arhitecturi adaptive bazate pe agenți pentru conducerea fluxurilor de … · 2013-10-10 · În...

66
UNIUNEA EUROPEANĂ GUVERNUL ROMÂNIEI MINISTERUL MUNCII, FAMILIEI ŞI PROTECŢIEI SOCIALE AMPOSDRU Fondul Social European POSDRU 2007-2013 Instrumente Structurale 2007-2013 OIPOSDRU UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAȘI Școala Doctorală a Facultății de Automatică și Calculatoare Arhitecturi adaptive bazate pe agenți pentru conducerea fluxurilor de activități - REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT - Conducător de doctorat: Prof. univ. dr. ing. Octavian Păstrăvanu Doctorand: Ing. Carlos Mihai Pascal IAȘI - 2011

Upload: others

Post on 22-Jan-2020

6 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

UNIUNEA EUROPEANĂ GUVERNUL ROMÂNIEI

MINISTERUL MUNCII, FAMILIEI ŞI PROTECŢIEI SOCIALE

AMPOSDRU

Fondul Social European

POSDRU 2007-2013

Instrumente Structurale

2007-2013 OIPOSDRU UNIVERSITATEA TEHNICĂ

“GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAȘI

Școala Doctorală a Facultății de Automatică și Calculatoare

Arhitecturi adaptive bazate pe agenți pentru conducerea fluxurilor de activități

- REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT -

Conducător de doctorat:

Prof. univ. dr. ing. Octavian Păstrăvanu

Doctorand:

Ing. Carlos Mihai Pascal

IAȘI - 2011

Carlos
Typewriter
Carlos
Typewriter
Universitatea Tehnica "Gheorghe Asachi" Iasi, Facușltatea de Automatica si Calculatoare, Departamentul de Automatica si Informatica Aplicata
Carlos
Typewriter
Carlos
Typewriter
Carlos
Typewriter
Doamna Prof. dr. ing. Mihaela Matcovschi
Carlos
Typewriter
Carlos
Typewriter
Carlos
Typewriter
Carlos
Typewriter
Carlos
Typewriter
Carlos
Typewriter
Carlos
Typewriter
Carlos
Typewriter
Carlos
Typewriter

UNIUNEA EUROPEANĂ GUVERNUL ROMÂNIEI

MINISTERUL MUNCII, FAMILIEI ŞI PROTECŢIEI SOCIALE

AMPOSDRU

Fondul Social European

POSDRU 2007-2013

Instrumente Structurale

2007-2013 OIPOSDRU UNIVERSITATEA TEHNICĂ

“GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

Teza de doctorat a fost realizată cu sprijinul financiar al

proiectului „Burse Doctorale - O Investiţie în Inteligenţă (BRAIN)”.

Proiectul „Burse Doctorale - O Investiţie în Inteligență (BRAIN)”,

POSDRU/6/1.5/S/9, ID 6681, este un proiect strategic care are ca

obiectiv general „Îmbunătățirea formării viitorilor cercetători în cadrul

ciclului 3 al învățământului superior - studiile universitare de doctorat

- cu impact asupra creșterii atractivității şi motivației pentru cariera în

cercetare”.

Proiect finanţat în perioada 2008 - 2011.

Finanţare proiect: 14.424.856,15 RON

Beneficiar: Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iași

Partener: Universitatea „Vasile Alecsandri” din Bacău

Director proiect: Prof. univ. dr. ing. Carmen TEODOSIU

Responsabil proiect partener: Prof. univ. dr. ing. Gabriel LAZĂR

UNIUNEA EUROPEANĂ GUVERNUL ROMÂNIEI

MINISTERUL MUNCII, FAMILIEI ŞI PROTECŢIEI SOCIALE

AMPOSDRU

Fondul Social European

POSDRU 2007-2013

Instrumente Structurale

2007-2013 OIPOSDRU UNIVERSITATEA TEHNICĂ

“GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

Mențiuni

Teză curentă constituie rezultatul activității de cercetare în perioada

octombrie 2008 – septembrie 2011 în domeniul Ingineriei Sistemelor din

cadrul Facultății de Automatică și Calculatoare, Universitatea Tehnică

„Gheorghe Asachi” din Iași. Întreaga perioadă de cercetare a fost

finanțată prin proiectul „Burse Doctorale – O Investiție în Inteligență

(BRAIN)” și doresc, pe această cale, să adresez mulțumiri către

director și managerii acestui proiect. De asemenea, doresc să amintesc

despre proiectul de cercetare SOFHICOR (Contract nr. 11-042/2007) în

care am fost implicat pe o perioadă de doi ani, și să mulțumesc

coordonatorului general, prof. dr. ing. Theodor Borangiu.

Doresc să exprim sincere mulțumiri domnului prof. dr. ing. Octavian

Păstrăvanu pentru îndrumarea acordată, modul atent și perseverent, și

pentru suportul moral oferit în toată această perioadă de cercetare. De

asemenea, adresez întreaga recunoștință domnului prof. dr. ing. Doru

Pănescu pentru timpul alocat și munca depusă în formarea mea, fără de

care nu ar fi fost posibilă concretizarea acestei lucrări. Mulțumesc

domului prof. dr. ing. Radu Călinescu de la Universitatea Aston din

Marea Britanie pentru îndrumarea profesională din timpul stagiului de

cercetare extern de la universitatea menționată. Mulțumiri sincere

adresez doamnei conf. dr. ing. Gabriela Varvara pentru formarea mea

pe durata studiilor de licență și masterat, pentru colaborarea pe durata

doctoratului. Îmi exprim, în aceeași măsură, recunoștința față de

colegul meu, drd. ing. Marius Șutu, de al cărui sprijin am beneficiat.

După nouă ani petrecuți în Facultatea de Automatică și

Calculatoare, din care șapte în Departamentul de Automatică și

Informatică Aplicată, mulțumesc sincer tuturor membrilor facultății

pentru formarea mea. În final, transmit prietenilor și colegilor:

Mulțumesc mult!

i

Cuprins

Cuprins ....................................................................................................................................... i

Capitolul 1 Introducere ............................................................................................................ 3

1.1. Importanţa continuă a arhitecturilor adaptive ...................................................................... 3

1.2. Formularea problemei. Obiective ......................................................................................... 3

1.3. Organizarea tezei .................................................................................................................. 4

Capitolul 2 Arhitecturi de conducere pentru sistemele de fabricaţie .................................. 6

2.1. Introducere ........................................................................................................................... 6

2.2. Sisteme de fabricaţie ............................................................................................................ 6

2.3. Clasificarea arhitecturilor de control .................................................................................... 6

2.4. Sisteme multiagent ............................................................................................................... 8

2.4.1. Conceptele de agent şi sistem multiagent ..................................................................... 8

2.4.2. Agenţi deliberativi – model BDI................................................................................... 8

2.4.3. Relaţii dintre entităţi ..................................................................................................... 9

2.4.4. Scheme de coordonare ................................................................................................ 10

2.5. Sisteme holonice ................................................................................................................ 10

2.5.1. Conceptele de holon si holarhie .................................................................................. 10

2.5.2. Sistemele de fabricaţie holonice ................................................................................. 11

2.5.3. Arhitecturi holonice de control ................................................................................... 13

2.6. Etape în conducerea fluxurilor de activităţi ....................................................................... 13

2.7. Concluzii ............................................................................................................................ 14

Capitolul 3 Propunerea unei arhitecturi de conducere – HAPBA ..................................... 15

3.1. Introducere ......................................................................................................................... 15

3.2. Model structural al unui holon ........................................................................................... 15

3.3. Clase de holoni consideraţi ................................................................................................ 16

3.4. Model structural al unui sistem holonic ............................................................................. 16

3.5. Elemente principiale privind proiectarea agenţilor holonici .............................................. 17

3.6. Relaţii intre holoni .............................................................................................................. 19

3.7. Strategii de coordonare ...................................................................................................... 19

3.8. Structura unui agent holonic de tip JACK. Ciclu de lucru. ................................................ 21

3.9. Concluzie............................................................................................................................ 23

Capitolul 4 Dezvoltarea unui model Petri pentru HAPBA ................................................. 24

4.1. Introducere ......................................................................................................................... 24

4.2. Introducere în formalismul reţelelor Petri .......................................................................... 24

4.3. Modele Petri pentru acţiune şi plan .................................................................................... 24

4.4. Model operaţional al agentul holonic ................................................................................. 25

4.5. Formalizarea execuţiei ....................................................................................................... 27

ii

4.6. Model Petri pentru flux de execuţie ................................................................................... 29

4.7. Formalizarea planificării .................................................................................................... 31

4.8. Model Petri pentru flux de planificare ............................................................................... 33

4.9. Conexiunile dintre planificare şi execuţie .......................................................................... 34

4.10. Model al mecanismului de raţionare BDI ........................................................................ 36

4.11. Extinderea modelului operaţional cu implicarea holonului staff ..................................... 36

4.12. Extinderea la modele Petri colorate ................................................................................. 37

4.13. Concluzii .......................................................................................................................... 38

Capitolul 5 Adaptabilitatea în HAPBA ................................................................................ 39

5.1. Introducere ......................................................................................................................... 39

5.2. Mijloace de obţinere a flexibilităţii. Flexibilitatea de tip obiect. ....................................... 39

5.3. Strategii de planificare în gestionarea flexibilităţii de tip obiect ........................................ 39

5.4. O comparaţie asupra strategiilor propuse ........................................................................... 41

5.5. Concluzii ............................................................................................................................ 46

Capitolul 6 Evaluarea arhitecturi HAPBA prin mijloacele reţelelor Petri ....................... 47

6.1. Introducere ......................................................................................................................... 47

6.2. Experiment I – un holon produs şi un singur scop ............................................................. 47

6.3. Experiment II – doi holoni produs și un singur scop ......................................................... 48

6.4. Experiment III – un holon produs şi două scopuri ............................................................. 50

6.5. Experiment IV – rezolvarea unei sarcini de asamblare ...................................................... 52

6.6. Concluzii ............................................................................................................................ 54

Capitolul 7 Concluzii; contribuţii ale tezei; posibilităţi de continuare a cercetării .......... 55

7.1. Contribuţii .......................................................................................................................... 55

7.2. Direcţii viitoare de cercetare .............................................................................................. 57

Anexă I – Listă lucrări ........................................................................................................... 58

Bibliografie selectivă .............................................................................................................. 59

3

„Beyond the age of information is the age of choices”

Charles Eames

Capitolul 1 Introducere

1.1. Importanţa continuă a arhitecturilor adaptive

În ultimul deceniul lumea cunoaşte o nouă formă de interacţiune, una globală, antrenată de

progresul tehnologic, cunoscută sub numele de revoluţia virtuală (BBC, 2010). Această formă se

propagă pe toate domeniile societăţii şi declanşează formarea naturală şi dinamică a sistemelor

distribuite şi cooperante, care conduc spre globalizarea întregii societăţi. Fabricaţia este ramura

economiei atinsă şi ea de acest val, în care se generează un nou trend, cel al produselor diversificate

şi personalizate, cu calităţi superioare, costuri competitive şi cu cicluri de fabricaţie reduse. Această

tendinţă impune noi standarde asupra companiilor, şi anume în termeni ai calităţii, adaptabilităţii,

agilităţii şi flexibilităţii. Standardele menţionate au existat dintotdeauna, însă acum, datorită

progresului informatic, devin teme curente atât în industrie cât şi în mediul academic.

În dezvoltarea sistemelor distribuite şi cooperante, una din principalele preocupări este

dezvoltarea unor entităţi individuale, autonome, cooperante şi reconfigurabile, care să realizeze

activităţi specifice în beneficiul respectivelor sisteme. În cele mai multe soluţii, autorii au urmat şi

urmează abordării euristice în dezvoltarea acestora, sub umbrela unor concepte care în general

satisfac pe moment probleme existente şi, mai mult, sunt strâns legate de mediile specifice avute la

dispoziţie. Aceste soluţii necesită a fi generalizate, complete şi susţinute de formalisme teoretice,

adecvate încât să permită obţinerea acelor proprietăţi care să poată garanta adaptabilitatea şi

agilitatea în viitor. Atingerea acestei caracteristici implică îmbinarea mai multor domenii, şi anume,

în principal, Inteligenţa Artificială Distribuită (prin orientarea spre entităţi autonome) şi Ingineria

sistemelor, mai ales prin aria arhitecturilor de control al fabricaţiei. În ultimul deceniu, cercetările au

asigurat progresul celor două domenii, dar şi explorarea frontierelor dintre acestea, care oferă o

viziune nouă spre soluţionarea problemelor curente.

În domeniul sistemelor de fabricaţie, unde această lucrare se încadrează, abordările din aria

Inteligenţei Artificiale au fost utilizate de mai bine de două decenii în adresarea acestor provocări ale

economie globale. Şi anume, controlul sistemelor de fabricaţie bazat pe agenţi şi holoni reprezintă

soluţii curente, adecvate acestor cerinţe, descentralizarea controlului, cu utilizarea unor structuri

distribuite, autonome, modulare şi reutilizabile. Atunci când se recurge la o proiectate şi

implementare corespunzătoare, sistemele de control bazate pe agenţi obţin performanţe care satisface

proprietăţile de flexibilitate, adaptabilitate şi agilitate. Astfel, cercetătorii manifestă un interes sporit

faţă de noi abordări privind sistemele de fabricaţie şi abordează domeniul sub următoarele

paradigme: sisteme de manufacturare bionice (Okino, 1993), sisteme de manufacturare

genetice/biologice (Ueda et al., 1997), sisteme de manufacturare fractale (Warnecke, 1993; Sihn,

1995), sisteme de manufacturare stohastice (Iwata şi Onosato, 1994), sisteme de manufacturare

holonice (Suda, 1989; Mathews, 1995; Valckenaers et al., 1997), sisteme de manufacturare virtuale

şi sisteme de manufacturare inteligente, distribuite. Sub aceste paradigme, structura tradiţională de

control predispusă la rigiditate este transformată, conform unor noi coordonate caracterizate prin

autonomie şi inteligenţă.

1.2. Formularea problemei. Obiective

Teza se adresează sistemelor de execuţie a fabricaţiei. Prin natura lor, aceste sisteme

prezintă cele mai multe constrângeri legate de timp şi de resurse fizice, şi constituie mediul ideal

pentru dezvoltarea unor arhitecturi de conducere a fluxurilor de activităţi, întrucât soluţiile

4

obţinute vor putea fi aplicate cu succes, ulterior, pe alte sisteme căror rigiditate va fi diminuată.

În aria sistemelor de fabricaţie se visează o nouă generaţie, care va fi caracterizată prin

proiectarea şi implementarea bazată pe entităţi inteligente, autonome şi cooperante, pentru a

forma sisteme distribuite cu structură adaptivă şi reconfigurabilă. Noua generaţie trebuie să

satisfacă o serie de criterii de performanţă, care visează realizarea unor fluxuri de producţie

eficiente, stabile, flexibile şi adaptabile la cerinţele în permanenţă schimbare ale pieţelor de

desfacere. O paradigma aplicată în această direcţie este cea holonică, care introduce o nouă

abordare ce tinde să satisfacă cerinţele actuale ale fabricaţiei. Aplicarea conceptelor holonice se

materializează, în special, prin mijloacele sistemelor multiagent şi fundamentele teoretice

aferente acestora.

Obiectivul acestei lucrări îl constituie proiectarea şi dezvoltarea unei noi arhitecturi de

control pentru sistemele de execuţie a fabricaţiei de tip holonic, care va grupa elemente şi

strategii conducând către o soluţie favorabilă pentru mediul de manufacturare. Se urmăreşte

dezvoltarea unui sistem cu entităţi autonome şi cooperante, în care se pune accentul pe trei

elemente: planificarea în spaţiul planurilor, coordonarea prin protocolul Contract Net şi folosirea

unor entităţi care dispun de un mecanism de raţionament de tip BDI. De asemenea se doreşte ca

arhitectura propusă să fie validată de rezultate obţinute pe baza analizelor efectuate prin

mijloacele reţelelor Petri.

Sintetizând şi continuând o idee din secţiunea 1.1, un al doilea obiectiv al acestei teze a

fost acela de a dezvolta un mecanism fundamentat teoretic pentru proiectarea şi implementarea

sistemelor holonice de fabricaţie. Elementele pe care se sprijină formalismul propus sunt cele din

analiza sistemelor cu evenimente discrete prin reţele Petri; din capitolul de planificare al

Inteligenţei Artificiale, precum şi din strategiile de coordonare folosite în sistemele multiagent.

1.3. Organizarea tezei

Lucrarea este formată din şapte capitole, dintre care cinci sunt principale, unul este cel

curent şi altul care concretizează contribuţiile şi indică direcţiile viitoare de cercetare.

Capitolul 2 intitulat „Arhitecturi de control pentru sistemele de fabricaţie”, este dedicat

domeniului de bază şi elementelor care sunt explorate în principal cercetarea curentă. Sunt

descrise sistemele de fabricaţie şi sunt clasificate arhitecturile de control aplicate pentru aceste

sisteme. Sunt expuse conceptele de sistem multiagent şi holonic, fiind în principal discutate

elementele de interes pentru teză: mecanismul de raţionament BDI şi coordonarea prin

protocolul Contract Net. De asemenea, sunt prezentate arhitecturile holonice dezvoltate pentru

mediul de fabricaţie, care au la bază entităţi autonome şi cooperante.

Capitolul 3, intitulat „Propunerea unei arhitecturi de conducere - HAPBA”, descrie

viziunea unei noi arhitecturi holonice. Se prezintă structura modelul structural al unui holon şi se

trasează structura unui sistem holonic. Sunt detaliate clasele de holoni şi rolurile acestora ajustate

specific. Secţiunea 6 prezintă elementele esenţiale şi condiţiile pe care se bazează noua

arhitectură: planificarea în spaţiu planurilor, mecanism de raţionament de tip BDI, coordonarea

prin Contract Net şi conceptele de holon şi holarhie. Secţiunea 7 prezintă relaţiile între holoni şi

modul de formare a bibliotecii de planuri aferente agenţiilor holonici. Secţiunea 8 propune o

serie de strategii de coordonare şi accentuează necesitatea unei componente centralizate în

sistemul holonic. Secţiune 8 prezintă structura unui agent holonic de tip JACK, ciclul de lucru şi

modul de agentificare a unei resurse de execuţie.

5

Capitolul 4, intitulat „Dezvoltarea unui model Petri pentru HAPBA”, este dedicat

dezvoltării unui model de tip reţea Petri pentru arhitectura propusă. Într-o scurtă prefaţare se

pune în evidenţă necesitatea modelării din reţele Petri, urmată de prezentarea formalismului

aferent reţelelor Petri monocolore, colorate şi ierarhice. Se dezvoltă pas cu pas un model al

arhitecturii, plecând de la definirea unei legături între elementele planificării în spaţiul planurilor

şi reprezentarea lor prin formalismul reţelelor Petri. Se propune un model operaţional nou pentru

agenţii holonici, care este strâns legat de protocolul de coordonare Contract Net şi care este valid

pentru trei clase de holoni şi pentru rolurile de manager, contractor şi contractor manager. De

asemenea se formulează formalisme pentru fazele de execuţie şi planificare, pe bază cărora se

propun modele pentru fluxurile de execuţie şi planificare, şi sunt exprimate conexiunile dintre

acestea la formarea agentului holonic şi operarea acestuia. Se schiţează un model pentru

mecanismul de raţionament BDI şi legătura acestuia cu modelele fluxurilor de planificare. De

asemenea se pune în evidentă considerarea componentei centralizate prin extinderea modelului

operaţional şi cel al fluxului de planificare. În finalul capitolul se extind toate modeleul propuse

prin transpunerea lor în modele Petri colorate şi utilizarea lor în dezvoltarea unui model complex

al întregului sistem holonic, care va fi utilizat în capitolul 6 pentru analiza arhitecturii dezvoltate.

Capitolul 5 intitulat „Adaptabilitatea în HAPBA” prezintă metodele de obţinere a

adaptabilităţii în structurile holonice. Se propune un nou tip de flexibilitate în sistemele de

fabricaţie, care ţine cont de existenţa unor surse multiple ce pot fi considerate în fluxurile de

producţie. Sunt propuse patru strategii de planificare care ţin cont de noul tip de flexibilitate şi se

prezintă o comparaţie între aceste strategii din punct de vedere al complexităţii. Capitolul se

închide printr-o serie de concluzii care accentuează importanţa adaptabilităţii pentru sistemele de

fabricaţie holonice.

Capitolul 6 este intitulat „Evaluarea arhitecturi HAPBA prin mijloacele reţelelor Petri”,

în care sunt prezentate o serie de analize şi experimente care evidenţiază anumite interferenţe

negative între procesele de planificare, şi care vor valida strategiile de coordonare propuse.

Primul experiment (secţiunea 6.2) demonstrează existenţa unui posibil conflict în procesul de

alocare şi care este soluţionat prin aplicarea strategiei de ofertare relaxată. Al doilea experiment

(secţiunea 6.2), efectuat pe o structură holonică extinsă, prezintă un alt conflict ce poate să apară

la nivelul proceselor de planificare şi care se rezolva prin utilizarea strategiei de coordonare ce

implică o componentă centralizată. De asemenea, se demonstrează necesitatea aplicării

concomitente a celor două strategii. Secţiunea 6.3 prezintă un alt caz, în care starea conflictuală

apare între două sau mai multe procese din interiorul aceluiaşi agent holonic. Ultimul experiment

constituie un caz real de fabricaţie în care, de asemenea, interferenţe negative apar când

strategiile de coordonare nu sunt aplicate.

Capitolul 7 subliniază contribuţiile aduse prin această lucrare şi prezintă o serie de

direcţii viitoare de cercetare.

Diseminarea rezultatelor cercetării

O parte din studiile realizate în această lucrare apar în mai multe publicaţii (vezi Anexa

I): o lucrare este acceptată pentru publicare într-o revistă indexată ISI, una este publicată într-o

revistă indexată BDI, una este publicată într-un volum al editurii Springer, două sunt publicate în

volume ISI Proceedings, una este acceptată pentru publicare la o revistă internaţională cotată ISI,

iar 8 articole publicate la conferinţe organizate atât în ţară cât şi în străinătate (5 articole la

conferinţe sub egida IEEE).

6

Capitolul 2 Arhitecturi de conducere pentru sistemele de fabricaţie

2.1. Introducere

În acest capitol se prezintă principalele concepte şi elemente, care stau la baza unei noi

arhitecturi de control. În prima secţiune se prezintă succint modelul abstract al unui sistem de

fabricaţie. O clasificare a arhitecturilor de control este de asemenea prezentată, iar apoi se

discută despre sistemele bazate pe agenţi şi despre sistemele holonice. În final, se prezintă

metodele de planificare tradiţionale.

2.2. Sisteme de fabricaţie

Sistemele de fabricaţie constituie procese complexe orientate spre fabricarea de produse

cu valoare în piaţă. În fluxul de producţie sunt implicate echipamente fizice şi resurse umane.

Forma de organizare a unui sistem de fabricaţie integrează activităţi precum proiectare, procesare,

distribuţie, etc., care sunt strâns legate de doua bucle de reacţie. Prima se referă la o considerare

rapidă a cerinţelor pieţii şi respectiv a două la informaţiile senzoriale ale echipamentelor de

producţie. În Figura 1, adaptată după (Baker, 1998), sunt puse în evidenţă cele două bucle. Astfel,

sistemelor de fabricaţie au nevoie de o structură de control, care să permită ca sistemul să fie

adaptiv la cerinţele pieţii. Sistemele de fabricaţie sunt clasificate în cele cu procesare continuă şi

respectiv în sisteme cu procesare discretă.

Figura 1. Diagramă sistem de control în fabricaţie

2.3. Clasificarea arhitecturilor de control

În literatură se disting două principii de clasificare a arhitecturilor de control după

proprietăţile structurale (Dilts et al., 1991; Trentesaux, 2009). O primă clasificare se face după

numărul de entităţi decizionale, care separă arhitecturile în două categorii: centralizate şi

distribuite. Principalele caracteristici pentru cele două categorii sunt evidenţiate în Tabelul 1. O

arhitectură cu un control centralizat (global) are o singură entitate decizională care înglobează

toate funcţiile necesare conducerii unui proces. În controlul distribuit, abilităţile procesului

decizional global sunt distribuite mai multor unor entităţi decizionale. Relaţia formată între

aceste entităţi decizionale defineşte al doilea principiu de clasificare, unde arhitecturile de

control distribuit sunt grupate în: ierarhice, heterarhice şi semi-heterarhice (hibride). Termenul

„distribuit” este uneori asignat la distribuţia fizică, spaţială a resurselor, şi astfel el este adesea

implicit considerat în sistemele de manufacturare. Imaginea de ansamblu a clasificării acestor

arhitecturi este ilustrată în Figura 2.

7

Figura 2. Clasificarea arhitecturilor clasice de control (Trentesaux, 2009)

Tabelul 1. O comparaţie între arhitecturile centralizat (tradiţională) şi distribuit

Tradiţional Distribuit

Control centralizat distribuit cu cooperare

Arhitectură rigidă, statică (ierarhică) flexibilă, dinamică (ierarhică +

heterarhică)

Abordare top-down botton-up

Relaţie între entităţi client – server entitate – entitate

Comunicare 1 – N M – N

Eficienţă maximă specializare (volum

ridicat, varietate redusă)

flexibilitate (volum ridicat-mic,

varietate medie-mare)

Arhitectura de control tip ierarhic cuprinde elemente decizionale, între care sunt formate

relaţii ierarhice prin abordarea descendente (în engleză, top-down), unde entitatea superioară

controlează entitatea/entităţile inferioare. O primă extensie este arhitectura ierarhică modificată,

unde se introduce comunicarea între elementele fizice. Prin aceasta se încearcă o sincronizare

sau o reacţie eficientă între procese pe nivelul inferior. Această metodă sporeşte rigiditatea şi

complexitatea sistemului şi limitează aplicabilitatea în sisteme complexe de fabricaţie. O altă

extensie este arhitectura de control/coordonare distribuită. Aici, relaţia rigidă între nivele este

relaxată la forme interactive ale coordonării, care permite extinderea mai facilă.

Arhitectura de control de tip heterarhic are la bază elemente decizionale autonome şi

cooperante, unde fiecare entitate controlează un subsistem şi are cunoştinţe proprii şi complete

despre subsistem. La nivelul unui subsistem variabile sunt strâns legate, iar între subsisteme

acestea sunt slab legate, astfel că fiecare entitate are cunoştinţe parţiale sau minime despre alte

entităţi. Tipul de arhitectură caracterizează sistemele bazate pe agenţi, care sunt tratate pe larg în

secţiunea 2.4.

Arhitectura de control semi-heterarhică combină primele două arhitecturi – ierarhică şi

heterarhică – prin slăbirea autonomie elementelor decizionale din structura heterarhică, cu

introducerea unor elemente decizionale centralizate. Se constată în literatură două moduri de

implicare a elementelor centrale. În (Bongaerts, 1998; Bongaerts et al., 2000; Leitao, 2004) rolul

8

acestora este de a obţine optimul global în condiţii de bună funcţionalitate, încât avem o

arhitectură ierarhică de control/coordonare distribuită. Atunci când o disfuncţionalitate apare se

comută spre o funcţionalitate heterarhică. Un alt mod este cel descris în (Babiceanu, 2005), în

care elementele centrale monitorizară sistemul şi pe baza informaţiilor obţinute pot ajuta la

obţinerea soluţiilor optime prin propunerea de modificări. Aplicarea acestei scheme promite

atingerea atât a flexibilităţii cât şi a optimalităţii. Sistemele holonice sunt dezvoltate după acest

tip de arhitectură şi sunt tratate pe larg în secţiunea 2.5.

2.4. Sisteme multiagent

2.4.1. Conceptele de agent şi sistem multiagent

Termenul de agent indică un sistem computaţional ce reprezintă obiecte fizice sau logice,

capabil să perceapă şi să acţioneze autonom asupra unui mediu în mod potrivit pentru atingerea

propriilor scopuri. Într-un sens abstract, agentul este „o entitate care percepe şi acţionează într-un

mediu”, caracterizat printr-o măsură a performanţei care „evaluează comportamentul acestuia în

mediu” (Russell şi Norvig, 2009). Agenţii sunt propuşi ca entităţi/componente rezolvitoare de

probleme, capabili de o funcţionalitate eficientă în medii complexe, dinamice, impredictibile şi

deschise. Aceasta înseamnă că agentul primeşte o intrare de la mediul său prin dispozitive

senzoriale şi acţionează asupra mediului prin efectorii săi.

Agentul inteligent este agentul capabil de acţiune autonomă flexibilă în vederea

îndeplinirii obiectivelor sale (Wooldridge, 2001), unde flexibilitatea defineşte proprietăţile de

reactivitate, proactivitate şi abilitate socială. Pe lângă proprietăţile comportamentale enunţate,

alte proprietăţi sunt atribuite agenţiilor implicaţi în rezolvarea unor probleme, gradul de

satisfacere al acestora fiind unul variabil: situare adecvată, autonomie, reactivitate,

proactivitate, abilitate socială, bunăvoinţă, raţiune, adaptabilitate, flexibilitate, robusteţe.

Agenţii inteligenţi sunt clasificaţi în (Wooldridge şi Jennings, 1995; Nwana, 1996): agenţi

deliberativi, reactivi, hibrizi şi mobili.

Sistemul format din mai mulţi agenţi, numit sistem multiagent (SMA) sau sistem bazat pe

agenţi, este un sistem în care agenţii interacţionează prin diverse mecanisme (vezi secţiunea

2.4.3 cu relaţiile care se pot forma între agenţi) pentru atingerea scopurilor individuale sau

colective. SMA au în general o arhitectură heterarhică, unde atingerea scopurilor depinde de

aptitudinea, capacitatea şi cunoştinţele individuale. Arhitectură este uşor transpusă în una semi-

heterarhică, când se introduc agenţi coordonatori prin care gradul de autonomie al agenţilor

coordonaţi se limitează.

În prezenta lucrare se face referire la agenţii hibrizi, ne mobili, în special agenţii cognitivi

de tip BDI. Modelul BDI se detaliază în secţiunea următoare.

2.4.2. Agenţi deliberativi – model BDI

Un model comportamental al unui agent deliberativ este definit în (Rao şi Georgeff,

1992; 1995) prin trei caracteristici: convingeri/credinţe (în engleză, beliefs), dorinţe/scopuri (în

engleză, desires) şi intenţii (în engleză, intentions). Se consideră modelul a fi o adaptare după o

filosofie a raţionamentului practic, care implică în primă fază stabilirea unui scop, printr-un

proces deliberativ, şi se continuă cu evidenţierea mijloacelor/planurilor disponibile care ar

conduce la atingerea acelui scop. Raţionament de tip BDI are următorul flux de execuţie: la

existenţa unei dorinţe (scop), agentul printr-un proces deliberativ identifică opţiunile care ar

conduce către atingerea dorinţei şi, apoi, din lista de opţiuni alege una, după un criteriu sau nu,

9

care devine intenţie; la baza procesului deliberativ stau convingerile care ajută la filtrarea

opţiunilor. O asemenea funcţionare tinde să definească un echilibru între comportamentele pro-

activ şi reactiv ale unui agent. Modelul software BDI pentru dezvoltarea agenţilor BDI prezintă

un mecanism pentru separarea activităţii (1) de selectarea unui plan dintr-o bibliotecă de planuri

(selectarea unei intenţiei), (2) de execuţie a activităţilor din planul curent. În Figura 3 este

prezentată principial arhitectura software BDI, care este utilizată în aplicaţiile multiagent JACK

(Winikoff, 2005) şi JADEX (Pokahr et al., 2005). Elementele componente ale arhitecturii sunt:

baza de cunoştinţe, planuri, evenimente şi mecanism de raţionament.

Figura 3. Arhitectura software BDI

În realizarea unui scop, fiecare plan din biblioteca de planuri prezintă o funcţie care va

preciza dacă planul este aplicabil în starea curentă, şi un corp al planului care poate fi executat

în vederea realizării scopului (sau încercării de realizare a scopului); corpul unui plan este

structurat în paşi. Fiecare scop poate fi realizabil prin planuri diferite. În timpul execuţiei, un

agent va selecta un plan pentru realizarea unui scop (subscop) dat. Dacă planul selectat eşuează,

atunci un alt plan va fi încercat. Prin acest mecanism se consideră că agenţii sunt flexibili,

întrucât aceştia pot avea multiple planuri în realizarea unui scop, şi sunt robuşti, întrucât eşecul

unui plan nu înseamnă în mod necesar că scopul nu poate fi atins.

2.4.3. Relaţii dintre entităţi

În literatură, pentru SMA se regăsesc definiţii pentru potenţialele relaţii între două sau

mai multe entităţi din diferite arhitecturi bazate pe agenţi (D'Inverno şi Luck, 2004). În principal

sunt utilizaţi termenii: comunicaţie, colaborare, coordonare, cooperare, negociere şi competiţie.

În diagramă Venn ilustrată în Figura 4 (după Babiceanu, 2005) se prezintă tipurile de relaţii şi

caracteristicile definiţiilor care indică o suprapunere în cele mai multe cazuri; relaţia de

competiţie nu este prezentată în figură.

În prezenta teză accentul se pune pe comunicare, cooperante, colaborare şi coordonare.

Negocierea şi competiţia între agenţi sunt puţin atinse în mediul de fabricaţie în partea de

procesare.

10

Coordonare

Cooperare

Colaborare Colaborare

Negociere

Colaborare

Comunicație

Figura 4. Diagrama Venn cu relaţiile dintre entităţi într-un sistem multiagent

2.4.4. Scheme de coordonare

Coordonarea în sistem multiagent se referă la metodele de obţinere a unei comportări

coerente şi eficiente la nivel de sistem. În obţinerea coordonării vor fi implicate mai multe

aspecte. Astfel, este necesară o metodă de modelare care să permită evidenţierea interacţiunilor

între agenţi. Apoi, coordonarea pleacă de la felul în care agenţii tratează scopurile pe care le au

de rezolvat, ceea ce implică etapa de planificare. În funcţie de planurile elaborate vor fi necesare

măsuri corespunzătoare de sincronizare în faza de execuţie. Aceasta înseamnă că, atât în etapa de

planificare cât şi în cea de execuţie, coordonarea presupune şi mecanisme adecvate de

comunicaţie între agenţi. Dacă fiecare agent aplică un mecanism de planificare adecvat, acesta

trebuie să fie corelat şi cu un protocol de coordonare, în care printr-un schimb adecvat de

informaţii între agenţi să se obţină comportarea coerentă a sistemului multiagent.

Un protocol de coordonare frecvent utilizat în domeniul agenţilor este protocolul Contract

Net (Smith, 1980). În esenţă, CNP oferă o soluţie pentru aşa numita problemă de conectare:

găsirea agenţilor cu capabilităţi necesare care sunt dispuşi să colaboreze în rezolvarea unor

scopuri. Două roluri se disting: manager şi contractor. Un manager îşi asumă rolul de divizare a

unei probleme în sub-probleme, de căutare contractori şi coordonarea contractori alocaţi. Un

contractor are rol de îndeplinire scop contractat şi de asemenea poate deveni manager pentru o

nouă descompunere. Mecanismul include următoarele etape: (1) anunţarea de către un manager a

existenţei unui task cu timp de expirare, (2) evaluarea scopului şi propunerea unor oferte de către

posibilii contractori, (3) analizarea ofertelor primite în intervalul asociat şi acordarea unui

contract de către manager, (4) execuţia contractului de către contractor şi înştiinţarea

managerului despre îndeplinirea sau eşuarea scopului. Acest protocol este considerat în această

lucrare.

2.5. Sisteme holonice

2.5.1. Conceptele de holon si holarhie

Filosoful Arthur Koestler1 observă în urma studiilor sale asupra diferitelor tipuri de

organizare socială, că sistemele reale sunt construite pe o structură ierarhică, în care unele

entităţi sunt părţi ale unor entităţi mai largi şi nu există o separare clară între părţi şi întreg atunci

când se privesc sistemele sociale sau biologice. Pentru descrierea unei unităţi de bază a

organizării în sistemele biologice şi sociale, Koestler propune termenul de holon, care se referă

la asocierea a doi termeni din limba greacă, „holos” însemnând un întreg, iar sufixul „on”

1 Referitor la conceptul de holon, autorul îl detaliază în cartea sa, The Ghost In The Machine (1967).

11

însemnând parte; un holon este o entitate de sine stătătoare în contextul de său de bază, dar poate

fi o parte a unei alte entităţi într-un context mai larg. Legat de organizarea holonilor, autorul

propune în acest sens conceptul de holarhie nemărginită ca o arhitectură formată din holoni, care

nu este mărginită în amândouă direcţiile. O altă definiţie a holarhiei este propusă în (Spangler,

2008), unde o holarhie este o structură ierarhică temporară; diferenţa primară faţă de o ierarhie

este dată de faptul că într-o ierarhie în sens clasic entităţile pot fi comparate şi evaluate pe baza

poziţiei, rangului, puterii relative, vechimii, iar intr-o holarhie fiecare valoare a entităţii vine din

individualitatea şi unicitatea ei, şi de asemenea, din capacitatea acesteia să se angajeze şi să

interacţioneze cu alte entităţi pentru a valorifica unicitatea disponibilităţii. Conform cu cele

menţionate, existenţa unui holon într-o holarhie este provizorie şi se întinde pe intervalul cât

holonul este necesar holarhiei.

2.5.2. Sistemele de fabricaţie holonice

Adoptarea iniţială a conceptelor holonice în fabricaţie se datorează incapacităţii

sistemelor existente de producţie de a face faţă cu (1) evoluţia continuă a produselor în mediile

existente şi (2) menţinerea unor performanţe înafara unor condiţii normale de operare

(Bussmann, 1998). Prin urmare, adaptabilitatea, flexibilitatea şi stabilitatea în faţa schimbărilor,

utilizarea eficientă a resurselor, securitatea şi extinderea soluţiilor constituie obiective ale

sistemelor holonice aplicate în fabricaţie (în engleză, Holonic Manufacturing Systems - HMSs ).

Se vizează o nouă generaţie de sisteme de fabricaţie inteligente, care ar urma prin implementarea

bazată pe holoni inteligenţi, autonomi şi cooperativi. Termologia primară formată în această

direcţie cuprinde următoarele definiţii:

holon – o entitate autonomă şi cooperantă a unui sistem de producţie folosite pentru

prelucrarea, transportarea, stocarea şi/sau validarea informaţiei şi pentru controlul

unor entităţi fizice; holonul este o componentă ce cuprinde o parte procesatoare de

informaţii şi uneori o parte de procesare fizică; un holon poate fi parte a altui holon.

autonomia – capacitate a unei entităţi să creeze şi controleze execuţia planurilor sau

strategiilor proprii.

cooperare – un proces unde o mulţime de entităţi dezvoltă şi execută planuri comune.

holarhie – un sistem format din holoni ce cooperează pentru atingerea unui scop;

holarhia defineşte regulile primare pentru cooperare şi limitele autonomiei.

sistem holonic de execuţie a fabricaţiei (în engleză, Holonic Manufacturing Execution

System - HMES) – reprezintă un subdomeniu al HMS, în care accentul cade pe

aspectele legate de fabricarea propriu-zisă a produselor, pe sistemul de fabricaţie de la

nivelul „shop-floor” al unei companii.

Datorită similitudinii între termenul de holon şi cel agent, Bussmann propune în

(Bussmann, 1998) o arhitectură pentru agentul holonic2 în concordanţă cu viziunea holonică

(vezi Figura 5). Autorul argumentează necesitatea înzestrării fiecărui agent holonic cu o serie de

elemente:

Algoritmi pentru planificare şi control prin care agenţii holonii îşi creează şi execută

propriile planuri, urmând ciclurile interne de planificare şi execuţie.

Mecanisme de comunicare şi coordonare prin care se asigură cooperarea ori de câte ori

este nevoie.

2 Termenul de agent holonic face referite la agentul din componența holonului.

12

Încorporarea acestor elemente în fiecare entitate decizională conduce spre o arhitectura

heterarhice, specifică sistemelor multiagent, însă organizarea structurii este una ierarhică,

datorită caracterului cooperant al fiecărei entităţi. Toate acestea conduc la dezvoltarea unor

tehnici specifice de organizare/formare a holarhiilor.

social individual

tehnici

cooperare

bloc decizional

tehnici

organizare

control

comportamentaltehnici

comunicare

comunicare fizică control parte fizică

opţional

Procesarea

Informaţiei

Figura 5. Arhitectură bazată pe agent pentru un holon (Bussmann, 1998)

Introducerea holonilor în mediul de fabricaţie reprezintă în esenţă un concept care este

materializat prin mijloacele abordării bazate pe agenţi şi tehnologia aferentă sistemelor

multiagent (Babiceanu şi Chen, 2006; Leitao, 2009). În Tabelul 2 este prezentată o paralelă între

cele două concepte, unde se poate observa o strânsă legătură între acestea. Domeniul HMS

include toate aspectele ce aparţin unui sistem de fabricaţie (adică inclusiv management,

distribuţie, etc.). Această teză se limitează la aspectul de execuţie (fabricaţie), adică la

subdomeniul sistemelor de execuţie în fabricaţie de tip holonic. Trebuie remarcat felul în care

holarhia înglobează holoni, care sunt calificaţi la momentul formării holarhiei, iar posibilitatea

găsirii unui holon mai adecvat după stabilirea acesteia conturează necesitatea unor abordări pe

termen scurt, mediu, şi lung de formare a holarhiei.

Tabelul 2. O comparaţie între termenul de agent şi cel de holon

Agent Holon

Origine (domeniu) Inteligentă Artificială CIM (Computer Integrated

Manufactuing)

Stare curentă concept şi tehnologie concept

Proprietăţi autonomie, reactivitate,

pro-activitate, abilitate

socială

autonomie, reactivitate, pro-

activitate, abilitate socială,

auto-configurare, recursivitate

Model entitate (atom) entitate şi parte din altă entitate

Integrare dispozitiv fizic nu da

Constrângere de timp real da/nu da

Sistem sistem multiagent holarhie

Apartenenţa sistem multiagent grupuri multiple/temporare

13

2.5.3. Arhitecturi holonice de control

Arhitecturile holonice sunt propuse în special pentru mediile de fabricaţie unde este

necesară realizarea unui flux de producţie eficient, stabil, flexibil şi adaptiv sub existenţa unor

factori perturbatori. În acest sens, există mai multe arhitecturi holonice prezente în literatura de

specialitate, apărând diferenţe în ceea ce priveşte rolurile asociate holonilor şi relaţiile dintre

aceştia. Câteva arhitecturi, PROSA, ADACOR şi HCBA sunt mai des menţionate, fiind de

interes şi pentru dezvoltările din prezenta teză, şi sunt discutate sumar în paragrafele următoare.

Arhitectura holonică PROSA (în engleză, Product-Resource-Order-Staff Architecture)

este o arhitectură de referinţă (Van Brussel et al., 1998; Wyns, 1999; Valckenaers şi Van

Brussel, 2005) pentru mai multe abordări şi implementări holonice. Prin PROSA sunt

identificate şi definite tipurile de holoni necesari şi respectiv structura de interacţiune, pentru

dezvoltarea sistemelor de fabricaţie prin abordarea holonică. În urma unor studii asupra

proceselor de fabricaţie, autorii definesc patru clase de holoni, unde una dintre acestea este

opţională: holoni resursă, produs, ordin şi holonii staff care sunt opţionali. Aceşti holoni sunt

specializaţi şi corespund unor aspecte distincte de control în fabricaţie. Forma de organizare a

structurii holonice este una heterarhică. Structura semi-heterarhică se atinge odată cu

considerarea holonilor staff (Bongaerts et al., 2000), cei având funcţii de alocare în timp

(scheduling) a operaţiilor şi de control online global.

Arhitectura ADACOR (în engleză, ADAptive holonic COntrol aRchitecture for

distributed manufacturing systems) este propusă pentru HMES şi introduce o organizare

adaptivă, care balansează dinamic între o structură centralizată şi una descentralizată, şi care

permite combinarea optimizării globale a producţiei cu o reacţie agilă la perturbaţiile neaşteptate

(Leitao, 2004; Leitao şi Restivo, 2006). Faţă de arhitectura PROSA, Leitao schimbă denumirea

holonilor, astfel încât holonii resursă, ordin şi staff sunt etichetaţi prin holon operaţional, holon

task şi holon supervizor (HSup). Prin HSup se introduce coordonarea şi optimizarea globală în

abordarea controlului descentralizat. În condiţii normare, HSup supervizează şi reglementează

activitatea holonilor din domeniul lui. În cazul unei perturbaţii, holonii din domeniu trebuie să

găsească o soluţie şi să o adapteze fără ajutorul HSup.

Arhitectura HCBA (în engleză, Holonic Component Based Architecture) elaborată la

Universitatea Cambridge, este derivată din dezvoltarea bazată pe componente şi HMS (Chirn şi

McFarlane, 2001). Autorii definesc două clase de holoni: produs şi resursă. Holonii resursă sunt

echipamente fizice cu sisteme de operare integrate, care execută operaţii fizice specifice

echipamentelor. Holonii produs cuprind componente fizice (semi-fabricate, paleţi sau piese

brute) cuplate la sisteme de control. În HCBA, agenţii sunt utilizaţi pentru a controla în mod

cooperant un sistem de fabricaţie. Pe lângă agenţii produs şi resursă, în schema HCBA este

introdus un agent broker, ca o infrastructură de comunicaţie. În (Covanich şi McFarlane, 2009)

se prezintă o comparaţie între o dezvoltare HCBA şi una centralizată.

2.6. Etape în conducerea fluxurilor de activităţi

Principalele etape în conducerea fluxurilor de activităţi implică implicit două faze:

planificare fluxurilor şi execuţia acestora. Pentru sistemele multiagent trebuie găsite metode

adecvate de planificare; acestea trebuie să contribuie la evitarea acţiunilor inconsistente şi

conflictuale. Planificarea în sistemele multiagent se poate descrie ca o abordare a coordonării, în

care din faza de proiectare a secvenţei de acţiuni care rezolva un scop trebuie să se ţină seama de

14

interacţiunile dintre agenţi. Această abordare trebuie să permită agenţilor să construiască un plan

multiagent care să conţină detalii ale tuturor acţiunilor şi interacţiunilor viitoare. Agenţii pot în

acest fel să realizeze propriile scopuri şi să întrepătrunde execuţia cu mai multe procese de

planificare şi re-planificare. Faţă de varianta mai des utilizată în cazul sistemelor centralizate,

aceea a planificării în spaţiul stărilor (Ghallab et al., 2004), pentru cazul sistemelor multiagent

planificarea în spaţiul planurilor (Ghallab et al., 2004) poate furniza soluţii adecvate, aşa cum se

prezintă în această lucrare.

Accentul în această teză se pune pe planificarea în spaţiul planurilor. Aceasta constă în

rafinarea pas cu pas a unui plan parţial iniţial aplicând-se principiul celei mai mici angajări (în

engleză, least commitment principle) până la atingerea unui plan complet sau parţial ordinat care

constituie soluţie la problema planificării. Un plan parţial implicit se formează din setul de

acţiuni fictive {a0, a∞} care reprezintă sub o formă codificată starea iniţială s0 şi starea scop sg.

Efectele acţiunii a0 definesc starea iniţială s0, iar precondiţiile acţiunii a∞ sunt condiţiile necesare

atingerii sg. Principiul celei mai mici angajări impune ca o alegare (o operaţie) să fie făcută doar

atunci când este strict necesară. În planificare, principiul separă partea rigidă a planului, dată de

constrângerile impuse, de partea flexibilă care dă soluţiile multiple ale problemei de planificare.

O operaţie de rafinare constă în: adăugare acţiuni, adăugare constrângere de ordonare, adăugare

legătură cauzală, adăugare constrângeri de legare variabile şi rezolvarea conflictelor. O legătură

cauzală între acţiunile aj şi ai apare implicit când o precondiţie a acţiunii aj este susţinută de un

efect al acţiunii ai, sau când o constrângere de ordonare între acţiuni este stabilită (ai ≺ aj).

Metodă planificării în spaţiul planurilor este aplicată însă într-o formulă specifică.

Dezvoltarea unui mecanism planificator care să plece de la zero într-un mediul de fabricaţie este

puţin probabil a fi una practică. De exemplu, un produs are deja un plan dezvoltat de proiectant

şi deci putem vorbi de o planificare offline deja efectuată, cunoscută. Planificarea offline va

continua cu o planificare online în care planul dezvoltat este completat astfel încât să fie pregătit

pentru execuţie. Aceste aspecte vor fi tratate pe larg în următorul capital.

2.7. Concluzii

Studiile şi experimentele efectuate, aplicând abordarea holonică bazată pe agenţi, au

condus la câteva concluzii. Proiectarea şi dezvoltarea ad-hoc a unor agenţi holonici complecşi,

dependenţi de mediul de fabricaţie considerat, va conduce în timp la un sistem ineficient. De

asemenea, s-a observat că modul de lucru, operare, al agenţilor holonici – produs, resursă şi

ordin – este în mare măsură identic. Ţinând seama de aceste aspecte s-a ajuns în prezenta teză la

proiectarea şi dezvoltarea unei noi arhitecturi de conducere a fluxurilor de activităţi, sub

abordarea holonică. În noua arhitectură sunt adunate elemente extinse necesare în sistemele de

execuţie a fabricaţiei, pentru operarea sigură. În următoarele două capitole este prezentată o nouă

arhitectura din punct de vedere structural (capital 3) şi comportamental (capitol 4).

15

Capitolul 3 Propunerea unei arhitecturi de conducere – HAPBA

3.1. Introducere

În acest capitol se introduce o nou arhitectură holonică, sub care sunt propuse principii şi

strategii pentru planificarea şi controlul fabricaţiei. Arhitectura este o implementare a arhitecturii

PROSA; aceasta este numită HAPBA - Holonic Adaptive Plan-Based Architecture - în vederea

sugerării importanţei unei soluţii adecvate pentru faza de planificare, care trebuie să faciliteze o

operare adaptivă şi sigură pentru HMES. Noua abordare se bazează pe combinarea mai multor

ingrediente: planificarea în spaţiul planurilor, mecanismul de raţionament de tip BDI,

coordonarea prin protocolul Contract Net şi pe conceptele de holon şi holarhie; toate aceste

elemente sunt adaptate şi completate cu elemente specifice abordării holonice.

3.2. Model structural al unui holon

Modelul generic al unui holon, aşa cum este considerat în HAPBA, este prezentat în

Figura 6 (Pănescu et al., 2008; Pănescu et al., 2009c). Holonul se compune dintr-o componentă

deliberativă şi una de structură. Partea deliberativă este dată de un agent software, numit agent

holonic. Componenta de structură reprezintă partea de execuţie, care se formează dinamic pe

baza stării curente a sistemului holonic, din alţi holoni colaboratori. Holonii implicaţi, numiţi

holoni contractori, sunt aleşi printr-un protocol de coordonare adecvat, în urma unui proces de

planificare, astfel încât holonii selectaţi au capabilităţi în soluţionarea scopurilor propuse. O

excepţie există în cazul unor holoni, la care componenta de structură cuprinde implicit un

dispozitiv fizic de execuţie, dar pe lângă această parte fizică pot fi implicaţi alţi holoni. Într-o

manieră recursivă, holonii contractori îşi formează componenta de structură (vezi Figura 7).

Figura 6. Structura unui holon generic

(Pănescu et al., 2008)

H1

H2 H3

H4

H5

D2

D4

D5

agent holonic

componentă de structură

echipament fizic de execuție

Figura 7. Formarea recursivă a componentelor

de structură

Astfel, structura ierarhică temporară formată dinamic într-un mod recursiv din holoni

contractori şi subcontractori, după un proces de planificare rezultat în urma unui scop, constituie

holarhia. Holarhia este formată astfel încât valoarea fiecărui holon este dată din individualitate şi

unicitate, şi din capacitatea de implicare în vederea folosirii în mod avantajos a resurselor

disponibile. Prin modul de formare a holarhiei se permite implicarea unui holon la una sau mai

16

multe holarhii. Cele două componente ale holonului, agentul holonic şi componenta de structură,

sunt conectate prin mijloacele unei interfeţe de comunicaţie, care facilitează comunicarea între

agenţii holonici sau acolo unde este cazul între agent şi partea fizică de execuţie. În sistemul

holonic există excepţii faţă de modelul generic, în care componenta de structură lipseşte. Este

cazul holonilor introduşi în sistem pentru prevenirea unor conflicte sau pentru eficientizarea

procesului de manufacturare. Cu acest rol, astfel de holoni nu prezintă parte de execuţie

3.3. Clase de holoni consideraţi

În arhitectura holonică HAPBA, clasele de holoni sunt aceleaşi cu cele propuse în

arhitectura de referinţă PROSA, dar rolurile holonilor sunt ajustate în mod specific.

Holonul resursă (HR) corespunde unei resurse fizice din sistemul de fabricaţie (robot

industrial, dispozitiv de stocare, maşină de prelucrare, etc.), resursă care constituie implicit

componenta de structură. Agentul holonic, prin mijloace proprii, gestionează resursa şi expune

serviciile acesteia în sistem.

Holonul produs (HP) corespunde unui produs, semi-fabricat ce urmează a fi realizat

printr-un proces tehnologic specific. Agentul corespunzător menţine în baza de cunoştinţe piese

de cunoaştere despre modelul şi procesul de fabricaţie a produsului. Este implicat activ în

alegerea combinaţiei optime de operaţii şi de resurse, determinând colaborarea cu alţi holoni

produs şi/sau holoni resursă în vederea formarii părţii de structură (părţii de execuţie). Evoluţia

stării de fabricaţie a produsului este menţinută pe parcursul procesului de execuţie.

Holonul ordin (HO) este responsabil cu primirea şi gestionarea comenzilor de producţie,

prin emiterea scopurilor potrivite şi monitorizarea îndeplinirii acestora; reprezintă nivelul curent

într-un nivel superior sub forma unui holon produs complex.

Holonul staff (HS) este responsabil cu menţinerea unei baze de cunoştinţe cu

capabilităţile holonilor; oferă informaţii despre posibili contractori şi este implicat activ în

prevenirea conflictelor dintre holoni în procesul de coordonare.

3.4. Model structural al unui sistem holonic

Structura holonică propusă în HAPBA pentru un sistem HMES este prezentată un mediu

de fabricaţie în Figura 8 (Pănescu şi Pascal, 2010b). Nivelele de producţie (nivel celulă de

fabricaţie, nivel shop floor, nivel întreprindere, etc.) au aceeaşi structură holonică. Legătura între

nivele se face prin holoni ordin. Modul în care un holon ordin este considerat este unul consistent

cu principiul holonic, conform căruia holonul este o entitate cu două feţe: una îndreptată spre

partea interioară, când ne gândim la entitate ca la un holon ordin, şi o altă faţă îndreptată spre

exterior, spre o holarhie de nivel superior, când acelaşi holon se comportă ca un holon produs. În

acest mod, fiecare celulă de fabricaţie este integrată dinamic într-un sistem de fabricaţie ca o

componentă de structură comandată de un holon ordin. Stabilirea unor legături specifice între

celulele de fabricaţie este astfel posibilă şi unde holonul ordin este singurul tip de holon care

poate reprezenta o holarhie şi care poate exista simultan în mai multe structuri holonice, acolo

unde serviciile acestuia sunt necesare. Holonii produs şi resursă au instanţe diferite, adaptate

corespunzător mediului de producţie respectiv. Astfel un holon produs într-un sistem holonic

poate să aibă mijloace diferite în soluţionarea scopului faţă de alt sistem holonic (altă celulă de

fabricaţie). Acest aspect de generalitate şi configurabilitate specific mediului a impus dezvoltarea

unui agent holonic cu o structură generală şi un ciclu de lucru identic pentru toate clasele de

17

holonii – produs, ordin şi resursă, exceptând holonul staff. Acest aspect este unul din principiile

arhitecturii HAPBA.

Figura 8. Modelul structurii holonice

3.5. Elemente principiale privind proiectarea agenţilor holonici

Proiectarea şi dezvoltarea agenţiilor holonici în HAPBA privesc următoarele aspecte:

protocolul Contract Net ca mecanism de coordonare, aplicarea unui mecanism de raţionament de

tip BDI şi considerarea unui mecanism al planificării în spaţiul planurilor. Aceste elemente

necesită a fi extinse şi adaptate mediului de execuţie al fabricaţiei.

Exceptând holonii fără componentă de structură, holonii staff, şi ţinând seama de

arhitectura BDI şi schema de coordonare Contract Net, se consideră trei stări primare, necesare

ale agentului holonic: planificare, execuţie şi aşteptare. În planificare, agentul holonic îşi

construieşte componenta de structură, prin validarea unui plan pentru execuţie. În execuţie,

există o comunicare cu partea de execuţie pentru execuţia acţiunilor (scopurilor) din planul

deliberat (hotărât în urma trecerii holonului prin prima stare menţionată, cea de planificare).

Starea de aşteptare reprezintă intervalul în care agentul holonic nu este implicat într-o activitate

deliberativă/ de comunicaţie cuprinsă în fazele de planificare sau execuţie. Aceste procese,

pentru un scop, pot fi întrerupte şi continuate, astfel încât agentul poate trece în mod repetat prin

starea de aşteptare.

Nevoia unui protocol de coordonare Contract Net extins

Protocolul de coordonare Contract Net (CNP) aplicat în sistemele de execuţie a

fabricaţiei trebuie adaptat corespunzător. Implicarea unui contractor în soluţionarea unui scop

implică două condiţii. Întâi, acesta trebuie să fie adecvat rezolvării scopului şi, apoi, trebuie să

poată să-şi valideze un plan de execuţie (adică să găsească resursele necesare). Se accentuează

faptul că un posibil contractor existent în sistem nu va garanta şi implicarea acestuia. O altă

nuanţă este legată de aspectul de alocare. La existenţa unui scop, un contractor încearcă să-şi

valideze un plan, prin care acesta ar putea efectua scopul. Când un plan a fost validat, putem

afirma despre contractor că s-a alocat scopului. Astfel, resursele acestuia (subcontractori şi/sau

partea fizică) rămân alocate până când managerul va decide neacceptarea ofertei sau până la

utilizarea lor când contractul a fost atribuit. Un alt aspect legat de CNP este privitor la modul de

anunţare a scopurilor în sistem. Anunţarea se face către toţi contractorii care prezintă abilităţi în

soluţionarea scop. Aceste aspecte au condus la stabilirea unor condiţii specifice în utilizarea

coordonării prin CNP:

18

un contractor îşi anunţă intenţia de implicare prin propunerea unei oferte, dacă are un

plan validat şi alocat; în caz contrar răspunde cu o oferă negativă;

un manager are obligaţia ca în urma propunerii unui scop şi primirii ofertelor aferente să

anunţe contractorii în privinţa acceptării sau nu;

un manager va trece la faza de execuţie după ce întregul plan a fost validat şi alocat;

un posibil contractor, fără a primi contractul, poate deveni manager pentru subscopurile

care sunt rezolvabile prin colaborare; fiecare posibil contractor/subcontractor trebuie să

propună o oferă chiar dacă nu poate efectua scopul (în acest caz se numeşte oferă

negativă).

Necesitatea unui mecanism de raţionament BDI extins

Soluţia din arhitectura HAPBA se distinge faţă de cea propusă în (Jarvis et al., 2008) prin

modul în care mecanismul de inferenţă al agentului este integrat în mod activ în procedurile de

planificare şi control. Holonii prin natura lor sunt orientaţi spre cooperare. Acest aspect reiese şi

din modelul generic al holonului propus în secţiunea 3.2., unde structura holonică se formează

din holonii dispuşi să îşi ofere serviciile. Astfel planurile din bibliotecile de planuri ale holonilor

sunt planuri de execuţie, care cuprind şi acţiuni soluţionabile de către alţi holoni. În cazul

special, acela al holonilor resursă, acţiunile lor sunt executate de componenta fizică de execuţie

sau de alţi holoni. Alocarea şi validarea acestor planuri în funcţie de scop şi de starea sistemului

este în sarcina procesului de planificare. Succesiunea de acţiuni a fazei de planificare este, de

asemenea, un plan. Astfel, întregul flux de activităţi de la primirea unui scop până la finalizarea

acestuia constituie un plan; acesta prezintă în prima parte acţiuni cu scop de instanţiere a

şabloanelor de acţiuni din partea a doua. Sub această formă, mecanismul de raţionament este în

principal implicat în procesul de planificare: acesta va determina alocarea unui plan de

planificare relevant scopului şi în context cu starea sistemului de fabricaţie. Atunci când fluxul

de planificare eşuează în validarea fluxului de execuţie, întregul flux este abandonat. Fazele de

planificare şi execuţie sunt întrerupte, introducându-se stări de aşteptare, astfel încât fluxurile a

două sau mai multe scopuri se pot intercala. În Figura 9 se prezintă diagrama de interacţiune-

operare dintre doi holoni, manager şi contractor, considerând protocolul de coordonare Contract

Net. În concluzie, rezultatul mecanismului de raţionament de tip BDI va fi un flux de activităţi ce

va cuprinde partea de planificare şi cea de execuţie

Figura 9. Diagrama de interacţiune-operare holoni

19

3.6. Relaţii intre holoni

Două elemente principiale stabilesc necesitatea unei relaţii apriorice între holoni.

Aplicarea unei metode tradiţionale de planificare din IA (Inteligenţă Artificială), care implică

dezvoltarea planurilor online, nu este adecvată în luarea deciziilor în timp real, în mediul de

fabricaţie. Metoda considerată este aceea a utilizării unei colecţii de planuri parţial formate, într-

un proces offline, şi care sunt ulterior completate online. Între holoni există o relaţie de

cooperare; holonii produs necesită holoni resursă în fabricarea produsului, iar cooperarea între

resurse diversifică modurile de procesare a produselor. Astfel, proiectarea şi dezvoltarea

planurilor unui holon depinde de capabilităţile resurselor şi de cerinţele din sistem. Spre

exemplu, introducea un nou holon produs în sistemul holonic necesită cunoaşterea mediului de

fabricaţie, a capabilităţilor holonilor resursă şi a scopurilor pe care holonii resursă deja existenţi

le pot rezolva. Rezultă astfel modalităţile în care se ajunge la dezvoltarea de holarhii: existenţa

resurselor multiple care pot gestiona un scop şi a planurilor multiple prin care un scop poate fi

atins cu sau fără colaborare. Modurile multiple de formare a holarhiilor depind de capabilităţile

fizice ale resurselor. Atunci când un holon părăseşte sistemul, schema holarhică în care acesta

apare nu va mai putea fi aplicată dacă în sistem nu există un alt holon cu servicii similare.

3.7. Strategii de coordonare

Anticipând elementele care vor fi detaliate în capitolele următoare, atât în urma validării

arhitecturii prin considerente teoretice (Capitolul 4), cât şi în urma analizelor şi experimentelor

efectuate (Capitolul 6), s-au evidenţiat unele dezavantaje ale structurii holonice. Acestea au

condus la completarea schemei de coordonare aplicate în HABPA, prin propunerea următoarelor

strategii: strategia bazată pe holonul staff, strategia ofertării relaxate şi cea a etichetării

scopurilor.

Nevoia unor componente holonice centralizate

Datorită nevoii unei componente centralizate într-un sistem heterarhic se defineşte

strategia bazată pe holonul staff. Nevoia apare din faptul că la nivelul fluxurilor de planificare

pot apărea interferenţe negative, şi acest lucru rezultă din modul în care CNP este o schemă de

coordonare care nu returnează întotdeauna o soluţie pentru o problemă, chiar dacă aceasta există.

Pentru soluţionare, o formă cu o nouă extindere a protocolului CNP este utilizată în HAPBA.

Aceasta implică trei tipuri de entităţi – holonii manager, contractor şi staff. Deoarece operarea

unui contractor nu este afectată de introducerea holonului staff, ciclul acestuia este cel a unui

CNP normal. Pentru agentul holonic care are rolul de manager, la ciclu de lucru este adăugată o

comunicare iniţială şi finală cu holonul staff (vezi Figura 10, unde managerul este un holon

produs şi contractorii sunt holonii resursă), prin care se solicită iniţial lista de posibili contractori

din sistem, care pot soluţiona un set de scopuri, iar în final după finalizarea planificării, holonul

manager va indica acest fapt holonului staff. Elementul de noutate este faptul că holonul staff va

da lista doar atunci când nu pot exista conflicte cu procese de planificare aflate în derulare.

Holonul staff trebuie să asigure nu numai mesajul de validare, ci şi mulţimea de

contractori potenţiali pentru fiecare acţiune (sub-scop). În HAPBA, prin utilizarea acestei

mulţimi, un manager anunţă un scop numai contractorilor indicaţi. Pentru a fi în măsură să

furnizeze astfel de informaţii, este necesar ca holonul staff să primească şi să menţină datele

corespunzătoare de la toţi agenţii holonici care aparţin domeniului său. Oricare holon trebuie să

20

înceapă operarea prin anunţarea (înregistrarea) tipurilor de scopuri pe care acesta este capabil să

le rezolve către holonul staff. În consecinţă, este clar că holonul staff poate detecta cazul când nu

există niciun holon capabil să execute o acţiune cuprinsă în planul unui manager şi poate furniza

un mesaj potrivit. Informaţiile din baza de cunoştinţe a holonului staff sunt folosite în dublu

scop: în ghidarea comunicaţiei în CNP (determinarea contractorilor) şi în mecanismul de blocare

al holonului staff. În legătură cu acesta, abordarea simplă este să se oprească un plan când printre

posibili contractori pentru acesta sunt unii deja implicaţii într-un proces de planificare, în curs de

desfăşurare. Condiţia de blocare pentru un plan πi poate fi exprimată prin:

πj , πj PIP, astfel încât Hπi ∩ Hπj ≠ (2)

unde Hπk este mulţimea care conţine nume ale holonilor:

Hπk = {H | H un holon care rezolva o acţiune din πk } (3)

şi PIP (Planuri în Progres) este o mulţime a tuturor planurilor deja permise, validate (care sunt în

planificare şi nu sunt finalizate încă). Aplicarea acestui algoritm presupune menţinerea

informaţiilor despre holonii implicaţi în procesele de planificare de către holonul staff; aceste

informaţii sunt actualizate de mesajele primite de la manager în primul pas şi al cincilea pas al

ciclului. Condiţia (2) este suficientă şi verificarea ei implică complexitatea O(n), unde n este

cardinalul reuniunii mulţimilor Hπk , pentru toate planurile πk aparţinând mulţimii PIP. Înseamnă

că holonul staff are de-a face cu mai multe sau mai puţine teste înainte de a lua decizia de a

valida o cerere, depinzând de numărul de planuri care sunt în procesare la acel moment.

Figura 10. Diagrama de interacţiune pentru protocolul de coordonare cu holonul staff

Un plan supus procesării care este în aşteptare va fi considerat şi validat pentru tratarea în

CNP, când planurile cu care poate interfera sunt finalizate. În ceea ce priveşte această situaţie,

după ce holonul staff primeşte un mesaj de la un manager despre terminarea unui proces de

planificare, acesta trebuie să-şi actualizeze mulţimea PIP şi să reaplice testul de validare pentru

toate planurile din lista cu planuri întârziate. Oricare ar fi un astfel de plan, dacă nu satisface

21

condiţia de blocare (2), este îndepărtat din listă şi managerul care a făcut cererea primeşte

mesajul de validare de la holonul staff.

Nevoia de ofertare relaxată şi etichetare scopuri

Strategia prezentată anterior necesită a fi aplicată într-un sistem holonic, dar nu este

întotdeauna suficientă. Un efect negativ poate să apară atunci când posibilii contractori au

resurse limitate pentru implicarea lor în diverse acţiuni ale managerului. Este posibil ca un

contractor să poată soluţiona două sau mai multe acţiuni dintr-un plan al managerului, însă într-

un mod secvenţional, sau numai o parte din acţiuni. De exemplu, un holon manager are un plan

cu două acţiuni pentru contractori. În sistemul holonic există doi holoni contractori; primul poate

soluţiona numai prima acţiune, iar al doilea are mijloace să soluţioneze ambele acţiuni, dar nu

simultan. Dacă managerul după anunţarea primului scop alege oferta celui de-al doilea

contractor, a doua acţiune rămâne fără nicio ofertă. Conflictul este unul destul de clar, în care o

alegere greşită va conduce la nerezolvarea scopului, deşi în sistem există o soluţie. Acest caz

reiese din rezultate prezentate în secţiunea 6.2.

Soluţia propusă pentru un asemenea caz, numită strategia de ofertare relaxată, constă în

asigurarea pentru un contractor a posibilităţii de a efectua o ofertă chiar atunci când capacitatea

acestuia este diminuată, la momentul propunerii unei oferte anterioare, cu condiţia ca oferta

suplimentară să se refere la acelaşi plan al managerului. Evident, în acest caz soluţia determinată

de strategia de ofertare relaxată presupune o planificare secvenţială a acţiunilor implicate, aspect

ce este rezolvat de mecanismul de planificare folosit în HAPBA.

Un efect negativ care se poate constata într-un sistem holonic este şi acela care apare

atunci când un scop propus de un manager nu are nicio soluţie, iar în sistem există holoni

contractori care pot fi implicaţi într-o tentativă de soluţionare a scopului, intrând într-un proces

de contractare în care se apelează reciproc şi creează o buclă infinită (Pănescu et al., 2009a).

Strategia propusă în HAPBA pentru eliminarea acestei situaţii, numită strategia de etichetare

scopuri, constă în ataşarea unor etichete însoţitoare ale scopurilor, pe baza cărora holonii

contractori pot detecta apariţia unei bucle în procesul de negociere. Astfel ei pot sista

contractarea, eliminând deficienţa semnalată. Detalii legate de materializarea şi exemplificarea

acestor strategii sunt date în capitolul al şaselea al tezei.

3.8. Structura unui agent holonic de tip JACK. Ciclu de lucru.

În această secţiune se pune în evidenţă o implementare a arhitecturii HAPBA prin

mijloacele platformei JACK (JACK, 2005) sau JADEX (Winikoff, 2005). Structura a unui agent

holonic în JACK, care ţine seama de toate elementele precizate în secţiunile anterioare, este

aceea din Figura 11 (Pănescu et al., 2009b). Se evidenţiază patru blocuri funcţionale (notate de la

I la IV), care sunt corelate cu clasificarea stărilor agentului precizată anterior. Există o

corespondenţă între elementele structurii de implementare şi etapele pe care le presupune

protocolul reţelei de contractare, cu extinderile ce au fost considerate. Blocul I serveşte la

primirea mesajelor de anunţare a scopurilor şi de acordare a contractelor. Blocul II se ocupă de

acţiunile privind planificarea referitoare la selectarea scopurilor, la calcularea şi trimiterea

costului ofertelor. Blocul III selectează scopurile care au primit contractele de execuţie şi

transmite comenzi de acţiune spre componenta de structură a holonului, într-un mod iterativ.

Blocul IV apare numai la holonii resursă şi reprezintă canalul de comunicaţie între agentul

holonic şi dispozitivul fizic de execuţie.

22

Bazele de cunoştinţele ale agentului sunt formate prin utilizarea a trei entităţi de tip

BeliefSet (acestea sunt reprezentate grafic în figură prin cilindri) despre: scopuri şi contractele

primite/acordate, starea mediului, despre istoria mesajele de colaborare cu alţi holoni. Planurile

sunt reprezentate din dreptunghiuri cu colţuri rotunjite. Prin săgeţi sunt reprezentate evenimente,

care sunt declanşate la apariţia unui eveniment extern (de exemplu, un mesaj de la alt agent

holonic), la existenţa unei piese de cunoaştere în bazele de cunoştinţe sau de la acţiune dintr-un

plan. Suplimentar, blocul I cuprinde un mecanism pentru primirea unui set de scop prin

recepţionarea de mesaje consecutive. De asemenea, structura proiectată pune în evidentă

posibilitatea alegerii unui scop sau unui contract după prioritate (planurile SelectGoalByPriority

şi SelectContractByPriority). Mecanismul BDI este declanşat de evenimentul

SelectedGoalEvent, prin care se selectează un plan de planificare relevant cu scopul şi în context

cu cunoaşterea agentului

MsgBulkStart

Message

MsgBulkStop

Goals

BeliefSet

update

update

update

SelectGoal

View

NewGoal

CostOfNewGoal

FinalCostOfGoal

CostOfGoal

CostOfSelectedGoal

(PartialGoal)

uses

uses

usesSelectGoal

I

II

SelectedContractPlan

(CompletContract)

III

SelectContractByPriority

uses

uses

uses

SelectContract

update Communication

middleware

SetBulkFlag

AddMessage

ResetBulkFlag

SelectContract

Environment

BeliefSet

CostOfSelectedGoal

(CompletGoal)

usesSelectedGoalEvent

SelectedContractEvent

IV

Messages

BeliefSet

View

SelectGoalByPriority

SelectedContractPlan

(PartialContract)

Figura 11. Structura de proiectare şi implementare a unui agent holonic

Structura de proiectare şi implementare din Figura 11, reprezintă o schemă de referinţă

pentru mediile de dezvoltare de agenţi de tip BDI, şi diferă de alte variante prin vederea

agentului ca o entitate capabilă să comunice cu nivelele superior, inferior, şi cu entităţile de pe

acelaşi nivel. O implementare după schema prezentată s-a realizat în mediul de dezvoltare

JACK. Această schemă a fost utilizată cu succes în dezvoltarea soluţiilor pentru roboţi mobili

care prezentau nucleul decizional agenţi JACK (Pănescu et al., 2010; Pănescu et al., 2011).

Model de interfaţare cu partea fizică de execuţie

Prin modelul propus pentru agentificare (Pascal et al., 2009) ilustrat în Figura 12 se

urmăreşte adaptarea soluţiei oferite de producător echipamentelor fizice cu un format uşor

conectabil la o aplicaţie externă. Pentru agentificarea resurselor este necesară proiectarea şi

dezvoltarea unor aplicaţii driver care să permită controlul dispozitivului de execuţie. Faţă de

soluţiile clasice, în abordarea propusă se pun în evidenţă două canale de comunicare prin care

agentul comunică cu dispozitivul sau cu controlerul care comanda echipamentul (AEI – agent,

echipament interfaţă), şi prin care dispozitivul poate trimite evenimente către agent (EAI –

echipament, agent interfaţă). Al doilea canal este important şi necesar pentru procesarea în partea

de agent a evenimentelor neaşteptate. Agentul obţine în momentul apariţiei perturbaţiei

23

informaţiile despre posibilele cauze, iar pe baza lor agentul reacţionează într-un mod adecvat. În

(Pascal et al., 2009) se prezintă modul în care un robot industrial este cuplat cu un agent holonic

de tip JACK (Winikoff, 2005) prin mijloacele arhitecturii CORBA, ca o soluţie de comunicare

de nivel inferior. Această soluţie a fost adecvată şi în alte arii, precum în dezvoltarea de

arhitecturi de control de tip servoing (Burlacu et al., 2011),care se doreşte a fi integrată în

arhitectura HAPBA.

aplicaţie

driver EAIAEI

control eveniment

device

bloc

de control

componenta

de structură

IIOP over TCP/IP

Figura 12. Model agentificare dispozitiv fizic

3.9. Concluzie

În diverse cercetării asupra HMES, tehnicile bazate pe agenţi sunt considerate ca

principalele mijloace pentru soluţiile holonice; cu toate acestea, posibilităţile mecanismelor

tehnicilor de planificare din Inteligenţă Artificială nu sunt în întregime folosite şi adaptate la

cerinţele specifice holonilor, şi HAPBA este o încercare în această direcţie. Astfel,

funcţionalitatea holonilor se bazează pe câteva elemente de bază: aceştia funcţionează ca entităţi

autonome, deliberative şi cooperante, cu activităţile sociale care determină organizarea

grupurilor de holoni, numite holarhii, necesare în rezolvarea scopurilor de producţie.

Instanţierea pe care am propus-o pentru arhitectura de tip PROSA are ca elemente

distinctive rolul extins, activ, acordat holonilor de tip produs, aplicarea unor strategii specifice de

coordonare, incluzând şi o extindere şi adaptare a protocolului CNP la cerinţele operării

holonice, luarea în considerare a unei interacţiuni bine definite cu o componentă centralizată, de

tip holon staff şi folosirea proiectare şi implementare a unei platforme multiagent, care să

faciliteze mecanismul de raţionament BDI.

Aşa cum au fost prezentate elementele arhitecturii HAPBA în acest capitol, o continuare

posibilă ar fi aceea a unei dezvoltări ad-hoc, fără o susţinere teoretică adecvată. Însă, în

următorul capitol, se tratează în profunzime aspectele comportamentale ale arhitecturii,

dezvoltându-se elementele teoretice necesare.

24

Capitolul 4 Dezvoltarea unui model Petri pentru HAPBA

4.1. Introducere

În acest capitol se pune în evidenţă unele caracteristici arhitecturii HAPBA prin

mijloacele metodologiei de modelare şi analiză de tip reţea Petri (RP). Se dezvoltă pas cu pas,

pornind de la elementele teoretice legate de planificarea în spaţiul planurilor, de la schema de

interacţiune Contract Net şi de la mecanismul de raţionament BDI, un suport care permite

dezvoltarea logică şi clară a arhitecturii HAPBA.

4.2. Introducere în formalismul reţelelor Petri

În această secţiune sunt prezentate succint formalismele reţelelor Petri monocrome

(Murata, 1989; Păstrăvanu et al., 2002; Hrz şi Zhou, 2007), colorate (Jensen şi Kristensen, 2009)

şi ierarhice. Aşa cum sunt definite, reţelele Petri monocolore permit analiza unor procese cu un

grad de complexitate redus sau a principiului logic de funcţionare; în special se caută sau se

demonstrează existenţa unor efecte negative în sistem (de exemplu, deadlock, bucle, depăşirea

unor capacităţi, încărcarea unor procese etc.). Avantajul major în folosirea reţelelor Petri colorate

îl constituie posibilitatea modelării sistemelor complexe implicând un număr redus de tranziţii şi

poziţii. Un alt aspect favorabil este cel al combinării cu un limbaj de programare Standard ML

(Harper, 2005), care permite procesarea de informaţii pe lângă execuţia efectivă a tranziţiilor.

Această facilitate dă posibilitatea ca modelul obţinut să fie în realitate un prototip care poate fi

analizat atât calitativ, cât şi cantitativ prin mijloacele reţelelor Petri, în special prin studierea

grafului de accesibilitate. În ceea ce priveşte sistemele multiagent, reţelele Petri colorate permit

dezvoltarea bazelor de cunoştinţe ale agenţiilor şi dezvoltarea mecanismelor de interacţiune, în

care prin pasarea jetoanelor se transmite informaţii de la un agent la altul. Aceste aspecte se vor

ilustra pe larg în secţiune 4.12. În practică, complexitatea modelelor mari poate fi structurară pe

sub-modele. Acest avantaj permite dezvoltarea de modele la nivel de mecanisme, de entitate şi la

nivel de sistem prin utilizarea reţelelor Petri ierarhice.

4.3. Modele Petri pentru acţiune şi plan

O primă legătură între elementele planificării în spaţiul planurilor şi reprezentarea lor prin

formalismul reţelelor Petri se detaliază în continuare. Aceste aspecte necesită a fi evidenţiate

deoarece în literatură există o anumită ambiguitate între termenul de acţiune din teoria

planificării şi modelul Petri al acesteia. În (Leitao, 2004; Hsief, 2008; Hsief şi Chang, 2009;

Celaya et al., 2009), autorii afirmă că „o execuţie de tranziţie” este o acţiune (o activitate sau

operaţie) şi, deci, reprezentarea constituie o tranziţie Petri. Sub acest aspect, ambiguitatea există

la interpretarea poziţiilor din model Petri dezvoltat. Distribuţia jetoanelor descrie starea

sistemului prin descrierea stărilor acţiunilor, prin descrierea legăturilor dintre acţiuni şi/sau prin

descrierea combinată a stărilor acţiunilor şi relaţiile lor, aşa cum va rezulta din paragrafele

următoare.

Pentru o construcţie logică trebuie înţeles felul în care se reprezintă o acţiune, respectiv

un plan prin formalismul reţelelor Petri pornind de la planificarea în spaţiul planurilor. O acţiune

(operaţie) pentru un scop este caracterizată prin proprietăţile de relevanţa şi aplicabilitate. Efectul

sau efectele acţiunii dau relevanţa acţiunii, iar aplicabilitatea este dată în funcţie de satisfacerea

precondiţiilor definite.

25

Pornind de la elementele planificării în spaţiul planurilor se poate construi treptat legătura

între aceste elemente şi interpretarea lor în reţele Petri. Existenţa unei acţiuni aj este materializată

în formalismul reţelelor Petri printr-o tranziţie tj. Precondiţiile şi efectele acţiunii aj constituie

poziţiile de intrare, respectiv poziţiile de ieşire. Notam cu Pi-j o precondiţia i a acţiunii aj şi cu Pj-

k un efectul k al lui aj, unde k≠j, i≠j; în sens pur logic, un efect nu va satisface o precondiţie a

aceleaşi acţiuni. Reprezentarea grafică a acţiunii aj împreună cu precondiţiile şi efectele ei este

ilustrată în Figura 13(a) (notaţiile conţin în plus litera a de la acţiune, care uneori va fi omisă).

Totuşi modelul nu reflectă stare în care acţiunea se execută. Notând cu tj şi tj evenimentele care

încep şi termină acţiunea aj, şi prin Pj stare de execuţie, se propune modelul din Figura 13(b),

unde tranziţia tj a fost expandată astfel încât să includă starea de execuţie. Acum tranziţiile Petri

reprezintă în mod clar evenimente care notifică începerea sau terminarea acţiunilor, iar poziţiile

reflectă satisfacerea sau nu a unor precondiţii, stările de execuţie ale acţiunilor sau atingerea unor

efecte.

Figura 13. Model de reprezentare acţiune aj fără (a) şi cu stare (b)

Într-un plan rezultat în urma aplicării unei strategii de planificare, acţiunile sunt legate

prin constrângeri de ordonare sau prin legături cauzale. Legătura cauzală se formează atunci

când o precondiţie a unei acţiuni este satisfăcută de un efect al altei acţiuni; implicit se constituie

o constrângere de ordonare între respectivele două acţiuni . Ţinând cont de acest aspect, poziţia

notată cu Pi-j este o poziţie comună ce reflectă pentru ai un efect, respectiv pentru aj o

precondiţie. Un jeton în Pi-j indică starea de satisfacere a precondiţii i a acţiunii aj, prin efectul

acţiunii ai. În cazul constrângerii simple de ordonare se introduce o poziţie suplimentară legată

de tranziţiile acţiunilor. Poziţie de tip Pi-j prezintă o singură tranziţie de intrare şi una de ieşire.

Un caz particular al unui plan este acela în care planul este format dintr-o singură acţiune.

Un plan la fel ca o acţiune, se caracterizează prin proprietăţile de relevanţă şi

aplicabilitate. Relevanţa este dată de efectul sau efectele unui plan, iar aplicabilitatea este dată

prin satisfacerea precondiţiilor definite.

4.4. Model operaţional al agentul holonic

Un punct distinct în metodologia propusă se referă la dezvoltarea modelelor Petri valide

pentru trei tipuri de holoni – ordin, produs şi resursă. Aceste tipuri au implicit două faze de

operare pentru un agent holonic: planificarea şi execuţie. Faza de planificare începe din

momentul primirii unui scop şi se finalizează fie la găsirea unui plan care să soluţioneze scopul

sau la abandonare, când se consideră lipsa unei soluţii. Faza de execuţie începe din momentul

când un plan complet este validat în schema holonică şi priveşte efectuarea şi monitorizarea

setului de acţiuni stabilite. Cele două faze sunt întrerupte şi continuate atunci când planul ales

implică colaborarea cu alţi agenţi holonici. Un regim special îl au holonii staff pentru care se

considera modele Petri specifice.

Modelul proiectat ce descrie funcţionalitatea agentului holonic (Pănescu şi Pascal, 2010a;

Pănescu şi Pascal, 2011b) este reprezentat în Figura 14 şi reflectă activităţile de baza ale

agentului: planificare în partea stângă şi execuţie în partea dreaptă. Prin urmare, prezenţa unui

26

jeton în poziţia P1 indica implicarea agentului într-o activitate de planificare, respectiv realizarea

de către agent a unei activităţi deliberative în partea de execuţie, când un jeton este prezent în

poziţia P2. Pe lângă aceste activităţi, agentul holonic poate fi într-o state de aşteptare notată prin

P0; aceasta indică disponibilitatea pentru o acţiune deliberativă. Prin tranziţii Petri sunt indicate

evenimente care încep, întrerup, continuă şi termină fazele de planificare şi execuţie, în

conformitate cu protocolul de coordonare Contract Net. Aceste tranziţii sunt prezentate succint în

0. Pentru un scop secvenţa de tranziţii executate în planificare este dată de τ1 = t1{t2 t3}t4 şi

continuată în execuţie, dacă planificarea a fost cu succes, fie de secvenţa τ2 = t5 t6 dacă oferta a

fost refuzată, sau de secvenţa τ3 = t5 t8 t7 {t8 t7} t6. Pentru mai multe scopuri secvenţele se pot

întrepătrunde şi putem anticipa încă de pe acum necesitatea unor tranziţii prioritare pe care le

putem clasifica în două clase: evenimente referitoare la scopuri/contracte interne, respectiv

externe. Prioritare sunt acelea generate intern, iar în aceeaşi clasă prioritatea este stabilită în

următoarea ordine: reacţia la feedback (t7), contracte (t5), oferte (t3) şi mai puţin prioritară reacţia

la scopuri noi (t1). La baza ordonării stau următoare aspecte. Apariţia unei disfuncţionalitate

trebuie tratată prima, dealocarea resurselor la primirea mesajului de neacordare contract este a

doua prioritate, iar în partea de planificare, continuare planificării este prioritară. Între două

evenimente de acelaşi tip pentru scopuri diferite prioritar este evenimentul primului scop sosit

sau considerat.

Figura 14. Model Petri primar pentru agent holonic

În timpul procesului de planificare pot apărea alte acţiuni legate de schema de contractare

şi care nu întrerup procesul de planificarea; de exemplu, acţiuni de trimitere mesaje de refuzare

oferte. Aceste acţiuni sunt prinse în tranziţiile care întrerup sau termină planificarea, adică t2 şi t4,

şi locul lor este dat de strategia de planificare aplicată. Abandonarea planificării este indicată de

asemenea de tranziţia t4 şi are efect de propunere a unei oferte negative.

Tabelul 3. Descriere tranziţii pentru modelul primar al agentului holonic

Tranziţie Eveniment Moment Prioritate

t1 începere planificare primire scop 4

t2 întrerupere planificare propunere sub-scopuri -

t3 continuare planificare primire oferte 3

t4 terminare planificare propunere ofertă/contract intern -

t5 începere execuţie primire contract 2

t7 continuare execuţie primire feedback-uri 1

t8 întrerupere execuţie trimitere comenzi/contracte -

t6 terminare execuţie trimitere feedback/scopuri interne -

27

În concluzie, modelul propus în Figura 14 reflectă două aspecte importante: evidenţierea

stărilor de planificare, execuţie şi de aşteptate în care agentul holonic poate fi, şi indicarea

evenimentelor care încep, întrerup, continuă şi termină fazele de planificare şi execuţie. În plus,

modelul va sta la baza modelelor de detaliu pentru planificare, execuţie şi respect pentru

mecanismul de raţionament de tip BDI.

4.5. Formalizarea execuţiei

Noţiunea de acţiune din metodologia de planificare în spaţiul planurilor este considerată

prin Definiția 1 în formalizarea execuţiei (Pănescu şi Pascal, 2011a):

Definiția 1. O acţiune de execuţie aj a unui holon este o operaţie pentru componenta sa

fizică sau pentru alt holon, exceptând acţiunile fictive a0 şi a.

Acţiunile fictive a0 şi a simbolizează în spaţiul planurilor starea iniţială, respectiv starea

finală (starea scop) la care se ajunge din starea iniţială după aplicarea unui set de acţiuni.

Structura de acţiuni între a0 şi a constituie un plan complet pentru faza offline (presupune

precizarea tuturor acţiunilor), cu acţiuni parţial ordonate şi variabile neasignate, pentru care s-a

aplicat principiul celei mai mici angajări (în engleză, least commitment principle). Planul poate fi

exprimat cu ajutorul unor reguli derivate din notaţia BNF (în engleză, Backus-Naur Form) prin

Definiția 2:

Definiția 2. Un plan de execuţie al unui holon se defineşte prin:

0:: " " _ " "a part a (4.1)

_ :: | "(" _ ")"| " " _ |

" " _ | _ " " |_ " "

j j

j j

j

part a part a parta part part a

part a

(4.2)

unde a0, a şi aj au semnificaţia din Definiția 1, în timp ce simbolurile ≺ şi ≼

reprezintă operatori de ordonare a acţiunilor.

Operatorul de ordonare ≺ restricţionează începerea acţiunilor din partea dreaptă după ce

acţiunile din partea stângă sunt finalizate. Operatorul ≼ indică faptul că nu există nicio restricţie

de ordonare între două acţiuni sau părţi din acţiuni. Acest operator este utilizat explicit în scopul

evidenţierii grupurilor de acţiuni sau seturi de acţiuni între care nu sunt stabilite constrângeri.

Totuşi, planurile complexe nu pot fi exprimate numai prin operatorii de ordonare şi atunci este

necesară utilizarea parantezelor pentru delimitarea unui set de acţiuni pentru care se aplică un

operator. Simbolul „|” din relaţia (4.2) delimitează posibilităţile de formare a unui plan parţial

prin reflectarea relaţiile sub-planului cu celelalte componente ale planului (definiţia este de tip

recursiv).

În abordarea considerată, acţiunile fictive ale unui plan de execuţie sunt utilizate de

mecanismul de raţionare BDI la selectarea intenţiei, unde a priveşte condiţia de relevanţă, în

timp ce a0 reprezintă condiţia de filtrare de context (vezi (4.1)). Această posibilitate este dată

prin înţelegerea că un plan este aplicabil dacă şi numai dacă este relevant scopului şi

precondiţiile iniţiale sunt satisfăcute. În abordarea propusă, din punct de vedere al planificării,

planul nu este obţinut pornind de la zero, ci fiecare agent holonic este înzestrat cu o bibliotecă de

planuri în funcţie de rolul şi capabilităţile holonului. Pentru fiecare plan din bibliotecă acţiunea

28

a va indica relevanţa faţă de un scop, iar acţiunea a0 va indica condiţiile necesare aplicării

planului.

În expresia (4.3) (vezi Figura 15), parantezele nu sunt necesare întrucât se subînţelege

despre acţiunile a2 şi a3 că sunt ordonate după acţiunea a1 şi ordonează acţiunea a4.

3 0 1 2 3 4e a a a a a a

(4.3)

Utilizarea planurilor parţial ordonate flexibilizează posibilităţile de operare ale unui

sistem holonic. Lipsa ordonării între acţiunile a2 şi a3 permite acestora o execuţie simultană de

către holoni diferiţi sau una secvenţială a unui singur holon, unde este posibilă alegerea ordinii

de execuţie.

Figura 15. Plan simplu de execuţie ordonat parţial

Conform cu Definiția 1 planurile de execuţie conţin acţiuni pentru alţi holoni şi/sau

pentru componenta fizică de execuţie. Implicarea agentului holonic în aceste planuri va fi în

continuare ilustrată prin considerarea activităţilor adiţionale, deliberative, de coordonare,

sincronizare sau de analiză, necesare acţiunilor de execuţie. Pentru planurile de execuţie aceste

activităţi adiţionale sunt cele de acordare contracte sau trimitere comenzi către dispozitivul de

execuţie, de analiză feedback, de generare feedback la terminarea planului de execuţie sau

emitere de scopuri interne la apariţia unor factori perturbatori. Diferenţa între acţiunile propriu-

zise (acţiuni definite în planul de execuţie) şi cele adiţionale constă în: prima categorie preocupă

activităţi în ceea ce priveşte mediul de fabricaţie, unde actorii sunt alţi holoni sau dispozitivele

fizice de execuţie, în timp ce a doua categorie cuprinde toate operaţiile interne, deliberative ale

agentului holonic. Conform cu afirmaţiile anterioare, acţiunile adiţionale se definesc prin

(Pănescu şi Pascal, 2011a):

Definiția 3. O acţiune adiţională a unui holon este o activitate efectuată de agentul holonic la

rezolvarea unui task deliberativ, de coordonare sau comunicare.

Un plan de execuţie completat cu acţiunile adiţionale formează un flux de execuţie (în

engleză, workflow). Termenul de flux de execuţie este preferat întrucât planul obţinut în urma

completării cuprinde atât acţiuni ale agentului holonic cât şi ale altor entităţi, care împreună

conduc la soluţionarea scopului.

Un mod sistematic de construcţie a unui flux de execuţie constă în considerarea a două

acţiuni adiţionale adiacente (aj’ şi aj”) pentru fiecare acţiune de execuţie: o acţiune ca

precondiţie aj’ care conţine toate activităţile necesare agentului holonic înaintea începerii acţiunii

propriu-zise aj, şi o acţiune post-condiţie aj” constând în toate activităţile necesare agentului

holonic după terminarea acţiunii aj (vezi Figura 16). O detaliere a unei acţiuni adiţionale permite

evidenţierea în mod explicit a activităţilor ce compun acţiunea. Două acţiuni adiţionale

neseparate printr-o acţiune propriu-zisă (de exemplu, o post-condiţie a unei acţiuni şi o

precondiţie a altei acţiuni) pot fi considerate într-un flux ca o singură acţiune adiţională, deoarece

acestea sunt efectuate de aceeaşi entitate – agentul holonic. Luând în considerare acţiunile

29

adiţionale şi noţiunea de plan de execuţie dată de Definiția 2, fluxul de execuţie este materializat

prin Definiția 4 (Pănescu şi Pascal, 2011a).

Figura 16. Acţiuni adiţionale pentru o acţiune de execuţie

Definiția 4. Un flux de execuţie se obţine dintr-un plan de execuţie prin aplicarea

următoarelor reguli:

Regula 1. Toate acţiunile unui plan de execuţie apar în flux împreună cu acţiunile lor

adiţionale, ca precondiţie şi post-condiţie, exceptând acţiunile fictive.

Regula 2. Toate acţiunile planului de execuţie care sunt ordonate parţial (acele acţiuni

conectate prin operatorul ≼) şi preced aceeaşi acţiune, considerând şi acţiunea fictivă

a∞, vor avea acţiunile lor adiţionale ca post-condiţie grupate într-o singura acţiune

adiţională ca post-condiţie.

Regula 3. Toate acţiunile planului de execuţie care sunt ordonate parţial şi succed

aceeaşi acţiune, considerând şi acţiunea fictivă a0, vor avea acţiunile lor adiţionale ca

precondiţie grupate într-o singură acţiune adiţională ca precondiţie.

Regula 4. Toate acţiunile adiţionale adiacente de forma post-condiţie şi precondiţie

vor fi grupate ca acţiuni adiţionale.

În acest mod fluxul de execuţie include toate operaţiile necesare rezolvării unui scop.

Explicaţia pentru regulile anterioare priveşte redundanţa tuturor acţiunilor pre şi post condiţie

considerate. În consecinţă, toate activităţile de coordonare şi deliberare ale agentului holonic, fie

de finalizare a unei acţiuni de execuţie ori de începere a următoarei acţiuni de execuţie sunt

grupate într-o singură activitate a agentului holonic. Aplicarea regulilor 1 - 4 asupra planurilor de

execuţie din (4.3), reprezentate în Figura 15, a condus la obţinerea fluxurilor de execuţie din

Figura 17, având expresiile din (4.4).

3 0 1 1 1 2,3 2 3 2,3 4 4 4we a a a a a a a a a a

(4.4)

Figura 17. Flux de execuţie simplu

4.6. Model Petri pentru flux de execuţie

Continuând formalizarea execuţiei cu aspecte de modelare, un flux de execuţie poate fi

modelat printr-o reţea Petri, unde o poziţie reprezintă starea unei acţiunii – prezenţa unui jeton

indică execuţia acţiunii, iar o tranziţie înseamnă un eveniment spre/din mediul holonic. Cum

schema holonică este ghidată de evenimente, o tranziţie poate grupa o serie de evenimente pentru

reducerea gradului de detaliere a modelului (vezi secţiunea 3.2). Astfel, unde este posibil, o

tranziţie defineşte terminarea unei acţiuni împreună cu începerea următoarei acţiuni. În acest fel

se grupează evenimentul de terminare acţiune cu cel de începere al altei acţiuni. Vom numi în

30

primă fază modelul primar al unui flux de execuţie, modelul Petri obţinut din fluxul de execuţie

fără să considerăm actorii (resursele) care vor fi implicaţi în execuţia acţiunilor.

Definiția 5. Un model primar al unui flux de execuţie este reprezentat printr-o reţea Petri

de tip graf marcat, fără marcaj iniţial, în care sunt considerate toate acţiunile

fluxului.

Modelul primar al fluxului de execuţie din Figura 17 este transpus în model Petri

corespunzător în Figura 18 şi este strâns legat de modelul de bază al agentului holonic (vezi

Figura 14). Poziţiile P2(i) sunt stările acţiunilor adiţionale la care agentul holonic se implică şi

toate aceste poziţii reflectă poziţia P2 din modelul de bază. Stările sunt indexate întrucât definesc

acţiuni deliberative distincte într-un flux, iar numărul lor indică de câte ori agentul holonic este

implicat în flux. Stările acţiunilor de execuţie sunt notate prin Paj. Evenimentele care indică

începerea, terminarea sau terminarea-începerea (prin grupare) acţiunilor sunt definite prin

tranziţii, care sunt în relaţie cu protocolul de coordonare conform explicaţiilor date la modelul de

bază al agentului holonic. Un flux de execuţie este început în urma evenimentului de acordare

contract (marcat prin t5) şi este terminat după execuţia tranziţiei t6. Acţiunea fictivă a0 din fluxul

de execuţie reprezintă condiţia de execuţie a tranziţiei t5, indicând necesitatea unor premise

pentru începerea unui flux de execuţie. La acţiunea a se ajunge în urma execuţie tranziţiei t6,

indicând finalizarea cu succes a fluxului de execuţie. Acţiunile fictive pot fi reprezentate prin

poziţii corespunzătoare de intrare ale tranziţiei t5, respective de ieşire ale tranziţiei t6. Modelul

rezultat este unul de tip graf marcat, corect format, fără marcaj iniţial.

Figura 18. Model primar al fluxului de execuţie din Figura 17

Următorul pas în completarea modelul primar constă în specificarea resurselor (actorilor)

care soluţionează acţiunile. Modelul primar este completat cu poziţii suplimentare care vor

marca disponibilitatea sau nu a actorilor. În cazul acţiunilor adiţionale, agentul holonic reprezintă

resursa care se implică în acestea; astfel, poziţia notată prin P0 – indicând disponibilitatea

agentului holonic (vezi Figura 14) – este conectată la tranziţiile de intrare şi de ieşire ale

poziţiilor acţiunilor adiţionale (P2(i)) în modul firesc de alocare şi respectiv dealocare a resursei.

Pentru fiecare acţiune propriu-zisă Paj, o poziţie PRaj este adăugată şi conectată ca poziţie de

intrare pentru tranziţia de intrare corespunzătoare poziţiei Paj. Un jeton în poziţia PRaj va marca

existenţa unui contractor alocat pentru acţiunea aferentă. Sarcina de alocare revine mecanismului

de planificare, al cărui model va fi prezentat în secţiune 4.8. Eliberarea actorului după finalizarea

acţiunii de execuţie nu va fi ilustrată (arc de la tranziţia de ieşire a poziţiei Paj la PRaj) din simplul

motiv că ar conduce la înţelegerea că din fluxul de execuţie este posibil alocarea resurselor. Un

caz special există şi se referă la holonul resursă unde un actor este propriul dispozitiv fizic de

execuţie. Eliberarea resursei în acest caz necesită a fi prinsă în model şi dacă există mai multe

acţiuni care se rezolvă prin resursa proprie, atunci acestea se reprezintă printr-o singură poziţie.

Marcajul iniţial înainte de planificare nu va conţine jetoane pentru poziţiile PRaj şi va conţine

31

jetoane după ce procesul de planificare s-a terminat cu succes. Rezultatul completării modelului

primar din Figura 18 este ilustrat în Figura 19 şi definit în (Pănescu şi Pascal, 2011a) prin:

Definiția 6. Un model final al unui flux de execuţie este reprezentat prin o reţea Petri

obţinută din modelul primar, completată corespunzător în aşa fel încât să reflecte

condiţiile de necesitate a resurselor.

Modelul primar, aşa cum este ilustrat în Figura 18, este completat cu un număr de poziţii

egal cu numărul de acţiuni de execuţie, plus o poziţie pentru agentul holonic. Arcele care

modelează angajarea şi eliberarea agentului holonic pentru acţiunile adiţionale şi cele care indică

condiţiile de disponibilitate actori pentru acţiunile de execuţie sunt de asemenea considerate. În

cazul particular când o acţiune sau mai multe vor fi executate de propriul dispozitiv fizic (cazul

unui holon resursă), poziţiile acestora vor primi jetoane de la procesul de planificare, fără

aplicarea procesului de contractare.

Figura 19. Model final al fluxului de execuţie din Figura 18

Fluxul de execuţie este complet alocat dacă şi numai dacă toate poziţiile PRaj ale

modelului final au câte un jeton. Modelul prezentat nu cuprinde cazul când o entitate alocată

unei acţiuni eşuează în execuţie. Agentul holonic, aşa cum s-a prezentat în această secţiune, este

pentru fluxurile de execuţie o resursă partajată secvenţial şi formează o excludere mutuală

secvenţial. împreună cu perechile de tranziţii de începere şi terminare ale acţiunilor adiţionale.

4.7. Formalizarea planificării

Un plan de execuţie conform cu Definiția 2 apare în biblioteca de planuri ca o structură

de acţiuni parţial ordonate, cu variabile neasignate, la care s-a aplicat principiul celei mai mici

angajări în legătură cu constrângerile impuse. Ultima parte din procesul de planificare este

efectuată de agentul holonic şi implică două etape: (1) căutarea unui plan aplicabil scopului

primit prin încercarea de legare a parametrilor din scop cu variabile din plan şi (2) asignarea

variabilelor – etapă cunoscută în literatură sub numele de proces de alocare resurse. Se impune

ca rezultatul planificării să constituie o soluţie optimă, fie prin utilizarea propriei resurse fizice

(cazul holonilor resursă), fie apelând la colaborare prin contractarea de sub-scopuri. În această

secţiune se consideră cazul contractării, în care accentul este pus în procesul de planificare pe

găsirea şi selectarea contractorilor. Rezultatul planificării va fi un plan de execuţie validat şi cu

toate acţiunile alocate. De notat este faptul că planificarea nu implică modificări directe în

mediul de fabricaţie, ci poate căuta şi aloca actori (contractori).

Vom considera o acţiune de planificare ap

j ca fiind o activitate de planificare pe care o

exercită fiecare posibil contractor în vederea implicării sau nu în soluţionarea acţiunii de execuţie

aj. Formularea acţiunii de planificare este similară cu aceea a acţiunii de execuţie întrucât alţi

holoni o execută. În execuţia acţiunii de planificare, o parte din contractori, prin propriul lor

32

proces de planificare, se alocă pentru acţiunea de execuţie. Pentru manager, rezultatul unei astfel

de acţiunii de planificare este alocarea individuală a contractorilor. Atunci când pentru o acţiune

de execuţie s-au alocat mai mulţi contractori, managerul va selecta un singur contactor şi va

declanşa evenimente privind dealocarea pentru restul. Prin cele enunţate, o acţiune de planificare

are Definiția 7.

Definiția 7. O acţiune de planificare ap

j este o activitate de planificare pe care o exercită

fiecare posibil contractor în vederea implicării sau nu în soluţionarea acţiunii de

execuţie aj.

Considerând pentru fiecare acţiune de execuţie o acţiune de planificare, planul rezultat

trebuie transformat într-un plan complet ordonat, unde există posibilitatea ca două sau mai multe

acţiuni să fie comasate. Prin comasare se înţelege aici anunţarea simultană în sistem a scopurilor

pentru acţiuni, iar procesul de planificare este continuat după primirea întregului set de oferte. În

acest fel se simplifică şi se generalizează planul de planificare prin propunerea simultană de

scopuri. Un plan de planificare este definit prin:

Definiția 8. Un plan de planificare p se defineşte prin relaţia (4.5), unde Si , i = 1…p,

sunt subseturi disjuncte de acţiuni ordonate complet pentru care se anunţă scopuri,

şi reflectă procesele de planificare ale contractorilor pentru planul de

execuţie e aferent.

0 1... ...p p p pS Si Spa a a a a (4.5)

În continuare, se consideră ca suport pentru exemplificare planul de execuţie dat de

relaţia (4.3) şi ilustrat în Figura 15. Cazul avut în vedere este cu planul vând toate cele patru

acţiuni pentru contractare. În (4.6), (4.7) şi (4.8) sunt prezentate trei variante de planuri de

planificare, în care se pune în evidenţă posibilitatea ca două sau mai multe acţiuni să fie

comasate (grupate). Planul din (4.8) este un caz extrem prin faptul că se anunţă în sistem

simultan scopuri pentru toate acţiunile din planul de execuţie. Această variantă este des întâlnită

în schemele de contractare şi poate fi aplicată doar atunci când nu există restricţii între acţiuni.

Spre exemplu, variabile de legare impun restricţii în sensul că oferta unui contractor va influenţa

modul de formulare scop pentru o acţiune care succede. În acest sens se propune Teorema 1.

p p p p p

a a a a a a03a 1 2 3 4

(4.6)

p p p p

a a a a a0 1 2,3 43b

(4.7)

p p

a a a03c 1,2,3,4

(4.8)

Teorema 1. Dăcă între două acţiuni nu există variabile de legare, atunci ele pot fi anunţate

simultan (demonstrația teoremei este dată în teza de doctorat).

Implicarea agentului holonic în planul de planificare se indică prin considerarea

acţiunilor adiţionale ( pSia ) înainte şi ( p

Sia ) după fiecare set de acţiuni pSia . Aceste acţiuni

adiţionale grupează toate activităţile deliberative înaintea propunerii setului de scopuri şi,

33

respectiv, acele activităţi ce apar după primirea ofertelor. Planul obţinut în urma considerării

acţiunilor adiţionale formează un flux de planificare, în care două acţiuni adiţionale adiacente

sunt grupate sub o singură acţiune.

Definiția 9. Un flux de planificare al unui plan de execuţie este o secvenţă de acţiuni

total ordonată, sub forma:

0 1 1 1 2 ( 1) ( 1).... ...wp p p p p p p pS S S S Si SpS i Si Si S ia a a a a a a a a (4.9)

unde ( 1)p

Si S ia este o acţiune adiacentă formată prin gruparea acţiunilor p

Sia şi ( 1)p

S ia .

Fluxul de planificare pentru planul din (4.7) este dat în (4.10) şi reprezentat în Figura 20,

unde 1pa este acţiunea adiţională anunţare scop pentru acţiune 1a , 1

pa reprezintă acţiunile de

planificare ale altor holoni, 1-2,3pa este acţiunea adiţională de analizare oferte şi anunţate scopuri

pentru acţiunile a2 şi a3. Restul acţiunilor din flux se explică similar.

wp p p pa a a a a a a a a0 1 1 2,3 2,3 4 41 2,3 43b

(4.10)

Figura 20. Flux de planificare al unui plan de execuţie

În planul de planificare, acţiunea fictivă a∞ va indica stare în care un plan de execuţie este

complet definit şi pregătit pentru execuţie, iar a0 va indica starea iniţială necesară pentru

considerarea planului de execuţie. Acţiunea a∞ este atinsă atunci când fluxul de planificare

reuşeşte să valideze un flux de execuţie corespunzător, ceea ce înseamnă alocarea resurselor,

considerând constrângerile aferente pentru toate acţiunile de execuţie din plan.

Aşa cum se prezintă fluxul de execuţie, acestea ar trebui întotdeauna să conducă către o

soluţie. În realitate, un flux de execuţie poate fi abandonat din lipsă de contractori pentru o

acţiune din plan. În cadrul execuţiei acţiunilor adiţionale, fluxul de planificare se poate abandona

şi, atunci, o acţiune adiţională ad trebuie să urmeze. La execuţia lui ad se dealocă variabile

asignate, în special contractorii selectaţi, iar apoi se poate considera un alt flux de planificare sau

refuzarea în implicarea rezolvării scopului. Acţiunea ad nu a fost reprezentată explicit într-un

flux de planificare, dar aceasta întotdeauna există.

Alegerea unui plan de planificare cu acţiuni complet ordonate are la bază trei motive:(1)

un proces de planificare este de obicei unul secvenţial, (2) frecvenţa de solicitare a agentului

holonic într-un task deliberativ este mai mare într-un flux de planificare decât într-un flux de

execuţie, (3) un flux de planificare foarte reactiv la ofertele primite este greu de realizat şi

studiat.

4.8. Model Petri pentru flux de planificare

Modelul Petri al unui flux de planificare se obţine din fluxul corespunzător prin

abstractizarea stării de execuţie a fiecărei acţiuni printr-o poziţie. Se notează prin P1(j) starea unei

acţiuni adiţională, respectiv prin Pap

j starea unei acţiuni de planificare. Evenimentele care indică

începerea şi terminarea acţiunilor sunt reprezentate prin tranziţii. Unele dintre tranziţii reprezintă

atât terminarea unui set se acţiuni cât şi începerea altui set de acţiuni (vezi 4.3). Aceste

evenimente sunt strâns legate de evenimentele prezentate la modelul primar al agentului holonic

34

(vezi Figura 14), unde se pune în evidenţă legătura cu protocolul Contract Net; astfel, terminarea

unei acţiuni adiţională în planificare indică întreruperea sau terminarea fluxului, sau începerea

acţiunii va reprezenta începerea sau continuarea fluxului. În acest mod, modelul primar pentru

fluxul de planificare din (4.10) (vezi Figura 20) este prezentat în Figura 21 cu linie continuă. Se

ajunge la modelul final prin indicarea stărilor actorilor pentru acţiunile adiţionale, în acest caz –

agentul holonic (P0). Stările actorilor pentru acţiunile de planificare nu vor apărea în model

deoarece existenţa unui contractor nu garantează şi implicarea acestuia în soluţionarea acţiunii de

execuţie. Modelul final este reţeaua Petri completă din Figura 21, definită prin (Pănescu şi

Pascal, 2011a):

Figura 21. Model final al fluxului de planificare din Figura 20

Definiția 10. Un model final al unui flux de planificare este obţinut prin cuplarea

modelului său primar cu o poziţie corespunzătoare disponibilităţii agentului holonic

şi arce care conectează această poziţie cu tranziţiile de intrare şi ieşire, în

conformitate cu angajamentul agentului în procesul de planificare.

4.9. Conexiunile dintre planificare şi execuţie

Conexiunile dintre planificare şi execuţie apare la formarea agentului holonic şi la

operarea acestuia.

Formarea agentului holonic

Procesul de proiectare începe prin stabilirea planurilor de execuţie care compun

biblioteca de planuri ale agentului holonic. Fiecare plan este completat corespunzător la

obţinerea fluxului de execuţie, unde acest flux are un model echivalent dat printr-o reţele Petri

(vezi Figura 22). De asemenea, planul de execuţie poate fi transformat într-un flux de planificare,

cu un model Petri corespunzător.

Figura 22. Schemă de formare fluxuri de execuţi şi planificare

Operarea agentului holonic

A doua conexiune între planificare şi execuţie apare în timpul operării agentului holonic.

De această dată, procesul de planificare are ca obiectiv de a validare şi completa cu elemente

necesare un flux de execuţie. Când scopul este îndeplinit, fluxul de execuţie are toate variabilele

asignate, ceea ce implică stabilirea actorilor pentru acţiunile de execuţie în relaţie cu

35

constrângerile existente. În Figura 23 se prezintă sub formă de model Petri conexiunea pentru

planul de execuţie din (4.3) (vezi Figura 17), care cuprinde patru acţiuni de execuţie ce trebuie

alocate. După cum se observă, modelul are în partea superioară pentru fluxul de planificare şi în

partea inferioară modelul fluxului execuţiei. Reţeaua a fost completată cu elemente care pun în

evidenţă: felul în vare fluxul poate fi abandonat şi, în cazul abandonării, un mecanism pentru

dealocarea actorilor alocaţi până atunci.

Modelul propus scoate în evidentă două aspecte. Când procesul este abandonat după

primirea ofertelor la primul set de acţiuni propuse, atunci se poate sări peste activitatea de

dealocare (tranziţia t4a(1) este conectată direct la poziţia PDE). Al doilea aspect constă în lipsa

dealocării pentru ultimul set de acţiuni. Când pentru ultimul set o acţiune nu are contractor,

atunci pentru restul de acţiuni din set nu se mai asignează contractori.

P2(1) P2(2) P2(3) P2(4)Pa1 Pa2

Pa3

Pa4

PRa2

PRa3

PRa4PRa1

t8(3)t8(2)t8(1)t7(3)t7(2)t7(1)

t5t6

PP

PP

PDE

tDRa3

tdRa1

tdRa2

t 4a(1)

t 4a(2) t 4a(3)

t4a

1(1)P 1(2)P 1(3)P 1(4)Pp1aP p

2,3aP p4aP1t 3(1)t2(1)t 2(3)t2(2)t 3(2)t 3(3)t 4t

Pad

t de

Figura 23. Exemplu de cuplare planificare-execuţie

În concluzie, modelele prezentate anterior definesc şi modelează comportamentul

agentului holonic – de planificare şi execuţie. Modelul fluxului de execuţie poate fi analizat după

completarea acestuia cu câteva elemente. Acestea apar în Figura 24 cu linie întreruptă, unde:

poziţia Pp are aceeaşi semnificaţie cu cea din Figura 23 şi are tranziţie de intrare pe t6 pentru a

putea analiza repetabilitatea fluxului. Poziţiile resurselor (PRaj) sunt completate cu tranziţii de

intrare pentru a indica eliberarea resurselor după utilizarea lor în flux. Situaţia ce poate fi

analizată este atunci când se consideră procesul de planificare terminat cu succes, ceea ce

înseamnă ca starea iniţială să cuprindă jetoane în poziţiile PRaj, Pp şi P0.

Figura 24. Model Petri folosit la analizarea corectitudini unui flux de execuţie

36

Cu ajutorul aplicaţiei CPN Tool (CPN Tools, 2011) s-a obţinut graful de accesibilitate al

modelului din Figura 24, arătând următoarele rezultate: reţeaua Petri este viabilă şi mărginită, şi

marcajul reprezentând fluxul terminat cu succes este atins. Dacă starea iniţială este schimbată,

spre exemplu se consideră două jetoane în poziţia PP, atunci aceeaşi procedură de analiză indică

un blocaj (un deadlock) ce poate apărea (trei marcaje deadlock s-au găsit). Din fericire, o astfel

de situaţie nu este posibilă în metodologia dezvoltată: dacă două jetoane sunt în poziţia PP atunci

înseamnă că procesul de planificare validează fluxul de execuţie pentru două scopuri şi are efect

asignarea unui număr egal de resurse pentru fiecare acţiune. Aceasta semnifică faptul că modelul

de reţea Petri va avea două jetoane în fiecare poziţie a resurselor şi astfel deadlock-ul este

eliminat. Alte rezultate au fost obţinute şi acestea sunt prezentate în capitolul referitor la

experimente.

4.10. Model al mecanismului de raţionare BDI

Din punct de vedere al procesului de efectuare a raţionamentelor Belief Desire Intention

(BDI) al agentului, modelul aferent va indica principalele activităţi: selectarea şi alocarea

planurilor relevate unui scop (această activitate este notată prin A), selectarea unui plan relevant

în vederea execuţiei (notată prin S), deselectarea planurilor relevante (notată prin D) după

execuţia cu succes a unui plan relevant, şi activitatea de finalizare proces (notată prin E). În

modelul propus (vezi Figura 25), activităţile sunt modelate prin poziţii care vor arăta starea

acestora, iar evenimentele care încep sau termină o activitate sunt reprezentate prin tranziţii.

Modelul este conectat la trei planuri (fluxuri) de planificare prin care se indică posibilitatea de

expandare a modelului la n-planuri (n>1). Exceptând ultimul planul n, fluxurile pot fi

abandonate.

Figura 25. Model mecanism BDI

4.11. Extinderea modelului operaţional cu implicarea holonului staff

Modelul operaţional al agentului holonic este extins prin considerarea interacţiunii cu

holonul staff. Interacţiunea apare atunci când planul de execuţie ales în soluţionarea scopului va

implica o colaborare. Astfel în Figura 26, modelul operaţional apare extins prin considerarea a

două tranziţii, t9 şi t10, prin care procesul de planificare este întrerupt, se aşteaptă răspuns de la

holonul staff, respectiv procesul este reluat când răspunsul este primite de la holonul staff.

37

Figura 26. Model operaţional extins al agentului holonic

Modelul fluxul de planificare ilustrat în Figura 21 este completat şi prezentat în Figura 27,

unde s-au inclus două stări, P1(5) şi Pas. Prima stare este o acţiunea deliberativă în care agentul

holonic desfăşoară activităţi în vederea anunţării intenţiei sale de planificare către holonul staff.

A doua stare indică activitatea holonii staff în vederea acordării lista cu posibili contractori

pentru planul primit. Se poate observa că în această stare, agentul holonic intră starea de

aşteptare. Acest model de flux este în continuare considerat.

t10

PRa2PRa1

1(1)P 1(2)Pp1aP p

2,3aP3(1)t2(1)t 2(2)t 1(3)P 2(3)t3(2)t

4a(1)t4a(4)t 4a(2)t

PRa3

1(5)P1t 9t asP

0P

Figura 27. Model flux de planificare considerând holonul staff

4.12. Extinderea la modele Petri colorate

Modelul schemei holonice ce a fost folosită în experimente este ilustrat în Figura 28;

acesta conţine entităţi diferite care sunt cuplate prin poziţiile de intrare (Ii) şi de ieşire (Oi) la un

model al reţelei de comunicare. Acest model transferă jetoane (mesaje) de la poziţiile de ieşire

ale entităţilor la poziţiile de intrare ale altor entităţi. Pentru a face posibilă analiza unor

experimente este necesar ca anumite modele să fie reduse; de exemplu, la analiza sistemului

holonic propus, în scopul reducerii spaţiul stărilor, toţi holonii resursă sunt abstractizaţi la o

singură tranziţie, care modelează comportamentul lor (vezi Figura 28). Ca urmare, a fost posibil

de simulat şi analizat comportamentul întregului sistem holonic sau anumite părţi din acesta.

Două aspecte sunt considerate pentru analiză pe baza grafului de accesibilitate: proprietăţile de

viabilitate şi mărginire, şi reacţia sistemului la evenimente specifice. Ultimul aspect presupune

examinarea conţinutului din jetoane, ceea ce permite distingerea rezultatelor date de sistemul

holonic.

38

Figura 28. Model al structurii holonice - nivel superior

4.13. Concluzii

Formalismul dezvoltat pentru execuţie şi planificare, plecând de la teoria planificării în

spaţiul planurilor, permite reprezentarea fluxurilor de planificare şi execuţie prin modelele de tip

reţea Petri. Această reprezentare este consecventă cu legătura dezvoltată între elementele

planificării şi reprezentarea lor prin reţele Petri, şi cu modelul operaţional al agentului holonic.

Legătura cu un model al mecanismului de raţionament BDI completează modelul unui agent

holonic. Se obţine astfel un model care înglobează toate aspectele operării agentului holonic.

Transpunerea modelelor în reţele Petri colorate şi ierarhice a condus la obţinerea unui model

complex pentru structurile holonice, care este apropiat de un prototip software. Formalismul

astfel dezvoltat poate ghida proiectarea şi implementarea unui HMES, respectiv poate fi folosit

pentru analiza performanţelor, aşa cum se va arata şi în capitolele următoare.

39

Capitolul 5 Adaptabilitatea în HAPBA

5.1. Introducere

Adaptabilitatea pentru fabricaţie, se referă la modul de obţinere a unui proces de

manufacturare flexibil şi la o reducere a timpului de reconfigurare a resurselor pentru adaptarea

la un nou tip de producţie. În HAPBA adaptabilitatea rezultă din stabilirea dinamică a unei

ierarhii temporare (holarhie), din mecanismul BDI, din utilizarea planurilor parţiale, din

introducerea facilă a unor noi holoni în schema holonică sau a unor noi planuri de soluţionare a

scopurilor, şi prin corelarea cu flexibilitatea. În acest capitol, accentul se pune pe un nou tip de

flexibilitate, care este introdus în prima secţiune, fiind denumit flexibilitate de tip obiect (Pascal

şi Pănescu, 2010). Aceasta priveşte existenţa în sistem a mai multor surse (de exemplu, depozite)

în care pot exista piese brute, semi-fabricate sau alte componente necesare unei operaţii, sau a

mai multor zone în care anumite produse se pot asambla/depozita, sau în general zone în care se

poate realiza o anumită operaţie; considerarea acestui nou tip de flexibilitate poate conduce la

îndeplinirea unor criterii de optim. Ţinându-se cont de flexibilitatea de tip obiect, se propun în a

doua secţiune patru strategii de planificare: strategia centralizată, strategia de operare, strategia

hibridă şi strategia set-scop. Strategiile vor fi analizate şi comparate în ultima secţiune.

5.2. Mijloace de obţinere a flexibilităţii. Flexibilitatea de tip obiect.

Caracteristica principală necesară sistemelor actuale de producţie priveşte flexibilitatea.

Flexibilitatea se atinge când sistemul de fabricaţie are mijloace fizice (echipamente) prin care un

sistem de control dezvoltat poate satisface criteriile impuse şi se poate adapta la diferite

schimbări în mediul de manufacturare. În literatură sunt evidenţiate trei tipuri de flexibilitate,

considerate în general în sistemele de producţie (Li et al., 2010): flexibilitatea în operare,

flexibilitatea în ordonarea operaţiilor şi flexibilitatea în prelucrare.

În procesul de proiectare şi dezvoltare a arhitecturii HAPBA s-a observat existenţa nou

tip de flexibilitate - flexibilitatea de tip obiect. Acesta priveşte existenţa în sistem a mai multor

surse (depozite) în care pot exista piese brute sau semi-fabricate necesare unei operaţii, sau a

unor zone în care anumite produse se pot asambla sau depozita. Sub acest aspect, un criteriu de

performanţă al structurii holonice implică alegerea unei piese brute (numită în continuare obiect)

sau a unei zone de asamblare/depozitare astfel încât per ansamblu costul de producţie să fie unul

minimizat. Criteriul apare întrucât în sistemul de producţie considerat semi-produsele necesar

unui produs apar în surse diferite, dar transferul şi utilizarea lor într-o secvenţă specifică de

operaţii se face cu costuri diferite. Această problemă este una care poate apărea în general într-un

sistem de fabricaţie şi care influenţează atât flexibilitatea, cât şi optimalitatea unui sistem

holonic. În consecinţă, în următoarele secţiuni se analizează flexibilitatea de tip obiect prin

studierea interacţiunilor dintre holonii produs şi resursă. Mai întâi, sunt propuse câteva strategii

de planificare. Acestea diferă în ceea ce priveşte operarea eficientă a unui proces şi reflectă atât

încărcarea comunicării, cât şi complexitatea computaţională.

5.3. Strategii de planificare în gestionarea flexibilităţii de tip obiect

Concentrând studiul flexibilitatea de tip obiect, s-a observat necesitatea unor strategii de

planificare care să reducă fluxul de interacţiuni între holoni când soluţia optimă necesită a fi

atinsă în flexibilitatea de tip obiect. Mai precis, numărul de scopuri anunţate în sistem trebuie

redus la minim, întrucât un scop ajuns la un posibil contractor va declanşa un proces de

40

planificare în care agentul holonic va fi antrenat în căutarea unei soluţii care poate fi una prin

colaborare, determinând o complexitate mare. Este evident că încărcarea inutilă a unui holon

poate avea consecinţe asupra performanţelor.

În HABPA s-au dezvoltat patru strategii de planificare în gestionarea flexibilităţii de tip

obiect, numite: strategia centralizată, strategia de operare, strategia hibridă şi strategia set-

scop. Acestea sunt ilustrate sumar în Figura 29. Strategiile se bazează pe trei categorii propuse

de scopuri pentru care holonii resursă necesită să aibă capabilităţi în perceperea lor. Categoriile

sunt etichetate ca scopuri de rezervare, operare şi informare. Scopul de rezervare se referă la

acţiunea de rezervare a unei entităţi, care poate fi o locaţie (de exemplu, o poziţie într-un depozit,

masă de asamblare, unde o piesă va fi plasată) sau un obiect necesar într-o operaţie viitoare. Al

doilea tip de scop, de operare, are ca obiectiv execuţia unei operaţii predefinite în schema

holonică: transport, asamblare, procesare sau inspecţie produs. Scopul de informare este necesar

când o informaţie este cerută fără a implica procesul de planificare (spre exemplu, un holon

produs verifică dacă în sistem există sau nu un semi-produs, fără însă al rezerva). Relaţii

specifice între aceste categorii de scopuri există; înaintea asamblării unui produs este necesar să

se verifice dacă semi-fabricat sunt în sistem, dacă există o locaţie disponibilă pentru operaţiile ce

vor urma, rezervarea acestora şi abia apoi propunerea de scopuri operaţionale.

Considerând în sistem existenţa a n obiecte necesare, strategiile propuse se explică astfel

(vezi Figura 29). În strategia centralizată un holon produs anunţă înainte n scopuri de rezervare

în care descrie obiectele necesare şi, apoi, propune scopuri n operaţionale conţinând prescrierea

obiectelor rezervate anterior, astfel încât soluţia optimă să poate fi atinsă. Termenii descriere şi

prescriere permit să definim modul în care într-un scop un obiect sau o operaţie este rigidă sau

nu. Dacă ne raportam la un obiect, prin descriere se precizează că un obiect oarecare din sistem,

având anumite caracteristici, poate fi utilizat. Contrar, prin prescriere se indică precis care obiect

va fi utilizat în procesul de fabricaţie. În strategia de operare se mută nivelul decizional în

selectarea obiectelor la nivelul holonilor resursă. Astfel, un holon produs propun un scop

operaţional prin care descrie obiectul sau obiectele necesare, lăsând holonii resursă să anunţe

scopuri de rezervare la sursele cu care se află în legătură. Fiecare dintre cele două strategii are

avantaje şi dezavantaje şi atunci este normal să se studieze o combinaţie a acestora; astfel, a fost

introdusă strategia hibridă. Când în sistemul de producţie nu există sau există un singur obiect,

strategia centralizată este utilizată, iar pentru alte cazuri strategia operaţională este de preferat. O

alternativă la strategia centralizată este strategia set-scop, în care scopurile de operare care se

referă la aceeaşi operaţie, dar au prescrise obiecte diferite, sunt grupate într-un singur scop de

operare, numit set de scopuri. La primirea unor seturi de scopuri, holonii resursă trebuie să

răspundă pentru fiecare set numai cu o singură ofertă, cea mai optimă, la unul din scopurile din set.

Fiecare din strategiile propuse va conduce către aceeaşi soluţie optimă, dar numărul de

scopuri interschimbate în sistem este diferit, ceea ce înseamnă o complexitate a procesării

diferite. Performanţa acestor strategii este discutată în secţiunea următoare.

41

Figura 29. Succesiunea de scopuri în patru strategii de planificare 1. centralizată, 2. de operare, 3.

hibridă şi 4. set-scop

5.4. O comparaţie asupra strategiilor propuse

Strategiile descrie anterior sunt analizate pe o schema holonică dezvoltată pe un mediu

experimental de testate. Sistemul de fabricaţie include doi roboţi industriali, cu o zonă comună

de lucru, capabili să efectueze operaţii de transfer piese şi semifabricate, şi asamblare. În jurul

roboţilor sunt iniţial prezente trei dispozitive de stocare. Fiecare robot are câte două depozite în

zona de lucru, dintre care un depozit este plasat în zona comună. Fiecare entitate fizică (robot,

depozit) este gestionată de un holon resursă. În structura holonică se consideră un holon produs

care are de efectuat un scop de operare: un obiect (semi-fabricat) cu anumite caracteristici

trebuie să fie plasat într-o poziţie specificată într-un dispozitiv de stocare existent; acest scop va

fi numit scop de transfer obiect (TO) şi este propus către holonii resursă de tip robot. Scopul este

completat cu un scop de rezervare obiect (RO), care în funcţie de strategia aleasă este propus în

sistem de holonul produs sau de către holonii resursă către holonii resursă de tip depozit. Un

scop de informaţii obiect se etichetează prin IO.

Pe structura holonică considerată, au fost selectate trei cazuri care cuprind situaţiile când

schema holonică este capabilă să ofere pentru scopul de producţie propus o singură soluţie, două

soluţii sau niciuna. Soluţiile sunt date de către holonii de tip robot şi depind de poziţionarea

obiectului în sistem. Obiectivul experimentelor constă în analiza performanţei fiecărei strategii

astfel încât să se poate prezenta o comparaţie între acestea la nivelul numărului de scopuri

propuse în sistem pentru fiecare caz considerat. Această structură poate fi considerată ca un test

pentru capacitatea sistemului holonic de a face faţă la schimbările mediului, când: 1) un număr

variabil de depozite există în sistem şi 2) existenţa sau nu a obiectului căutat.

Rezultatele obţinute pentru primul caz sunt sintetizate în Tabelul 4, iar primele două

strategii sunt detaliate pe mediul considerat în Figura 30, unde dreptunghiul negru reprezintă

obiectul necesar, un dreptunghi cu linie continuă indică locaţia finala pentru obiect, şi un

dreptunghi cu linie întreruptă reprezintă o poziţie intermediară, prin care se face transferul

obiectului. Scopurile anunţate între holoni sunt indicate prin săgeţi, care sunt orientate de la

manager la contractor. O săgeată cu linie întreruptă marchează un scop care primeşte o ofertă

negativă. Scopurile de rezervare pentru poziţia intermediară şi cea finală nu sunt reprezentate şi,

de asemenea, nu sunt considerate în analiză pentru că introduc o valoare constantă

42

Figura 30. Schema de interacţiune dintre holoni pentru cazul 1 - a) strategia centralizată şi b)

strategia de operaţie

Tabelul 4. Numărul de scopuri necesar în cazul 1

Tip

Strategie

Secvenţa/

Tip Scop

Nr.

Scopuri

Nr.

oferte

Nr. oferte

negative

+ HR - depozit

A* B* C* D*

1. strategia

centralizată

I RO 3 1 2 1 - 1 1

II TO 2 1 1 0 - 0 2

III STO 1 1 0 0 - 0 1

total 6 +1 - +1 +4

2. strategia

de operare

I TO 2 1 1 0 - 0 0

II RO 2 0 0 1 - 0 0

III STO 1 1 1 0 - 0 0

IV SRO 2 1 1 0 - 1 1

total 7(6) +1 - +1 +1

3. strategia

hibridă

I IO 3 - - 1 - 1 1

II RO 1 1 0 0 - 0 x

III TO 2 1 1 0 - 0 x

IV STO 1 1 0 0 - 0 x

total 7(4) 0 - 0 x

4. strategia

set-scop

I RO 3 1 2 1 - 1 1

II TO 2 1 1 0 - 0 0

III STO 1 1 0 0 - 0 0

total 6 +1 - +1 +1

*A – un depozit nou fără piesă adăugat în zona comună

*B – un depozit nou cu piesă adăugat în zona comună

*C – un depozit nou fără piesă adăugat în zona specifică

*B – un depozit nou cu piesă adăugat în zona specifică

În Tabelul 4 apar numărul total de scopuri necesare fiecărei strategii, şi suplimentat, în

ultima coloana este indicat cu cât creşte numărul de scopuri atunci când se introduce un nou

holon de tip depozit în sistem. O îmbunătăţire pentru strategia operaţională poate fi făcut la

nivelul honului resursă de tip robot când apare un sub-scop pentru cooperare. Holonul contractor

ar trebui să caute obiectul numai atunci când acesta este în aria lui specifică de lucru şi să

43

excludă aria comună cu holonul manager, deoarece această posibilitate a fost deja verificată la

nivelul holonului manager. Această simplificare considerată reduce numărul de scopuri de la 7 la

6 (vezi Tabelul 4) şi aceasta abordare este în continuare considerat în restul cazurilor. Pentru

strategia hibridă două valori apar la numărul de scopuri în Tabelul 4. Şi anume, un număr de

scopuri redus poate fi considerat (numai patru scopuri) dacă scopurile de informare nu sunt

numărate. Această reducere este justificată de faptul că aceste scopuri nu implică un proces de

planificare. Rezultatele arată o depreciere pentru strategia centralizată când un depozit cu o piesă

este adăugat în zona de lucru a agentului care controlează robotul 1 (de văzut Figura 30b), şi

anume agentul care este subcontractor. Prin introducerea acelui depozit cu o piesă se atinge

flexibilitatea de tip obiect.

Figura 31. Schema de interacţiune dintre holoni pentru cazul 2 - a) strategia centralizată şi b)

strategia de operaţie

Tabelul 5. Numărul de scopuri necesar în cazul 2

Tip Strategie Secvenţa/

Tip Scop

Nr.

Scopuri

Nr.

oferte

Nr. oferte

negative

+ HR - depozit

A B C D

1. strategia

centralizată

I RO 3 2 1 1 1 1 1

II TO 4 4 0 0 2 0 2

III STO 2 2 0 0 0 0 1

total 9 +1 +3 +1 +4

2. strategia de

operare

I TO 2 2 0 0 0 0 0

II RO 4 2 2 2 2 1 1

total 6 +2 +2 +1 +1

4. strategia

set-scop

I RO 3 2 1 1 1 1 1

II TO 2 2 0 0 0 0 0

total 5 +1 +1 +1 +1

Flexibilitatea de tip obiect este scoasă în evidenţă de al doilea caz, când structura

holonică este capabilă să ofere două soluţii pentru un scop, în concordanţă cu obiectele existente

în dispozitivele de stocare. Acest caz este detaliat în Figura 31, iar rezultate sunt prezentate în

Tabelul 5. Aici, poziţia finală a obiectului este în zona comună a roboţilor, două piese sunt locate

în zonele specifice ale roboţilor. În Tabelul 5, strategia hibridă nu a fost reprezentată deoarece

aceasta determină aceleaşi rezultate ca strategia de operare (nu apare comutare între strategii). În

acest caz, strategia tip set-scop oferă cele mai bune rezultate.

44

Ultimul caz când structura holonică nu oferă nicio soluţie pentru scopul propus este

ilustrat în Figura 32. Se poate observa în mod clar cum strategia operaţională necesită un număr

sporit de scopuri pentru atingerea soluţiei. Aceasta se datorează modului în care fiecare agent

încearcă să devină manager şi propună scopuri suplimentare. Numărul de scopuri diferă între

strategia operaţională şi alte strategii; acest lucru se poate observa în Tabelul 6. Ultimele două

strategii nu au fost reprezentate, deoarece produc acelaşi rezultat ca strategia centralizată. Prin

compararea ultimelor două cazuri se remarcă faptul că strategia centralizată prezintă un număr redus

de scopuri când sistemul determină o soluţie sau niciuna (există o singură ofertă sau niciuna pentru

scopul de rezervare), şi un număr sporit de scopuri când flexibilitatea de tip obiect este posibilă.

Figura 32. Schema de interacţiune dintre holoni pentru cazul 3 - a) strategia centralizată şi b)

strategia de operaţie

Rezultatele prezentate în tabelele anterioare pot fi completate cu următoarea analiză

referitoare la modificarea numărului de depozite din sistem. Rezultatele analizei sunt prezentate

pentru fiecare caz în Figura 33, Figura 34 şi Figura 35. Axa x reprezintă numărul de depozite. Se

începe de la mediul experimental cu trei depozite. Etichetele folosite pentru depozitele adăugate

au aceeaşi semnificaţie cu cele folosite în tabelele deja prezentate. Axa y reprezintă numărul de

scopuri propuse în sistem.

Tabelul 6. Numărul de scopuri necesar în cazul 3

Tip

Strategie

Secvenţa/

Tip Scop

Nr.

Scopuri

Nr.

oferte

Nr. oferte

negative

+ HR - depozit

A B C D

1. strategia

centralizată

I RO 3 0 3 1 - 1 -

total 3 +1 - +1 -

2. strategia

de operare

I TO 2 0 2 0 - 0 -

II RO 4 0 4 2 - 1 -

III STO 2 0 2 0 - 0 -

IV SRO 4 0 4 0 - 1 -

total 12(10) +2 - +2 -

În Figura 33, referitoare la cazul cu o soluţie (o singură ofertă trimisă către holonul produs), este

de remarcat cum flexibilitatea de tip obiect apare când un depozit care conţine un obiect este

adăugat în aria robotului 1 - linia verticală. La acel moment, strategia hibridă schimbă de la

folosirea iniţială a strategiei centralizate la strategia operaţională, evitându-se în acest fel

creşterea numărului de scopuri. Un avantaj al strategiei hibride care poate fi remarcat în Figura

33 este modul în care aceasta păstrează un număr constant al scopurilor când există un singur

obiect. Graficul din Figura 34 reflectă comportamentul diferitelor strategii în al doilea caz.

Flexibilitatea de tip obiect apare în structura iniţială a mediului de producţie, deoarece holonul

45

produs poate alege din două soluţii. Aceasta explică de ce strategia hibridă este setată pe

strategia operaţională de la început, acest fapt fiind confirmat de grafic. Pentru acest caz,

strategia set-scop necesită un număr redus de scopuri, întrucât strategia grupează scopurile

operaţionale. Ultimul grafic, pentru cazul cu nicio soluţie (Figura 35) indică faptul că strategia

centralizată este necesară într-un astfel de caz extrem, prin evitarea unei căutări care nu este

necesară la nivelul holonilor resursă. Aceasta justifică în continuare necesitatea strategiei hibride.

În fapt, toate graficele arată rezultate bune pentru strategia hibridă, exceptând cazul al doilea.

Utilizarea strategiei de tip set-scop creează probleme specifice (contractorii trebuie să deţină

capabilitatea pentru administrarea scopurilor în set). Din acest motiv strategia hibridă este

preferată în cazurile considerate.

Figura 33. Evoluţia numărului de scopuri când un depozit este adăugat în caz 1 pentru fiecare

strategie

Figura 34. Evoluţia numărului de scopuri când un depozit este adăugat în caz 2 pentru fiecare

strategie

46

Figura 35. Evoluţia numărului de scopuri când un depozit este adăugat în caz 3 pentru fiecare

strategie

5.5. Concluzii

Această analiză asupra numărului de scopuri propuse în sistem pe parcursul unei operaţii

este importată, întrucât fiecare scop primit declanşează un proces de planificare la nivelul

contractorului. Astfel, reducerea scopurilor sporeşte eficacitatea unui sistem holonic (răspuns

rapid al planificării, evitarea unor căutări de soluţii inexistente, etc.) Pe baza rezultatelor obţinute

s-a ajuns la impunerea strategiei hibride, întrucât acesta conduce către o încărcare minimă cu

scopuri a sistemului holonic; consecinţa va fi aceea a unei complexităţi a calculelor mai mică şi

deci performanţe de timp real mai bune. De asemenea, noul tip de flexibilitate propus este

materializabil prin arhitectura HAPBA şi pune în evidenţă încă un avantaj al abordării holonice.

47

Capitolul 6 Evaluarea arhitecturi HAPBA prin mijloacele reţelelor Petri

6.1. Introducere

Obiectivul principal al experimentelor realizate a constat în detectarea anomaliilor pur

logice ale operării sistemului holonic proiectat în conformitate cu mecanismul de coordonare

dezvoltat folosind planificarea în spaţiul planurilor şi protocolul Contract Net. Într-un plan

secundar, experimentele au permis şi unele analize cantitative. Graful de accesibilitate obţinut

dintr-o stare iniţială permite verificarea proprietăţilor de siguranţă: absenţa stării de deadlock,

păstrarea consistenţei bazei de cunoştinţe, răspunsul sistemului la diferite scopuri de fabricaţie.

Primele două proprietăţi au fost luate în considerare pe durata implementării modelelor, astfel

încât rezultate care urmează a fi prezentate provin din modele viabile şi mărginite. Rezultatele au

fost obţinute prin includerea în starea iniţială a scopurilor pentru unul sau mai mulţi holoni, în

vederea observării felul în care sistemul reacţionează şi răspunde la scopurile primite. În

următoarele secţiuni sunt analizate patru experimente, prin care se ajunge a se evidenţia

necesitatea unui componente centralizate în sistemele holonice.

6.2. Experiment I – un holon produs şi un singur scop

În acest experiment (Pănescu şi Pascal, 2011a) se considerată o structură holonică

formată din patru holoni resursă (HR1 - HR1) şi un holon produs (HP1). Holonii resursă sunt de

capacitate unitară, ceea ce implică o utilizare secvenţială a resursei fizice, şi pot soluţiona

scopuri pentru acţiuni specifice, după cum urmează: HR1 → a1, a4, HR2 → a1, HR3 → a2 şi HR4

→ a3. Se observă că HR1 are o capabilitate duală, situaţie des întâlnită în sistemele de fabricaţie.

Holonul produs (HP1) conţine în biblioteca de planuri un plan de execuţie (6.1) care, după cum

se observă, care se referă la acţiuni ce sunt acoperite de holonii resursă. Pentru planul de execuţie

se consideră fluxul de planificare din (6.2) (vezi Figura 15). Holonii resursă prezintă planuri de

execuţie simple, cu acţiuni pentru dispozitivele lor fizice, iar fluxurile de planificare nu implică o

schemă de contractare.

a a a a a a1 0 1 2 3 4 (6.1)

wp p p p

a a a a a a a a a0 1 1 2,3 2,3 4 41 1 2,3 4 (6.2)

Pentru această configuraţie, în Tabelul 7 sunt prezente rezultatele extrase din graful de

accesibilitate şi obţinute când HP1 primeşte un scop g1 soluţionabil prin planul (6.1). Informaţii

generale privitoare la graf apar în partea superioară; acestea fac referire la numărul de stări şi

tranziţii ale sistemului pentru marcajul iniţial. Timpul de construcţie al grafului la utilizarea

instrumentului CNP Tool este, de asemenea, indicat. În partea inferioară se grupează informaţii

despre marcajele finale (stări finale). Pentru fiecare stare finală se pune în evidenţă semnificaţia

şi numărul de mesaje transmise între holoni. După cum se remarcă în tabel, două marcaje finale

apar şi sunt etichetate conform răspunsului dat de HP1 pentru g1. Starea notată cu eşec reprezintă

cazul când HP1 răspunde cu o oferă negativă, prin care se indică incapacitatea de a găsi o soluţie.

Starea notată prin succes indică situaţia când HP1 reuşeşte să rezolve g1, finalizându-se inclusiv

etapa de execuţie. Etapa de execuţie este inclusă în scopul identificării erorilor de proiectare, în

special colectarea inutilă de informaţii (acumularea unor jetoane).

Rezultate obţinute conduc la următoarele remarci. În primul rând, erorile de proiectare au

fost înlăturate şi aici se poate constata că întotdeauna HP1 oferă un răspuns. De asemenea, în

urma comparării marcajului iniţial cu cele două finale, singura deosebire este că HP1 în starea

48

iniţială are la poziţia de intrare un jeton scop şi în stările finale există la poziţia de ieşire un jeton

răspuns; fie un răspuns de ofertă negativă, fie terminarea cu succes. Cu toate acestea, punctul

slab îl constituie starea de eşec, care indică posibilitatea ca HP1 să nu găsească soluţie, chiar dacă

aceasta există. O asemenea situaţie se explică printr-un mod deficitar de alocare a resurselor.

Tabelul 7. Rezultate experiment cu un singur holon produs

Informaţii graf

de accesibilitate

Nr. Stări Nr. Tranziţii Timp

583 985 0 s

Nr.

Stări Finale

Etichetă

Stare

Semnificaţie Stare Nr. Mesaje

PH1

1 448 eşec 18

2 583 succes 23

Prin aplicarea strategiei de ofertare relaxată (SOR), HR1 va putea propune o ofertă

pentru acţiunea a4 chiar dacă capacitatea sa a fost setată pe zero după oferta făcută pentru a1.

Principiul este simplu. După ce s-a făcut o ofertă ne-negativă, un holon poate propune în

continuare o ofertă ne negativă dacă cele două scopuri primite derivă din acelaşi plan de execuţie

al managerului. Rezultate obţinute aplicând SOR sunt prezentate în Tabelul 8. Starea de eşec este

înlăturată. Situaţia în care sistemul HMES nu este capabil să obţină soluţie pentru un scop,

folosind şi strategia SOR, încă există atunci când doi sau mai mulţi manageri planifică pe un set

comun de contractori. Exemplu următor va ilustra această situaţie.

Tabelul 8. Rezultate experiment cu un singur holon produs şi SOR

Informaţii graf

de accesibilitate

Nr. Stări Nr. Tranziţii Timp

727 951 1 s

Nr.

Stări Finale

Etichetă

Stare

Semnificaţie Stare Nr. Mesaje

PH1

1 727 succes 23

6.3. Experiment II – doi holoni produs și un singur scop

Structura holonică de la experimentul anterior este completată cu un holon produs (HP2)

având planul de execuţie şi fluxul de planificare din (6.3) şi (6.4). Acţiunile a1 şi a2 coincid cu

acţiunile din planul de execuţie (6.1) al lui HP1, iar holonii resursă au aceleaşi capabilităţi (HR1

→ a1, a4, HR2 → a1, HR3 → a2 şi HR4 → a3).

a a a a2 0 1 2 (6.3)

wp p

a a a a a0 1,2 1,22 1,2 (6.4)

În acest experiment, intrarea în HMES o constituie două scopuri: g1 este scopul posibil de

rezolvat de către HP1, fiind la fel ca în experimentul anterior, şi g2 este posibil rezolvabil de HP2.

Acum sistemul HMES este mai complex, aşa după cum apare şi din graful de accesibilitate (vezi

Tabelul 9). De notat este cum se acoperă întreaga clasă de răspunsuri: fie cei doi holoni produs

finalizează scopurile cu succes (acest caz este posibil numai dacă holonii planifică şi execută

operaţiile secvenţial), fie unul dintre ei, sau amândoi eşuează prin conflictul creat între procesele

lor de planificare.

49

Tabelul 9. Rezultate experiment cu doi holoni produs

Informaţii graf

de accesibilitate

Nr. Stări Nr. Tranziţii Timp

177393 538994 2701 s

Nr.

Stări Finale

Etichetă

Stare

Semnificaţie Stare Nr. Mesaje

PH1 PH2

1 132394 eşec succes 23

2 144283 eşec eşec 26

3 163881 eşec eşec 29

4 165460 eşec succes 28

5 173626 eşec succes 31

6 176786 succes eşec 33

7 177393 succes succes 36

Chiar dacă alte marcaje finale din Tabelul 9 se referă la situaţiile când HMES finalizează

cu succes cel puţin un scop, punctul slab arătat prin acest experiment este posibilitatea ca schema

holonică să termine cu un eşec total (niciun scop rezolvat). Următorul test pe aceeaşi structură

holonică constă în aplicarea strategiei de ofertare relaxată (SOR). Rezultatele obţinute sunt

prezentate în Tabelul 10 şi sunt identice ca formă cu cele anterioare; diferenţa constă în

dimensiunea grafului de accesibilitate, care în acest caz, este mai amplu indicând mai multe

posibilităţi. Explicaţia pentru lipsa vreunei îmbunătăţiri adusă de SOR este: procesele de

planificare ale celor doi holoni produs interferează şi determină condiţii de blocare reciproce.

Tabelul 10. Rezultate experiment cu doi holoni produs şi SOR

Informaţii graf

de accesibilitate

Nr. Stări Nr. Tranziţii Timp

291639 870074 7824 s

Nr.

Stări Finale

Etichetă

Stare

Semnificaţie Stare Nr. Mesaje

PH1 PH2

1 230365 eşec succes 23

2 246177 eşec eşec 26

3 275781 eşec eşec 29

4 276027 eşec succes 28

5 287845 eşec succes 32

6 291212 succes eşec 33

7 291639 succes succes 26

Prin aplicarea strategiei bazate pe holonul staff (SBHS) pe aceeaşi structură holonică considerată

s-au obţinut rezultatele din Tabelul 11. În Tabelul 12 apar rezultatele când strategiile SBHS şi

SOR (strategia de ofertare relaxată) au fost utilizate împreună. Îmbunătăţirea este clară atunci

când HS este considerat. Cel puţin un holon produs finalizează cu succes scopul primit datorită

prevenirii interferării celor două fluxuri de planificare prin lăsarea unui singur flux să exercite

funcţia de alocare asupra resurselor. Marcajele finale din Tabelul 11 şi Tabelul 12 când un singur

holon produs răspunde negativ sunt explicabile. În timpul când un holon produs este în faza de

execuţie, contractorii lui sunt încă dedicaţi. În acest timp, celălalt holon produs are posibilitatea

să contracteze subscopurile si să primească oferte negative de la contractorii dedicaţi în execuţie.

Concluzia este că sistemul holonic poate fi sigur dacă HS permite începerea procesului de

50

planificare pentru un holon care cere resurse comune cu un alt holon căruia i s-a permis

începerea planificării, numai atunci când acesta termină planificarea şi execuţia.

Tabelul 11. Rezultate experiment cu doi HP şi SBHS

Informaţii graf

de accesibilitate

Nr. Stări Nr. Tranziţii Timp

116526 342203 1251 s

Nr.

Stări Finale

Etichetă

Stare

Semnificaţie Stare Nr. Mesaje

PH1 PH2

1 111327 eşec succes 34

2 115022 succes eşec 35

3 116526 succes succes 39

4 99775 eşec succes 31

În concluzie, un anumit efect al strategiilor SOR şi SBHS asupra complexităţii spaţiului

de stări este arătat prin acest experiment. Ţinând cont de faptul că topologia modelului nu a fost

schimbată pe parcursul experimentelor şi trecerea de la un experiment în altul s-a făcut prin

activarea sau dezactivarea unor proceduri, complexitatea apare astfel: SBHS introduce o

constrângere faţă de experimentul implicit, şi acest lucru se observă la dimensiunea grafului de

accesibilitate, care este mai redus (atât numărul de noduri, cât şi numărul de tranziţii este redus);

în contrast SOR relaxează sistemul prin creşterea dimensiunii grafului faţă de varianta implicită

(vezi Tabelul 9, Tabelul 10 şi Tabelul 11). Potrivit rezultatelor din Tabelul 12 când amândouă

strategiile au o fost aplicate simultan, numărul de stări şi tranziţii are o valoare între folosirea

numai SBHS şi cazul implicit (cel fără vreo strategie). Relaţia dintre complexitatea strategiilor,

aşa cum se reflectă în numărul de stări şi tranziţii, urmează expresia (6.5):

SBHS SBHS SOR implicit SOR (6.5)

O concluzie importantă este că niciuna din aceste strategii nu poate fi utilizată

independent, aşa cum se poate remarca din experimentele efectuate, şi trebuie să fie aplicate

împreună.

Tabelul 12. Rezultate experiment cu doi HP, SBHS şi SOR

Informaţii graf

de accesibilitate

Nr. Stări Nr. Tranziţii Timp

157654 453669 2473 s

Nr.

Stări Finale

Etichetă

Stare

Semnificaţie Stare Nr. Mesaje

PH1 PH2

1 137802 eşec succes 31

2 152323 eşec succes 34

3 156406 succes eşec 35

4 157654 succes succes 39

6.4. Experiment III – un holon produs şi două scopuri

În acest experiment (Pascal şi Pănescu, 2011) structura holonică este formată dintr-un

holon produs (HP1) şi doi sau patru holoni resursă (HR1 → a1, HR2 → a2, HR3 → a1, HR4 → a2),

cu capacitate unitară. Interferenţa între două fluxuri de planificare ale acelui holon (holonul

primeşte consecutiv două scopuri – g1 şi g2) constituie elemente interes în experimentul de faţă,

unde s-au considerat patru cazuri. Diferenţa dintre acestea este dată de disponibilitatea holonilor

resursă şi de tratamentul scopurilor primite. În cazul 1 şi 2, HP1 are la dispoziţie o structură

holonică cu holonii resursă limitaţi, care îi permite numai unui singur scop să fie planificat;

51

această restricţie este înlăturată în cazurile 3 şi 4. Pe de altă parte, HP1 încearcă planuri de

execuţie similare în cazurile 1 şi 3, respectiv 2 şi 4 (prin fluxurile de planificare se încearcă

contractarea acţiunilor din planurile de execuţie aferente).

Tabelul 13. Rezultate experiment caz 1

Stare holon produs Scop g1 (a1≺a2) Scop g2 (a1≺a2)

Stare holoni resursă RH1→a1, RH2→a2

Nr. Stări 13525 Nr. Tranziţii 23030

Nr. Stări Finale 80

Scop g1 Scop g2 %

succes succes 0

succes eşec 50

eşec succes 50

eşec eşec 0

Rezultatele cazurilor considerate sunt prezentate în Tabelele 13-16. Acestea conţin trei

categorii de informaţii. Primele două linii indică starea iniţială a structurii holonice: scopul

primit de HP1, acţiunile incluse în planul de execuţie (în fiecare caz planul de execuţie este

complet ordonat) şi planul de execuţie prin care se soluţionează acesta. Informaţiile sunt utilizate

în stabilirea marcajului iniţial al modelului Petri. HP1 două scopuri g1 şi g2; rezultatele

planificării, reflectând procesul de alocare resurse, sunt clasificate în trei clase, şi anume:

procesul de planificare reuşeşte să aloce două planuri de execuţie, numai un plan dintre ele, sau

niciunul.

Tabelul 14. Rezultate experiment caz 2

Stare holon produs Scop g1 (a1≺a2) Scop g2 (a2≺a1)

Stare holoni resursă RH1→a1, RH2→a2

Nr. Stări 55271 Nr. Tranziţii 116622

Nr. Stări Finale 186

Scop g1 Scop g2 %

succes succes 0

succes eşec 48.39

eşec succes 48.39

eşec eşec 3.23

Pentru fiecare clasă, procentul indicat reprezintă cât la sută din numărul total de stări

finale corespund clasei respective. Când amândouă scopurile sunt soluţionate prin acelaşi plan de

execuţie (plan care cuprinde succesiunea de acţiuni a1, a2) şi doi holoni resursă sunt în sistem

(HR1 şi HR2), atunci numai un singur scop poate fi îndeplinit (vezi Tabelul 13). În acest prim

experiment niciun conflict nu apare între fluxurile de planificare. Când structura holonică este la

fel, exceptând planurile de execuţie folosite de HP1, sunt obţinute rezultatele din Tabelul 14.

Acestea indică existenţa unui conflict între planificări: există 3,23 % din marcaje finale care

indică cazul când niciun scop nu este îndeplinit. Înseamnă că HP1 eşuează în realizarea a cel

puţin unui scop, în ciuda faptului că o soluţie există. Această situaţie nu apare în experimentul

52

considerat în Tabelul 13, deoarece în acel caz fluxul de planificare este abandonat când HP1 nu

primeşte ofertă pentru prima acţiune, şi în acest fel situaţia de eşec complet este evitată.

Tabelul 15. Rezultate experiment caz 3

Stare holon produs Scop g1 (a1≺a2) Scop g2 (a1≺a2)

Stare holoni resursă RH1→a1, RH2→a2, RH3→a1, RH4→a2

Nr. Stări 63257 Nr. Tranziţii 139552

Nr. Stări Finale 164

Scop g1 Scop g2 %

succes succes 39.02

succes eşec 30.49

eşec succes 30.39

eşec eşec 0

Cazul din Tabelul 15 este similar cu primul experiment, dar de această dată există

marcaje finale care indică finalizarea pentru amândouă scopurile, şi acest lucru este posibil

datorită structurii holonice care a fost completată cu încă doi holoni resursă. Aici se observă

posibilitatea ca amândouă scopurile să fie soluţionate cu un procent de 39,02%. Totuşi în sistem

există resurse suficiente pentru amândouă planurile, ceea ce indică faptul că 60,98% din stările

finale cuprind un conflict în planificare între cele două fluxuri. Acelaşi lucru este arătat de

rezultate din Tabelul 16.

Experimentele scot în evidenţă necesitatea unui mecanism la nivel de holon prin care,

conform cazurile prezentate, să se înlăture stările nedorite (stări care nu prezintă soluţii, chiar

dacă în sistem există una).

Tabelul 16. Rezultate experiment caz 4

Stare holon produs Scop g1 (a1≺a2) Scop g2 (a2≺a1)

Stare holoni resursă RH1→a1, RH2→a2, RH3→a1, RH4→a2

Nr. Stări 174575 Nr. Tranziţii 396964

Nr. Stări Finale 324

Scop g1 Scop g2 %

succes succes 23.26

succes eşec 38.37

eşec succes 38.37

eşec eşec 0

6.5. Experiment IV – rezolvarea unei sarcini de asamblare

În experimentul din această secţiune, mediul de fabricaţie considerat este cel descris în

(Pănescu şi Pascal, 2011b). Scopul de fabricaţie priveşte produse ca acela ilustrat în Figura 36.

Produsul este alcătuit din patru piese (obiecte) şi este asamblat în următoarea ordine: piesa de tip

A se plasează prima, după care două piese de tip B pot fi ataşate în orice ordine, chiar simultan,

53

şi în final produsul este obţinut prin asamblarea piesei de tip C. La procesul de asamblarea sunt

consideraţi doi holonii resursă care reprezintă doi roboţii industriali.

Figura 36. Exemplu produs de asamblare

Anumite experimente simulate au fost considerate, care au presupus prin utilizarea

modelului produs din Figura 36. Există doi holoni produs (HP1 şi HP2) care se referă la

fabricarea a două produse având planul de asamblare similar cu cel din Figura 36, dar cu

diferenţe privind la caracteristicile pieselor utilizate şi privind felul în piesele vor fi utilizare de

holonii resursă la asamblare. În acest mod, rezultă că planurile de execuţie ale holonilor produs

sunt similare cu planul din expresia (1) (execuţia simultană a celor două acţiuni este posibilă

când cei doi roboţi sunt implicaţi), dar cu acţiuni diferite: planul pentru PH1 conţine acţiunile a1

şi a2, iar pentru PH2 acţiunile a3 si a4. Există un scenariu simplu care dezvăluie în mod clar

nevoia unei componente centralizate – holonul staff. Acesta apare atunci când cei doi roboţi,

văzuţi ca holoni resursă HR1 şi HR2, sunt capabili să realizeze acţiunile care sunt indicate în

prima linie din Tabelul 17; se consideră că în aria de lucru a primului robot există o piesă ce

poate fi utilizată în realizarea oricăreia din acţiunile a1 şi a3, în timp ce în legătură cu piesa

disponibilă la doilea robot, aceasta poate fi utilizată pentru acţiunile a2 şi a4. Tabelul 17 conţine

date ce permit o comparaţie între operarea sistemului holonic fără şi cu implicarea holonului

staff. În partea superioară a tabelului, sunt prezentate informaţiile referitoare la graful de

accesibilitate obţinut în acest experiment. Se poate observa că implicarea holonului staff are

efect de reducere a grafului de accesibilitate prin diminuarea numărului de stări şi tranziţii.

Marcajele terminale sunt stările finale din care nicio tranziţie nu este posibilă. Pe baza

informaţiilor din jetoane, marcajele terminale pot fi clasificate în trei categorii. Este posibil ca

unul dintre holonii produs să finalizeze planificarea cu succes, sau niciunul. Procentul prezent în

tabel priveşte numărul de marcaje terminale care aparţin la fiecare din cele trei categorii.

Cum era de aşteptat, rezultatele din Tabelul 17 arată că implicarea holonului staff în

planificarea holonilor produs elimină cazul nedorit. Se poate observa că proprietăţile de

mărginire şi viabilitate ale reţelelor Petri sunt necesare, dar nu şi suficiente pentru operarea

sigură a sistemului holonic. În exemplu analizat, aceste condiţii sunt îndeplinite, dar chiar şi aşa

funcţionarea defectuoasă a componentei de planificare holonică este posibilă.

54

Tabelul 17. Rezultate experimente

Stare holon produs Scop g1 (a1≼a2) Scop g2 (a2≼a1)

Capabilităţi holoni resursă RH1→{a1, a3}, RH2→{a2, a4}

Metoda implicit cu staff implicit* cu staff*

Nr. Stări 11148 5700 9643 4583

Nr. Tranziţii 24180 11018 16406 6626

Nr. Stări Finale 50 32 50 32

HP1 HP2 % % % %

succes succes 0 0 0 0

succes eşec 48 50 48 50

eşec succes 48 50 48 50

eşec eşec 4 - 4 -

Tabelul 17 conţine, de asemenea, şi un alt tip de comparaţie. S-a constatat că modelul

reţelei contribuie de comunicaţie la creşterea dimensiunii grafului de accesibilitate şi această

influentă poate fi redusă la minim prin considerarea tranziţiilor acestui model cu prioritate mare

faţă de restul tranziţiilor. Acest lucru implică o constrângere de ordonare a evenimentelor. Se

poate afirma că agenţii holonici folosesc reţeaua într-un mod secvenţial. După compararea

rezultatelor obţinute în acest mod (rezultatele sunt etichetate cu * în tabel) cu versiunea clasică,

se constată o reducere cu 13,5 – 19,6% a numărului de stări şi cu 32,1 – 39,8% a numărului de

tranziţii, iar rezultatele privind marcajele finale sunt aceleaşi.

6.6. Concluzii

Deşi protocolul de coordonare a sistemelor multiagent Contract Net este un mecanism

esenţial de coordonare în acest tip de sisteme, s-a dovedit că aplicarea sa în sistemele de

fabricaţie poate crea deficienţe în funcţionare; de aceea, s-a impus adaptarea şi completarea

protocolului de coordonare, în concordanţă cu celelalte elemente specifice ale arhitecturii

holonice dezvoltate. După cum se ilustrează în această capitol, prin analiza performanţelor

sistemelor de fabricaţie holonice conform studierii grafului de accesibilitate s-au putut verifica

proprietăţi de siguranţă: absenţa stării de deadlock, păstrarea consistenţei bazei de cunoştinţe,

răspunsul adecvat al sistemului la diferite tipuri de scopuri. Aplicarea strategiilor de ofertare

relaxată şi cea bazată pe holonul staff, arhitectura HAPBA nu prezintă defecte pur logice. Astfel,

elementele propuse şi demonstrate teoretic privind partea de planificare în capitolul 4, sunt

completate prin validarea obţinută experimental, conform celor explicate în acest capitol.

55

Capitolul 7 Concluzii; contribuţii ale tezei; posibilităţi de continuare a cercetării

7.1. Contribuţii

În prezenta teză de doctorat, contribuţiile principale se încadrează în ariile de cercetare:

1. Arhitecturi bazate pe agenţi pentru sistemele de producţie;

2. Strategii de coordonare a sistemelor multiagent/holonice;

3. Planificarea sistemelor multiagent/holonice;

4. Aplicaţii ale mecanismului de raţionament de tip BDI;

5. Modelarea şi analiza sistemelor holonice de execuţie prin reţele Petri;

6. Flexibilizarea sistemelor de producţie.

1. Arhitecturi bazate pe agenţi pentru sistemele de producţie

Propunerea unei noi arhitecturi adaptive bazată pe agenţi de tip holonic, obţinută

prin combinarea mai multor elemente: planificarea în spaţiul planurilor, mecanism

de raţionament de tip BDI, coordonarea prin protocolul Contract Net şi pe

conceptele de holon şi holarhie; toate aceste elemente au fost adaptate şi

completate cu elemente specifice abordării holonice.

Se propune un model structural pentru un holon, unde diferenţa apare faţă de alte

modele la componenta de structură. Aceasta se defineşte dinamic în urma unui

proces de planificare iniţiat în urma primirii unui scop, şi care constituie o

holarhie; excepţia apare în cazul holonilor resursă unde componenta de structură

cuprinde un dispozitiv fizic de execuţie.

Se propune o structură holonică formată din patru clase de holoni (ordin, produs,

resursă şi staff), în care spre deosebire de alte abordări toţi holonii sunt implicaţi

activ şi au rolurile ajustate în mod specific. Fiecare holon are ca nucleu deliberativ

un agent holonic.

S-a proiectat şi dezvoltat o aplicaţie driver, prin care s-a facilitat agentificarea

holonilor resursă de tip robot, conveior şi depozite. Aplicaţia este folosită şi în alte

domenii de cercetare, precum în dezvoltarea de arhitecturi de control de tip

servoing.

S-a proiectat un model de acces la serviciile oferite de resursele sistemului de

fabricaţie holonică.

S-a proiectat şi dezvoltat arhitectura HAPBA pe un sistem multiagent de tip

JACK.

2. Strategii de coordonare a sistemelor multiagent/holonice.

Deşi protocolul de coordonare a sistemelor multiagent Contract Net este un

mecanism esenţial de coordonare în sistemele multiagent, s-a dovedit că aplicarea

acestuia în sistemele de fabricaţie poate crea deficienţe în funcţionare; de aceea s-

a impus adaptarea şi completarea protocolului de coordonare, în concordanţă cu

celelalte elemente specifice ale arhitecturii holonice dezvoltate.

S-a proiectat şi dezvoltat o extensie a protocolului de coordonare Contract Net, în

vederea aplicării unor strategii de coordonare care să reducă interferenţele

negative de la nivelul proceselor de planificare. Aceste strategii dezvoltate sunt:

56

strategia bazată pe holonul staff, strategia de ofertate relaxată şi cea de

etichetare scopuri.

3. Planificarea sistemelor multiagent/holonice;

Formularea şi demonstrarea unei teoreme care fundamentează o modalitate de

planificare distribuită pentru sistemele holonice în care apare necesitatea

conducerii mai multor fluxuri de activităţi; sunt precizate condiţiile în care

planificarea mai multor scopuri se poate desfăşura simultan fără posibilitatea unor

interacţiuni negative.

S-a fundamentat o metodă de planificare adaptată unor sisteme în care apar mai

multe fluxuri de activităţi, metodă originală prin felul în care îmbină planificarea

în spaţiul planurilor cu o fază deliberativă bazată pe mecanismul BDI şi o

coordonare între entităţile (agenţii) implicaţi în planificare prin CNP.

Propunerea unui mecanism de analiză şi validare a planificării, bazat pe modele

specifice, de tip reţele Petri.

4. Aplicaţii ale mecanismului de raţionament de tip BDI

Un elemente de noutate îl constituie legătura dintre protocolul de coordonare

Contract Net şi mecanismul de raţionament BDI.

Prin arhitectura HAPBA, s-a proiectat un ciclu de lucru al agent holonic care

implică mecanismul BDI la nivelul planificării; astfel, alegerea procesului de

planificare se face printr-un raţionament BDI.

5. Modelarea şi analiza sistemelor holonice de execuţie prin reţele Petri

Modelarea şi analiza prin formalismul reţelelor Petri, monocolore şi colorate, constituie

un suport esenţial în dezvoltarea şi îmbunătăţirea arhitecturii de control pentru fabricaţie.

Definirea unei legături între elementele planificării în spaţiul planurilor şi

reprezentarea lor prin formalismul reţelelor Petri.

Proiectarea unui model operaţional pentru agenţi holonici, în relaţie cu protocolul

de coordonare Contract Net; modelul este unul general din două puncte de vedere:

valid pentru trei tipuri de holoni (ordin, produs şi resursă) şi valid pentru rolurile

de manager, contractor şi contractor-manager.

Dezvoltarea unui formalism pentru procesul de execuţie; definirea noţiunilor de

acţiune de execuţie, plan de execuţie, acţiune adiţională (deliberativă) şi flux de

execuţie, şi relaţiilor dintre acestea.

Definirea unei legături între elementele rezultate din formalizarea execuţiei şi

reprezentarea lor prin reţele Petri; modelul rezultat este în relaţie cu modelul

operaţional al agentului holonic.

Dezvoltarea unui formalism pentru procesul de planificare; definirea noţiunii de

acţiune de planificare, plan de planificare şi flux de planificare;

Definirea unei legături între elementele din formalizarea planificării şi

reprezentarea lor prin reţele Petri; modelul rezultat este în relaţie cu modelul

operaţional al agentului holonic.

Proiectarea unui model pentru mecanismul de raţionament de tip BDI.

57

Proiectarea unui model operaţional extins, prin considerarea implicării holonului

staff.

Dezvoltarea unui model Petri complex pentru structuri holonice, prin transpunerea

modelelor proiectate ca reţele Petri monocolore în modele Petri colorate.

Proiectarea şi dezvoltarea de funcţii pentru obţinerea unui executabil, apropiat de

un prototip software.

Analiza performanţelor sistemelor de fabricaţie holonice prin studierea grafului de

accesibilitate; astfel s-au putut pentru verifica proprietăţi de siguranţă: absenţa

stării de deadlock, păstrarea consistenţei bazei de cunoştinţe, răspunsul sistemului

la diferite tipuri de scopuri.

Limitarea efectului modelului reţelei de comunicaţie a structurii holonice prin

introducerea unor tranziţii de prioritate ridicată.

Dezvoltarea de scripturi în vederea automatizării analizei grafului de accesibilitate.

Considerarea de cazuri care pun în evidenţă necesitatea unui componente

centralizate care să prevină interferenţele dintre procesele de planificare şi

validarea strategiilor de coordonare propuse prin rezolvarea corectă a cazurilor

respective.

6. Flexibilizarea sistemelor de producţie

S-a propus un nou tip de flexibilitate în sistemele de producţie, denumit

flexibilitate de tip obiect. Aceasta priveşte existenţa în sistem a mai multor surse

(depozite) în care pot exista piese brute, semi-fabricate sau alte componente

necesare unei operaţii, sau a mai multor zone în care anumite produse se pot

asambla/depozita, sau în general zone în care se poate realiza o anumită operaţie;

considerarea acestui nou tip de flexibilitate poate conduce la îndeplinirea unor

criterii de optim.

Ţinându-se cont de flexibilitatea de tip obiect, s-au propus patru strategii de

planificare: strategia centralizată, strategia de operare, strategia hibridă şi

strategia set-scop. Strategiile au fost analizate şi comparate, şi pe baza rezultatelor

obţinute s-a ajuns la impunerea strategiei hibride, întrucât conduce către o

încărcare minimă cu scopuri a sistemului holonic; consecinţa va fi aceea a unei

complexităţi a calculelor mai mică şi deci performanţe în timp real mai bune.

Se pot rezuma contribuţiile aduse de această teză în ideea că abordarea propusă prin

arhitectura HAPBA elimină unele mecanisme ad-hoc folosite în proiectarea şi implementarea

unor sisteme holonice. S-a introdus un formalism pe baza căruia se pot demonstra / garanta unele

performanţe ale planificării şi execuţiei holonice; de asemenea, modele propuse şi procedura de

proiectare şi implementare sunt generale, nefiind legate de elemente specifice unui proces

tehnologic sau de anumitelor elemente de implementare, ceea ce este un alt avantaj important

pentru HAPBA.

7.2. Direcţii viitoare de cercetare

Metoda aplicată în proiectarea şi dezvoltarea arhitecturii HABPA, susţinută de partea de

modelare prin formalismul reţelelor Petri, a clarificat o parte din aspectele sistemelor holonice.

Multe aspecte au fost analizate din punct de vedere calitativ. O direcţie de cercetare va fi analiza

58

modelului din punct de vedere cantitativ, prin considerarea reţelelor Petri temporale. O altă

direcţie o constituie utilizarea arhitecturii pe alte medii de fabricaţie, extinderea spre sisteme de

transport inteligent sau spre sisteme de distribuţie energetice. O posibilitate care ar urma să fie

analizată este şi aceea a beneficiilor pe care le poate aduce într-un HMES introducerea unor

holoni cu rol de monitorizare, care să stabilească eficienţa holonilor existenţi în sistem şi să ofere

asemenea analize holonilor manageri pentru ghidare a viitoarelor procese de contractare. De

asemenea, pot fi vizate în viitor metode de analiză prin care diferite abordări holonice să poată fi

comparate şi îmbunătăţite.

Anexă I – Listă lucrări

Reviste indexate ISI

1. Pănescu D, Pascal C (2011b) On a holonic adaptive plan-based architecture: planning scheme and

holons’ life periods. International Journal of Advanced Manufacturing Technology (acceptată pentru

publicare), ISI Journal, 2010 Impact Factor 1,068.

Capitol carte

1. Pănescu D, Pascal C (2011a) HAPBA – a Holonic Adaptive Plan-Based Architecture. Service

Orientation in Holonic and Multi-Agent Manufacturing Control, Editori: Theodor Borangiu, Andre

Thomas, Damein Trentesaux, Studies in Computational Intelligence, Springer (acceptată pentru

publicare).

Reviste cotate ISI

1. Pănescu D, Kloetzer M, Burlacu A, Pascal C (2011) Artificial Intelligence based Solutions for

Cooperative Mobile Robots. Control Engineering and Applied Informatics Journal, (acceptată spre

publicare) – Revista categoria A, cotată ISI, fără indicatori scientometrici.

Reviste cotate B+

1. Pănescu D, Pascal C (2010b) On Resource Service Access in a Holonic Manufacturing System,

Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi, Tom LVI (LX), Fasc. 3, Secţia Automatică şi Calculatoare, pp.

95 – 108, 2010, ISSN 1220 2169, Revista categoria B+, indexată în bazele de date: Zentralblatt şi

Copernicus.

Conferințe ISI Proceedings

1. Pănescu D, Pascal C, Şutu M, Varvara G (2009a) Collaborative Robotic System Obtained by

Combining Planning and Holonic Architecture, Proceedings of AT-EQUAL 2009 (Advanced

Technologies for Enhanced Quality of Life), pp. 138-143. (ISI Proceedings)

2. Pănescu D, Varvara G, Pascal C, Sutu M (2009c) On the design and implementation of the resource

holons in a PROSA based architecture. Proceedings of the IEEE 13th International Conference on

Intelligent Engineering Systems, pp. 101-106. (ISI Proceedings)

59

Conferințe

1. Burlacu A, Copot C, Panainte A, Pascal C, Lazar C (2011) Real-time image based visual servoing

architecture for manipulator robots, International Conference on Computer Vision Theory and

Applications, ISBN: 978-989-8425-47-8.

2. Pascal C, Şutu M, Pănescu D (2009) On the communication mechanism in a robot based holonic

manufacturing system. Proceedings of 18th International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube

Region, Braşov, Romania, ISSN 2066-4745 (pe CD).

3. Pascal C, Pănescu D (2010) A Study on the Holons’s Interaction for Manufacturing Flexibility. 14th

International Conference on System Theory and Control, Sinaia, Romania, pp. 361 – 366, ISSN 2068-

0465, IEEE – Control Systems Society.

4. Pascal C, Pănescu D (2011) On resource allocation in a Holonic Manufacturing Execution System.

15th International Conference on System Theory, Control and Computing, Sinaia, Romania, (acceptată

spre publicare), IEEE – Control Systems Society.

5. Pănescu D, Kloetzer M, Burlacu A, Pascal C (2010) A multiagent based solution for mobile robots

path planning. 14th International Conference on System Theory and Control, Sinaia, Romania, pg. 355 –

360, ISSN 2068-0465, IEEE – Control Systems Society.

6. Pănescu D, Pascal C (2010a) Some issues on holonic systems analysis, design and implementation,

19th International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region, pp. 199-204, IEEE Catalog

Number: CFP1075J-CDR.

7. Pănescu D, Şutu M, Pascal C (2009b) On the Design and Implementation of Holonic Manufacturing

Systems. Proceedings of The 2009 World Congress on Computer Science and Information Engineering,

vol. 5, pp. 456-461, IEEE Computer Society. (Indexată în baza de date EI/ISTP).

8. Varvara G, Pascal C, Pănescu D (2009) Service Oriented Architecture Considerations for Distributed

Intelligent Control of Modern Manufacturing Systems. Proceedings of the First International Conference

on Modelling and Development of Intelligent Systems, „Lucian Blaga" University Press, pp. 299 – 307,

ISSN 2067 – 3965.

Bibliografie selectivă

Babiceanu RF (2005) Holonic-based control system for automated material handling systems. Blacksburg, Virginia

(teză).

1. Babiceanu, 2005

Babiceanu RF, Chen FF (2006) Development and applications of holonic manufacturing systems: a survey. Journal

of Intelligent Manufacturing 17:111-131.doi:10.1007/s10845-005-5516-y

2. Babiceanu şi

Chen, 2006

Baker AD (1998) A survey of factory control algorithms that can be implemented in a multi-agent heterarchy:

dispatching, scheduling, and pull. Journal of Manufacturing Systems 17:297–320.

3. Baker, 1998

BBC (2010) The Virtual Revolution http://en.wikipedia.org/wiki/ The_Virtual_Revolution 4. BBC, 2010

Bongaerts L (1998) Integration of scheduling and control in holonic manufacturing systems. Katholieke Universiteit

Leuven (teză).

5. Bongaerts, 1998

Bongaerts L, Monostori L, McFarlane D, Kadar B (2000) Hierarchy in distributed shop floor control. Computers in

Industry 43:123-137.doi:10.1016/S0166-3615(00)00062-2

6. Bongaerts et al.,

2000

Burlacu A, Copot C, Panainte A, Pascal C, Lazar C (2011) Real-time image based visual servoing architecture for

manipulator robots, International Conference on Computer Vision Theory and Applications, ISBN: 978-

7. Burlacu et al.,

2011

60

989-8425-47-8.

Bussmann S (1998) An Agent-Oriented Architecture For Holonic Manufacturing Control. Proc. First International

WorkShop on Intelligent Manufacturing Systems, Lausanne, Switzerland, pp. 1-12.

8. Bussmann, 1998

Celaya JR, Desrochers AA, Graves RJ (2009) Modeling and analysis of multi-agent systems using petri nets,Journal

of Computers 4:981-996. doi:10.4304/jcp.4.10.981-996.

9. Celaya et al.,

2009

Cheng FT, Chang CF, Wu SL (2004) Development of holonic manufacturing execution systems. Journal of

Intelligent Manufacturing 15:253-267.

doi:10.1023/B:JIMS.0000018037.63935.a1

10. Cheng et al.,

2004

Chirn JL, McFarlane DC (2000) A holonic component-based approach to reconfigurable manufacturing control

architecture. In: Proceedings of the 11th International Workshop on Database and Expert Systems

Application, pp 219-223.

11. Chirn şi

McFarlane, 2000

Covanich W, McFarlane D (2009) Assessing ease of reconfiguration of conventinal and Holonic manufacturing

systems: Approach and case study. Engineering Application of Artificial Intelligence,

doi:10.1016/j.enpappai.2009.01.001.

12. Covanich şi

McFarlane, 2009

CPN Tools (2011) Webpage. Online: cpntools.org. 13. CPN Tools,

2011

Dilts D, Boyd N, Whorms H (1991) The evolution of control architectures for automated manufacturing systems.

Journal of Manufacturing Systems 10:79-93.

doi:10.1016/0278-6125(91)90049-8

14. Dilts et al., 1991

D'Inverno M, Luck M (2004) Understanding agent systems. Springer. 15. D'Inverno şi

Luck, 2004

Doran JE, Franklin S, Jennings NR, Norman TJ (1997) On cooperation in multi-agent systems. The Knowledge

Engineering Review 12:309-314.

16. Doran et al.,

1997

Ghallab M, Nau D, Traverso P (2004) Automated Planning – Theory and Practice. Morgan Kaufmann, Amsterdam 17. Ghallab et al.,

2004

Harper R (2005) Programming in Standard ML. Carnegie Mellon University. 18. Harper, 2005

Hrz B, Zhou MC (2007) Modeling and Control of Discrete-event Dynamic Systems: with Petri Nets and Other

Tools. Springer.

19. Hrz şi Zhou,

2007

Hsieh FS (2008) Holarchy formation and optimization in holonic manufacturing systems with contract net.

Automatica 44:959-970. doi:10.1016/j.automatica.2007.09.006

20. Hsieh, 2008

Hsieh FS, Chiang CY (2009) Workflow Planning in Holonic Manufacturing Systems with Extended Contract Net

Protocol. Next-Generation Applied Intelligence, (Been-Chian Chien et al., Eds.) 5579:701-710.

10.1007/978-3-642-02568-6_71.

21. Hsieh şi Chiang,

2009

Iwata K, Onosato M (1994) Random Manufacturing System: a New Concept of manufacturing systems for

production to order. Annals of the CIRP 43:79–384.

22. Iwata şi

Onosato, 1994

JACK (2005) Intelligent Agents - Agent Manual. Agent Oriented Software, Carlton South, Victoria, Australia. 23. JACK, 2005

Jarvis J, Jarvis D, Ronnquist R, Jain LC (2008) Holonic execution: A BDI approach. Springer Verlag,vol. 106. 24. Jarvis et al.,

2008

Jensen K, Kristensen LM (2009) Coloured Petri Nets: Modeling and Validation of Concurrent Systems.Springer-

Verlag New York Inc.

25. Jensen şi

Kristensen, 2009

Leitao P (2004) An Agile and Adaptive Holonic Architecture for Manufacturing Control. Faculty of Engineering of

University of Porto (teza).

26. Leitao, 2004

Leitao P (2009) Agent-based distributed manufacturing control: A state-of-the-art survey. Engineering Applications

of Artificial Intelligence 22:979 – 991. doi:10.1016/j.engappai.2008.09.005

27. Leitao, 2009

Leitao P, Restivo F (2006) ADACOR: a holonic architecture for agile and adaptive manufacturing control.

Computers in Industry, 57:121-130.

28. Leitao şi

Restivo, 2006

Li X, Zhang C, Gao L, Li W, Shao X (2010) An agent-based approach for integrated process planning and

scheduling. Expert Systems with Applications 37:1256–1264.

29. Li et al., 2010

Mathews J (1995) Organizational foundations of intelligent manufacturing systems - the holonic

viewpoint.Computer Integrated Manufacturing Systems 8:237-243.

30. Mathews, 1995

61

Murata T (1989) Petri nets: Properties, Analysis and Applications. Proceedings of the IEEE 77:541-580.

doi:10.1109/5.24143

31. Murata, 1989

Nwana HS (1996) Software Agents: An Overview. Knowledge Engineering Review, 11:205-244.

doi:10.1017/S026988890000789X

32. Nwana, 1996

Okino N (1993) Bionic Manufacturing Systems. Flexible Manufacturing Systems, Past, Present, Future, Ed. J

Peklenik, CIRP, pp. 73–95.

33. Okino, 1993

Pascal C, Şutu M, Pănescu D (2009) On the communication mechanism in a robot based holonic manufacturing

system. Proceedings of 18th International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region, Romania,

ISSN 2066-4745 (pe CD)

34. Pascal et al.,

2009

Pascal C, Pănescu D (2010) A Study on the Holons’s Interaction for Manufacturing Flexibility. 14th International

Conference on System Theory and Control, pp. 361 – 366, ISSN 2068-0465, IEEE – Control Systems

Society.

35. Pascal şi

Pănescu, 2010

Pascal C, Pănescu D (2011) On resource allocation in a Holonic Manufacturing Execution System. 15th

International Conference on System Theory, Control and Computing, (acceptată spre publicare)

36. Pascal şi

Pănescu, 2011

Pănescu D, Kloetzer M, Burlacu A, Pascal C (2010) A multiagent based solution for mobile robots path planning.

14th International Conference on System Theory and Control, pg. 355 – 360, ISSN 2068-0465, IEEE –

Control Systems Society.

37. Pănescu et al.,

2010

Pănescu D, Kloetzer M, Burlacu A, Pascal C (2011) Artificial Intelligence based Solutions for Cooperative Mobile

Robots. Control Engineering and Applied Informatics Journal, (acceptată spre publicare)

38. Pănescu et al.,

2011

Pănescu D, Pascal C (2010a) Some issues on holonic systems analysis, design and implementation, 19th

International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region, pp. 199-204.

39. Pănescu şi

Pascal, 2010a

Pănescu D, Pascal C (2010b) On Resource Service Access in a Holonic Manufacturing System, Buletinul

Institutului Politehnic din Iaşi, Tom LVI (LX), Fasc. 3, Secţia Automatică şi Calculatoare, pp. 95 – 108,

2010, ISSN 1220 2169.

40. Pănescu şi

Pascal, 2010b

Pănescu D, Pascal C (2011a) HAPBA – a Holonic Adaptive Plan-Based Architecture. Service Orientation in

Holonic and Multi-Agent Manufacturing Control, Editori: Theodor Borangiu, Andre Thomas, Damein

Trentesaux, Studies in Computational

Intelligence, Springer (acceptată pentru publicare).

41. Pănescu şi

Pascal, 2011a

Pănescu D, Pascal C (2011b) On a holonic adaptive plan-based architecture: planning scheme and holons’ life

periods. International Journal of Advanced Manufacturing Technology (acceptată pentru publicare).

42. Pănescu şi

Pascal, 2011b

Pănescu D, Pascal C, Şutu M, Varvara G (2009a) Collaborative Robotic System Obtained by Combining Planning

and Holonic Architecture, Proceedings of AT-EQUAL 2009 (Advanced Technologies for Enhanced Quality

of Life), pp. 138-143. (ISI Proceedings)

43. Pănescu et al.,

2009a

Pănescu D, Şutu M, Pascal C (2009b) On the Design and Implementation of Holonic Manufacturing Systems.

Proceedings of The 2009 World Congress on Computer Science and Information Engineering, vol. 5, pp.

456-461.

44. Pănescu et al.,

2009b

Pănescu D, Varvara G, Pascal C, Sutu M (2009c) On the design and implementation of the resource holons in a

PROSA based architecture. Proceedings of the IEEE 13th International Conference on Intelligent

Engineering Systems , pp. 101-106. (ISI Proceedings)

45. Pănescu et al.,

2009c

Pănescu D, Varvara G, Sutu M (2008) On Holonic Manufacturing Systems and Implementation. Bul. Inst. Polit.,

Iasi. LVI (LX), 3-4, s. Automatic Control and Computer Science, pp. 49-74.

46. Pănescu et al.,

2008

Păstrăvanu O, Matcovschi M, Mahulea C (2002) Aplicatii ale Retelelor Petri în Studierea Sistemelor cu Evenimente

Discrete. Editura Gh. Asachi.

47. Păstrăvanu et

al., 2002

Pokahr A, Braubach L, Lamersdorf W (2005) Jadex: A BDI Reasoning Engine. In: Weiss G (ed) Multi-Agent

Programming 15:149-174. Springer US. doi:10.1007/0-387-26350-0_6

48. Pokahr et al.,

2005

Rao AS, Georgeff MP (1992) An abstract architecture for rational agents. Proceedings of knowledge representation

and reasoning, pp. 439-449.

49. Rao şi Georgeff,

1992

Rao AS, Georgeff MP (1995) BDI agents: From theory to practice. Proceedings of the first international conference

on multi-agent systems, pp. 312-319.

50. Rao şi Georgeff,

1995

Russell SJ, Norvig P (2009) Artificial intelligence: a modern approach. Prentice Hall (3rd ed.). 51. Russell şi

Norvig, 2009

62

Sihn W (1995) Re-engineering Through Fractal Structures. In proceedings of IFIP WG5.7 working conference Re-

engineering the Enterprise, pp. 21–30.

52. Sihn, 1995

Smith R (1980) The contract net protocol: High-level communication and control in a distributed problem solver.

IEEE Transactions on Computers 100:1104-1113. doi:10.1109/TC.1980.1675516

53. Smith, 1980

Spangler D (2008) A Vision of Holarchy. Seven Pillars. (accesat 2011)

http://www.sevenpillarshouse.org/index.php/article/a_vision_of_holarchy1

54. Spangler, 2008

Suda H (1989) Future Factory System Formulated In Japan. Techno Japan 22:15-25. 55. Suda, 1989

Talukdar SN (1999) Collaboration rules for autonomous software agents, Decision Support Systems, 24:269-278. 56. Talukdar, 1999

Trentesaux D (2009) Distributed control of production systems. Engineering Applications of Artificial Intelligence

22:971-978. doi:10.1016/j.engappai.2009.05.001

57. Trentesaux,

2009

Ueda K, Vaario J, Ohkura K (1997) Modelling of Biological Manufacturing Systems for Dynamic Reconfiguration.

Annual of the CIRP 46: 343–346.

58. Ueda et al., 1997

Valckenaers P, Van Brussel H, Bongaerts L, Wyns J (1997) Holonic manufacturing systems. Integrated Computer-

Aided Engineering 4:191-201.

59. Valckenaers et

al., 1997

Valckenaers P, Van Brussel H (2005) Holonic manufacturing execution systems. CIRP Annals-Manufacturing

Technology 54:427-432. doi:10.1016/S0007-8506(07)60137-1

60. Valckenaers şi

Van Brussel, 2005

Van Brussel H, Wyns J, Valckenaers P, Bongaerts L, Peeters P (1998) Reference architecture for holonic

manufacturing systems: PROSA. Computers in Industry 37:255-274. doi:10.1016/S0166-3615(98)00102-X

61. Van Brussel et

al., 1998

Varvara G, Pascal C, Pănescu D (2009) Service Oriented Architecture Considerations for Distributed Intelligent

Control of Modern Manufacturing Systems. Proceedings of the First International Conference on Modelling

and Development of Intelligent Systems, „Lucian Blaga" University Press, pp. 299 – 307, ISSN 2067 –

3965.

62. Varvara et al.,

2009

Warnecke HJ (1993) The Fractal Company, Springer, Berlin. 63. Warnecke, 1993

Weiss G (2000) Multiagent systems: a modern approach to distributed artificial intelligence. The MIT Press. 64. Weiss, 2000

Winikoff M (2005) Jack™ Intelligent Agents: An Industrial Strength Platform. In: Weiss G (ed) Multi-Agent

Programming 15:175-193. Springer US. doi:10.1007/0-387-26350-0_7

65. Winikoff, 2005

Wooldridge M (2001) Intelligent Agents. In: Weiss G (ed) Multiagent Systems. A Modern Approach to Distributed

Artificial Intelligence, pp 54-60. MIT Press, Cambridge

66. Wooldridge,

2001

Wooldridge M, Jennings N (1995) Agent theories, architectures, and languages: a survey. Intelligent agents, pp. 1-

39.

67. Wooldridge şi

Jennings, 1995

Wyns J (1999) Reference for holonic manufacturing systems – The key to support evolution and reconfiguration.

Katholieke Universiteit Leuven (teză).

68. Wyns, 1999

69. Xu et al., 2002