[发明专利]基于Agent的赋时着色Petri网的可重构装配系统建模方法

摘要

一种自动控制与人工智能技术领域的基于Agent的赋时着色Petri网的可重构装配系统建模方法，针对可重构装配系统所具有的复杂性、重构性、智能性及自治性的特点，在对装配资源进行分类的基础上，将装配资源Agent内部行为进行封装，建立了装配资源Agent的ATCPN模型，并通过过渡变迁合成可重构装配单元ATCPN模型。根据每个可重构装配单元之间的逻辑关系，确定整个系统的消息传递关系，在此基础上实现了装配系统快速重构。分析可重构装配系统的ATCPN模型的性能指标，并提出AUML模型向ATCPN模型的映射规则及基于ATCPN的交互协议建模方法，通过引入相应的多Agent交互协议模型可以解决模型中存在的死锁和冲突。

主权项

1.一种基于Agent的赋时着色Petri网的可重构装配系统建模方法，其特征在于该方法包含下列步骤：（1）按照面向Agent的技术对可重构装配系统的装配资源进行分类利用面向Agent的方法把装配单元中结构与功能特性相似的设备资源聚会成不同的Agent类；根据装配系统中的装配资源的功能的不同，将装配设备资源分为装配设备、运输设备及仓储类设备；（2）建立每一类装配资源模型的通用ATCPN模型面向Agent的赋时着色Petri网定义如下：（1）其中，为系统中的具体的物理对象的模型，表示系统Agent对象的集合，包括可重构装配系统的装配资源Agent和逻辑控制Agent；为系统中协议子网，用来描述Agent之间动态行为的交互协商，通过描述的协议子网，可以对Agent间的交互协议进行有界性，活性，安全性等分析，从而保证多Agent协同的有效性；表示可重构装配系统的装配资源调度决策Agent；表示中存在冲突的Agent库所映射到解决冲突的多Agent交互协议网的关联函数；为之间以及与外界交互的消息传递关系；为各代理对象之间连接的过渡变迁；连接关系的激发与否由系统中的协议子网来确定；模型对每个Agent模型进行了封装，可用以下九元组表示：其中为资源的位置集合，表示Agent内部状态的变化，为系统一个物理对象变迁的有限集合，根据装配过程中所用到的时间量的不同，将变迁分为瞬时变迁和延时变迁；为库所和变迁之间输入输出弧的有限集合，；为的输入消息库所的有限集合；为的输出消息库所的有限集合；为变迁的时间延迟，，为各位置库所或消息库所到变迁的输入（输出）函数；分别为和位置状态库所，活动变迁，消息输入库所，消息输出库所相关联的颜色集合；为模型的初始标记，定义系统初始状态，反映初始令牌在网的位置中的分布情况；其中，与为资源的调度与控制库所和变迁的位置集合，表示Agent推理过程的状态变化，为与库所和变迁相联系的颜色集合，是从库所到的输入映射（函数）：（非负整数），对应着到的有色有向弧，是从变迁到库所的输出映射（函数）：（非负整数），对应着到的有色有向弧；装配系统的重构来自不同资源的增加、删除及资源自身构件的变化，在对装配资源进行分类的基础上，建立每类设备的ATCPN模型，而对于每类资源中的具体设备可采用继承机制为其建模；（3）构造以装配机器人或人为中心的可重构装配单元模块在对装配资源进行分类和建模的基础上，用过渡变迁将产品传送装置，零件传送装置、机器人及缓冲区等装配资源的ATCPN模型连接起来，构成可重构装配单元的ATCPN模型，可重构单元中的装配资源Agent的数量可根据具体情况来确定，该单元具有一定的自治性和智能性，各资源Agent模块之间通过过渡变迁实现消息的传递，对于它们之间存在的冲突，调用多Agent交互协议子网来解决；（4）分析系统需求，以可重构装配单元为基础，构造整个可重构装配系统的系统模型；首先，分析系统所需要的装配单元的数量；其次，在所构建的可重构装配单元模块的基础上，根据每个装配单元之间的逻辑关系，确定整个系统的消息传递关系；各个单元模块之间的连接通过过渡变迁来实现；最后，对于系统中过渡变迁的死锁和冲突需要在模型中引入相应的多Agent交互协议来解决；（5）采用多Agent交互协议网解决可重构装配系统模型中的冲突AUML (Agent Unified Modeling Language)是一种FIPA (Foundation of Intelligent Physical Agents)和OMG(Object Management Group)都推荐使用的多Agent系统建模技术；采用AUML技术来建立可重构装配系统多Agent交互协议顺序图；将AUML协议图向ATCPN模型的转换可以更好的可重构装配系统模型进行分析和验证；其具体转换步骤如下：a： 交互过程分析；基于合同网机制，确定招标者Agent和参与者Agent，并明确他们之间的消息传递关系；Agent之间令牌的传递由KQML消息构成，而Agent内部的数据流、控制流等，则可以采用任何合适的形式；b： 协议图建立；采用AUML，根据角色间消息传递的并发、选择及异或关系，建立AUML协议图；c： 协议图转换；利用上述AUML协议图到ATCPN的转换规则，按照从上往下的顺序，即消息发送大体的先后次序依次对可重构装配系统的AUML协议图进行分析，然后根据转换规则逐步向ATCPN模型转换，三种生命线（与、或、异或）在ATCPN中的选择由转移的点火条件控制。