知適配器。通知相關信息給所有在協調代理內注冊的工藝路線生成代理，所有的信息將通過Internet適配器傳輸到工藝路線生成代理。

(4)數據區域適配器。用于管理4個明確的數據區域(問題、建議、解決和沖突區域)。當一個工藝路線生成代理完成了要求的工作以后，產生所有相關的數據將被傳輸并存儲在協調代理的數據區域。

存儲在協調代理上的工藝計劃任務的公用信息被劃分為4類:問題、建議、解決方案和沖突，它們被分別存儲在4個相應的數據區域:問題區域、建議區域、問題解決區域和沖突區域。問題區域包含工藝計劃任務的初始問題定義和工藝計劃任務的全部需求;建議區域存儲各工藝計劃代理產生的部分或者完整建議;解決區域存儲逐步完善的工藝計劃模版，由各工藝路線生成代理產生的沒有沖突的工藝計劃解決方案被添加到此模版;沖突區域存儲在工藝規劃期間產生的沖突以及沖突解決方法，并且為產生沖突的有關工藝路線生成代理提供一種通訊方式。最后的解決方法被存貯在協調代理的問題解決區域。

4智能CAPP系統的通訊機制

在智能LAPP系統中，為了既保證代理間的通訊速度，又保證系統間的通訊負載不過于龐大，采用基于點對點方法的直接通訊方式和基于協調代理的輔助協作的混合通訊方式。當所需完成的工藝任務涉及的代理較少，且代理間的信息傳遞方向比較明確時，可以直接采取點對點的直接通訊方法，以加快系統反應時間，例如對于一個鉆削操作，機床選擇代理在進行工作時，可以直接向鉆床工作中心代理發送要求，而不向銑床工作中心發出要求。在一個任務需要多個代理協作完成，且信息傳遞方向不明確時，采用基于協調代理的輔助協作通訊方式。智能CAPP系統的傳遞的信息分為3個部分:

(1)信息類型:在基于MAS的智能CAPP系統中，定義了3種消息類型:握手(Handclasp )、發布(Release )、通知(Inform)、請求(Request)、取消(Delete)。

(2)信息目標:消息傳遞的目標可以是一個代理，也可以是多個代理。

(3)信息內容:表示在代理間Release, Inform、Request ,Delete的信息內容。信息的定義如下:

在輔助協作通訊方法中，智能CAPP系統利用協調代理作為各工藝代理的協同和通訊介質。當各工藝路線生成代理執行工藝任務時，協調代理通過自身的控制機理，協調工藝路線生成代理之間的行為以及工藝活動，最終生成完整的工藝規劃。

5結束語

在多代理系統(mufti-agent system,MAS)中，每個代理具有一定的獨立解決問題的能力，每一個Agent都有自己獨立的結構、推理機、知識庫和問題求解策略，但每個Agent的資源、能力和信息都是有限的，它們通過彼此之間的協作，共同完成比較復雜的任務。基于MAS的智能CAPP系統，采用CDPS( cooperative distributed problem solving)方法，將復雜的工藝計劃問題分解為一系列子問題，然后把每一個子問題交給一個代理解決，各個代理之間通過一定的合作和協調完成對整個工藝計劃問題的求解。基于多代理的CAPP系統具有如下特點:

(1)每一個代理具有自己的推理機和知識庫，可以進行獨立地推理，在系統結構上具有可重構、可擴展的能力，可以根據用戶的要求改變系統的結構。

(2)可以有效減小CAPP系統集成規劃決策的規模、降低各集成功能之間的禍合性，而且有利于將鑄、鍛、焊接、熱處理、裝配等非機加工工藝規劃與機加工工藝規劃以分布方式有機地集成起來，如圖1所示。

(3)通過一系列的分散代理使得系統模塊化，系統的開發難度大大降低，并加強了系統的分布性以及對異構環境的適應性。

(4)采用分布式的工藝管理結構以及分布數據庫的實施，可以將數據的管理縮小到子系統內，而整個系統之間只傳送相應的接口信息。這樣可以提高系統的數據傳輸率并通過只對關鍵數據進行鏡像與雙工操作，提高系統安全性。

(5)系統內的各個代理，可以協同工作解決復雜問題，并具有和相關應用系統集成并協同運作的能力，提高整個系統的動態適應性。

基于多代理的合理劃分，CAPP系統被分解為處于不同代理級的若干個代理的組合，系統的功能模塊化，并加強了系統的柔性、可擴展性、可重構性和動態適應性。