Коалиционная модель мультиагентного процесса преобразования ресурсов

Коалиционная модель мультиагентного процесса преобразования ресурсов1

К.А. Аксенов

Процессы преобразования ресурсов

В данной работе решается задача расширения мультиагентной модели процесса преобразования ресурсов (МППР), используемой для решения задач моделирования и принятия решений в области производственных и бизнес-процессов, организационнотехнических систем [1]. Работа поддержана грантом РФФИ № 12-07-31045.

Рассмотрим основные понятия процессов преобразования ресурсов (ППР).

Ресурс — количественная мера возможности выполнения какой-либо деятельности [2]. Ресурс — то, что можно использовать, тратить; возможная продолжительность эксплуатации машины [2-3]. Специальным видом ресурса является Заявка. Заявка - ресурс с определенным набором атрибутов. Заявка (аналог транзакта в GPSS) позволяет выделять отдельные экземпляры ресурсов.

Под ППР понимается непрерывная или дискретная операция преобразования входа (ресурсов, необходимых для выполнения процесса) в выход (продуктов - результатов выполнения процесса). Преобразование осуществляется с помощью средства [1].

Агенты управляют объектами процесса преобразования на основе содержания базы знаний. Агентам соответствуют элементы системы управления или модели лиц, принимающих решения.

Коалиция - объединение нескольких агентов в сообщество, с целью реализации общей цели. Агенты-участники коалиции выделяют ресурсы и средства общего пользования. Процессы формирования и разрыва коалиции ведут к структурным и парметрическим изменениям модели ППР, а также изменениям в моделях поведения и базах знаний агентов. Формирование и разрыв коалиции занимает определенное время и не происходит мгновенно. Коалиции в реальном виде являются процессы взаимодействия субъектов предприятий, участвующих в общем процессе, использующие общие ресурсы и объединенных общей целью (целями).

Задача выбора модели формализации МППР и организационно-техничекой системы (ОТС) решена в [4]. В ходе исследования были выделены следующие модели динамического моделирования ситуаций, поддерживающие агентное представление ОТС: модель GAIA М. Вулдриджа и Н. Дженнингса; модель Д.Ю. Бугайченко; модель

A.В. Маслобоева; имитационная модель взаимодействия интеллектуальных агентов Г.В. Рыбиной и С.С. Паронджанова; модель Ресурсы-Действия-Операции

B.В. Емельянова, С.И. Ясиновского; модель МППР [1]. Дополнение к результатам анализа данных моделей, представленных в [4], является то, что возможность реализации коалиций и коммуникаций агентов не поддержана только в модели РДО. В результате анализа выбрана модель МППР.

Модель мультиагентного процесса преобразования ресурсов

Основой для создания коалиционной модели МППР является авторская гибридная модель, построенная в результате интеграции имитационного, экспертного, ситуационного и мультиагентного моделирования [1]. Для реализации коалиций и коммуникаций модель МППР [1] была расширена следующими элементами [5]: коалиция (С), база знаний коалиции (KBс), цель коалиции (Ос), модель действий коалиции (DK), жизненный цикл агента и коалиции. Модель была дополнена следующими процедурами: формирования и разрыва коалиций, согласования решений и проведения аукционов. Основные объекты коалиционной модели МППР представлены на рис. 1 , где также используются следующие обозначения: SPC - сценарий поведения коалиции; SPA -сценарий поведения агента; U- команда управления; Msg - сообщение.

Для тестирования коалиционной модели были взяты данные модели рынка оконных конструкции [1], ранее реализованной в первой версии BPsim.MAS. Департамент оконных конструкций ЗАО «Уральская индустриальная группа» (ЗАО «УИГ») занимается производством и продажей пластиковых окон. Практическая задача совершенствования модели рынка оконных конструкций заключается в анализе вариантов организации холдинга в результате объединения ЗАО «УИГ» с одним из игроков. Мотивом формирования коалиции может выступать цель повышения прибыльности бизнеса объединяемых предприятий (за счет снижения накладных расходов, увеличения объема производства и объема продаж). Предпосылкой формирования коалиции является развитая сеть продаж одного агента и хорошая производственная база второго агента.

В примере, представленном на рис.1, участниками коалиции выступают агенты А2 и А3, при этом супервизором может выступать сама коалиция О. Мультиагентная имитационная модель процесса преобразования ресурсов, поддерживающая функции формирования и распада коалиций, должна иметь возможность проведения следующих структурных и параметрических изменений в моменты формирования / распада коалиции:

1) связывания / разрыва операций (процессов) агентов; 2) включения / выключения отдельных блоков модели и правил агентов; 3) разделения / объединения ресурсов и средств; 4) изменения состояния ресурсов, средств, заявок; 5) динамическое изменение приоритетов операций и правил агентов по потреблению / использованию ресурсов и средств. Данные изменения в модели должны поддерживаться в процессе проведения имитационного эксперимента.

Введение в модель МППР коалиций и коммуникации расширяет возможности моделирования конфликтов, возникающих на общих ресурсах и средствах. Разрешение конфликтов может быть реализовано на основе коммуникации (обмена сообщений, проведения аукционов) и коалиций (правила разрешения конфликтов могут быть описаны

в агенте-коалиции). В коалиционной модели МППР функционируют процессы, представленные на рис. 2.

Процессы формирования коалиции К1

Процессы формирования коалиции К2 Процессы взаимодействия агентов внутри коалиции, направленные на достижение их общей цели

Процессы взаимодействия коалиций между собой и с отдельными агентами

Процессы взаимодействия агентов, направленные на достижение их второстепенных целей

<•

-

Рис. 2. - Схемы процессов в коалиционной модели МППР [5]

Алгоритм мультиагентного моделирования, разработанный для практической реализации коалиционной модели МППР, представлен в [4]. В качестве основы данного алгоритма использован алгоритм, описанный в [1], состоящий из следующих основных этапов: определение текущего момента времени; диагностирование возникших ситуаций, выработка команд управления, формирование очереди правил преобразования; выполнение правил преобразования и изменение состояния рабочей памяти (данных по загрузке ресурсов и средств).

Алгоритм дополнен двумя следующими этапами: 1) формирования / распада коалиции; 2) внесения структурных и параметрических изменений в динамическую модель МППР.

Общее взаимодействие подсистем гибридной модели реализовано на основе архитектуры InteRRap [6], применение архитектуры к МППР представлено на (рис. 3) [7]. Процессы распада и формирования коалиции реализуются посредством интеллектуального агента, разработанного в планирующей подсистеме (построенной на основе фреймовой экспертной системы).

Интерфейс с внешним миром

Внешняя среда

Реактивная подсистема

Внутреннее поведение

' Логический вывод по ТБЗ л

Подсистема кооперации с другими агентами

Тактическая база знаний

Планирующая подсистема

----------7^

Логическим

вывод по СБЗ

Стратегическая база знаний

Рис. 3. - Гибридная архитектура агента МППР [4]

Программная реализация коалиционной модели в комплексе поддержки

принятия решений ВР$1ш

Системы поддержки принятия решений BPsim.MAS и BPsim.DSS (www.bpsim.ru) представляют собой программный модуль, реализующий коалиционную модель МППР. Внешний вид мультиагентной имитационной модели в ВРвт.МАБ представлен на рис. 4.

^Simulation

Общие Справочники Модель Вид Проигрывание О программе

3 ЕЗ 1* ....

мха

конное предприятие

а

га 0 о Расчет текущего обьеіі і '@ 1 Конкурент - 030К а 2 Конкурент Панарама Щ 0 3 Конкурент СпецРемСт| а 4 Конкурент Арт-лайн И- 5 конкурент - Стекло Сиі а 6 конкурент - Арсенал а 7 Конкурент Спецпласт га-0 8 Конкурент - Свегоплас а 9 Конкурент - Ирбис Е- 0 Коалиция

. Й Коалиция

Ш•• 0 Начальник отдела прода га 0 подсчет V м2 на день у к 0 Т аймер 3 Цель

Оконное предприятие

0 0 0 0 1 Конкурент - 030К 2 Конкурент Панарама 35

Во

Т аймер

00

Начальник отдела продаж 2А 0 0

3 Конкурент СпецРемСтрой

0 0 0 0 4 Конкурент Арт-лайн 5 конкурент • Стекло Сити 0 0 0 0 0 0 Коалиция 6 конкурент - Арсенал 7 Конкурент Спецпласт

0 0 0 0 Расчет текущего объем продаж по всему рынку м2

00

подсчет V м2 на день у каждого конкурента

объем продаж, м2

Res53-Res64-Res80-Res82-Res84-Res86-Res88-Res90-Res92-Res61 -

ОЗОК

Панарама

СпецРемСтрой

Арт-Лайн

Стекло Сити

Арсенал

Спецпласт

Светопласт

Ирбис

ОкоП

8 Конкурент - Светопласт

9 Конкурент - Ирбис

10 000 5 000 0

| 5 845,575

ШГШіШ її 1| 1 169,144 I

Ш--1 L-rTWl-i

— mResI 39 ОЗОК

mResI 40 Панарама

— mResI 41 СпецремСтрой

— mResI 42 Арт-Лайн

— mResI 43 Стекло-Сити

— mResI 44 Арсенал

— mResI 45 Спещіласт

— mResI 46 СветоПласт

mResI 47 Ирбис

— mResI 48 ОкоП

20 40 60 80 100

mRes78 - ОЗОК О mRes79 - Панарама

mRes94 - Спецремстрой  mRes95 - Арт-Лайн О mRes96 - Стекло Сити О mRes97 - Арсенал

t имитации: 100

тактов: 11

Рис. 4. - Коалиционная модель ЗАО «УИГ»

Реализация на программном уровне коалиций может быть выполнена следующими способами:

1) использованием объектно-ориентированного подхода и созданием

динамического класса коалиции. Метод создания коалиции инициируется положительным решением агентов-участников коалиции в результате обмена сообщений между агентами;

2) расширением баз знаний агентов или моделей поведения

правилами/действиями использования/управления/потребления общих ресурсов, средств, заявок и системой разрешения внутренних конфликтов коалиции;

3) разработкой агента-коалиции (использованием существующих возможностей BPsim.MAS). При этом в модели агента-коалиции должны быть учтены как модели поведения отдельных агентов, так и общие правила распределения ресурсов, средств и заявок.

Реализация коммуникаций между различными видами агентов МППР в настоящее время реализована следующими способами:

1) обмен сообщениями между агентами внутри динамической модели МППР (реактивно-интеллектуальными агентами и реактивными агентами) осуществляется с помощью введения в модель динамического процесса заявок (сообщений), введения команд и синтаксиса команд для решаемой задачи (конкретной предметной области) и описания правил обработки сообщений в модели агентов;

2) обмен сообщениями между агентами динамической модели МППР и интеллектуальными агентами (во фрейм-объектной экспертной системе) осуществляется через буфер обмена сообщений, содержащий общие переменные, используемые в модулях имитационного динамического моделирования BPsim.MAS и технико-экономического проектирования BPsim.DSS.

Заключение

В работе решена задача разработки коалиционной мультиагентной модели процесса преобразования ресурсов, а также следующие задачи:

- определены основные понятия коалиционной модели процесса преобразования ресурсов;

- разработан алгоритм мультиагентного моделирования, учитывающий этапы формирования и распада коалиции, а также возможность внесения структурных и параметрических изменений в динамическую модель процесса преобразования ресурсов;

- показана возможность реализации прикладных мультиагентных моделей с коалициями в программном комплексе BPsim.

Литература

1. Аксенов К.А. Модель мультиагентного процесса преобразования ресурсов и системный анализ организационно-технических систем [Текст] // Журнал «Вестник компьютерных и информационных технологий», 2009. —№ 6. — С. 38-45.

2. ВикипедиЯ - свободная энциклопедия: Ресурс [Электронный ресурс]. — Режим доступа: Ьйр://ш^к1ре^а.ога^к1/Ресурс# (дата обращения: 07.10.12).

3. Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка [Текст]// М.: Азъ Ltd., 1992. - 960 с.

4. Аксенов К.А., Антонова А.С., Спицина И.А. Анализ и синтез процессов преобразования ресурсов на основе имитационного моделирования и интеллектуальных агентов [Текст] // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление, 2011. —№1 (115). — С.13-20.

5. Зраенко А.С., Аксенов К.А., Ван Кай Коалиционная модель мультиагентного процесса преобразования ресурсов [Текст]// Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление, 2009. — № 5 (86). —С.156-161.

6. Muller J.P. & M.Pischel. 1993. The Agent Architecture InteRRaP: Concept and Application, German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI). 1993.

7. Аксенов К.А., Шолина И.И., Сафрыгина Е.М. Разработка и применение объектно-ориентированной системы моделирования и принятия решений для мультиагентных процессов преобразования ресурсов [Текст] // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление, 2009. — № 3 (80). —

С.87-97.

1 Работа поддержана грантом РФФИ № 12-07-31045.