基于MAS的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)研究

王　英，徐詩陽，董雪萌，程　光

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，哈爾濱　150030)

?

基于MAS的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)研究

王英，徐詩陽，董雪萌，程光

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，哈爾濱150030)

摘要：針對(duì)目前農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展欠缺的系統(tǒng)領(lǐng)域研究，首先確定農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的組成，并結(jié)合實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況將農(nóng)機(jī)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng);其次，定義并描述農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)的自身行為及交互行為，并基于Agent理論對(duì)農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)的相關(guān)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究;然后，提出由Agent個(gè)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓展得到整個(gè)農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的Agent構(gòu)架；最后，運(yùn)用多Agent理論結(jié)合實(shí)際需求提出了基于MAS的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)機(jī)系統(tǒng)；MAS；Agent理論；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

0引言

隨著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展與農(nóng)業(yè)機(jī)械化的推進(jìn)，涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械與設(shè)備管理方面的研究必然成為其中的熱點(diǎn)和關(guān)注點(diǎn)。目前，相關(guān)研究主要涉及農(nóng)機(jī)的更新、選型及配備[1]，且研究多數(shù)以計(jì)算單臺(tái)或機(jī)群的更新、配備等問題為主[2-4]。農(nóng)業(yè)機(jī)器經(jīng)濟(jì)壽命的計(jì)算方法按其追求目標(biāo)分為3類， 其基本的計(jì)算方法有4種[5]，主要為在技術(shù)進(jìn)步條件下研究農(nóng)業(yè)設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命的變化規(guī)律及技術(shù)進(jìn)步對(duì)設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命的影響等[6-8]。

國外的相關(guān)研究主要以技術(shù)進(jìn)步為前提，通過非線性整數(shù)優(yōu)化、多目標(biāo)規(guī)劃及連續(xù)最優(yōu)控制等數(shù)學(xué)方法對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器的更新進(jìn)行研究[9-11]。同時(shí)，還涉及農(nóng)機(jī)更新的技術(shù)變革分析[12-13]、基于連續(xù)和不連續(xù)技術(shù)變革的設(shè)備更換[14]、基于剩余價(jià)值考慮及基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析的預(yù)防性維修研究[15-16]等。目前，缺乏針對(duì)整個(gè)農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的深入分析與探討研究。

根據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)，可將所研究的某個(gè)農(nóng)機(jī)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的集合，則該農(nóng)機(jī)系統(tǒng)是由這些子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)合的、非紛繁的、非隨機(jī)的、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，因此農(nóng)機(jī)系統(tǒng)問題是復(fù)雜系統(tǒng)問題。

MAS又稱多Agent系統(tǒng)，是由多個(gè)相交互的Agent個(gè)體組成的復(fù)雜系統(tǒng)[17-18]。由于單一的Agent個(gè)體很難對(duì)存在于動(dòng)態(tài)開放環(huán)境中的大規(guī)模復(fù)雜問題進(jìn)行求解[19]，因此將若干個(gè)Agent個(gè)體按照實(shí)際需求通過交互聯(lián)系構(gòu)建一個(gè)MAS，從而解決存在于動(dòng)態(tài)開放環(huán)境中的大規(guī)模復(fù)雜問題[20-23]。國內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)顯示:MAS的應(yīng)用研究已廣泛經(jīng)涉及工業(yè)制造、工業(yè)過程控制、噪聲控制、空中交通控制、軍事、農(nóng)業(yè)、數(shù)據(jù)庫、遠(yuǎn)程教育、信息提取、Internet網(wǎng)上信息處理等領(lǐng)域[24-26]。

本文從復(fù)雜系統(tǒng)的研究角度出發(fā)，以農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，運(yùn)用復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論、復(fù)雜科學(xué)理論、人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，并結(jié)合Multi-Agent System理論對(duì)農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的分析與研究。

1農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)分析

1.1　農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)的運(yùn)行分析

本文研究的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)包括各種型號(hào)、各種機(jī)齡的農(nóng)業(yè)裝備，將某一農(nóng)機(jī)系統(tǒng)根據(jù)不同機(jī)器型號(hào)進(jìn)行分類，每類相當(dāng)于農(nóng)機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。同屬一類的農(nóng)機(jī)型號(hào)相同，按此方法將農(nóng)機(jī)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)至少包含一臺(tái)農(nóng)機(jī)。根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的某項(xiàng)作業(yè)的工序，可以建立起各個(gè)子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，作業(yè)中的每個(gè)步驟對(duì)應(yīng)相應(yīng)型號(hào)的農(nóng)機(jī)，共同完成一項(xiàng)農(nóng)業(yè)作業(yè)的不同型號(hào)的農(nóng)機(jī)有先后次序的聯(lián)系[1]?？紤]到功能相近的不同類農(nóng)機(jī)之間存在替代作業(yè)的關(guān)系，因此替代作業(yè)也是子系統(tǒng)之間的一種交互聯(lián)系。

農(nóng)機(jī)系統(tǒng)主要由農(nóng)業(yè)設(shè)備構(gòu)成，農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)需求決定了農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)；反之，農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)也會(huì)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。研究農(nóng)機(jī)系統(tǒng)就是研究系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律和農(nóng)機(jī)的種類及機(jī)齡數(shù)量分布。

農(nóng)機(jī)的種類主要由農(nóng)業(yè)作業(yè)項(xiàng)目直接決定，還受資金等因素的影響。農(nóng)機(jī)數(shù)量變化的直接影響因素是農(nóng)機(jī)的報(bào)廢率、更新率及更新規(guī)模。

其中，根據(jù)農(nóng)機(jī)報(bào)廢情況的不同，有待被更新的農(nóng)機(jī)可以分為3類：第1類為達(dá)到機(jī)齡上限報(bào)廢的農(nóng)機(jī)；第2類為沒達(dá)到機(jī)齡上限卻達(dá)到經(jīng)濟(jì)壽命報(bào)廢的農(nóng)機(jī)；第3類為沒報(bào)廢但已經(jīng)達(dá)到經(jīng)濟(jì)壽命的農(nóng)機(jī)。設(shè)e為某類農(nóng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)壽命值，更新農(nóng)機(jī)的分類如表1所示。其中，數(shù)字1表示存在這種情況，數(shù)字0表示不存在這種情況。

表1　更新農(nóng)機(jī)分類

農(nóng)機(jī)的報(bào)廢和更新發(fā)生在同一研究周期內(nèi)，且農(nóng)機(jī)報(bào)廢的情況發(fā)生在農(nóng)機(jī)更新之前，但農(nóng)機(jī)的報(bào)廢和農(nóng)機(jī)的更新對(duì)農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的影響發(fā)生在當(dāng)前研究周期結(jié)束與下一個(gè)研究周期開始的交接部分。

更新率可由需要更新農(nóng)機(jī)數(shù)量和實(shí)際更新農(nóng)機(jī)數(shù)量決定，相應(yīng)的農(nóng)機(jī)更新率為

(1)

其中，Wc,t表示第c類農(nóng)機(jī)在第t個(gè)研究周期需要更新的總數(shù)，即該類超過經(jīng)濟(jì)壽命的農(nóng)機(jī)的數(shù)量總和；Nc,t表示第c類農(nóng)機(jī)在第t個(gè)研究周期實(shí)際被更新的農(nóng)機(jī)數(shù)量；βc,t表示在第t個(gè)研究周期該類農(nóng)機(jī)的農(nóng)機(jī)更新率。

農(nóng)機(jī)更新在具備該周期內(nèi)某類的農(nóng)機(jī)報(bào)廢統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后，依據(jù)該類農(nóng)機(jī)經(jīng)濟(jì)壽命，確定待更新的農(nóng)機(jī)機(jī)齡范圍和數(shù)量，并結(jié)合相應(yīng)的報(bào)廢數(shù)據(jù)，判斷有待被更新的農(nóng)機(jī)分類；根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置更新優(yōu)先的次序，在資金受限下篩選出待更新的農(nóng)機(jī)，選擇更新模式，確定更新方案，并在實(shí)施更新前判斷更新方案滿足資金受限的條件；其他類農(nóng)機(jī)依次類推，即可完成整個(gè)農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的更新。相應(yīng)的農(nóng)機(jī)更新步驟流程圖如圖1所示。

農(nóng)機(jī)系統(tǒng)中農(nóng)機(jī)的行為主要包括：按作業(yè)工序作業(yè)、替代作業(yè)、閑置保管、報(bào)廢、更新及維修。其中，按作業(yè)工序作業(yè)及替代作業(yè)是不同子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，子系統(tǒng)內(nèi)部也可能存在替代作業(yè)的聯(lián)系。農(nóng)機(jī)的報(bào)廢和更新是每類子系統(tǒng)的自身行為，報(bào)廢率同農(nóng)機(jī)型號(hào)和機(jī)齡相關(guān)，更新率同農(nóng)機(jī)型號(hào)相關(guān)。農(nóng)機(jī)的報(bào)廢會(huì)直接導(dǎo)致某類農(nóng)機(jī)數(shù)量的減少，而農(nóng)機(jī)的更新因?yàn)橛写桓罗r(nóng)機(jī)分類的不同及更新模式的不同會(huì)導(dǎo)致某類農(nóng)機(jī)數(shù)量的減少、增加或不變，從而可知導(dǎo)致農(nóng)機(jī)系統(tǒng)中農(nóng)機(jī)種類、數(shù)量變化的直接影響因素即為農(nóng)機(jī)的報(bào)廢和更新。

圖1　農(nóng)機(jī)更新步驟流程圖

1．2　農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

Agent是指駐留在某一環(huán)境下能持續(xù)自主地發(fā)揮作用，具備駐留性、反應(yīng)性、社會(huì)性、主動(dòng)性等特征的計(jì)算實(shí)體。Agent可以看作是一類特殊的對(duì)象，即具有心智狀態(tài)和智能的對(duì)象。Agent本身可以通過對(duì)象技術(shù)進(jìn)行構(gòu)造，而且大多數(shù)Agent都采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，其本身具有的特性又彌補(bǔ)了對(duì)象技術(shù)本身存在的不足，成為繼對(duì)象技術(shù)后計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的又一次飛躍。

Agent的基本結(jié)構(gòu)主要由環(huán)境感知模塊、信息處理模塊、通訊模塊、決策與智能控制模塊、知識(shí)庫、任務(wù)表及執(zhí)行模塊構(gòu)成，如圖2所示。

圖2　Agent基本結(jié)構(gòu)圖示

將每個(gè)農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)看成一個(gè)Agent個(gè)體，則構(gòu)成農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)的每個(gè)Agent由環(huán)境感知模塊、執(zhí)行模塊及訊通模塊構(gòu)成。該子系統(tǒng)與系統(tǒng)環(huán)境及其他子系統(tǒng)之間交互與聯(lián)系，任務(wù)表記錄該子系統(tǒng)應(yīng)具備的功能和所需完成的任務(wù)，信息處理模塊則負(fù)責(zé)對(duì)感知和對(duì)接收到信息進(jìn)行初步地加工、處理與存儲(chǔ)。決策與智能控制模塊是農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)的核心部分，通過運(yùn)用知識(shí)庫中的知識(shí)對(duì)信息處理模塊處理所得到的外部環(huán)境信息和其他子系統(tǒng)的通訊信息進(jìn)行進(jìn)一步的分析及推理，為子系統(tǒng)做出作業(yè)、替代作業(yè)、更新及閑置等行為做出合理的決策。基于Agent的農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示

Agent子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)描述了農(nóng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜屬性，其特點(diǎn)符合基于MAS構(gòu)建的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)模型的研究思想。農(nóng)機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜建模的主要思想是：首先，依據(jù)Agent的自然描述特點(diǎn)和其人性化的特征，以一定的標(biāo)準(zhǔn)在一定的程度上對(duì)農(nóng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行分類；然后，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的每個(gè)Agent子系統(tǒng)的建立。結(jié)合上文，對(duì)每個(gè)Agent進(jìn)行封裝，建立MAS體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)Agent的綜合集成，具體研究過程如圖4所示。

圖4　基于Agent的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)研究過程

2多Agent系統(tǒng)

由分布在網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)問題求解器松散耦合而成的大型復(fù)雜系統(tǒng)稱為MAS，有多個(gè)Agent相互關(guān)聯(lián)作用，從而解決了單個(gè)個(gè)體能力和知識(shí)所不能處理的復(fù)雜問題。MAS研究的理論基礎(chǔ)觀點(diǎn)包括開放信息系統(tǒng)的觀點(diǎn)、對(duì)策論觀點(diǎn)、計(jì)算生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)和復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)觀點(diǎn)[27]，其涉及的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)，符合本文所要研究的對(duì)象—農(nóng)機(jī)系統(tǒng)。

根據(jù)MAS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[28]：首先，已知每個(gè)Agent具有有限的信息資源和問題求解能力，缺乏實(shí)現(xiàn)協(xié)作的全局觀點(diǎn)，農(nóng)機(jī)系統(tǒng)中由每類農(nóng)機(jī)構(gòu)成的子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)MAS中的單個(gè)Agent，每類農(nóng)機(jī)構(gòu)成的子系統(tǒng)符合該特點(diǎn)。其次，MAS不存在全局控制，即控制是分布的。當(dāng)農(nóng)機(jī)系統(tǒng)依據(jù)農(nóng)機(jī)型號(hào)分類后，每個(gè)子系統(tǒng)代表著與其他子系統(tǒng)是不同的一類，對(duì)農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的控制是通過分別對(duì)子系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)的，滿足控制分布。然后，MAS中的知識(shí)與數(shù)據(jù)都是分散的，農(nóng)機(jī)系統(tǒng)中每個(gè)子系統(tǒng)具有自身的知識(shí)庫和任務(wù)表，符合該特點(diǎn)。最后，MAS的計(jì)算是異步執(zhí)行的，顯然通過子系統(tǒng)交互涉及報(bào)廢、更新等行為的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行符合該特點(diǎn)。

MAS的結(jié)構(gòu)為內(nèi)部的Agent個(gè)體提供了它們之間交互的框架，為每個(gè)子系統(tǒng)的交互提供問題求解的基礎(chǔ)與平臺(tái)。在開放、動(dòng)態(tài)環(huán)境中，基于MAS的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性十分重要。MAS研究主要包含3種典型的Agent體系結(jié)構(gòu)：慎思型、反應(yīng)型、混合型。其中，在考慮慎思型Agent和反應(yīng)型Agent各自特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，混合型Agent綜合了二者的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)來說具有較強(qiáng)的靈活性和快速響應(yīng)的特點(diǎn)。

本文采用混合型的Agent實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的建立，其復(fù)合型Agent是在一個(gè)Agent體內(nèi)組合多種相對(duì)獨(dú)立和并行執(zhí)行的智能形態(tài)，結(jié)構(gòu)包括感知、動(dòng)作、反應(yīng)、信息處理、通信和決策等模塊，如圖3所示。在農(nóng)機(jī)子系統(tǒng)中，子系統(tǒng)Agent通過內(nèi)部的環(huán)境感知模塊反映實(shí)際時(shí)間，并對(duì)系統(tǒng)所處環(huán)境的信息做出一個(gè)抽象，然后進(jìn)行其他模塊的處理，并按照一定的要求作出相應(yīng)的決策，最后通過執(zhí)行模塊產(chǎn)生相應(yīng)的行為反饋于環(huán)境。基于農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的主要組成，則個(gè)體與個(gè)體間的交互抽象成相對(duì)應(yīng)的MAS結(jié)構(gòu)建立MAS概念模型如圖5所示。

圖5　MAS的概念模型

3農(nóng)機(jī)系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)分析

農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)是研究農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和前提，MAS的體系結(jié)構(gòu)有3種：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、聯(lián)盟結(jié)構(gòu)及黑板結(jié)構(gòu)。

根據(jù)農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文選擇Agent聯(lián)盟結(jié)構(gòu)的MAS體系結(jié)構(gòu)。其中，協(xié)作Agent的實(shí)現(xiàn)方法有很多，如可以考慮通過人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)，或除了農(nóng)機(jī)構(gòu)成的Agent外，特別設(shè)置這種負(fù)責(zé)子系統(tǒng)之間交互協(xié)作的Agent來實(shí)現(xiàn)。

農(nóng)機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)由許多相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)組成的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。其中，子系統(tǒng)具有一定的智能、自控性，存在學(xué)習(xí)和適應(yīng)行為；子系統(tǒng)間存在著復(fù)雜的聯(lián)系與相互作用，聯(lián)系與作用的實(shí)現(xiàn)以MAS的體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。農(nóng)機(jī)系統(tǒng)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵組成部分，也是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率的核心所在，因此研究農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行規(guī)律十分必要。根據(jù)文中的分析結(jié)果，依據(jù)農(nóng)機(jī)系統(tǒng)中農(nóng)機(jī)不同的型號(hào)將系統(tǒng)中所有的農(nóng)機(jī)分成不同的Agent子系統(tǒng)，再根據(jù)子系統(tǒng)間功能是否相近形成一定范圍的子系統(tǒng)群體。

子系統(tǒng)的行為包括：進(jìn)行正常的農(nóng)業(yè)作業(yè)、代替其他農(nóng)機(jī)進(jìn)行的替代作業(yè)、不需要作業(yè)時(shí)的閑置保管，以及農(nóng)機(jī)的報(bào)廢、更新及維修。其中，子系統(tǒng)之間的聯(lián)系為按照作業(yè)工序有序地共同完成作業(yè)，或當(dāng)工作的農(nóng)機(jī)存在故障時(shí)，聯(lián)系功能相近的農(nóng)機(jī)進(jìn)行替代作業(yè)，以及農(nóng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行更新時(shí)子系統(tǒng)間更新資金分配的協(xié)商；而農(nóng)機(jī)的閑置保管和報(bào)廢主要是子系統(tǒng)的自身行為，一般情況下，不存在與其他子系統(tǒng)的交互。農(nóng)機(jī)維修一般是分為群體行為和個(gè)體行為，但不影響農(nóng)機(jī)種類和數(shù)量的變化。

農(nóng)機(jī)系統(tǒng)中，子系統(tǒng)的主要行為與交互行為描述如下：

1)按照作業(yè)工序正常作業(yè)，子系統(tǒng)間的交互行為。一般來說，某項(xiàng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)具有一定的作業(yè)工序，不同的農(nóng)業(yè)設(shè)備機(jī)器要按照作業(yè)工序進(jìn)行有序的配合才能完成該項(xiàng)目，因此產(chǎn)生了子系統(tǒng)間的交互。

2)替代作業(yè)，子系統(tǒng)間的交互行為。在進(jìn)行農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)，若某臺(tái)農(nóng)機(jī)發(fā)生故障，導(dǎo)致其作業(yè)無法正常進(jìn)行或按時(shí)完成，那么就要考慮用其他農(nóng)機(jī)來替代繼續(xù)作業(yè)；當(dāng)子系統(tǒng)內(nèi)部的農(nóng)機(jī)無法實(shí)現(xiàn)及時(shí)替代時(shí)，則需考慮功能相近的農(nóng)機(jī)進(jìn)行替代，因此產(chǎn)生了功能相近的子系統(tǒng)間的交互。

3)閑置保管及維修。閑置屬于子系統(tǒng)的自身行為，完成了所分配的農(nóng)業(yè)作業(yè)或在非農(nóng)忙時(shí)期不使用進(jìn)行閑置保管；在被其他農(nóng)機(jī)需要替代作業(yè)時(shí)，與其他子系統(tǒng)才產(chǎn)生聯(lián)系。農(nóng)機(jī)維修屬于人機(jī)交互部分。

4)農(nóng)機(jī)報(bào)廢，子系統(tǒng)的自身行為。相關(guān)數(shù)據(jù)存在于Agent結(jié)構(gòu)的任務(wù)表及知識(shí)庫中，農(nóng)機(jī)報(bào)廢如農(nóng)機(jī)故障產(chǎn)生一樣是非可控因素。

5)農(nóng)機(jī)更新。在農(nóng)機(jī)系統(tǒng)中，子系統(tǒng)內(nèi)部的執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的行為，子系統(tǒng)的行為概括如圖6所示。

圖6　子系統(tǒng)行為

綜上所述，則基于MAS的混合型、開放式、動(dòng)態(tài)、聯(lián)盟結(jié)構(gòu)的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7　基于MAS的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

基于MAS的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)子系統(tǒng)都是依據(jù)農(nóng)機(jī)型號(hào)的不同進(jìn)行分類形成的單個(gè)Agent，每個(gè)Agent子系統(tǒng)間的交互與農(nóng)業(yè)作業(yè)工序有關(guān)。功能相近的子系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)子系統(tǒng)群體，替代作業(yè)是其內(nèi)部子系統(tǒng)間的交互聯(lián)系。協(xié)助Agent也是一種子系統(tǒng)，是聯(lián)盟結(jié)構(gòu)的MAS結(jié)構(gòu)體系中協(xié)助子系統(tǒng)間交互的子系統(tǒng)。

4結(jié)論

從Agent復(fù)雜系統(tǒng)角度出發(fā)，分析了農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)，提出并建立了基于MAS的混合型、開放式、動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展中，農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的研究是不可避免的重點(diǎn)，掌握農(nóng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部特點(diǎn)及運(yùn)行規(guī)律有助于優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)實(shí)踐中的運(yùn)用從而提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，基于MAS的農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的理論研究與實(shí)際應(yīng)用均存在著極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]余友泰.農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程[M].北京：中國展望出版社，1987:245-262.

[2]李寶筏，張東興.農(nóng)業(yè)裝備系統(tǒng)優(yōu)化[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2005：3-6.

[3]申吉才,張萬昌.農(nóng)機(jī)設(shè)備更新問題的探討[J].農(nóng)機(jī)化研究，1994(1):43-44.

[4]張萬昌,唐守勝,方德貴.農(nóng)機(jī)設(shè)備更新問題淺析[J].農(nóng)場經(jīng)濟(jì)管理,1996(3):33.

[5]王福林.農(nóng)業(yè)機(jī)器經(jīng)濟(jì)壽命計(jì)算的研究現(xiàn)狀及其分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),1995,26(2):111-115.

[6]郝慶升,王桂俠.農(nóng)機(jī)經(jīng)濟(jì)壽命計(jì)算問題的探討與商榷[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械報(bào),1998,29(3):168-171.

[7]王英,方淑芬,呂文元.技術(shù)進(jìn)步條件下設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,38(1): 85-88.

[8]尤曉莎,呂文元.技術(shù)進(jìn)步條件下設(shè)備更新決策[J].經(jīng)濟(jì)師,2009(2):18-19.

[9]Yuri Yatsenko,NataliHritonenko. Economic life replacemen tunder improving technology[J].Int.J.Production Economics，2011，133：596-602.

[10]Natali Hritonenko, Yuri Yatsenko.Integral equation of optimal replacement: Analysis and algorithms[J].Applied Mathematical Modelling,2009，33:2737-2747.

[11]Farid Mardin,Takeshi Arai.Capital Equipment Replacement Under Technological Change[J].The Engineering Economist, 2012,57:119-129.

[12]Torpong Cheevaprawatdomrong, Robert L. Smith.A paradoxin equipment replacement under technological improvement[J].Operations Research Letters ,2003 (31)：77-82.

[13]Natali Hritonenkoa,YuriYatsenkob.Optimal equipment replacement without paradoxes:Acontinuous analysis[J].Operations Research Letters ,2007(35):245-250.

[14]Jennifer L. Rogers,Joseph C.Hartman.Equipment replacement under continuous and discontinuous technological change[J].IMA Journal of Management Mathematics,2005(16):23-36.

[15]Raffaele Spinelli, Natascia Magagnotti, Gianni Picchi.Annual use, economic life and residual value of cut-to-length harvesting machines[J].Journal of Forest Economics ,2011，17：378-387.

[16]Abbas Rohani, Mohammad Hossein Abbaspour-Fard,Shamsolla Abdolahpour.Prediction of tractor repair and maintenance costs using Artificial Neural Network[J].Expert Systems with Applications,2011，38：8999-9007.

[17]Wooldridge M, Jennings N. Intelligent agents: theory and practice[J]. Knowledge Engineering Review,1995,10(2):115-152.

[18]Russdl S,NorvigP.Artificial intelligence:A modem approach [M]．Upper Seddle River：Prentice Hall,1995．

[19]楊鯤，翟永順，劉大有．Agent特性與分類[J]．計(jì)算機(jī)科學(xué)，1999,26(9):30-34.

[20]胡舜耕，張莉，鐘義信.多Agent系統(tǒng)的理論、技術(shù)及其應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，1999,26(9):20-24.

[21]齊磊磊.復(fù)雜系統(tǒng)的研究方法[J].系統(tǒng)科學(xué)學(xué)報(bào)，2014,22(2):24-26.

[22]周鐵軍,李陽.Multi-Agent 協(xié)同進(jìn)化算法研究[J].計(jì)算機(jī)工程,2009(13)：205-207.

[23]蔣嶷川.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化多Agent系統(tǒng)的任務(wù)分配[J].模式識(shí)別與人工智能，2012,25(2):262-270.

[24]王亞康，郭晶.基于Agent的復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真研究[J].電子設(shè)計(jì),2011,19(9):100-103.

[25]高寶俊，宣慧玉，李璐.一個(gè)基于Agent的股票市場仿真模型的Swarm實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2006,18(4):1019-1021.

[26]廖守億，陳堅(jiān)，戴金海，等．基于Agent的建模與仿真概述[J]．計(jì)算機(jī)仿真，2008,25(12):1-7.

[27]趙龍文，候義斌.多Agent系統(tǒng)及其組織結(jié)構(gòu)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2000(7):12-14,25.

[28]李海剛，吳啟迪.多Agent系統(tǒng)研究綜述[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，31(6):728-731.

Research of Composition and Structure for Agricultural Machinery System Based on Multi-Agent System

Wang Ying, Xu Shiyang, Dong Xuemeng, Cheng Guang

(College of Engineering, University of Northeast Agricultural, Harbin 150030, China)

Abstract：In view of the lack of the present agricultural mechanization development about system research,this paper firstly determined the composition of agricultural machinery system, and connected with the actual situation of agricultural production demarcated farm machinery system into a number of interrelated subsystems. Secondly, It defined and described the behavior and the interaction of agriculture machinery subsystems , based on the Agent theory and analysized the relevant properties and structure of the agriculture machinery subsystems. Then, it put forward to expand the system structure frame from the individual Agent. Finally, on the basis of the theory of multiple Agent according to the actual demand of agricultural ,this analysis built agricultural machinery system structure based on Multi-Agent System.

Key words：agriculture machinery system; multi-agent system; agent theory; system structure

中圖分類號(hào)：S232.3；TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-188X(2016)10-0032-05

作者簡介：王英(1976-)，女，哈爾濱人，教授，博士。通訊作者：徐詩陽(1990-)，女，黑龍江牡丹江人，碩士研究生,(E-mail) walxmlxmaw@163.com 。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(71171044)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金-新教師類項(xiàng)目(20132325120022)；黑龍江省博士后科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(LBH-Q13021);黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(G201206)；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目(2009RC46)

收稿日期：2015-11-29