1引言

　　智能制造、協(xié)同制造、基于服務(wù)的制造等先進制造模式要求實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上異構(gòu)系統(tǒng)跨平臺、跨地域的無縫集成和快速重構(gòu)。近年來，雖有不少學(xué)者提出基于CORBA和Agent技術(shù)的企業(yè)信息基礎(chǔ)架構(gòu)的解決方案，以及基于Web Services和可擴展標(biāo)記語言XML的信息集成方案，但這兩者都各有其局限性。前者不能穿越防火墻，僅適合企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)使用，不能滿足跨平臺、語言獨立、松散耦合的異構(gòu)應(yīng)用的交互和集成;后者雖實現(xiàn)了異構(gòu)平臺間的互操作，但由于缺乏必要的協(xié)調(diào)性和主動性，仍然屬于靜態(tài)的遠程調(diào)用，智能性不強，因此也不適合在跨企業(yè)信息集成中應(yīng)用。本文結(jié)合web Services的跨平臺性、編程語言無關(guān)性、面向服務(wù)的封裝方式等特點與MAS(Multi-Agent System)的自主性、智能性、協(xié)作性等特點，提出了基于Web服務(wù)和MAS的網(wǎng)絡(luò)化集成制造框架模型，分析了其通信和協(xié)作過程，為網(wǎng)絡(luò)化制造提供一種普遍的、開放的、可擴展的、松散耦合的集成系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了跨平臺、跨地域的無縫信息集成和快速重構(gòu)。

　　2基于MAS與Web Services的網(wǎng)絡(luò)化制造體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

　　Web Services是W3C提出的一種軟件體系結(jié)構(gòu)，采用面向服務(wù)架構(gòu)SOA的新型分布式計算模型，主要技術(shù)規(guī)范包括XML、SOAP、WSDL和UDDI等。與傳統(tǒng)的CORBA/IIOP、DCOM/ORPC、EJB/RMI專用協(xié)議不同，Web Services采用標(biāo)準XML作為服務(wù)界面和協(xié)議描述規(guī)范，完全屏蔽了系統(tǒng)平臺的差異，利用開放標(biāo)準和公共基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)對象的描述、發(fā)現(xiàn)和訪問來實現(xiàn)跨平臺、跨語言的異構(gòu)集成，具有良好的封裝性和松散耦合的可集成性。而MAS(Multi-Agent System)是利用并行分布式處理技術(shù)和模塊化設(shè)計思想，由多個可交互的自治運行Agent組成的、能相互協(xié)作地進行問題求解的、可隨環(huán)境變化而主動適應(yīng)的、松散耦合的分布式智能系統(tǒng)。MAS具備開放性、自主性、異構(gòu)性、互操作性和分布性等特點，同時利用協(xié)作、談判、競爭、招投標(biāo)及任務(wù)調(diào)度等機制，可以方便地求解分布式問題，具有很強的伸縮性，非常適合企業(yè)分布式應(yīng)用系統(tǒng)集成，而且它的松散耦合、知識管理、協(xié)作求解、問題描述自然等優(yōu)點，更適合企業(yè)業(yè)務(wù)流程的柔性變化。

　　Web Services與MAS理論與技術(shù)的結(jié)合，為網(wǎng)絡(luò)化制造的實現(xiàn)提供了有效的機制和理想的解決方案。而作為一種分布式、異構(gòu)、松散耦合的制造系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)彼此之間具有組織上的自治性和平等性，本質(zhì)上可以看作是一個具有自主、分布和協(xié)作特性的智能化系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)化制造企業(yè)中，存在大量獨立自治的物理或邏輯實體，同時，在網(wǎng)絡(luò)化制造的不同層次，功能實體的劃分粒度有所不同。根據(jù)制造企業(yè)的特點和不同的Agent粒度，將網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)內(nèi)企業(yè)、協(xié)作伙伴、知識元、企業(yè)內(nèi)各部門、制造單元等不同實體分別抽象為Agent，基于不同視角，構(gòu)造不同粒度的MAS系統(tǒng)，并運用Web Services技術(shù)進行功能描述與封裝，從而建立基于Web Services的網(wǎng)絡(luò)化制造Multi-Agent模型，可以為網(wǎng)絡(luò)化制造提供一種普遍的、開放的、一致的框架結(jié)構(gòu)，有利于網(wǎng)絡(luò)化制造的研究與實現(xiàn)，提高網(wǎng)絡(luò)化制造的智能水平。基于Web Services的網(wǎng)絡(luò)化制造MAS體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1基于Web Services的網(wǎng)絡(luò)化制造MAS體系結(jié)構(gòu)

　　在該網(wǎng)絡(luò)化制造體系結(jié)構(gòu)中，企業(yè)的各功能實體Agent可通過基于可擴展標(biāo)記語言XML的WSDL進行Web Services描述與封裝(見圖2)，并通過Internet/Intranet在UDDI注冊中心進行發(fā)布，不同實體Agent間基于SOAP/XML進行消息傳送，動態(tài)、按需地進行信息交互，SOAP通過封裝知識查詢及操作語言KQML規(guī)范的XML語義表達，使用HTTP和SMTP等作為傳輸協(xié)議，可以跨越防火墻，實現(xiàn)不同實體間跨平臺的異構(gòu)集成與通訊，最終實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部與外部的集成。

　　圖2基于Web Services的Agent描述與封裝模型

　　3基于Web Services的MAS的通信實現(xiàn)

　　在分布式Multi-Agent系統(tǒng)中，Agent的通訊模式及交互策略是Agent實現(xiàn)協(xié)調(diào)與合作的基礎(chǔ)，各Agent之間必須進行知識和語義層次上的通信，以保證每個Agent對系統(tǒng)領(lǐng)域知識理解一致和對Agent間交互行為的識別、理解和處理，這樣才能實現(xiàn)相互之間的充分協(xié)商、協(xié)調(diào)與合作，實現(xiàn)系統(tǒng)問題的求解。在MAS中，各Agent采用知識查詢及操作語言KQML進行通信，其消息可以分為通信原語層和通信內(nèi)容層兩個相對獨立的層面。本文提出了基于Web Services的MAS通信機制，可以采用XML封裝KQML通信行為原語消息和表述通信的內(nèi)容，并通過SOAP與HTTP等普通協(xié)議的綁定進行消息傳遞，其中通信原語和通信內(nèi)容的文檔類型定義DTD/Schema分別由平臺開發(fā)人員和用戶完成。基于Web Services的MAS通信模型如圖3所示。

　　圖3基于Web Services的MAS通信模型

　　當(dāng)Agent A就某問題向Agent B詢問時，它根據(jù)自己的知識庫(KB)，經(jīng)過計算或推理，選用合適的標(biāo)準詞匯集生成相應(yīng)的請求，然后將它嵌入KQML的內(nèi)容層;接著使用XML封裝器生成XML文檔;最后通過Web Services平臺SOAP向Agent B傳送這一文檔。Agent B在接收到該文檔時，使用XML解析器，從中分離出KQML消息，并試圖理解它;然后根據(jù)自己的知識庫進行推理或計算，得出內(nèi)部結(jié)果，并選擇標(biāo)準詞匯集生成應(yīng)答;接著與Agent A類似，生成KQML消息，再與通信內(nèi)容一起封裝成XML文檔;最后也通過通信服務(wù)器向A傳回XML文檔。

　　4基于Web Services的M_AS協(xié)作功能的實現(xiàn)

　　MAS中存在著多個松散耦合的Agent，每個Agent獨立自治又相互協(xié)作，當(dāng)加工能力與加工任務(wù)發(fā)生沖突時，本文通過基于Web Services的MAS合同網(wǎng)協(xié)議進行協(xié)作，實現(xiàn)任務(wù)與設(shè)備的動態(tài)調(diào)度與協(xié)調(diào)。基于Web Services的MAS合同網(wǎng)協(xié)議模型如圖4所示。模型中主要包括合同網(wǎng)的管理者、投標(biāo)者和中介智能體等。合同網(wǎng)中的管理者和投標(biāo)者、每個智能體內(nèi)部都包含任務(wù)處理模塊、合同處理模塊和知識庫等相應(yīng)的規(guī)劃模塊，對整個生產(chǎn)過程進行規(guī)劃，并協(xié)調(diào)完成整個生產(chǎn)任務(wù)。任務(wù)處理模塊負責(zé)任務(wù)的處理和求解，它從合同處理模塊接受所要求解的任務(wù)，利用本地知識庫進行求解，并將結(jié)果送到合同處理模塊。知識庫中存儲本地結(jié)點的歷史知識、當(dāng)前狀態(tài)和問題求解過程的信息。合同處理模塊判斷投標(biāo)所提供的任務(wù)，發(fā)送標(biāo)書和確認合同，并分析和解釋到達的消息，協(xié)調(diào)全部結(jié)點的活動。UDDI相當(dāng)于中介智能(facilitator)，負責(zé)處理系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，建立從智能體功能到名字的映射，以便快速查找合適的智能體并與之交互。

　　圖4基于Web Services的MAS合同網(wǎng)協(xié)議模型

　　在該MAS合同網(wǎng)協(xié)議模型中，各Agent可以基于Web Services技術(shù)進行描述自包含并封裝成服務(wù)，在UDDI服務(wù)注冊中心進行注冊發(fā)布，當(dāng)一個待分配任務(wù)到達管理Agent后，管理Agent將其分解為若干子任務(wù)，并向UDDI提交請求，可以由UDDI服務(wù)中心獲得其它Agent的信息，同時查詢能夠勝任的Agent及其URI與接口，確定任務(wù)發(fā)布的范圍，并向符合條件的Agent發(fā)出基于XML表述的KQML行為原語的招標(biāo)任務(wù)信息，每一個接到競標(biāo)信息的Agent根據(jù)自身狀態(tài)和知識庫的信息，對收到的任務(wù)進行評估，計算加工時段和標(biāo)值，形成投標(biāo)消息傳送回管理Agent，以對管理Agent的招標(biāo)消息做出應(yīng)答。管理Agent對所有Agent投標(biāo)情況進行判定，選出最好的標(biāo)值，并向此Agent發(fā)出中標(biāo)消息，同時向其余競標(biāo)失敗的Agent發(fā)出落標(biāo)消息。收到中標(biāo)消息的Agent將此任務(wù)加入任務(wù)隊列中，在適當(dāng)時間執(zhí)行此項任務(wù)。Agent完成某項任務(wù)后，發(fā)任務(wù)完成信息返回管理Agent。管理Agent將該作業(yè)任務(wù)歸人完成隊列中，同時檢測是否另有條件成熟的作業(yè)任務(wù)可以進行招標(biāo)。對可以進行招標(biāo)的作業(yè)任務(wù)，管理Agent分析其加工所需能力與要求，并從UDDI中心進行查詢，確定招標(biāo)范圍，評估后發(fā)出任務(wù)消息，再次進行招標(biāo)。其中，管理Agent發(fā)布的消息是基于XML表述的KQML行為原語，例如：

　　XMLSchema-instance”

　　xsi:noNamespaceSchemaLocation=”KQML.

　　xsd”>

　　announce

　　Manager

　　Agent001

　　Manager-agent00

　　KQML

　　KQML-ONTOLOGY

　　準雙曲面齒輪小輪齒

　　坯

　　銑齒加工

　　name

　　……

　　該合同網(wǎng)模型借助于UDDI，對MAS系統(tǒng)內(nèi)Agend信息與狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)控與管理，很好地解決了傳統(tǒng)合同網(wǎng)招/投標(biāo)模式帶來的信息閉塞與廣播負載問題。另外，基于XML的KQML行為原語的表達實現(xiàn)與表達，使消息表述靈活、結(jié)構(gòu)清晰、數(shù)據(jù)具有一致性，XML實現(xiàn)與KQML規(guī)范都是基于字符流的表達，便于實現(xiàn);同時，XML還提供強勁的語義支持，可讀性強，便于基于知識的程序進行識別與交互。

　　5結(jié)語

　　資源共享和優(yōu)化配置是實施網(wǎng)絡(luò)化制造的基礎(chǔ)和前提。本文結(jié)合信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提出的這種基于MAS和web服務(wù)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)化集成制造技術(shù)，將為實現(xiàn)信息技術(shù)、制造技術(shù)、生產(chǎn)管理和制造控制的融合集成提供整體解決方案，可以真正實現(xiàn)各異構(gòu)系統(tǒng)動態(tài)、松散、跨平臺的無縫信息交互和共享，為企業(yè)解決網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境中制造信息孤島問題，優(yōu)化配置資源，實現(xiàn)全局協(xié)同運作提供良好的信息基礎(chǔ)環(huán)境，同時也為更深入地進行網(wǎng)絡(luò)化制造模式的研究和推廣提供有價值的參考。