Метод адаптивного планирования ресурсов

Рассмотрим развитие метода сопряженных взаимодействий для динамического планирования нескольких произвольных технологических операций на одного исполнителя, план которого выстраивается по мере поступления заказов в реальном времени [18-23].

Применительно к задаче планирования технологических процессов можно выделить следующий перечень основных агентов:

­ Агент технологического процесса – отвечает за предпочтения и ограничения технологического процесса в целом, а также создает агентов отдельных технологических операций, которые автономно планируются, но согласовывают свои решения с агентом технологического процесса, имеет характеристики:

· тип – агент потребности;

· цель – быть выполненным с заданным качеством, в указанные сроки, в рамках бюджета и с минимальным риском;

· предпочтения и ограничения: для выполнения технологического процесса требуются ресурсы (исполнители) конкретной специализации и квалификации;

­ Агент технологической операции, соответствующий различным задачам частного план-графика;

­ Агент ресурса, соответствующий различным типам ресурсов – материальных ресурсов, оборудования, исполнителей, со следующими характеристиками:

· тип – агент возможности;

· цель – быть максимально загруженным, иметь максимальную оплату (для исполнителя), получать задачи согласно своему индивидуальному плану развития (для исполнителя) и т.д.;

· предпочтения и ограничения: загруженность оборудования, длительность работы (например, 8-часовой рабочий день), возможность сверхурочных работ, календарь работы и т.д.;

Заметим, что если агент технологического процесса является агентом потребности, то агент технологической операции, входящей в состав технологического процесса, который выполняет данную операцию в расписании исполнителя, является агентом ресурса (в данном случае, слота времени).

Основные принципы предлагаемого метода адаптивного планирования производственных процессов могут быть сформулированы следующим образом:

­ Каждый технологический процесс, технологическая операция и исполнитель получают своего программного агента, у которого ведется свое расписание;

­ агент технологической операции получает требования и ограничения на планирование от агента технологического процесса;

­ агент технологической операции начинает планирование путем поиска необходимых ему ресурсов в сцене (сцена – объектная модель данных, отражающая план организации, которая описывает текущую ситуацию в подразделении, а именно, какой сотрудник какие работы и в какое время планирует исполнять);

­ если подходящие ресурсы (исполнители) заняты, то фиксируется конфликт, и начинаются переговоры по его разрешению путем перемещения технологических операций на другое время или других исполнителей;

­ в ходе переговоров возможны варианты: новая технологическая операция будет назначена на менее подходящий ресурс (исполнителя), предыдущая технологическая операция будет переназначена или сдвинется;

­ решающим правилом для изменения плана по событию является условие, по которому сумма всех улучшений должна превосходить сумму всех ухудшений, вызванных новым событием;

­ даже после решения своей технологической операции каждый агент не останавливается и продолжает пытаться улучшить свое положение.

Рассмотрим работу предлагаемого метода адаптивного планирования на примере.

На Рис. 1 показано исходное расписание: технологические операции №1, №2 и №3 должны выполняться в рамках одного технологического процесса (данные операции подсвечены одним цветом и соединены линией). Рассмотрим событие – появление технологической операции №4, которая должна быть выполнена в указанный период (t1, t3), при этом наиболее подходящим ресурсом является ресурс №1.

Рисунок 1 - Начальное расписание

Рассмотрим пример переговоров агентов для решения этой задачи. Схема переговоров агентов представлена на Рис. 2. На диаграмме стрелки обозначают передачу сообщений агентам, фигуры – действия агентов.

В начальной ситуации создаются (пробуждаются) агенты технологических операций № 4 и №3, агенты ресурсов №1 и №2, и агент технологического процесса. Агент технологической операции №4 запрашивает из сцены список доступных ресурсов. В результате, он определяет два доступных ресурса, удовлетворяющих его требованиям. Агент технологической операции №4 запрашивает у каждого агента ресурса подтверждение возможности выполнения технологической операции.

Процесс опроса может происходить как последовательно и синхронно, так и параллельно и асинхронно, что особенно важно при наличии нескольких доступных процессоров и возможностей для параллельной обработки процессов планирования.

Рисунок 2 - Переговоры агентов

Получив запрос от агента технологической операции, агенты ресурсов производят внутренний анализ возможности выполнить технологическую операцию №4. Анализ возможности выполнения может включать в себя как проверку наличия необходимых навыков у исполнителя, так и более сложную логику, например, заинтересованность данного исполнителя в работе, наличие необходимого оборудования или материала и т.д. При этом на данном этапе не выполняется анализ расписания ресурса, что позволяет предотвратить лишние переговоры, если ресурс не удовлетворяет требованиям. Более того, агент технологические операции может отправить такое сообщение лишь для формирования начального списка ресурсов, с которыми будет вестись последующий диалог. В результате работы внутренней логики, агент ресурса посылает ответное сообщение агенту технологические операции. Так, в нашем примере, агент ресурса №1 согласился выполнить технологическую операцию №4, а агент ресурса №2 – нет.

Когда агент технологической операции получает ответное сообщение от агента ресурса, он формирует список потенциальных ресурсов для планирования. На данном этапе агент технологической операции может обработать список ресурсов таким образом, чтобы исключить заведомо неоптимальные варианты, например, если текущей целью агента технологической операции является скорейшее завершение, а ресурс будет выполнять данную работу дольше остальных, то взаимодействие с ним будет происходить в последнюю очередь.

В рассматриваемой ситуации агент технологической операции №4 решает взаимодействовать только с агентом ресурса №1. Для следующего шага планирования агент технологической операции посылает агенту ресурса запрос на размещение технологической операции в план ресурса. Данный запрос может быть параметризованным, например, указанием интервалов дат начала и окончания работ.

Получив запрос на размещение в расписании, агент ресурса №1 производит анализ расписания. Процесс анализа расписания заключается в поиске мест размещения, которые удовлетворяют интересам и задачи, и ресурса. В общем случае, результатом анализа расписания является список возможных мест размещения с указанием конфликтов и дополнительных характеристик. Данный список отсылается в ответ агенту технологической операции.

Когда агент технологической операции получает ответ, он его анализирует и выбирает подходящие варианты. Если вариант размещения содержит информацию о возможном конфликте с другой задачей, агент начинает вести переговоры с ней. Возможным конфликтом будем считать ситуацию, при которой размещение задачи в данной точке плана приведет к нарушению баланса интересов, ранее достигнутого путем переговоров. Так как текущий план построен адаптивно путем переговоров, его изменение необходимо согласовать со всеми участниками, которые могут быть вовлечены в ожидаемое перестроение плана. В нашем случае, вариант размещения содержит информацию о возможном конфликте с технологической операцией №3. Для решения этой проблемы агент технологической операции №4 вступает с ней в переговоры.

Агент технологической операции №4 посылает агенту технологической операции №3 сообщение с предложением сдвинуться вправо на интервал времени (t3-t2), после чего агент технологической операции №3 начинает процесс анализа. Агент технологической операции может обладать достаточно сложной логикой разрешения конфликта, в соответствии с которой агенту могут потребоваться переговоры с другими участниками. Так, агент технологической операции №3 запрашивает у агента технологического процесса, в состав которого входит эта технологическая операция, успеет ли технологический процесс завершиться в срок. В результате внутреннего анализа агент технологического процесса дает отрицательный ответ. Это побуждает агента технологической операции №3 искать другое решение. Таким решением является повторный поиск мест размещения в расписании. В результате диалога, агент технологической операции №3 находит место на ресурсе №2, причем в то же время, что означает разрешение конфликта.

В общем случае логика разрешения конфликтов может быть более сложной и проходить в несколько раундов переговоров. Например, при использовании рыночного подхода, рассмотренного выше, агенты могут проводить виртуальный аукцион за право быть запланированными на ресурсе в нужное время.

Переговоры заканчиваются тем, что агенты технологических операций №3 и №4 посылают утвердительное сообщение ресурсам о размещении технологических операций в их плане.

В данном примере мы рассмотрели активную фазу планирования в ответ на событие появления новой технологической операции. Однако, изменение плана может изменить общую ситуацию, и тем самым возбудить новые события. Например, размещение технологической операции на другом ресурсе может привести к изменению суммарной загруженности ресурса, тогда агент подразделения должен решить эту проблему.

Итоговый план представлен на Рис. 3.

Рисунок 3 - Перестроенное расписание

Таким образом, план строится как динамическая сеть (равновесие) агентов задач, которые ведут переговоры о своем положении в расписании и планируют свою работу за счет сдвигов и «перескоков», допустимых отклонений моментов начала выполнения задач от предпочитаемого времени, а также взаимозависимостей между задачами, например, определенной последовательности выполнения задач. Агент технологической операции будет пытаться улучшить свои позиции про-активно или динамически изменять связи в случае непредвиденных событий.

При этом для разрешения конфликтов, которые могут возникнуть на этом участке, изменения могут затрагивать соседних исполнителей. Таким образом, график работ не будет перестроен полностью, изменения будут максимально гибко встроены в список уже существующих работ. Такой подход позволяет экономить время на изменение плана, внося исправления в отдельные его части и не затрагивая график глобально.

Заметим, что такой подход удобен для последующей полуавтоматической (или полуручной) доработки плана при необходимости, когда не было возможности учесть какие-либо скрытые факторы. Любое действие пользователя может вызывать целую цепочку изменений, которая в последующем позволяет автоматически доработать расписание.

2 Мультиагентная система «Smart Factory» для оперативного управления ресурсами в режиме реального времени

Мультиагентная система «Smart Factory» направлена на повышение эффективности работы производственных цехов машиностроительных предприятий [24, 25]. В условиях любого машиностроительного завода это достигается путем гибкой согласованной корректировки производственных планов в ответ на изменения в окружающей среде в зависимости от возникающих событий. В результате в системе должны одновременно осуществляться процессы распределения ресурсов, планирования, оптимизации, мониторинга и контроля выполнения заказов в режиме реального времени.

Система может применяться на машиностроительных заводах, которые характеризуются постоянными инновациями, существенной сложностью изделий и высокой динамикой изменений в среде, а также априорной неопределенностью спроса и предложения, требующей адаптивности при реакции на непредсказуемые события в режиме реального времени.

Система также полезна для создания специфической базы знаний о производственных процессах, изделиях и материалах, оборудовании и работниках для обеспечения индивидуального подхода к каждому заказу или ресурсу, позволяет строить более точные и физически исполнимые планы при любых событиях, к которым можно отнести появление высокоприоритетного заказа, отказ оборудования, задержки в поставке материалов и т.д.

Дата добавления: 2014-12-26