基于Multi-Agent自适应供应链系统研究

1 引 言

    供应链是一个由供应商为起点、最终客户为终点组成的，通过原材料获取、制造、运输并最终将产品送到客户的活动组织到一起的网络。随着产品市场从过去的标准化和大批量需求朝多元化和个性化方向发展，敏捷制造正在成为企业追求的重要战略目标。为了达到这一目标，Agent技术作为一种崭新的技术被引入了供应链管理之中。Agent是具有分布性、自治性、智能性及自学习能力的软件实体，可以在不同的计算机平台之间进行通信。Agent的这些特点，使得它特别适合用来模拟供应链中地理位置上分散的企业，满足企业之间可重构、可扩展的需求。Agent在供应链中应用的一个显著优势是能够根据市场需求或机会，通过谈判或合同动态地形成满足市场需要的企业联盟，集成各个企业的核心能力，获得单个企业无法得到的竞争优势，增加各个企业的价值。

    本文在对基于Multi-Agent的供应链系统进行分析的基础上，提出了一种更灵活的基于Multi-Agent的自适应供应链系统模型，该模型能够在供应链系统中由于新的厂商加入引起的交互协议改变的情况下，无需进行企业Agent的二次开发重构，动态地适应这种改变。

2 基于Multi-Agent自适应供应链系统

    尽管基于Multi-Agent的供应链系统能够根据市场需求或机会，快速形成满足市场需要的企业联盟，获得竞争优势。但是，其环境适应性仍存在局限性。

    2.1 Agent交互协议

    Agent之间的交互是通过一定的交互协议来进行的。Agent交互协议规定了Agent之间交互时的消息序列，引导Agent之间的交互通信。目前很多Agent开发平台（如JADE，FIPA-OS，ZEUS等）都提供了若干标准的交互协议，例如FIPA的ContractNet，Auction，Propose等。这些交互协议是复杂的Agent会话中不可或缺的部分。通过交互协议，Agent才能相互理解对方Agent传递过来的语义信息，顺利进行会话，不使用交互协议，Agent系统将产生通信混乱，语义集无限扩大，从而不可避免地导致Agent之间通信的复杂性和通信的失败。

    供应链中的企业Agent在相互通信之前，Agent之间交互使用的协议就已经通过程序编码的方式固定在软件Agent之中。因此，当供应链系统中新加入的企业Agent要求一种新的交互协议时，原有的供应链就不再适应新的Agent之间交互的需要。此时，企业Agent需要重构才能满足新交互的需要。

    企业Agent能否不通过重构直接满足这种新交互协议的需要？下面提出了基于Multi-Agent的自适应供应链系统模型。

    2.2 基于Multi-Agent的自适应供应链系统

    2.2.1 问题描述

    例：有一家铅笔厂，它向供应链上游企业（木材厂、铅芯厂、油漆厂）订购木材、铅芯和油漆三种原材料，并向下游零售厂商供货。现在该铅笔厂发现市场上有另一家木材厂提供的木材价廉质优，因此决定从该木材厂买进一部分木材。但是该木材厂Agent在与铅笔厂Agent进行交易前，要求对铅笔厂进行身份验证。

    铅笔厂Agent与原有木材厂Agent进行交互通信过程如图1所示：铅笔厂Agent向木材厂Agent发送订单信息，木材厂对订单进行确认。铅笔厂Agent与新木材厂Agent进行交互通信过程如图2所示：铅笔厂Agent向木材厂Agent发送订单信息；木材厂Agent要求对铅笔厂Agent进行身份验证；铅笔厂Agent向木材厂Agent发送身份信息；木材厂Agent确认铅笔厂身份信息后，向铅笔厂Agent发送订单确认信息。

图1 交互协议变更前Agent之间的通信


图2 交互协议变更后Agent之间的通信

    图2中由于新木材厂Agent增加了身份验证，而铅笔厂Agent原有的规则库中并没有关于这种身份验证的相关规则和协议，铅笔厂Agent不能识别信息②并做出正确的响应，谈判不能继续进行下去，谈判失败。

    在传统的基于Multi-Agent的供应链中，要解决上述问题，必须对图1中铅笔厂Agent系统进行二次开发来进行重构，才能适应这种新环境的要求。这不仅增加了开发成本和维护难度，还影响了企业正常的生产经营，错过了市场机会。

    2.2.2 解决方法

    基于Multi-Agent的自适应供应链系统能够有效解决供应链系统中由于新产品或者新厂商的加入而带来的谈判规则的变化，使基于Multi-Agent的供应链系统在动态的情况下无需进行二次开发便能适应环境的变化。该自适应系统的结构如图3。

图3 系统结构图

    图3描述了系统的结构，该自适应系统中企业Agent进行信息交换是基于点对点的中心控制方式。DF（Directory Facilitator）是一种社区管理Agent。首先所有的企业Agent要在DF中注册其地址、产品信息以及跟它会话需要的交互协议。当铅笔厂Agent接收到一笔铅笔订单时，首先在自己的伙伴通讯录中查看原材料供应商信息，如果有合适的原材料供应商，铅笔厂Agent可直接与原材料供应商Agent联系。如果没有，则向DF发出求助信息①，查找原材料提供厂商。DF 查到相关原材料供应商Agent后，发出返回信息②，把最合适的原材料供应Agent的地址及其产品信息等返回给铅笔厂Agent。铅笔厂Agent收到信息②后，与原材料供应商Agent进行联系与协商。

    下面讨论该自适应系统如何解决图2中交互协议不能识别的问题。如图3所示，当铅笔厂Agent收到信息④后，查询自己的会话规则库，发现没有可用规则与该信息匹配。于是向DF发出请求⑤，要求获取木材厂Agent的交互协议，DF返回该木材厂Agent交互协议信息⑥。铅笔厂Agent获得该协议后，将其加入到铅笔厂Agent的规则库中，并由此激发本地Agent中的会话管理器，在本地对该协议进行配置，将配置后的信息添加到铅笔厂Agent的知识库中。此时，身份验证规则配置完毕。铅笔厂Agent现在就能够对木材厂Agent传递过来的信息④进行解析，然后利用知识库中的相关知识给木材厂Agent相应的响应，谈判过程得以顺利进行。

    图4向我们展示了基于Multi-Agent自适应供应链系统的企业Agent的结构。企业Agent把从DF 中查询而来的新的交互协议放入规则库并同时激发会话管理器，会话管理器开始工作。会话管理器通过人机接口提供的用户界面提醒Agent系统用户对相关会话规则的细节进行配置，并为配置提供向导。为了方便用户对Agent的实时配置，DF中返回的交互协议中应带有该交互协议中所有会话规则的详细说明信息，该信息应由相关Agent（如例中的木材厂Agent）向DF提交交互协议时提供。通过会话管理器与用户的交互，完成对新取得的交互协议的配置，并把配置信息存入知识库中。配置完成，本地企业Agent利用新获得的交互协议，并结合本地数据库中的可用信息，通过推理机推理产生会话结果，该会话结果通过Agent的输出任务生成器送到通信层，完成与对方企业Agent的谈判。在企业Agent之间进行通信交互不需要新的会话规则的情况下，输入的消息队列经过消息识别分发器直接发送到推理机，推理机利用规则库、知识库和数据库的相关信息，经过推理产生会话结果，并把会话结果通过通信层发送给对方Agent。

图4 基于Multi-Agent自适应供应链系统中企业Agent的体系结构