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面向协同制造项目的计划控制方法

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2024年5月8日发(作者:盘新立)

维普资讯

面向协同制造项目的计划控制方法 

乔 昆① 杨海成② 支海波① 

(①西北工业大学机电学院,陕西西安710072;②中国航天科技集团公司,北京100037) 

摘要:针对面向分布式工作方式的协同制造项目。研究了相应的动态计划和控制技术方法。从而深入阐释 

了网络化协同业务环境下的项目进度管理。在协同制造资源市场环境中,各子项目通过对有限资源 

进行竞价获取来完成各自任务目标。同时要达到资源利用效率的最优。文章形式化了协同制造项目 

的计划控制问题,并对此进行建模分析,进而提出了基于代理【Agent)技术的系统控制机制流程。 

关键词:分布式计划协同控制协同制造项目 项目管理 

Planning and Control Method for Collaborative Manufacture Project 

QIAO Kun①。YANG Haicheng②。ZHI Haibo① 

(@School of Mechatronics,Northwest Polytechnical University,Xi’an 7 10072,CHN; 

@China Aarospace Science and Technology Corporation,Beijing 100037,CHN) 

Abstract:The work present a distributed,collaborative。and adaptive planning and control approach for collabora— 

tive manufacturing projects,which is a representative pmject environment in modern business network. 

In collaborative manufacturing projects environment,muhiple project groups share and compete for lim— 

ited resources to achieve their own goals.It is suggested that this kind of situation can be well modeled 

and eficifently solved by using two novel approaches:muhi—agent based information infrastructure and 

system control mechanism.This work formalizes the collaborative manufacturing projects planning and 

control problem,and proposes a system collaborative mechanism. 

Keywords:Distributed Plnniang;Collborataive Control;Collaborative Manufacturing Project;Projecf Management 

网络技术的飞速发展和市场经济的全球化趋势相 

结合,需要制造企业面对越来越多在空间地域上分散 

的大型制造项目。这些分布式项目,在高度竞争的市 

场环境下,不断努力缩短产品生产的开发周期,并朝组 

织上协同的方向发展。从而,导致项目的实现过程日 

(2)集成的项目过程 由于制造项目的复杂性, 

要求项目的总体过程必须和产品开发的每个子过程紧 

密结合,形成集成的过程系统。 

(3)分散化的利益导向复杂产品制造项目的各 

合作单位都有着各自的利益导向性:以目标为导向的, 

特别关注自身的产品开发是否满足进度要求;以资源 

为导向的,关注的就是所分配的工作强度水平和所需 

资源的利用效率。因此,为了解决和化解不同利益导 

向单位间的冲突,就需要进行大量的协调工作。 

益复杂和交迭;同时,信息资源也必须能够快速组织成 

员的并发需求。这些都使得网络化制造项目管理面临 

巨大挑战。在这些情况下,传统项目管理技术无法提 

供相应的功能来有效应对动态的项目变化;也无法支 

持分布式项目环境中的协同项目管理过程。本文首先 

对这种现代生产制造模式进行界定。我们认为这种在 

1 面临的问题 

如何在分布式的协同制造项目环境中对资源进行 

有效调用,是项目进程中动态计划和控制的一个关键 

问题。 

网络化技术支持环境下,利用分散化组织形式,进行网 

络化产品开发、生产、制造的项目环境,可以被称为协 

同制造项目(Collaborative Manufacturing Project, 

CMP)。这类项目具有如下特点: 譬如,在网络化制造这样的复杂产品开发系统项 

(1)不确定性 由于市场环境、产品的定位战略 

等因素的不断变更,造成在产品的设计、生产、制造等 

环节中存在相当大的不确定性。 

・ 

目中,往往由目标导向型不同的生产单位合作进行:进 

行产品总体设计、部件的异地合作开发;其他的系统原 

型开发、测试和配套设计由资源导向性单位负责。由 

128 ・ 

维普资讯

于复杂产品开发制造过程中往往不同的子工程会并行 

推进,因此存在各子项目的过程与各组织单位的功能 

之间的紧密集成,如图1所示。在利益导向的作用下, 

每个子项目都试图获取组构的资源来确保自己目标的 

实现,但是有限的资源无法提供一个满足所有需求的 

方案,甚至都无法判断资源供给方式的优劣。 

复杂产品子工程分解组成 

子项目1子项目2子项目3子项目g 

资源导同里单位 

图1协同制造项目的示意图 

因此,本文主要内容就是在这样复杂的协同制造 

项目中,对动态处理项目计划和控制问题进行建模分 

析,并将协同制造项目的计划和控制问题形式化为基 

于竞价交易的资源受限问题,并以此提出了一个基于 

代理技术的系统流程框架。 

2 相关研究分析 

资源受限条件下的项目进度管理问题是一个典型 

的NP—hard问题。运筹学中解决此类问题的主要方 

式是设计一种启发式算法来得到这个近优解。Lu h【l 

等将分布式多个设计项目的进度问题形式化为一个整 

数规划模型,提出了基于拉格朗日松弛方法和随机动 

态规划方法的求解步骤。基于面向过程的子项目之间 

的非集成性这一假设,使得这个方法并不适用于本文 

所述的协同制造项目环境。 

分布式的代理技术也可以被用来解决协同项目的 

计划控制问题。Chang_2 等就将此问题建模为一组分 

布式的群件系统,每个节点系统都可以作为决策支持 

系统来帮助分布式计划的局部本地形成;但是,节点间 

的协同问题仍未解决。Drabble_3 则明确指出解决智 

能项目计划和控制问题的框架一定是基于Agent系统 

技术之上的。尽管,基于Agent的项目协同计划和控 

..

: 

‘uuO ■

等 

‘朋 

制研究成果不多见。但是对于设计项目过程的协同应 

用,往往采用MAS信息系统来实现 j。因此,一些研 

究 认为通过集成Agent系统技术,信息系统应用 

就可以对分布式协同项目环境进行支持。 

基于市场机制的方法被广泛地应用于计算机资源 

调配、网络带宽控制、工厂时间调度等领域,这一方法 

可以吸取市场机制的分散性、交互性等有利特性,来解 

决对复杂系统的控制问题。在Tilley的模型 里,每 

个代理代表一个或多个制造资源,如机器、原材料、 

库存等。在执行状态中,这些代理周而复始地对系统 

需要执行的任务进行投标,从而保证任务执行时资源 

利用效用的最优。Walsh等对工厂时间调度问题建 

模,将资源的时隙(Time slot)也看作是离散的资源。 

模型中的代理可以通过简单的竞拍机制,卖出或买人 

所需的系统资源,用以完成自己的任务。尽管这个模 

型难于应用到实际系统中去,但其对竞拍机制的分析 

为后续研究提供了重要启发。 

3 协同制造项目的计划和控制 

在上述几节,我们已经对协同制造项目进行了定 

性的描述和分析,现在这里给出形式化的定义。 

3.1 协同制造项目 

根据图1所示,我们可以将协同制造项目的研究 

范畴划分为两个部分,一个涵盖产品开发各子项目集 

合;另一个则涉及提供资源和支持的功能单位。 

产品开发各子项目集合是由协同制造中形成的不 

同子项目集成而来的。可以将每个子项目P‘表示为 

个四元组: 

{M‘,C‘,Pr0‘,Con‘},其中 ‘表示项目的任务节 

点,在P 中存在多个任务节点,因此M‘={ 。‘, ‘, 

, 

‘};C‘表示P‘的部件;Pr0‘和Con‘分别表示所 

含过程集合和前导约束条件。 

P‘中的任务集合 ,可以用部件和过程来表示为 

{C‘XJPr0‘}。其中的过程包括产品的分析设计、 

原型开发等。然后,前导约束条件Con‘可以用活动组 

来表示为Con‘={ ‘, ‘},( ≠ ; ‘,rq‘∈ ) 

功能单位D,是包含某种资源的组织单元,所有含 

于功能单位D,的资源 ={R ,R ,…,R },都共享 

个空间,并被统一的机制所调用。并且,每一个资源 

R 都有能力执行项目中的某一个过程P ∈Pro,这里 

的Pr0 uPr0‘是协同制造项目的过程总合。 

由此,我们可以定义协同制造项目f为产品开发 

项目集合P={P‘}和功能单位的集合D={D,},表达 

为F=(P,D)。 

・ 

129 ・ 

维普资讯

3.2 项目的计划和控制 协调,从而实现管理项目计划的功能。 

协同制造项目的子项目P‘的任务 ‘必须赋予给 

(2)部件代理(Element Agent,EA)部件是产品 

的一个单独部分或组成模块,基于部件建立的项目活 

动网络成为部件项目过程(Element Project Process, 

个资源R 以便执行,这种绑定关系用下式表达: 

( ,k, ),其中 =( , )表示任务执行的时间 

项目计划用.s 表示,它是一个包括所有P.中任 

段。 

. 

EPP)。部件代理基于这个过程对部件的时间进度进 

行控制管理。 

务绑定关系的集合:S ={E, ,E ,…,E };而协同制 

(3)任务代理(Task Agent,TA)在部件代理的 

造项目的计划则是S={S }。 

可以看到,子项目计划根据任务绑定关系的不同, 

并不是唯一确定的。按照不同的计划实施,所得到的 

结果也会千差万别。为了衡量不同计划之间的优劣, 

这里给出一个形式化的比较函数——偏离度函数 

(Deviation Degree Function,DDF): :.s .s 。这一时 

域函数表示了项目实际完成进度与计划完成进度之间 

的偏差程度,其值越小越好。当子项目P 存在两个计 

划.s 和.s ”,它们完成项目的时间分别是t(.s。 )和t 

(.s ),当且仅当 (t(.s )一 )<q'i(t(.s ”)一 ) 

时,可以认为项目计划.s 优于.s ”。 

进一步,我们认为能够满足一个协同制造项目内 

所有子项目的前导约束条件和资源约束条件的计划, 

可以被称为可行计划。如果一个可行计划对于每个子 

项目的偏离度都能够满足帕累托最优(Pareto Opti— 

ma1),即优化一个子项目的偏离度必以其他子项目为 

代价,这时可以认为这个可行计划是有效的。 

循着这个思路,可以定义子项目协同制造项目P 

的偏离度范围(Deviation Degree Range,DDR)表达式 

为DDR(S)=max( (t(.s )一 ))一min( (t(.s ) 

一 

))。当协同制造项目存在一个有效计划.s,并且 

它的偏离度范围小于某个容许量 时,可以称这是一 

个在 优化的协同制造项目计划。 

至此,我们已经阐释了协同制造项目计划和控制 

相关的重要概念表达。因此,这里可以给出对于协同 

制造项目计划和控制的定义分别是:协同制造项目的 

计划是一个过程,通过对当前项目计划增添新的子项 

目来得到在 优化的新计划;而协同制造项目的控制 

就是持续不断地使当前计划靠近在 优化的过程。 

4 基于资源市场的计划控制机制 

4.1 基础代理分类 

在上节内容的基础上,可以利用Agent技术实现 

对抽象资源市场环境的组建构架。如下几类Agent是 

系统的重要组成,包括: 

(1)项目代理(Project Agent,PA)通过控制项 

目的部件代理,同时与资源代理和其他项目代理进行 

・ 

13O ・ 

控制下,对任务的时间进度进行管理。 

(4)资源模块(Resource Component,RC) 代表 

组资源集合的容器和封装,并对这些资源进行管理。 

(5)资源代理(Resource Agent,RA) 代表项目 

中的资源单元,包含资源的特别属性,如维护进度、能 

力容量、使用成本等。 

4.2 资源市场结构 

基于这些组件,可以得到一个抽象的资源市场环 

境模型。在这个市场环境中,通过代理可以实现资源 

的自由买卖,即每一个资源代理都可以将所拥有的资 

源打包放在市场上等待任务代理们竞价,任务代理可 

以任意对满足自己要求的资源出价购买。必须注意 

到,协同制造项目的这种资源市场环境具有动态特性。 

随着项目内外部条件变化,资源市场环境的状态也在 

不断变化。同时,对于某一时刻来讲,资源市场环境又 

可以看作是静态可解的。 

动态的资源市场环境E由一系列的某一时刻所 

对应的资源市场集合c 组成,而这个时刻静态的资源 

市场集合又由对应个体资源R,的竞价市场.s 组成。 

如果某一时刻,资源市场环境内所有个体市场都达成 

竞价交易并使得项目计划有效优化,则可以称这时的 

资源市场环境是稳定的。另一方面,如果在某一时刻 

t,项目条件出现变化;则资源市场环境会响应变化条 

件,建立临时的资源市场集合及相应的个体资源市场, 

形成如图2所示的结构,以便求解达到下一轮有效优 

化。 

叫 

时 

序 

状 

陋 

态 

.一 个体资源市场 l 

S 吐}R嚣0Ir∞Markct 

E 

图2资源市场结构 

4.3 计划和控制流程 

如前所述,对于项目内外部条件的变化情况,基于 

上述资源市场结构,我们提出一个通用的控制流程 

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(如图3所示),来使资源市场达到有效运转,维持项 

目计划的有效优化。 

(1)项目变化识别在 

无变化 

5 结语 

本文提出了使用代理技术的理论框架,用于支持 

基于资源市场的协同制造项目计划和控制机制问题。 

基于协同制造项目和动态的计划管理结构所构建的协 

同计划和控制的框架结构,对制造业进行分散网络化 

协同产品开发与制造提供了一种参考理论模型。 

参考文献 

协同制造项目中,不同的变 

化情形可能发生,并被各种 

不同的系统代理所侦测识 

别。如新的子项目产生,将 

会被项目代理PA直接检测 

到;由于失误而需重新设计 

的产品部件流程,也会被相 

编制关联资源列表 

I资源列表优先级捧序 

I—-・-----—-—----------——-----・--------一 

1. <]壁 t 

.r有 

1 Luh P B,Uu F,Moser B.Scheduling of design projects with uncertain 

number of iterations.European Joumal of Operational Research,1999 

应的部件代理EA所识别,并 

传递给上级PA;任务计划的 

重新修订会被相关资源代理 

RA传递给上级资源模块RC 

化必须传递给相应的PA和RC。 

(2)编制关联资源列表

I=二]二建立个体资源市场  

●_-___●_。。。。。。。●●___●_●___。。。。。。。。__一 

(113):575—592 

2 Chang A M,Bailey A D,Whinston A B.A distributed knowledge— 

l市场竞价交易 

更新项目计划 

based approach for planning and contolrling projects.IEEE Transaction 

on System,Man and Cybernetics,1993,23(6):1537—1550 

3 Drabble B.Artiifcila intelligence for project planning.1EE Colloquium 

on Future Developments in Projects Management Systems,1995:3/1— 

3/5 

4 Lander S E.Issues in multigenta desin systgems.IEEE Expert,1997: 

l8—26 

循环优化 

和CA。总之,项目系统的变 

图3项目计划和控制流程 

当项目代理PA或资源 

代理RA要求资源模块RC重新调配资源进度时,RC 

会建立一个与更改进度相关联的资源列表,这些资源 

就成为在资源市场上进行交易的对象。 

(3)资源列表排序项目的资源进度安排是相互 

关联的,任何变化通过前导关系都会影响到其他的资 

源。为了保证资源市场运行的效率,资源的竞价交易 

必须是顺序进行而非并发进行,通过资源的时间限制 

和任务的前导关系来对资源进行顺序排序。 

5 Frost H R,Cutkosky M R.Design for manufacturability via agent inter- 

action.Proceedings of the ASME Desin for Manufactguring Conference. 

1996.Califomia. 

6 Lander S E,Corkill D.Desin igntegrated engineering envionment:r 

blackboard—based integration of desin agnd analysis tools.Concurrent 

Engineering,1996.4(1):59—71 

7 赵艳红,陈发明.基于Agent的虚拟企业体系结构设计.计算机应 

用研究,2004(3):60~64 

8 汪勇,熊前兴.基于多Agent的智能电子商务系统研究.武汉理工 

大学学报(信息与管理工程版),2005,27(6):119—122 

(4)建立个体资源市场资源代理RA负责管理 

需要重新安排进度的资源;同时,通过系统消息广播和 

有选择性地发送消息给相关任务代理TA,为其建立个 

体资源市场, 

9 徐嘉莉,吴跃.基于MAS的协作电子商务系统的设计与实现方案. 

成都大学学报(自然科学版),2004,23(1):l8~25 

10 Tilley K J.Machining task allocation in discrete manufacturing sys— 

terns.Market—based Control一一A Paradigm for Distributed Re— 

source Allcatoion.1996:World Scientiifc. 

(5)市场竞价交易 通过市场竞价机制,使得资 

源与任务实现绑定。 

(6)项目计划更新根据交易结果,项目计划得 

第一作者:乔昆,男,1976年生,博士研究生,从事 

网络化制造、项目管理的研究。 

(编辑

文章编号:8236 

到更新。当更新后的项目计划再次识别到其他变化, 

新的一轮计划和控制循环程序就再次被启动。 

汪 艺) (收稿13期:2007—10一l6) 

如果您想发表对本文的看法.请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 

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・・ 

2024年5月8日发(作者:盘新立)

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面向协同制造项目的计划控制方法 

乔 昆① 杨海成② 支海波① 

(①西北工业大学机电学院,陕西西安710072;②中国航天科技集团公司,北京100037) 

摘要:针对面向分布式工作方式的协同制造项目。研究了相应的动态计划和控制技术方法。从而深入阐释 

了网络化协同业务环境下的项目进度管理。在协同制造资源市场环境中,各子项目通过对有限资源 

进行竞价获取来完成各自任务目标。同时要达到资源利用效率的最优。文章形式化了协同制造项目 

的计划控制问题,并对此进行建模分析,进而提出了基于代理【Agent)技术的系统控制机制流程。 

关键词:分布式计划协同控制协同制造项目 项目管理 

Planning and Control Method for Collaborative Manufacture Project 

QIAO Kun①。YANG Haicheng②。ZHI Haibo① 

(@School of Mechatronics,Northwest Polytechnical University,Xi’an 7 10072,CHN; 

@China Aarospace Science and Technology Corporation,Beijing 100037,CHN) 

Abstract:The work present a distributed,collaborative。and adaptive planning and control approach for collabora— 

tive manufacturing projects,which is a representative pmject environment in modern business network. 

In collaborative manufacturing projects environment,muhiple project groups share and compete for lim— 

ited resources to achieve their own goals.It is suggested that this kind of situation can be well modeled 

and eficifently solved by using two novel approaches:muhi—agent based information infrastructure and 

system control mechanism.This work formalizes the collaborative manufacturing projects planning and 

control problem,and proposes a system collaborative mechanism. 

Keywords:Distributed Plnniang;Collborataive Control;Collaborative Manufacturing Project;Projecf Management 

网络技术的飞速发展和市场经济的全球化趋势相 

结合,需要制造企业面对越来越多在空间地域上分散 

的大型制造项目。这些分布式项目,在高度竞争的市 

场环境下,不断努力缩短产品生产的开发周期,并朝组 

织上协同的方向发展。从而,导致项目的实现过程日 

(2)集成的项目过程 由于制造项目的复杂性, 

要求项目的总体过程必须和产品开发的每个子过程紧 

密结合,形成集成的过程系统。 

(3)分散化的利益导向复杂产品制造项目的各 

合作单位都有着各自的利益导向性:以目标为导向的, 

特别关注自身的产品开发是否满足进度要求;以资源 

为导向的,关注的就是所分配的工作强度水平和所需 

资源的利用效率。因此,为了解决和化解不同利益导 

向单位间的冲突,就需要进行大量的协调工作。 

益复杂和交迭;同时,信息资源也必须能够快速组织成 

员的并发需求。这些都使得网络化制造项目管理面临 

巨大挑战。在这些情况下,传统项目管理技术无法提 

供相应的功能来有效应对动态的项目变化;也无法支 

持分布式项目环境中的协同项目管理过程。本文首先 

对这种现代生产制造模式进行界定。我们认为这种在 

1 面临的问题 

如何在分布式的协同制造项目环境中对资源进行 

有效调用,是项目进程中动态计划和控制的一个关键 

问题。 

网络化技术支持环境下,利用分散化组织形式,进行网 

络化产品开发、生产、制造的项目环境,可以被称为协 

同制造项目(Collaborative Manufacturing Project, 

CMP)。这类项目具有如下特点: 譬如,在网络化制造这样的复杂产品开发系统项 

(1)不确定性 由于市场环境、产品的定位战略 

等因素的不断变更,造成在产品的设计、生产、制造等 

环节中存在相当大的不确定性。 

・ 

目中,往往由目标导向型不同的生产单位合作进行:进 

行产品总体设计、部件的异地合作开发;其他的系统原 

型开发、测试和配套设计由资源导向性单位负责。由 

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于复杂产品开发制造过程中往往不同的子工程会并行 

推进,因此存在各子项目的过程与各组织单位的功能 

之间的紧密集成,如图1所示。在利益导向的作用下, 

每个子项目都试图获取组构的资源来确保自己目标的 

实现,但是有限的资源无法提供一个满足所有需求的 

方案,甚至都无法判断资源供给方式的优劣。 

复杂产品子工程分解组成 

子项目1子项目2子项目3子项目g 

资源导同里单位 

图1协同制造项目的示意图 

因此,本文主要内容就是在这样复杂的协同制造 

项目中,对动态处理项目计划和控制问题进行建模分 

析,并将协同制造项目的计划和控制问题形式化为基 

于竞价交易的资源受限问题,并以此提出了一个基于 

代理技术的系统流程框架。 

2 相关研究分析 

资源受限条件下的项目进度管理问题是一个典型 

的NP—hard问题。运筹学中解决此类问题的主要方 

式是设计一种启发式算法来得到这个近优解。Lu h【l 

等将分布式多个设计项目的进度问题形式化为一个整 

数规划模型,提出了基于拉格朗日松弛方法和随机动 

态规划方法的求解步骤。基于面向过程的子项目之间 

的非集成性这一假设,使得这个方法并不适用于本文 

所述的协同制造项目环境。 

分布式的代理技术也可以被用来解决协同项目的 

计划控制问题。Chang_2 等就将此问题建模为一组分 

布式的群件系统,每个节点系统都可以作为决策支持 

系统来帮助分布式计划的局部本地形成;但是,节点间 

的协同问题仍未解决。Drabble_3 则明确指出解决智 

能项目计划和控制问题的框架一定是基于Agent系统 

技术之上的。尽管,基于Agent的项目协同计划和控 

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‘uuO ■

等 

‘朋 

制研究成果不多见。但是对于设计项目过程的协同应 

用,往往采用MAS信息系统来实现 j。因此,一些研 

究 认为通过集成Agent系统技术,信息系统应用 

就可以对分布式协同项目环境进行支持。 

基于市场机制的方法被广泛地应用于计算机资源 

调配、网络带宽控制、工厂时间调度等领域,这一方法 

可以吸取市场机制的分散性、交互性等有利特性,来解 

决对复杂系统的控制问题。在Tilley的模型 里,每 

个代理代表一个或多个制造资源,如机器、原材料、 

库存等。在执行状态中,这些代理周而复始地对系统 

需要执行的任务进行投标,从而保证任务执行时资源 

利用效用的最优。Walsh等对工厂时间调度问题建 

模,将资源的时隙(Time slot)也看作是离散的资源。 

模型中的代理可以通过简单的竞拍机制,卖出或买人 

所需的系统资源,用以完成自己的任务。尽管这个模 

型难于应用到实际系统中去,但其对竞拍机制的分析 

为后续研究提供了重要启发。 

3 协同制造项目的计划和控制 

在上述几节,我们已经对协同制造项目进行了定 

性的描述和分析,现在这里给出形式化的定义。 

3.1 协同制造项目 

根据图1所示,我们可以将协同制造项目的研究 

范畴划分为两个部分,一个涵盖产品开发各子项目集 

合;另一个则涉及提供资源和支持的功能单位。 

产品开发各子项目集合是由协同制造中形成的不 

同子项目集成而来的。可以将每个子项目P‘表示为 

个四元组: 

{M‘,C‘,Pr0‘,Con‘},其中 ‘表示项目的任务节 

点,在P 中存在多个任务节点,因此M‘={ 。‘, ‘, 

, 

‘};C‘表示P‘的部件;Pr0‘和Con‘分别表示所 

含过程集合和前导约束条件。 

P‘中的任务集合 ,可以用部件和过程来表示为 

{C‘XJPr0‘}。其中的过程包括产品的分析设计、 

原型开发等。然后,前导约束条件Con‘可以用活动组 

来表示为Con‘={ ‘, ‘},( ≠ ; ‘,rq‘∈ ) 

功能单位D,是包含某种资源的组织单元,所有含 

于功能单位D,的资源 ={R ,R ,…,R },都共享 

个空间,并被统一的机制所调用。并且,每一个资源 

R 都有能力执行项目中的某一个过程P ∈Pro,这里 

的Pr0 uPr0‘是协同制造项目的过程总合。 

由此,我们可以定义协同制造项目f为产品开发 

项目集合P={P‘}和功能单位的集合D={D,},表达 

为F=(P,D)。 

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3.2 项目的计划和控制 协调,从而实现管理项目计划的功能。 

协同制造项目的子项目P‘的任务 ‘必须赋予给 

(2)部件代理(Element Agent,EA)部件是产品 

的一个单独部分或组成模块,基于部件建立的项目活 

动网络成为部件项目过程(Element Project Process, 

个资源R 以便执行,这种绑定关系用下式表达: 

( ,k, ),其中 =( , )表示任务执行的时间 

项目计划用.s 表示,它是一个包括所有P.中任 

段。 

. 

EPP)。部件代理基于这个过程对部件的时间进度进 

行控制管理。 

务绑定关系的集合:S ={E, ,E ,…,E };而协同制 

(3)任务代理(Task Agent,TA)在部件代理的 

造项目的计划则是S={S }。 

可以看到,子项目计划根据任务绑定关系的不同, 

并不是唯一确定的。按照不同的计划实施,所得到的 

结果也会千差万别。为了衡量不同计划之间的优劣, 

这里给出一个形式化的比较函数——偏离度函数 

(Deviation Degree Function,DDF): :.s .s 。这一时 

域函数表示了项目实际完成进度与计划完成进度之间 

的偏差程度,其值越小越好。当子项目P 存在两个计 

划.s 和.s ”,它们完成项目的时间分别是t(.s。 )和t 

(.s ),当且仅当 (t(.s )一 )<q'i(t(.s ”)一 ) 

时,可以认为项目计划.s 优于.s ”。 

进一步,我们认为能够满足一个协同制造项目内 

所有子项目的前导约束条件和资源约束条件的计划, 

可以被称为可行计划。如果一个可行计划对于每个子 

项目的偏离度都能够满足帕累托最优(Pareto Opti— 

ma1),即优化一个子项目的偏离度必以其他子项目为 

代价,这时可以认为这个可行计划是有效的。 

循着这个思路,可以定义子项目协同制造项目P 

的偏离度范围(Deviation Degree Range,DDR)表达式 

为DDR(S)=max( (t(.s )一 ))一min( (t(.s ) 

一 

))。当协同制造项目存在一个有效计划.s,并且 

它的偏离度范围小于某个容许量 时,可以称这是一 

个在 优化的协同制造项目计划。 

至此,我们已经阐释了协同制造项目计划和控制 

相关的重要概念表达。因此,这里可以给出对于协同 

制造项目计划和控制的定义分别是:协同制造项目的 

计划是一个过程,通过对当前项目计划增添新的子项 

目来得到在 优化的新计划;而协同制造项目的控制 

就是持续不断地使当前计划靠近在 优化的过程。 

4 基于资源市场的计划控制机制 

4.1 基础代理分类 

在上节内容的基础上,可以利用Agent技术实现 

对抽象资源市场环境的组建构架。如下几类Agent是 

系统的重要组成,包括: 

(1)项目代理(Project Agent,PA)通过控制项 

目的部件代理,同时与资源代理和其他项目代理进行 

・ 

13O ・ 

控制下,对任务的时间进度进行管理。 

(4)资源模块(Resource Component,RC) 代表 

组资源集合的容器和封装,并对这些资源进行管理。 

(5)资源代理(Resource Agent,RA) 代表项目 

中的资源单元,包含资源的特别属性,如维护进度、能 

力容量、使用成本等。 

4.2 资源市场结构 

基于这些组件,可以得到一个抽象的资源市场环 

境模型。在这个市场环境中,通过代理可以实现资源 

的自由买卖,即每一个资源代理都可以将所拥有的资 

源打包放在市场上等待任务代理们竞价,任务代理可 

以任意对满足自己要求的资源出价购买。必须注意 

到,协同制造项目的这种资源市场环境具有动态特性。 

随着项目内外部条件变化,资源市场环境的状态也在 

不断变化。同时,对于某一时刻来讲,资源市场环境又 

可以看作是静态可解的。 

动态的资源市场环境E由一系列的某一时刻所 

对应的资源市场集合c 组成,而这个时刻静态的资源 

市场集合又由对应个体资源R,的竞价市场.s 组成。 

如果某一时刻,资源市场环境内所有个体市场都达成 

竞价交易并使得项目计划有效优化,则可以称这时的 

资源市场环境是稳定的。另一方面,如果在某一时刻 

t,项目条件出现变化;则资源市场环境会响应变化条 

件,建立临时的资源市场集合及相应的个体资源市场, 

形成如图2所示的结构,以便求解达到下一轮有效优 

化。 

叫 

时 

序 

状 

陋 

态 

.一 个体资源市场 l 

S 吐}R嚣0Ir∞Markct 

E 

图2资源市场结构 

4.3 计划和控制流程 

如前所述,对于项目内外部条件的变化情况,基于 

上述资源市场结构,我们提出一个通用的控制流程 

维普资讯

(如图3所示),来使资源市场达到有效运转,维持项 

目计划的有效优化。 

(1)项目变化识别在 

无变化 

5 结语 

本文提出了使用代理技术的理论框架,用于支持 

基于资源市场的协同制造项目计划和控制机制问题。 

基于协同制造项目和动态的计划管理结构所构建的协 

同计划和控制的框架结构,对制造业进行分散网络化 

协同产品开发与制造提供了一种参考理论模型。 

参考文献 

协同制造项目中,不同的变 

化情形可能发生,并被各种 

不同的系统代理所侦测识 

别。如新的子项目产生,将 

会被项目代理PA直接检测 

到;由于失误而需重新设计 

的产品部件流程,也会被相 

编制关联资源列表 

I资源列表优先级捧序 

I—-・-----—-—----------——-----・--------一 

1. <]壁 t 

.r有 

1 Luh P B,Uu F,Moser B.Scheduling of design projects with uncertain 

number of iterations.European Joumal of Operational Research,1999 

应的部件代理EA所识别,并 

传递给上级PA;任务计划的 

重新修订会被相关资源代理 

RA传递给上级资源模块RC 

化必须传递给相应的PA和RC。 

(2)编制关联资源列表

I=二]二建立个体资源市场  

●_-___●_。。。。。。。●●___●_●___。。。。。。。。__一 

(113):575—592 

2 Chang A M,Bailey A D,Whinston A B.A distributed knowledge— 

l市场竞价交易 

更新项目计划 

based approach for planning and contolrling projects.IEEE Transaction 

on System,Man and Cybernetics,1993,23(6):1537—1550 

3 Drabble B.Artiifcila intelligence for project planning.1EE Colloquium 

on Future Developments in Projects Management Systems,1995:3/1— 

3/5 

4 Lander S E.Issues in multigenta desin systgems.IEEE Expert,1997: 

l8—26 

循环优化 

和CA。总之,项目系统的变 

图3项目计划和控制流程 

当项目代理PA或资源 

代理RA要求资源模块RC重新调配资源进度时,RC 

会建立一个与更改进度相关联的资源列表,这些资源 

就成为在资源市场上进行交易的对象。 

(3)资源列表排序项目的资源进度安排是相互 

关联的,任何变化通过前导关系都会影响到其他的资 

源。为了保证资源市场运行的效率,资源的竞价交易 

必须是顺序进行而非并发进行,通过资源的时间限制 

和任务的前导关系来对资源进行顺序排序。 

5 Frost H R,Cutkosky M R.Design for manufacturability via agent inter- 

action.Proceedings of the ASME Desin for Manufactguring Conference. 

1996.Califomia. 

6 Lander S E,Corkill D.Desin igntegrated engineering envionment:r 

blackboard—based integration of desin agnd analysis tools.Concurrent 

Engineering,1996.4(1):59—71 

7 赵艳红,陈发明.基于Agent的虚拟企业体系结构设计.计算机应 

用研究,2004(3):60~64 

8 汪勇,熊前兴.基于多Agent的智能电子商务系统研究.武汉理工 

大学学报(信息与管理工程版),2005,27(6):119—122 

(4)建立个体资源市场资源代理RA负责管理 

需要重新安排进度的资源;同时,通过系统消息广播和 

有选择性地发送消息给相关任务代理TA,为其建立个 

体资源市场, 

9 徐嘉莉,吴跃.基于MAS的协作电子商务系统的设计与实现方案. 

成都大学学报(自然科学版),2004,23(1):l8~25 

10 Tilley K J.Machining task allocation in discrete manufacturing sys— 

terns.Market—based Control一一A Paradigm for Distributed Re— 

source Allcatoion.1996:World Scientiifc. 

(5)市场竞价交易 通过市场竞价机制,使得资 

源与任务实现绑定。 

(6)项目计划更新根据交易结果,项目计划得 

第一作者:乔昆,男,1976年生,博士研究生,从事 

网络化制造、项目管理的研究。 

(编辑

文章编号:8236 

到更新。当更新后的项目计划再次识别到其他变化, 

新的一轮计划和控制循环程序就再次被启动。 

汪 艺) (收稿13期:2007—10一l6) 

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