屈新懷，盛 敏，丁必榮

(合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，合肥 230009)

0 引言

汽車零部件采購成本占據(jù)著汽車總成本的最大比重，在汽車制造講究成本控制的精益時(shí)代，降低采購成本成為重要挖掘?qū)ο?，而?shí)施循環(huán)取貨的入廠物流模式就是眾多舉措中的一種有效方法。汽車企業(yè)實(shí)施循環(huán)取貨是指載有空料箱的一輛貨車從主機(jī)廠或集配中心(RDC)出發(fā)，按既定路線和時(shí)間段依次到供應(yīng)商處提取相應(yīng)零部件，最后返回主機(jī)廠或集配中心的一種零部件入廠物流模式。國(guó)內(nèi)外眾多車企實(shí)施循環(huán)取貨之后取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，如TNT在北美為福特汽車公司提供的循環(huán)取貨服務(wù)，使運(yùn)輸滯留時(shí)間減少80%，過渡存貨縮減了50%，僅1999年就為福特節(jié)約費(fèi)用3000萬美元;安吉天地物流公司為上海通用汽車公司提供循環(huán)取貨物流服務(wù)后，運(yùn)輸距離減少、裝載率提高，每年可節(jié)約零部件運(yùn)輸成本30%以上［1］。

循環(huán)取貨在企業(yè)中的火熱應(yīng)用也促使著學(xué)術(shù)界對(duì)該問題的研究。在國(guó)外，DU研究了循環(huán)取貨運(yùn)行時(shí)車輛調(diào)度系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置［2］，Sadjadi，S J提出了循環(huán)取貨的一種數(shù)學(xué)模型，并用遺傳算法進(jìn)行了求解［3］。國(guó)內(nèi)方面，周欣和霍佳震證明了循環(huán)取貨在提前期波動(dòng)較小、需求率較低、缺貨成本不高、供應(yīng)商的位置集中、供應(yīng)商距離較遠(yuǎn)、車載量大(相當(dāng)于零部件體積小、重量輕)的情況下具有優(yōu)勢(shì)［4］，桂明華和馬士華通過考慮單位重量零部件運(yùn)輸成本對(duì)承運(yùn)量敏感與否，對(duì)循環(huán)取貨的適應(yīng)情況進(jìn)行了判斷分析［5］。

現(xiàn)有的研究方法主要是建立某類數(shù)學(xué)模型，然后運(yùn)用啟發(fā)式算法或數(shù)學(xué)方法進(jìn)行求解。這類方法準(zhǔn)確且嚴(yán)謹(jǐn)，但也存在難于理解和計(jì)算，不善于解決非線性、非規(guī)律、動(dòng)態(tài)性問題。而基于Agent的建模和仿真正是研究非線性、動(dòng)態(tài)性這些復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)的重要手段，相比傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，在靈活性、層次性和直觀性方面有明顯優(yōu)勢(shì)。如在研究供應(yīng)鏈領(lǐng)域中的協(xié)同合作、決策方案仿真等方面該方法已有被使用［6-7］。本文首次運(yùn)用基于Agent的建模方法分析循環(huán)取貨的運(yùn)行機(jī)制。根據(jù)該方法的研究范式，描述循環(huán)取貨體系的問題模型，按Agent理論對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行Agent分類和內(nèi)部模型構(gòu)建，最后，采用Agent UML對(duì)Agent之間的動(dòng)態(tài)交互進(jìn)行了建模。

1 復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)與多Agent建模

復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的理論由遺傳算法的創(chuàng)始人霍蘭于1994年在一次名為“隱秩序”的演講中最先提出。其核心思想是“適應(yīng)性造就復(fù)雜性”。該理論認(rèn)為，系統(tǒng)中的成員稱為具有適應(yīng)性的Agent。它們能夠與環(huán)境以及其他Agent進(jìn)行交流，在這種交流的過程中“學(xué)習(xí)”或積累經(jīng)驗(yàn)，并且根據(jù)學(xué)的經(jīng)驗(yàn)改變自身的結(jié)構(gòu)和行為方式［8］。系統(tǒng)復(fù)雜性出現(xiàn)的原因正是由構(gòu)成系統(tǒng)的這些適應(yīng)性Agent之間、Agent與外部環(huán)境之間不斷交流和學(xué)習(xí)后，使系統(tǒng)在宏觀上產(chǎn)生的涌現(xiàn)所致。

Agent又稱之為主體、代理等名稱，最早來源于人工智能領(lǐng)域。隨著復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)成為新世紀(jì)的研究熱點(diǎn)，和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，Agent理論逐漸被選擇為復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的建模方法。多Agent系統(tǒng)模型中，Agent是一個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)的對(duì)象，存在于一個(gè)可執(zhí)行的環(huán)境中，具有主動(dòng)學(xué)習(xí)和適應(yīng)環(huán)境的能力［9］。復(fù)雜系統(tǒng)學(xué)科背景下的Agent有以下特征：反應(yīng)性、自治性、交互性、移動(dòng)性等。同時(shí)，Agent與對(duì)象二者之間存在很多的相似之處，面向?qū)ο蠹夹g(shù)對(duì)于理解Agent技術(shù)有很多借鑒作用。比如都可以看作是一個(gè)抽象實(shí)體，封裝了某些屬性和狀態(tài)，通過信息傳遞進(jìn)行通信［10］。

2 循環(huán)取貨體系的多Agent模型結(jié)構(gòu)

2.1 問題描述

從復(fù)雜適應(yīng)性角度來看，循環(huán)取貨是由供應(yīng)商、物流服務(wù)提供商、主機(jī)廠這些眾多主體之間的協(xié)調(diào)與合作而實(shí)現(xiàn)的零部件入廠，是主體聚集之后產(chǎn)生的一種涌現(xiàn)現(xiàn)象。具體描述為：主機(jī)廠(或RDC)M向第三方物流公司(3PL)L和眾多供應(yīng)商Si(i=1，2，…n)發(fā)布物料采購計(jì)劃，供應(yīng)商Si提前準(zhǔn)備好供貨量Qi。3PL首先通過分析供應(yīng)商Si地理位置、第i個(gè)供應(yīng)商供貨量Qi、每輛車容積約束Vi(i=1，2，…n)和路程約束D制定多條取貨路線Ri(i=1，2，…n)，然后派出T輛車按各路線Ri依次到n個(gè)供應(yīng)商Si處提取零部件并最終返回主機(jī)廠(或RDC)M。要求在滿足約束條件下，如何獲取最優(yōu)的路線選擇，實(shí)現(xiàn)庫存和運(yùn)輸成本最低。

2.2 Agent分類與系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)

運(yùn)用 Agent理論進(jìn)行建模時(shí)，確定系統(tǒng)中的Agent粒度抽象程度，以及同質(zhì)與異質(zhì)分析是其中的重要一步。通過對(duì)循環(huán)取貨體系進(jìn)行分析，將主體分為：主機(jī)廠 Agent、3PLAgent、供應(yīng)商 Agent、輔助Agent。這些Agent構(gòu)成的循環(huán)取貨的Agent體系結(jié)構(gòu)模型，如圖1。

圖1 基于Agent建模的循環(huán)取貨系統(tǒng)模型

(1)主機(jī)廠Agent。其主要職責(zé)是根據(jù)銷售訂單和生產(chǎn)能力制定生產(chǎn)計(jì)劃，分析物料需求計(jì)劃和零部件庫存后向零部件供應(yīng)商發(fā)布采購訂單，接收入庫零部件，然后組織生產(chǎn)活動(dòng)，最后將產(chǎn)成品入庫。相關(guān)子主體有財(cái)務(wù) Agent、采購 Agent、生產(chǎn) Agent、物管Agent，正是這些子主體的協(xié)同合作確保循環(huán)取貨的正常運(yùn)行。

(2)第三方物流(3PL)Agent。其主要職責(zé)是根據(jù)主機(jī)廠的采購訂單準(zhǔn)時(shí)完成零部件的取貨任務(wù)，針對(duì)循環(huán)取貨情況，子主體有財(cái)務(wù)Agent、調(diào)度Agent、運(yùn)輸 Agent。

(3)供應(yīng)商Agent。其主要職責(zé)是處理主機(jī)廠的采購訂單，組織零部件生產(chǎn)和入庫。子主體有財(cái)務(wù)Agent、銷售 Agent、生產(chǎn) Agent、物管 Agent。

(4)輔助Agent。其主要職責(zé)是為上述Agent提供支持服務(wù)。相關(guān)子主體有道路Agent、物料Agent。

3 Agent內(nèi)部模型構(gòu)建及交互建模

3.1 Agent內(nèi)部模型構(gòu)建

完成Agent分類之后，需要對(duì)每個(gè)Agent進(jìn)行內(nèi)部模型的構(gòu)建，具體包括Agent屬性、行為、通信接口設(shè)計(jì)。對(duì)于循環(huán)取貨研究來說，重點(diǎn)是對(duì)生產(chǎn)Agent這個(gè)層次的子主體進(jìn)行內(nèi)部模型設(shè)計(jì)。

3.1.1 Agent行為特征

(1)生產(chǎn)Agent：根據(jù)銷售訂單和生產(chǎn)能力制定生產(chǎn)計(jì)劃;計(jì)算物料需求計(jì)劃;完成產(chǎn)品生產(chǎn)。

(2)采購Agent：發(fā)布采購訂單;監(jiān)督第三方物流的配送情況。

(3)財(cái)務(wù)Agent：處理催/付款業(yè)務(wù)。

(4)物管Agent：接收物料;為生產(chǎn)提供物料;發(fā)布零部件庫存信息。

(5)調(diào)度Agent：根據(jù)主機(jī)廠采購要求和道路信息制定取貨路線;確定取貨頻次;確定取貨車輛數(shù)目。

(6)運(yùn)輸Agent：完成貨物運(yùn)輸。

(7)銷售Agent：接收主機(jī)廠采購訂單，并將信息傳遞至生產(chǎn)主體。

(8)物料Agent：提供相關(guān)零部件屬性。

(9)道路Agent：提供各供應(yīng)商地理位置數(shù)據(jù)和之間相距距離。

3.1.2 Agent行為描述方法

為便于理解和編程實(shí)現(xiàn)，采用形式化方法對(duì)系統(tǒng)中的Agent行為進(jìn)行分析和描述［11］。Agent的行為由許多活動(dòng)所體現(xiàn)，且每個(gè)活動(dòng)是由事件激發(fā)或由Agent主動(dòng)發(fā)起，每一項(xiàng)活動(dòng)包括許多動(dòng)作，這些動(dòng)作并按一定的有序排列進(jìn)行。有序排列包括以下三個(gè)邏輯運(yùn)算：設(shè) p，q為兩個(gè)元素，則“p.◇q”表示“先 p后 q”;“p∨q”表示“p與 q并列”;“p∧q”表示p或q。Agent行為的形式表達(dá)格式：B=＜O，E，A0，V＞。O是Agent所有活動(dòng)目的的集合，E是Agent能夠感知的所有事件的集合，A0表示Agent內(nèi)部所有動(dòng)作的集合，V表示所有活動(dòng)的集合。在循環(huán)取貨系統(tǒng)中，路徑選擇是一個(gè)關(guān)鍵問題，嚴(yán)重影響著供應(yīng)鏈上的庫存和運(yùn)輸成本，承擔(dān)這項(xiàng)任務(wù)的是3PL中的調(diào)度Agent，本文以該主體為例介紹Agent行為的形式化描述方法。

以上是對(duì)調(diào)度Agent行為的形式化描述，其他主體行為的描述類似。

3.2 Agent之間動(dòng)態(tài)交互建模

通過交互作用，循環(huán)取貨系統(tǒng)中各Agent做出相應(yīng)的行為反應(yīng)，協(xié)同合作完成零部件的供應(yīng)任務(wù)。而描述Agent之間的這些交互可以通過采用AUML(Agent United Modeling Language，Agent統(tǒng)一建模語言)中的序列圖來實(shí)現(xiàn)。AUML是對(duì)UML的擴(kuò)展，是目前對(duì)Agent建模普遍采用的方法［12］。

循環(huán)取貨體系中各Agent之間的動(dòng)態(tài)交互模型包括三方面：①循環(huán)取貨計(jì)劃制定模型，涉及采購Agent、調(diào) 度 Agent、運(yùn) 輸 Agent、銷 售 Agent、道 路Agent;②財(cái)務(wù)業(yè)務(wù)交互模型，涉及主機(jī)廠、3PL和各供應(yīng)商的財(cái)務(wù)Agent、主機(jī)廠物管Agent;③零部件交貨業(yè)務(wù)模型，涉及主機(jī)廠的生產(chǎn)Agent、物管Agent、采購Agent，3PL的運(yùn)輸Agent，供應(yīng)商的物管Agent。

本文通過采用AUML的序列圖分析了循環(huán)取貨計(jì)劃制定的交互行為模型，見圖2，交互過程如下：主機(jī)廠根據(jù)生產(chǎn)Agent生產(chǎn)計(jì)劃和物料Agent的BOM信息后，發(fā)布采購訂單給3PL的調(diào)度Agent和各供應(yīng)商銷售 Agent，3PL的調(diào)度 Agent綜合供應(yīng)商銷售Agent所提供的庫存信息和道路Agent中的路況信息判斷能否滿足主機(jī)廠供貨需求。如果不能滿足，將信息反饋至主機(jī)廠采購Agent，采購Agent再修改采購訂單信息。如果能滿足，3PL調(diào)度Agent制定循環(huán)取貨路徑計(jì)劃，并將計(jì)劃發(fā)布給主機(jī)廠采購Agent、3PL的運(yùn)輸Agent、各供應(yīng)商銷售Agent。

圖2 循環(huán)取貨計(jì)劃制定序列圖

4 結(jié)束語

本文實(shí)現(xiàn)了Agent建模方法在構(gòu)建循環(huán)取貨體系中的應(yīng)用，是在如何認(rèn)識(shí)循環(huán)取貨模型過程中進(jìn)行的一次新嘗試。循環(huán)取貨作為一種新的入廠物流模式，體現(xiàn)了出其復(fù)雜適應(yīng)特征，因此，將基于Agent的建模與仿真方法運(yùn)用到循環(huán)取貨問題研究既是對(duì)復(fù)雜適應(yīng)性理論應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)推廣，也是解決循環(huán)取貨問題的一種新思路。

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