專利名稱：一種基于多智能體的煉鋼車間天車調度仿真方法
技術領域：
本發明涉及冶金生產計劃與調度領域，具體地說是一種適用于解決冶金領域鋼廠 車間天車動態調度難題的方法。
背景技術：
鋼鐵生產過程中，物流的運輸時間占整個物流時間的一半以上，從鐵水進入煉鋼 車間，到連鑄形成鑄坯的生產過程中，伴隨著天車運輸、鋼包臺車運輸和輥道運輸3種運輸 形式，而天車運輸集裝卸、搬運、運輸功能于一身，它是鋼廠中最重要的物流運輸方式，其調 度水平成為鋼廠各生產工序能否匹配、協調運行的關鍵，已成為鋼廠生產過程穩定高效運 轉的決定性因素。合理有效的天車調度，可提高單元工序的生產效率，實現生產物流系統的高效運 行，進而降低生產運行成本，提高鋼廠生產系統的整體效益，增強市場競爭力，但天車動態 調度是一個NP難題，已有研究存在著較大的局限性，由于考慮的因素不夠全面，未能建立 一個通用的天車調度模型與方法，難以同時消除天車之間的空間沖突和時間沖突，且難以 及時有效地滿足各設備上任務對天車的需求以及縮短物料平均通過時間。
發明內容
本發明的目的是克服現有研究方法的不足，建立一種通用的基于多智能體的煉鋼 車間天車調度方法與模型，為研究天車動態調度及其優化問題提供一種新方法和途徑。本發明根據煉鋼車間天車調度的特點，利用多智能體的思想，將天車、工位都抽象 為智能體，將整個煉鋼車間天車調度系統設計為由天車智能體、工位智能體和協調管理智 能體組成的多智能體系統，構建基于多智能體的煉鋼車間天車調度仿真模型，在模型運行 中，將全局目標引入模型，采用基于時間倒推和模型沿流程演化相結合的方法，確定局部目 標，進而由模型演化規則與局部目標來確定目標工位，并通過各智能體之間的相互協商，共 同完成天車動態調度中的資源分配與任務選擇。本發明基于多智能體的煉鋼車間天車調度仿真方法的技術方案是將整個煉鋼車間天車調度系統設計為基于多智能體的煉鋼車間天車調度系統，并 將該系統分為協調管理Agent、工位Agent和天車Agent，其三類智能體之間通過相互協 商，共同完成天車動態調度中的資源分配與任務選擇，分析多智能體技術在天車調度中應 用的特點、Agent結構及MAS (Multi-Agent System)的體系結構、運行原理，設計各智能體 結構，具體步驟包括(1)天車調度系統根據任務發生規則確定運輸任務集合；(2)協調管理Agent根據時間倒推和流程相結合的方法，確定局部目標，并與天車 Agent和工位Agent交互；根據物料屬性將運輸任務信息發送給天車和工位Agent，并更新 動態知識庫；(3)工位Agent確定目標工位，并將此信息發送給天車Agent ；
(4)天車Agent確定最優天車組合，根據移動規則，完成運輸任務，并評價仿真結果。所述的協調管理Agent智能體的規劃模塊根據全局目標及局部目標生成規則，確 定局部目標和各工序作業的預定時間范圍，并將局部目標信息發送給候選目標工位Agent， 并不斷與天車及工位Agent交互，獲得各智能體作業實時信息。所述的工位Agent查詢到下一時刻有運輸任務時，立即根據作業任務屬性，相應 的查詢各工位動靜態屬性，確定目標工位Agent。所述的天車Agent根據以下步驟確定候選天車Agent組合(1)根據任務發生規則確定可優先服務的天車；(2)對候選天車Agent組合進行沖突檢測，并預以消解，形成可行性候選天車 Agent組合；(3)預測可行性候選天車Agent組合完成運輸任務的能力，以運輸時間最短，對所 有可行性候選天車Agent組合運行結果進行評價，形成天車組合運行優化序列；(4)選擇序列中最優的天車Agent組合，并與其他天車Agent和協調管理Agent交互。所述的Agent具有智能性，可通過通信模塊感知周圍環境，獲得其它Agent的信 息，更新動態知識庫，自動與其它Agent協同完成復雜任務。將全局目標引入基于多智能體的煉鋼車間天車調度模型，采用基于時間倒推和模 型沿流程演化相結合的方法來確定局部目標，進而由模型演化規則與局部目標來確定天車 的目標工位。在研究鋼廠生產工藝流程與生產組織模式，以及分析鋼廠天車調度特點的基礎 上，分析多智能體技術在天車調度中應用的特點，建立基于多智能體的煉鋼車間天車調度 仿真模型，并設計各智能體結構及其運行原理。具體的技術方案設計步驟如下1、分析MAS在天車調度中應用特點、Agent結構及MAS的體系結構。2、設計各智能體結構。3、建立基于多智能體的鋼廠天車調度仿真模型。在分析鋼廠車間天車調度特點的 基礎上，建立基于多智能體的鋼廠車間天車調度仿真模型。將鋼廠天車調度系統設計成由 天車智能體、工位智能體和協調管理智能體組成的多智能體系統。4、設計各智能體運行原理1)協調管理智能體運行原理a)協調管理Agent通過通信模塊感知運輸任務信息，與天車Agent和工位Agent 交互(根據物料屬性將運輸任務信息發送給天車和工位Agent)，并更新動態知識庫。b)規劃模塊根據全局目標及局部目標生成規則，確定局部目標(各工序作業的預 定時間范圍)，并將局部目標信息發送給候選目標工位Agent。c)不斷與天車及工位Agent交互，獲得各智能體作業實時信息，更新動態知識庫。2)工位智能體運行原理a)各類工位Agent通過通信模塊，感知協調管理Agent所下達的關于各工序作業 的預定時間范圍，并將此信息儲存到知識庫中。b)各工位Agent與進行上一道工序作業的工位Agent交互，獲得上一道工序作業結束時間，并將此信息儲存到知識庫中。c)規劃模塊根據動靜態信息，查詢空閑的工位Agent (與自身同類)，選擇目標工 位 Agent。d)目標工位Agent將此狀態發送給協調管理Agent，并與其它工位Agent交互。3)天車智能體運行原理 a)當前天車Agent與其它天車Agent交互，通過通信模塊感知其它天車Agent狀 態，同時與協調管理Agent交互，獲得目標工位Agent狀態，并更新動態知識庫。b)規劃模塊首先掃描知識庫，對于多個待加工任務，判斷運輸任務優先級，確定需 優先服務的運輸任務；接著利用當前觀察到的自己和其它天車智能體的狀態，確定可優先 完成此運輸任務及其它次優運輸任務的候選天車組合。c)沖突消解模塊根據沖突消解規則和其它天車的動、靜態信息，對候選天車組合， 進行沖突檢測，排除會發生沖突的候選天車組合，形成可行性候選天車智能體組合。d)預測模塊根據預測規則進一步預測這些可行性候選天車完成運輸任務的能力。e)評價模塊根據評價規則(綜合評價函數)，對所有可行性候選天車的運行結果 進行評價，形成天車組合運行優化序列，并將其儲存到預測天車序列模塊中。f)移動模塊根據移動規則，選擇最優天車組合完成相應的運輸任務，并經過通信 模塊將此天車狀態發送給協調管理智能體、工位智能體和其他天車智能體。本發明的有優點主要表現在1、根據煉鋼車間天車動態調度的特點，充分全面地考慮了時間、空間以及資源上 的各種約束條件，建立的天車調度模型，可同時消除天車之間的空間沖突和時間沖突，能及 時有效地滿足各設備上任務對天車的需求以及縮短物料平均通過時間，可實現煉鋼車間天 車的動態調度，能有效地刻畫并反映煉鋼車間天車調度的基本特征；2、將全局目標和信息引入基于多智能體的煉鋼車間天車調度模型，并進行了全局 優化，使天車調度策略與車間的生產實際情況更相符。3、此方法對天車調度優化具有較強的通用性和廣泛的適用性，為解決天車調度難 題提供了一種新的、有效途徑和手段；
圖1為本發明的基于多智能體的天車調度模型總體結構示意圖；圖2為本發明的工位智能體結構示意圖；圖3為本發明的天車智能體結構示意圖；圖4為本發明的確定目標工位Agent流程圖；圖5為本發明的確定最優天車Agent組合流程圖；圖6為本發明的確定候選天車Agent組合流程圖；圖7為本發明的基于多Agent的煉鋼車間天車調度仿真模型主流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖以實例進一步說明本發明的實質內容。實施例1
利用多智能體的思想來實現某煉鋼車間天車調度系統的建模與分析，可以將基于 多智能體的煉鋼車間天車調度系統分為協調管理Agent、工位Agent和天車Agent (如圖1 所示)，其工位Agent和天車Agent結構如圖2、圖3所示。其中(1)天車調度系統根據任 務發生規則確定運輸任務集合；(2)協調管理Agent根據時間倒推和流程相結合的方法，確 定局部目標，并與天車Agent和工位Agent交互；(3)工位Agent確定目標工位，并將此信 息發送給天車Agent ； (4)天車Agent確定最優天車組合，根據移動規則，完成運輸任務，并 評價仿真結果。
如圖4所示，工位Agent查詢到下一時刻有運輸任務時，立即根據作業任務屬性， 相應的查詢各工位動靜態屬性，確定目標工位Agent。(1)假如只有一個工位Agent空閑， 則將此工位確定為目標工位Agent。(2)假如各工位Agent都在作業，則考慮最早完成作業 的工位Agent，并將此工位確定為目標工位Agent。(3)假如有多個(兩個以上)空閑工位， 則通過預測模塊選擇目標工位Agent 首先預測模塊預測同類所有空閑工位完成加工作業 的時間；其次評價模塊對預測結果進行評價，選擇出各工位Agent完成作業時間與預定時 間范圍最為匹配的工位Agent，由此確定目標工位Agent，并將信息存儲到知識庫中。如圖5所示，天車Agent有運輸任務進入后，首先，立即查詢所有天車Agent和工 位Agent狀態，以此來確定候選天車Agent組合(如圖6所示)(1)根據任務發生規則確 定可優先服務的天車①假如沒有合適的天車，則計算正在作業的天車可優先服務于此任 務的優先性，并將優先度最大的天車確定為候選天車Agent ；②假如只有一臺合適的天車 Agent,則將此天車確定為候選天車Agent ；③假如沒有一臺合適的天車Agent，則通過預測 模塊預測所有天車完成此運輸任務的時間，將滿足所有運輸時間范圍的天車，確定為候選 天車Agent ；④依次查詢上一道工序，確定此工位的候選天車Agent ；⑤將各工位候選天車 Agent進行組合，形成候選天車Agent組合。(2)對候選天車Agent組合進行沖突檢測，并 預以消解，形成可行性候選天車Agent組合。(3)預測可行性候選天車Agent組合完成運輸 任務的能力，以運輸時間最短，對所有可行性候選天車Agent組合運行結果進行評價，形成 天車組合運行優化序列。(4)選擇序列中最優的天車Agent組合，并與其他天車Agent和協 調管理Agent交互。如圖7所示，基于多智能體的煉鋼車間天車調度系統運行流程如下Step 1 確定邊界條件，將仿真時間描述為t ；Step 2 協調管理Agent確定局部目標；Step 3 工位Agent確定目標工位；Step 4 天車Agent確定最優天車組合；Step 5 天車Agent根據移動規則，完成此運輸任務；Step 6 天車、工位、協調管理Agent及其物料屬性更新；Step 7 假如t < T，則返回第2步，否則轉到下一步；St印8:仿真結果輸出。
權利要求
一種基于多智能體的煉鋼車間天車調度仿真方法，其特征在于將整個煉鋼車間天車調度系統設計為基于多智能體的煉鋼車間天車調度系統，并將該系統分為協調管理Agent、工位Agent和天車Agent，其三類智能體之間通過相互協商，共同完成天車動態調度中的資源分配與任務選擇，分析多智能體技術在天車調度中應用的特點、Agent結構及MAS(Multi Agent System)的體系結構、運行原理，設計各智能體結構，具體步驟包括(1)天車調度系統根據任務發生規則確定運輸任務集合；(2)協調管理Agent根據時間倒推和流程相結合的方法，確定局部目標，并與天車Agent和工位Agent交互；根據物料屬性將運輸任務信息發送給天車和工位Agent，并更新動態知識庫；(3)工位Agent確定目標工位，并將此信息發送給天車Agent；(4)天車Agent確定最優天車組合，根據移動規則，完成運輸任務，并評價仿真結果。
2.根據權利要求1所述的基于多智能體的煉鋼車間天車調度仿真方法，其特征是所 述的協調管理Agent智能體的規劃模塊根據全局目標及局部目標生成規則，確定局部目標 和各工序作業的預定時間范圍，并將局部目標信息發送給候選目標工位Agent，并不斷與天 車及工位Agent交互，獲得各智能體作業實時信息。
3.根據權利要求1所述的基于多智能體的煉鋼車間天車調度仿真方法，其特征是所 述的工位Agent查詢到下一時刻有運輸任務時，立即根據作業任務屬性，相應的查詢各工 位動靜態屬性，確定目標工位Agent。
4.根據權利要求1所述的基于多智能體的煉鋼車間天車調度仿真方法，其特征是所 述的天車Agent根據以下步驟確定候選天車Agent組合(1)根據任務發生規則確定可優先服務的天車；(2)對候選天車Agent組合進行沖突檢測，并預以消解，形成可行性候選天車Agent組合；(3)預測可行性候選天車Agent組合完成運輸任務的能力，以運輸時間最短，對所有可 行性候選天車Agent組合運行結果進行評價，形成天車組合運行優化序列；(4)選擇序列中最優的天車Agent組合，并與其他天車Agent和協調管理Agent交互。
5.根據權利要求1所述的基于多智能體的煉鋼車間天車調度仿真方法，其特征是所 述的Agent具有智能性，可通過通信模塊感知周圍環境，獲得其它Agent的信息，更新動態 知識庫，自動與其它Agent協同完成復雜任務。
6.根據權利要求1所述的基于多智能體的煉鋼車間天車調度仿真方法，其特征是將 全局目標引入基于多智能體的煉鋼車間天車調度模型，采用基于時間倒推和模型沿流程演 化相結合的方法來確定局部目標，進而由模型演化規則與局部目標來確定天車的目標工 位。
全文摘要
本發明公開了一種基于多智能體的煉鋼車間天車調度仿真方法，包括以下工藝步驟根據煉鋼車間天車調度的特點，利用多智能體的思想，構建基于多智能體的煉鋼車間天車調度仿真模型，并設計了各智能體結構，在其運行中，將全局目標引入模型，采用基于時間倒推和模型沿流程演化相結合的方法，確定局部目標，進而由模型演化規則與局部目標來確定目標工位。本發明充分全面的考慮了時間、空間以及資源上的各種約束條件，所建立的模型，可同時消除天車之間的空間沖突和時間沖突，能及時有效地滿足各設備上任務對天車的需求并縮短物料平均通過時間，且由于全局目標的引入，使天車調度策略及運行結果與生產實際更相符。對天車調度的優化具有廣泛的適用性。
文檔編號G06Q10/00GK101944201SQ201010237098
公開日2011年1月12日 申請日期2010年7月27日 優先權日2010年7月27日
發明者朱道飛, 王 華, 馬長波 申請人:昆明理工大學