Динамическая модель оперативного управления на основе интеллектуальных агентов
Виртуальные предприятия характеризуются кооперационным взаимодействием агентов, которые самостоятельно решают свои задачи в соответствии с установленными правилами. Одним из наиболее эффективных путей решения подобных задач являются мультиагентные системы (МАС).
Концепция МАС относится к области распределенного искусственного интеллекта, наряду с экспертными системами и нейронными сетями.
МАС представляет собой определенную среду (пространство), способную к изменениям и содержащую некоторое количество объектов О. В каждый момент времени каждому объекту соответствует определенная позиция Е. Объекты являются пассивными элементами и могут восприниматься, модифицироваться или уничтожаться агентами. Активными элементами системы является соответственно множество агентов А. Существует множество отношений R между объектами и операций Ор, которые выполняют агенты при взаимодействии с пассивными объектами. Множество операторов GU, которые представляют применение операций из Ор и реакцию окружающей среды на это применение называется «системными законами».
Под агентом понимается физическая или виртуальная единица, которая может действовать в определенном пространстве, вступая в коммуникацию с другими агентами, обладающая ресурсами и способностями, на основании которых может выполнять различные задания.
Поведение агента определяется его индивидуальными целями с учетом имеющихся ресурсов и зависит от восприятия им окружающей среды, ее представления и коммуникации с ней. Главными свойствами агента являются автономность, адаптивность и рациональность.
В концепции МАС сформулирован динамический подход к понятию «организация». Во многом его помогает понять определение организации, данное французским ученым E. Morin: «Организацией является такая структура отношений между компонентами или индивидуумами, которая производит новую единицу или систему, обладающую свойствами, не присутствующими на уровне компонент/индивидуумов». Принципиальными являются два аспекта. Во-первых, организация в МАС поддерживает отношения между агентами и в то же время обуславливает, выявляет эти отношения. Во-вторых, понятие «организация» включает в себя как процесс создания структуры, так и результат этого процесса. Именно этот второй аспект характеризует организацию как динамическое образование. Такой подход позволяет существенно приблизиться к пониманию сущности механизмов управления процессами в ВП.
На основе исследования возможностей МАС, как теории самоорганизации координированного взаимодействия множеств автономных конкурирующих агентов для оперативного управления в виртуальных предприятиях, выявлены основные принципы, которые могут быть использованы в оперативном управлении в ВП. К ним относятся моделирование интеллектуальных агентов, наличия у них определенных ресурсов и компетенций, способности агентов действовать как в своих интересах (конкурировать), так и вступать в кооперацию друг с другом (координироваться) для выполнения общих задач.
Динамическая модель оперативного управления DPM с использованием принципов МАС позволяет реализовать управление процессами в режиме реального времени на основе комплексных моделей процессов и алгоритмов оптимизации. DPM-модель состоит из координационного, коммуникационного и процессного модулей .
Задачей коммуникационного модуля (КоМ) является обеспечение четкого взаимодействия ВП с внешней средой (клиентами). В нем заложены модели бизнес-процессов, бизнес-сценарии и соответствующие им алгоритмы. Данный модуль выполняет задачи своеобразного «буфера», доступ к которому через Интернет имеют как участники ВП, так и его клиенты.
Координационный модуль (КМ) служит основой координации при управлении ресурсами участников ВП. Результатом работы КМ является образование альтернативных структур (логистических цепей, рабочих планов и т.д.), соответствующих параметрам, полученных из КоМ. Данные альтернативы передаются далее в модуль процессов, где происходит их оценка и генерирование предложений для формирования способа выполнения процесса. Соответствующие экономические характеристики передаются через КоМ объекту внешней среды.
Модульная структура позволяет реализовать основные функции и задачи системы оперативного управления процессами и координации (планирование, анализ, контроль, внесение изменений и улучшение), а также обеспечить стыковку с другими системами интегрированного информационного пространства. При этом предлагаются основные виды агентов для каждого из модулей. Элементами МАС в коммуникационном модуле (КоМ) являются агенты управления событиями, которые призваны обрабатывать входящие события и передавать их характеристики в координационный модуль.
Задачу образования альтернативных структур в КМ перенимают агенты организации процессов, непосредственно взаимодействующие с системами ИИП. Оценка и генерирование предложений для формирования ЛЦ осуществляется с помощью исполнительных агентов, действующих как на основе оперативной информации из КМ, так и с использованием накопленной базы знаний о процессах.
Рассмотрим общую схему управления заказами клиентов с помощью МАС. Она состоит из агентов управления заказами (отвечают за выполнение заказа, начиная от его приема и до окончания работ), агентов управления процессами (отвечают за реализацию отдельных процессов для выполнения заказов) и агентов управления предприятиями (представляют отдельные предприятия в общей виртуальной структуре и отвечают за выполнение на них определенных технологических операций). Общая схема управления заказами клиентов с помощью МАС представлена на рисунке.
Поступившую от клиента заявку принимает один из агентов управления заказами (1). Он идентифицирует данный заказ на основе сопоставления его параметров с одним из имеющихся в базе кодом заказа и передает данный код агентам управления процессами (2). На основе комплексных моделей процессов и сценариев агенты управления процессами определяют функциональную структуру процесса выполнения заказа (структуру логистической цепи) и передают ее агенту управления заказом (3), который сохраняет данную структуру и передает ее дальше агентам управления предприятиями (4).
Каждый из агентов управления предприятиями предлагает свои возможности для выполнения определенных технологических операций (сроки, затраты и т.д.) и передает эту информацию агенту управления заказом (5), который на основе имитационного моделирования оценивает различные альтернативные конфигурации ЛЦ, выбирает наилучшую и передает ее другим группам агентов (6, 7).
Агенты управления процессами и агенты управления предприятиями осуществляют оперативный анализ выполнения процессов и передают данную информацию агенту управления заказом (8, 9), который осуществляет функцию контроля и при отклонениях от плановых показателей вносит оперативные изменения (10, 11). По выполнении заказа он сообщает об этом клиенту (12). Наиболее ценные знания, полученные агентами в процессе выполнения данного заказа, сохраняются в их памяти и используются в дальнейшей работе.
Динамическая модель дает возможность сформировать из доступного множества процессов, оптимизационных алгоритмов и информации наилучшую для выполнения определенной задачи конфигурацию процесса (ЛЦ). Построение динамической модели на принципах МАС дает дополнительные возможности для применения ряда оптимизационных алгоритмов, также построенных на идеях управления агентами, например, метода АСО (Ant Colony Optimization). Метод ACO эффективно используется в настоящее время в задачах планирования маршрутов и расписаний в телекоммуникациях, что позволяет относить его к наиболее перспективным методам в области моделирования сложных производственных систем/сетей. Метод использует поведение муравьев как существ, осуществляющих коммуникации друг с другом для координации своей деятельности. Они в состоянии найти кратчайший путь от гнезда до источника питания за минимальное время.
Разработанная СОУ, состоящая из комплексных моделей процессов, алгоритмов оптимизации и динамической модели с применением принципов МАС, представляет собой новый подход к построению автоматизированных СОУ производственными и логистическими процессами и открывает возможности для реализации оперативного управления и поддержки принятия решений с использованием современных ИТ в новых формах производственной кооперации.