企業(yè)信息化建設的多智能體編隊模型研究

卞　勇，曹　虎，潘廣悅，李仁義，劉　貞，蘇　震

(中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所，北京 100089)

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企業(yè)信息化建設的多智能體編隊模型研究

卞勇，曹虎，潘廣悅，李仁義，劉貞，蘇震

(中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所，北京 100089)

摘要：企業(yè)信息化可以看成一個大系統(tǒng)，包括輸入、輸出、反饋、內(nèi)部運行、行政措施和激勵措施等。企業(yè)內(nèi)部可以看作是由多個智能體(Agent)組成的相互協(xié)作的人工社會組織單元。從多智能體編隊的角度研究了企業(yè)信息化模型，以及智能體和企業(yè)元素之間的聯(lián)系，引入了勢場函數(shù)理論來描述企業(yè)元素之間的關(guān)系，即引力代表各單元意見一致，斥力則代表各單元有互斥意見，通過確定適當?shù)膭輬龊瘮?shù)可以滿足各單元之間的功能和利益需求。

關(guān)鍵詞：信息化；多智能體；勢場函數(shù)；模型

當今世界正在從傳統(tǒng)的工業(yè)社會向現(xiàn)代信息社會發(fā)展，“用信息化推動工業(yè)化，用工業(yè)化帶動信息化，促進工業(yè)化與信息化相融合” 已經(jīng)是我國經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的重大戰(zhàn)略部署。目前，信息化已經(jīng)被眾多企業(yè)所接受，企業(yè)都希望能從信息管理的整體考慮出發(fā)，建立有效的企業(yè)信息管理平臺和管理系統(tǒng)。然而，由于我國的企業(yè)信息化水平起步比較晚，基礎比較薄弱，急需相關(guān)政策和理論的指導。因此， 對企業(yè)信息化建設理論和方法的研究則具有非常重要的現(xiàn)實意義和應用價值。目前，多智能體理論是比較成熟的先進理論，正吸引著國內(nèi)外眾多學者的研究興趣[1-7]。在多智能體理論和企業(yè)信息化研究方面，吳江以政府信息化為例，用因果關(guān)系圖系統(tǒng)思考了政府信息化中的群體行為，并利用多智能體方法建立起政府信息化群體行為模型——EGGBM[8]；李實永則針對現(xiàn)有交通控制系統(tǒng)在控制方式上相對集中、效率較低以及實時反應性不強等不足之處，提出了一種新的基于多智能體系統(tǒng)的城市交通控制系統(tǒng)框架[9]。本文從多智能體編隊的角度對企業(yè)信息化建設進行了深入研究，并得出了重要的結(jié)論。

1企業(yè)信息化和多智能體系統(tǒng)

企業(yè)信息化是指企業(yè)選擇先進的計算機、通信和網(wǎng)絡等現(xiàn)代技術(shù)和設備，在生產(chǎn)與經(jīng)營、研究與開發(fā)、管理與決策、市場與銷售等各個環(huán)節(jié)， 建設網(wǎng)絡

和應用系統(tǒng)，充分開發(fā)、廣泛利用企業(yè)內(nèi)外信息資源，調(diào)整或重構(gòu)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務模式，為企業(yè)決策系統(tǒng)提供準確有效的數(shù)據(jù)信息，建成對市場快速反應的能力，從而增強企業(yè)的核心競爭力。

多智能體系統(tǒng)是基于單個智能體的特點實現(xiàn)運行的，其相比于單個智能體具有明顯的優(yōu)點：1)通過多智能體協(xié)作，可以完成單個智能體難以完成的復雜作業(yè)；2)在設計制造難度上，執(zhí)行同等的任務，單個智能體遠遠超過了多個簡單智能體；3)多智能體協(xié)作可以在很大程度上提高整個系統(tǒng)的魯棒性、容錯性等。從物理意義的角度出發(fā)，多智能體系統(tǒng)不是純粹的單個智能體的簡單代數(shù)相加，其作用效果不僅包含單個智能體作用的線性求和，還包含有基于個體之間相互作用的增量。這種個體之間的相互作用包含2個因素：協(xié)同與合作。多智能體協(xié)同的協(xié)調(diào)規(guī)劃方法可以分為2類：集中式( Centralized ) 和分布式( Distributed )。早期的規(guī)劃方法主要以集中式為主，而近期，越來越多的學者開始關(guān)注分布式規(guī)劃方法。

在集中式規(guī)劃方法中，多智能體系統(tǒng)被視為一個具有多個自由度的復雜智能體，所有智能體的協(xié)同控制都可以由系統(tǒng)中的一個規(guī)劃器來統(tǒng)一完成。集中式規(guī)劃方法的特點是可以在不考慮計算復雜性的情況下獲得規(guī)劃問題的最優(yōu)解；但是，集中式規(guī)劃方法計算時間往往比較長，所以在時效性要求很高的運用中，該類方法受到了一定的限制。

在分布式規(guī)劃方法中，每一個智能體都能夠獨立收集其周圍的環(huán)境信息和鄰居智能體的運動信息，并根據(jù)收集到的信息和自己的狀態(tài)信息規(guī)劃出一條到達目標點的相對最優(yōu)路徑。分布式規(guī)劃方法的特點是在不追求規(guī)劃問題全局最優(yōu)解的情況下，可以獲得很高的計算和運行速度；但是，在鄰居智能體之間通信量大幅度增加的情況下，如果要想得到全局最優(yōu)解，計算時間很有可能等同或者超過集中式，甚至有可能根本得不到最優(yōu)解。近年來，分布式規(guī)劃方法的研究有了長足的發(fā)展，逐漸成為多智能體協(xié)同控制的主流方法。

本文研究的多智能體信息化模型主要是基于分布式規(guī)劃方法，每個智能體相當于企業(yè)的一個元素。一個完整的企業(yè)信息化過程主要有如下幾個元素：綜合智能決策系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、資產(chǎn)運營管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、財務管理系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和質(zhì)量管控系統(tǒng)。各元素能夠獨立收集周圍的環(huán)境信息和鄰居的運行狀態(tài)信息，并據(jù)此調(diào)整自己的行為以適應周圍環(huán)境的動態(tài)變化。以此為切入點，多智能體編隊模型則可以成功延伸到企業(yè)信息化建設理論中。

2企業(yè)信息化的圖論架構(gòu)

在多智能體系統(tǒng)研究中，遇到的常見連通網(wǎng)絡有無向的、有向的和加權(quán)的等，它們都可以用圖論的語言和符號來描述。圖論不僅為物理學家提供描述網(wǎng)絡的語言和研究的平臺，而且其結(jié)論和技巧已經(jīng)被廣泛移植到多智能體系統(tǒng)的研究中。

圖1　穩(wěn)定無向圖

根據(jù)圖論[10]相關(guān)知識，一個無向圖可以用G=(V,E)來表示，其中V=(v1,v2,…，vn)∈R2n，表示n個頂點，E=(e1,e2,…，em)表示m條邊。如果用|V|表示頂點數(shù)，|E|表示邊數(shù)。無向圖中的每一個頂點表示一個智能體，則根據(jù)多智能體剛性編隊原理[11]，當|E|=2|V|-3成立時，無向圖對應的多智能體達到相對穩(wěn)定狀態(tài)。平面中的穩(wěn)定無向圖如圖1所示。

在圖1中，|V|=8，|E|=13，滿足|E|=2|V|-3的關(guān)系。

對于一般企業(yè)而言，企業(yè)的信息化元素可以由上述8個部分組成，具體如下：智能體1表示綜合智能決策系統(tǒng)；智能體2表示資產(chǎn)運營管理系統(tǒng)；智能體3表示OA系統(tǒng)；智能體4表示人力資源管理系統(tǒng)；智能體5表示質(zhì)量管理系統(tǒng)；智能體6表示財務管理系統(tǒng)；智能7表示物流管理系統(tǒng)；智能體8表示生產(chǎn)管理系統(tǒng)。從圖1可以看出，智能體1即綜合智能決策系統(tǒng)影響著其他任何系統(tǒng)，起著決定性的作用。

3多智能體信息化模型

在多智能體信息化模型中，各智能體分別代表各信息化元素，它們之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2　多智能體信息化模型

企業(yè)信息化的過程是各智能體從無序轉(zhuǎn)變到有序狀態(tài)，并且保持運行的過程。本文引入智能體之間的勢場函數(shù)理論，即兩智能體之間距離小于指定閾值時產(chǎn)生斥力，大于指定閾值時產(chǎn)生引力，直到各智能體最后達到一個穩(wěn)定的運行狀態(tài)。從企業(yè)信息化的角度來講，則是各部門、各系統(tǒng)通過約束規(guī)則(勢場函數(shù))的作用達到穩(wěn)定的運營狀態(tài)。

對于某一個多智能體信息化模型，選用如下的光滑勢場函數(shù)。

圖3　處處連續(xù)可微勢場函數(shù)

由Vij的上述特性，可以得到智能體i的勢場函數(shù)Vi：

進一步得到智能體i的控制律ui：

式中，wij是各條邊的權(quán)重系數(shù)，這在企業(yè)信息化模型中，對應為各元素之間的聯(lián)系緊密度。

4結(jié)語

本文從多智能編隊的角度，證明多智能體信息化模型是可行的，勢場函數(shù)引斥力理論切實反映了企業(yè)各元素之間的關(guān)系：有對抗則疏遠一點，有疏忽則緊密一點，直到各智能體之間達到最佳平衡狀態(tài)。

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責任編輯馬彤

The Research of Multi-agent Formation Model of Enterprise Informatization Construction

BIAN Yong, CAO Hu, PAN Guangyue, LI Renyi, LIU Zhen, SU Zhen

(Advanced Technology Generalization Institute of CNGC, Beijing 100089, China )

Abstract：Enterprise informatization is a large system includes: input, output, feedback, operation inside, executive action and incentive measures. Inner-enterprise can be seemed as an artificially social organization unit composing of various agents. This paper mainly proposes an enterprise informatization associated with formation theory of multi-agent. The connection between agents and enterprise factors is represented. The relationship between enterprise factors is described by potential function theory: the attractive force presents that all factors have the same opinion, and the repulsive force presents that all factors have the different opinion needed to be solved.

Key words:informatization， multi-agent， potential function， model

收稿日期：2015-05-18

作者簡介：卞勇(1979-)，男，大學本科，高級工程師，主要從事信息化建設、科技成果推廣等方面的研究。

中圖分類號：TH 166

文獻標志碼:A