、l 訇 地
基于多智能体的过程企业智能管理模型研究
李安学 ，李一军 ，徐春明’
(1．中国石油大学 化学化工学院，北京 1 00220；2．哈尔滨工业大学管理学院，哈尔滨1 50001)
摘 要：在过程企业现有的软硬件资源基础上，以过程企业智能管理结构模型为基础，提出了基于多智
能体的过程企业智能管理系统模型，建立了相应的管理智能体、通讯智能体、功能智能体，每
个智能体可单独实现一定的系统功能，并通过通讯智能体实现系统内及系统与环境之间的信息
交换，讨论了过程企业智能管理多智能体系统的运行方式、优化策略。该模型是实现已有软、
硬件系统与人的综合集成的有效途径。
关键词：过程企业；智能管理；模型；智能体
中囝分类号：TP39 文献标识码：B 文章编号：1 009-01 34(2006)11—0023—06
Study on the models based on multi-agent of process enterprise intelligent management
Ll An．xue1，LI Yi-jun2．XU Chun．ming’
(1．China University of Petroleum，Beijing 1 02200。China；
2 The management school。Harbin Institute of Technology，Harbin 1 50001，China)
Abstract：On the basis of the intelligent management structure model of process enterprise，the
models based on multi—agent of process enterprise intelligent management is established．
It’S also discussed about the management agent，communication agent，functional agent，
operation model and the optimum strategy of process enterprise．
Key words：process enterprise；intelligent management；model；agent
0 引言
过程企、 智能管理是智能管理在过程 、 管理
中的应用，它以过程企业为管理对象，是以系统工
程技术、计算机技术、人工智能技术与现代氽业管
理技术进行综合集成 “拟人智能”的管理，它利用
计算机进行知识推理、学习、联想来代替人的一部
分脑力劳动解决问题，通过组织整体优化来实现组
织的LI标，是实现企业管理智能化的⋯·种管理理念。
基于现有成熟技术和信息系统的过程企业智能管理
是将现有信息系统当成一个整体，通过对现有信息
系统的协调来实现系统的整体优化，所涉及的各模
块都是成熟的，在过程工业得到了应用并不断的发
展，有些模块之间还在不同程度上进行了集成。然
而，这些集成往往是局部的，面向部门的，如何从
企业系统的角度把这些模块集成在 起，实现企业
整体全方位的优化则是近年来才出现的新问题。另
外，由丁这些模块背后管理理念 同，将他们集成
起来用于处理同 问题时往往会出现冲突，如何解
决这 冲突、以保证整个系统的优化也是重要的研
究课题㈦ 。
MAS(Multiagent system)~ll多智能体系统，是近
年来普遍受到关注的一项技术。该技术把对象系统
分解为具有独立功能的自主性的智能体，通过智能
体之间的协商和合作实现更高层次的系统功能，是
近年来复杂系统研究与建模的新方向 。基于现有
成熟技术和信息系统的过程企业智能管理建模，町
以采用多智能体技术，根据过程企业智能管理结构
模型，从现有成熟技术和信息系统出发，通过一定
的分解策略，将系统模型分解为独立的、具有 ⋯ 定
功能而又相互联系的智能体单元组成的结构。在此
基础上分别建立各单元模型，并对各单元间的相互
作用进行表述，从而建立整个系统的模型。在此基
础上，可以通过适当的优化技术实现过程企、 的整
体优化。
1 基于多智能体的过程企业智能管理
系统模型
根据过程 业智能管理结构模型I ，我们建立
收稿日期：2006—07—07
作吉简介：李安 ，男，博士 ，高级工稗师，研究方向为过程系统工程、智能管理、仃油化工技术、企业管理理论。
第28卷 第11期 2006—11 【23】
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电子商务管理
(E-COMMERCE】
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供应链管／ 企业资源计 关系
理 (s( 划 (ERP) 管 RM)
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作业计划
(PLANNING)
生产调度
(SCHEDULING)
实时优
化
(RT U】
先进控
制
(APC)
集散控
常0 fDCS)
现场仪表
圈1过程企业智能管理结构模型
了过程企业智能管理系统模型，见图2。图中虚线内
为智能管理系统，虚线为智能管理系统的边界，虚
线外为系统的外部环境。系统内每个圆角矩形代表
一 个智能体，每个智能体实现一定的系统功能，并
通过通讯智能体实现系统内及系统与环境之间的信
息交换，图中各智能体详细的功能说明列于表l。从
图中可以看出，基于多智能体的过程企业智能管理
系统框架模型主要由3类智能体组成：
(1)功能智能体 图2提出的框架模型包括不
同的功能智能体如计划优化智能体、调度优化智能
体和实时优化智能体等。每个功能智能体负责完成
过程企业运行中特定的事务处理功能。这些功能智
能体既可以是现有的商业软件或其中的一部分，也
可以是新开发的软件系统，还可以是通过智能体接
口与系统进行交互的企业管理者或外部模块，需要
根据企业的实际情况做出决定。
(2)管理智能体 图2中的计划一调度管理智
能体和调度一实时优化管理智能体属于管理智能体。
管理智能体是一类特殊的智能体，其作用是当功能
智能体之问发生目标冲突时，管理智能体根据知识
库和功能智能体的状态做出推理判断，对功能智能
[241 第28卷 第11期 2006—11
图2过程企业智能管理系统的多智能体模型
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表 1过程企业智能管理系统各部分的功能
智能体名称 实现的功能
制订公司较长周期内的计划．包括原料选择、产品结构、
划优化智能体 』 计划等．与企业资源规划系统协调生产计划，与生产调
度优化智能体协调分解计划
负责生产计划的分解与执行，包括原料进J、产品}H 、
储运、公用j二 优化，与计划优化智能体协调分解计划，‘j
调度优化智能体
氽业资源规划系统协调调度运行方案，与宴时优化智能体协
调皱 运行方案
负责保证调度计划的顺利执行．与调度优化智能体协调装
史时优化智能体
置运{r指标，给先进控制系统发送操作参数
f划 调度管理智能体 协调计划优化智能体与调度优化智能体的日标与决策变量
调度一实时优化管理智 调调度优化智能体与 时优化智能体的H标与决镱变
能体 量
体的参数、目标等做出调整，以协调功能智能体之
间的关系，达到系统的整体优化。在过程企业智能
管理系统中，功能智能体之间的冲突源自其背后各
自不同的管理理念不同，是不可避免的，必须通过
引入管理智能体以协调计划优化智能体、调度优化
智能体和实时优化智能体等功能智能体之间的冲突，
以实现企业整体优化。与其他功能智能体相比，管
理智能体具有更高的优先级和更全面的知识，通过
采用适当的优化算法和知识规则对各功能智能体进
行协调。
(3)通讯智能体 提供公共服务功能，负责实
现系统中智能体的注册、管理、注销和不同智能体
之间以及系统与外界的信息通讯、查找、保存等
多智能体系统的环境不仅包括生产系统、运营
系统的软、硬件，也包括企业的管理、技术人员。强
调人的参与也是智能管理系统的特点。通过智能体
界面，可以促进人与企业软、硬件系统的交互，更
好的把人的经验、知识与机器智能集成起来，实现
系统的协同优化。
图3现有系统的智能体技术封装
图2中的其他系统包括系统建模中可能涉及的
其他系统功能，如财务、人事管理等，可以根据企
业的具体现状决定是否包含在系统中。
2 过程企业智能管理系统智能体模型
的建立
智能体软件模型的建立主要有两种方法：新智
能体的开发和现有成熟技术的智能体封装【 一1。具体
到过程企业智能管理系统来说，计划优化、调度优
化和实时优化属于现有的成熟技术，目前已经开发
出软件并在过程企业得到广泛的使用。对这些子系
统，通过智能体封装技术，在原有软件的基础上建
立智能体，计划一调度管理智能体和调度一模拟优
化管理智能体则是为了解决过程企业生产管理系统
中各信息系统管理理念的冲突提出的新技术，尚未
有成熟软件应用，因此需要重新开发；通讯智能体
属于公用服务单元，可以直接采用成熟的中间产品
2．1对现有成熟技术的智能体封装
过程企业智能管理结构模型中的单元技术是已
经在过程企业得到应用的成熟技术，通过把现有的
软件系统 “包裹”在智能体界面内，构成新的智能
体。这样只需要开发新的通讯层即可，原有系统的
功能、结构、数据库均可保留。封装原理如图3所
示，虚线内是封装后的智能体。
对于本文研究的计划优化模块、调度优化模块
和实时优化模块，已存在成熟应用的商品化软件，
因此适合采用软件封装的技术构建智能体。由于所
采用的封装技术是通用技术，这里主要讨论各智能
体的功能结构以及其与环境的信息交换需求。以下
以计划优化智能体为例，分别使用谓词结构和数据
流图来描述智能体的功能模型以及其与环境交换的
信息需求。
计划优化智能体可以用谓词模型描述如下：
<计划优化智能体 ：=<标识><目标><感知
器><通信机制><心智模型><效应器>。
<标识>：：=<编号><计划优化智能体>
<目标>：：=<月利润最大>
<感知器>：：=<信息流>
<通信机制>：：=<KQML><STEP>
<心智模型>：：=<信念×意向×承诺><能力>
<效应器>：：=<计划优化软件>
计划优化智能体的数据流图见图4。
第28卷 第11期 2006—11 【25】
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图4计划优化智能体的数据流图
2_2管理智能体的开发
(1)管理智能体的协调流程 管理智能体担负
管理职能。管理智能体的行为表现为对问题的决策、
查询及对其他智能体的协调、控制和监督。不同智
能体之间进行协作要通过各自相关管理智能体进行
协调。当各智能体目标发生冲突的时候，功能智能
体将相关事件提交给管理智能体进行处理，并将处
理结果交给各功能智能体执行。多目标规划和层次
分析技术是做出协调决策时常用的技术 I。
图5描述了A与B智能体通过管理智能体进行
协调的流程图。图中MAB为管理智能体，A为A智
能体，B为B智能体。
(2)管理智能体的内部结构 管理智能体的结
构比一般的功能智能体复杂，这是因为管理智能体
的功能是协调其他智能体的不协调和冲突，因此，
：往往需要更复杂的逻辑推理能力和对其他智能体的
控制能力。
①服务执行模块。协调实际上是在不同的活动
智能体之间因某个具体的活动的运行相互影响甚至
发生利益、目标冲突时才会产生。因此，管理智能
体的服务执行模块由协调推理机和效应器两部分组
图5智能体协调流程
【26】 第28卷 第11期 2006—11
成。首先根据每个功能智能体的目标(1ocal goa1)~lJ对
资源的消耗情况确定功能智能体目标。如果发生目
标冲突，则根据智能体协作关系、当前的运行状态
和专家知识库中相关的模型和方法进行分析，将分
析结果进行综合评判，做出调整决策予以执行。这
里，往往采用多目标规划法进行评判。效应器 (执
行器)则负责协调结果的分发与执行。
此外，为提高系统的自组织、自学习能力，往
往需要管理智能体具有自学习的功能，即根据过程
链中参与活动的各活动智能体提供的相关数据，适
时地调整策略知识库中的知识、规则，使系统模型
能更好的反映客观实际。同时，模型库提供活动运
行的性能评价模型，可针对某一个具体的业务过程
进行过程的综合评判，分析过程中的主要活动对过
程运行的影响，找出问题所在，并将过程的改进机
制反馈到功能智能体中，通过功能化智能体修改模
型参数，并通过对象技术封装到各活动智能体中，
使得过程能根据实际的变化进行自组织，具有一定
的自组织能力。
② 数据库。管理智能体的数据库具体描述管理
所需的一些知识，它包含策略知识库、活动状态库
和资源库。
其中策略知识库描述对活动的协调策略，它包
括方法库和模型库。这里协调策略采用多目标规划
方法，即根据活智能体各自的目标或是共同的目标
的子目标制定相应的规划。具体方法是需要协作或
交互的智能体交换各自的计划，管理智能体根据双
方的计划进行判断，并根据规则库中的匹配规则制
定相应的修改策略以避免出现冲突，实现全局协调。
活动状态库记录活动智能体中各具体业务活动
的活动状态，这里的活动状态包括以下一些状态：
初始化(initiate)、重启动(resume)、挂起 (suspend)、
终止(terminate)、忽略(abort)、激活(active)、完成
(complete)、运行(running)和等待(waiting)以及每个
活动运行尚需的时Ihq(time)等。
资源库由静态资源库和动态资源库组成。其中
静态资源库描述与活动有关的系统所具备的人力
(actor)、物力(re—sources)资源分布情况以及具体的业
务活动运行所占用的时间等；动态资源库则记录了
当前活动对资源的消耗情况。
由以上分析可知，管理智能体在整个系统中起
着核心的作用。本文主要从谓词结构、信息支持和
协调规则 3部分以计划一调度管理智能体为例，讨
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论管理智能体的建立。
计划一调度管理智能体可以用谓词模型描述如
下：
<计划一调度管理智能体 ：=<标识><目标>
<感知器><通信机制>< 15智模型><综合处理器><知
识库><效应器>。
<标识>：：=<编号><计划一调度管理智能体>
<目标>：：=<计划一调度多目标最优化>
<感知器>：：=<信息流>
<通信机制>：：=<KQML><STEP>
<心智模型>：：=<信念><意向><承诺><能力>
<综合处理器>：：=<分析推理机>
<知识库>：：=<计划一调度协调规则>
<效应器>：：=<优化算法>
协调规则：计划 一生产调度智能体的协调规则
如图6所示。
计划优化智能体和调度优化智能体获取需要的
数据，进行判断。如果两者的结果不存在冲突，则
输出结果。如果存在冲突，首先判断冲突类型，根
据冲突类型和专家知识库给出调整建议，对计划优
化和调度优化智能体的目标、决策变量等进行调整，
重新计算。
2．3通讯智能体
通讯智能体负责管理系统中智能体之间的通
讯。主要功能包括智能体的注册、注销、查找、确
认，信息的传递、储存、备份等。目前，已经有一
些较成熟的智能体开发工具，针对不同平台提供了
通用的通讯智能体功能，~／IlJATLite，OAA(The Open
Agent Architecture)，Bee—Gent，Zeus等，可以根据
图6牛产计划一调度管理智能体的推理过程
图 7基 F CORBA的智能管理系统框
实际应用选择需要的软件智能体或中间件。
智能管理系统是基于互联网的、跨平台、分布
式的系统，因此，必须运用现代网络通讯技术，把
一 组空间上分散的，具有不同目标、功能结构的智
能体连接起来。在智能体系统中，通讯智能体将成
为智能体系统内部及其与环境之间消息传输与交换
的 “软总线”，其作用是跨越网络地址空间传递请
求，把一组具有特定功能、完成特定任务、具有特
定目标的智能体连接起来，通过相互通汛、协商，协
同完成系统任务，以实现智能管理的整体目标。
CORBA(the Common Object Request Broker
Architecture，公共对象请求代理体系结构)规范是对
象管理组织提出的应用软件体系结构和对象技术规
范，其核心是一套标准的语言、接口和协议，以支
持异构分布程序的互操作性及独立于平台和编程语
言的设计、开发和调配。CORBA的核心是对象请求
代理 (ORB)，它是对象之间建立Client／Server关系
的中间件。
图7为基于CORBA的智能管理系统框架。与
图2不同，图7描述的是系统的物理结构，而图2描
述的是系统的逻辑结构。
过程企业多智能体模型通信的实现结构如图8
所示，该通信模型共由3层组成：最外层为底层通
信协议，是实现智能体之间的通信桥梁，实现基本
的通讯功能 ，可采用C 0 R B A标准；中间层是
KQML，它规定了智能体通信的语言格式；最里层
为内容(content)的表
述层，使用基于STEP
标准的工具语言描述
所传递信息的实际内
容 。这里 联合 使用
KQML和STEP作为智
能体系统间的通讯语
言，KQML作为外层，
门
第28卷 第 11期 2006—11 [271
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图9多智能体系统运行流程
规定消息格式和消息传送系统l STEP作为内容语
言，表达实际数据。
3 基于多智能体的过程企业智能管理
系统运行机制
基于多智能体技术的过程企业智能管理系统运
行机制如图9所示，系统结构见图2
系统运行顺序为：
(1)启动各智能体。
(2)由计划智能体 (PA)进行生产计划的优化
计算，并把结果传递给调度智能体 (SA)和计划一
调度管理智能体 (PSA)。
(3)调度智能体 (SA)进行计划分解，把调度
结果传递给实时优化智能体 (RA)和调度一实时优
化管理智能体 (SRA)。
(4)实时优化智能体 (RA)进行优化计算，结
果送给SRA。
(5)SRA对SA和RA结果进行计算，如不满足
要求，则执行第6步进行协调，否则执行第7步。
(6)根据规则库对SA和RA的参数和目标进行
调整，重新计算。
(7)PSA对PA和SA结果进行计算，如不满足
要求，则执行第 8步进行协调，否则执行第9步。
(8)根据规则库对PA和SA的参数和目标进行
调整，重新计算。
【28l 第28卷 第11期 2~6-11
(9)系统达到协调优
化，输出优化结果。
(1O)中止各智能体
的运行。
4 结语
过程工业经过多年
的探索，已经从不同的侧
面发展了一批比较成熟
的优化技术和软件。如何
将这些软件集成起来发
挥更大的作用是当今人
们面临的问题。本文在过
程企业智能管理框架模
型的基础上，通过对过程
企业的层次分解，采用智
能体技术提出了基于多
智能体的过程企业智能
管理模型，并对管理智能体、通讯智能体和功能智
能体进行了讨论。基于多智能体的过程企业智能管
理模型具有很好的灵活性、稳定性和可扩充性，同
时充分利用了过程企业现有的软硬件资源，是实现
了软、硬件系统与人的综合集成的有效途径，这些
分析和模型对过程企业智能管理的实现以及优化技
术和软件的集成具有一定的指导意义。
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