Holonický výrobní systémMultiagentní systém ve výrobě

Jakub Jura

juraj@mail.muni.cz

jura@student.fsid.cvut.cz

Co je to „holonický“

Slovo „holon“ navrhl před dvaceti lety maďarský filosof Arthur Koestler a označoval jím:

„základní organizační jednotku biologických a společenských systémů“

Holos = celek On = část, jednotlivec, přesně „jsoucno“ – tedy něco co jest.

Konsorcium HMS

• Holon je autonomní a kooperativní stavební prvek výrobních systémů.

• Holon je určen k transformaci, transportu, ukládání a validizaci informací a fyzických objektů.

• Holon se skládá z části, která zpracovává informace a z části, která zpracovává fyzikální objekty.

• Holon může být složen z holonů a sám být součástí nadřazeného holonu.

(Holonic Manufacturing System consortium)

Distribuovaný systém

Distribuovaný systém je takový systém, který zahrnuje více než jeden procesor a který má svůj program rozdělený na části, které si navzájem předávají data (Janeček 1997).

Proč DCS?

        Větší spolehlivost, neboť při vyřazení jednoho prvku systému nedojde k zhroucení celého systému. To naopak nastane v případě, že zkolabuje centrální člen.

        Větší efektivita v přípravné fázi, protože na návrhu celého systému se může podílet více vývojových týmů.

        Jednodušší a přehlednější řídicí algoritmus. Řídicí algoritmus je rozdělen podle místa působení či funkce a je realizován v místně příslušné řídicí jednotce.

Distribuce

Distribuci je možné chápat jako vlastnost určenou uspořádanou trojicí:

[použité procesory, sdílená data, rozdělené úlohy řízení] (Enslow 1977)

datapr

oces

ory

úlohy

Woldridge a Jennings: Agent je hardwarový nebo softwarový systém, který je:

• Autonomní – pracuje bez přímého zásahu člověka. Do jisté míry řídí své akce a vnitřní stavy

• Sociální – interaguje s ostatními agenty prostřednictvím jazyka pro komunikaci (viz ACL). Sociální agent pracuje s modely chování ostatních agentů.

• Reaktivní – reaguje na změny v okolí systémem produkčních pravidel: {situace S} {akceA}, resp.: rozpoznání situacevykonání akce. Má tak zvané stereotypní plány.

• Proaktivní – reakci agenta na podnět nedeterminuje pouze aktuální stav, ale agentovo chování je řízeno cíli.

Společenství agentů musí zajistit obzvláště:

• koordinaci – patří sem především rozdělování práce a sdělování mezivýsledků. Zásadním termínem je zde:• {závazek} agent přislíbí, že vykoná nějakou činnost • {úmluva} a domluví se za jakých podmínek může od závazku

odstoupit• kooperaci – základní metodou kooperace je

vyjednávání (negotiation).• komunikaci – nutná podmínka pro koordinaci a

kooperaci. Základním typem komunikace je posílání zpráv. Základní architekturou je TABULE.

Sdílená datová struktura typu „tabule“.

TabuleTabule je sdílená datová struktura, do níž jednotlivý agenti zasílají své výsledky, které považují za významné a potřebné. Současně se na tuto adresu agenti obracejí jako často na jediný zdroj informací o výsledcích jiných agentů.

přijaté úlohy(závazky)

opískování05opískování06

splněné úlohy

opískování01vyvrtávání03opískování02zalisování02

ceny úloh

opískování20vyvrtávání15zalisování25

požadované úlohy

opískování05vyvrtávání04opískování06zalisování03

ACLagent communication language - jazyk pro komunikaci mezi agenty

• musí být dostatečně obecný, aby umožňoval komunikaci mezi agenty různé specializace

• musí být otevřený, aby umožňoval postupné rozšiřování a doplňování

• musí umožňovat přenos různých typů a formátů dat• měl by mít možnost přenášet algoritmy zpracování dat mezi

jednotlivými výpočetními platformami.

Některé jazyky:

KQML - Knowledge Query and Manipulation Language

FIPA-ACL - Foundation for Physical Intelligent Agents

performativ X konstantiv

Výpovědi mohou být:• Konstativní (popisné) – poskytují informaci

(např.: “dneska prší“, vlak přijede v 8:00 na hlavní nádraží,…, můj stav je: „čekání na závazek).

V systému se vyskytují jako parametry performativů.• Performativní (uskutečňující jednání) – jsou

činem (např.: „omlouvám se“, „dáš si kafe?“, „už to nedělej“, „jsem připraven přijmout závazek“ atd.).

Austin – Ilokuční (nepromluvový) akt – (speech act theory )

FIPA-ACL (Foundation for Physical Intelligent

Agents)www.fipa.org

Performativů je v FIPA-ACL dvacet a jsou rozděleny do pěti skupin.:sender = agent odesílající zprávu

:receiver = agent přijímající zprávu (adresát)

:from = původní odesilatel performativu specifikovaný v obsahu :content (pouze pokud se používá forward)

:to = konečný příjemce zprávy specifikovaný v obsahu :content (pouze pokud se používá forward)

:in-reply-to = očekávaný identifikátor přiřazený této zprávě (stejný jako hodnota parametru :reply-with v předcházející zprávě)

:reply-with = identifikátor, kterým má být označena odpověď na danou zprávu

:ontology = jméno ontologie, jejíž použití se předpokládá pro pochopení obsahu parametru :content

:content = vlastní obsah zprávy

:language = název jazyka použitého pro vyjádření obsahu zprávy v parametru :content

:envelope = doplňková informace při přenosu zpráv mezi agenty různých platforem

:protocol = je identifikátor, který chce vysílající agent používat

:conversation-id = je identifikátor právě probíhající sekvence zpráv

Parametry (atributy) performativů FIPA-ACL

1)       skupina performativů pro přenos informace:

• a.        confirm (1) - potvrdit• b.        disconfirm (2) - popřít• c.        inform (3) - oznámit• d.        inform-if (4) – oznámit pouze když (podmínka)• e.        inform-ref (5) - oznámit

2)       skupina performativů pro vyžádání informace:

• a.        query-if (6) - dotaz• b.        query-ref (7)• c.        subscribe (8) – podporuješ (co)

3)       skupina performativů pro vyjednávání:

• a.        accept-proposal (9) – přijmout nabídku • b.        cfp (10) – call for proposals• c.        propose (11) – navrhnout• d.        reject-proposal (12) – zamítnout návrh

4)       skupina performativů pro vykonání akce:

• a.        agree (13) - schválení• b.        cancell (14) - zrušit• c.        refuse (15) - odmítnout• d.        request-when (16) – požadavek když• e.        request-whenever (17) – požadavek kdykoliv

5)       skupina performativů pro chybová hlášení:

• a.        failure (18) - chyba• b.        not-understood (19) - neporozuměno

Model holonu podle IEC 61499

Typ holonu

Algoritmy

Vnitřní data

Řízení výběru algoritmů

Jméno holonu

Vstupy událostíTok datTok dat

Tok událostí Tok událostí

Možnosti zdrojů

Výstupy událostí

Datové výstupyDatové vstupy

Modely podle ISO 61499

• System model• Device model• Resource model• Application model

• Function block model• Distribution model• Management model• Operationl state model

Holonický systém

FIPA FIPA

Software Agent

Diverter

61499Software

Agent

Belt

61499

Software Agent

Storage

61499

FIPA

FIPA ...

Obecné schéma komunikace

Dekódování přijatého komuniké

Zakódování sdělované informace

S RKomunikační kanál

Interpretace

Zásoba znaků komunikátora

Zásoba znaků komunikanta

komunikátor komuniké komunikantvysílač sdělení přijímač

Druhy komunikaceKomunikace:

• Přímá• Adresné zasílání zpráv

• Selektivní zasílání zpráv (multicasting)

• Všesměrové zasílání zpráv (broadcasting)

• Nepřímá• Tabule

Schéma komunikace (Gillernová 1997)

Účastník komunikace č. 1

Chování, jednání, činnostAKCE

Prožívání, pocity, dojmySTAVY

Účastník komunikace č. 2

Prožívání, pocity, dojmySTAVY

Chování, jednání, činnostAKCE

Ontologie MAS• soubor významů používaných symbolů• Soubor znalostí na pozadí – popis světa, který agent uznává a

respektuje.• Ontologie multiagentního systému je soubor znalostí na pozadí,

který umožňuje předat sémanticky hodnotné informace pomocí stručných zpráv, čehož je docíleno tím, že si agenti nemusejí sdělovat všechna hlediska obsahu, neboť ty jsou zachyceny v příslušné ontologii.

Energentismus(emergere = latinsky vynořit se, vymanit se)

• Za emergentní můžeme pokládat cokoliv, co je na určité vyšší úrovni zřetelné a svébytné, kauzálně působivé, či jakkoliv jinak pozoruhodné, a na co lze hledět jako na důsledek vlastností a chování prvků nějaké nižší úrovně, přičemž to není snadné, nebo dokonce možné prostředky této nižší úrovně popsat, vymezit, či předpovědět.

• mentální stavy a procesy lze pojmout jako emergentní jevy na některé vyšší úrovni dostatečně složitého dynamického systému“.

Umělý životSamoreprodukující se automat (von Neuman 1948)

• vlastního automatu – řídicí jednotky• manipulátoru – mechanické analogie ruky• oddělovače – mechanismu, který umí rozpojit dva

prvky• spojovače – mechanismu, který umí spojit dva prvky• senzoru – mechanismu, který umí rozpoznat součástky• nosníku – kostry celého systému a zároveň

paměťového média

Kazuistiky

• PROSA – řízení výroby• ExPlanTech• CplanT – humanitární organizace• Rockwell Automation – transport materiálu• Amalthaea – vyhledávání informací

PROSA

• Product (holon výrobku)Reprezentuje výrobek a monitorování výrobního procesu

• Resource (holon výrobníhoprocesu)Výrobní linky, zařízení, procesy

• Order (holon objednávky)Obsluhuje požadavky na výrobní holony

• Staff (holon obsluhy)Podpora pro optimalizaci a koordinaci

ProPlanTMultiagentní plánování

• Project Planning Agent• Project Managing Agent• Production Agent

production agent

project planning agent

project managing agent

meta agent

ExPlanTechPlánování projektově orientované výroby (vychází z ProPlanT)

• Operátor – dekompozice konkrétního výrobního projektu

• Workshop – rozvrhovací agent• DB agent – spojuje ExPlanTech s firemním IS.• Materiálový agent – integruje systém skladového

hospodářství

Nasazeno v modelárně LIAZ, s.r.o., Liberec.

CplanT automatizované plánování koalic v rámci mírových operací • Resource Agents (R-agents) silnice, letiště, …

• In-need Agents (In-agents) místo vyžadující pomoc

• Humanitarian Agents (H-agents) humanitární agentura

Rockwell Automation• Výrobní skladovací jednotka• Spojka• Dopravní pás• Výhybka• Křižovatka

Amalthaeahttp://lcs.www.media.mit.edu/projects/amalthaea/ • filtrační agenti - Information Filtering (IF) agents • vyhledávací agenti - Information Discovery (ID)• Agenti se učí a adaptují na zájmy uživatele pomocí

evoluceAgenti platí "nájemné" a dostávají "kredity". Kdo nemá na nájem,

je ze systému odstraněn. Kredity (kladné nebo i záporné) dostává agent podle hodnocení doporučeného dokumentu uživatelem a podle původního přesvědčení agenta o jeho zajímavosti.

Internetové článkyMařík, V. (2003). Principy architektury holonických a multiagentních

systémů I In: Sdělovací technika 6 / 2003. http://www.stech.cz/rok_2003/06/vyber/06trendy/06trendy.htm. Praha: Sdělovací technika, červen 2003.

Mařík, Vladimír. Principy architektury holonických a multiagentních systémů II In: Sdělovací technika 7 / 2003. http://www.stech.cz/rok_2003/06/vyber/06trendy/06trendy.htm. Praha: Sdělovací technika, červenec 2003.

Bečvář, Petr, Kout, Jan, Pěchouček, Michal. Multiagentní řízení, simulace a plánování výroby In: Sdělovací technika 5 / 2004. http://www.certicon.cz/data/a5_04_s27-28.pdf. Praha: Sdělovací technika, květen 2004.

Denár, Robert. Segmentácia výroby. http://www.ipaslovakia.sk/slovak/ipamagazin/segmentacia/segmentacia.asp.

Holonic Manufacturing System consortium. http://hms.ifw.uni-hannover.de.

Foundation for Intelligent Physical Agents. http://www.fipa.org.

Agentcities. http://www.Agentcities.org.

Agent Faktory. http://www.agentfactory.com.

Michael Wooldridge. An Introduction to MultiAgent Systeme. http://www.csc.liv.ac.uk/~mjw/pubs/imas/

Internetové stránky

Časopisecké zdroje

Vrba, Pavel. Holonické výrobní systémy In: Automatizace 12 / 2002. Praha: Automatizace s. r. o., prosinec 2002.

Stránky věnované holonickým systémům

http://www.holon.ic.cz

Programování systému se provádí ve vývojovém prostředí „Mozaic“ nebo „Xpro“, pomoci IL nebo KOP.

PLC Tecomat s procesorem řady „d“ jsou vybaveny tabulkovými instrukcemi.

Tabulkové instrukce jsou jádrem generátoru maker Tapro, který je použit pro generování programu krokového řadiče.

Tabulka

#table word tabulka=10,20,30,40,50,60,70,80,90

#table byte tabulka= %11111111,

%01111111,

%00000111,

%00000011,

%00000001,

%00000001

#table bit tabulka = 1,0,0,0,1,0,1,1,1,0,0,1,0,1,1

Tabulka je datová struktura připomínající „jednorozměrné pole“, jak jej známe z vyšších programovacích jazyků.

Tabulkové instrukce

Instrukce pro práci s tabulkami. Z tabulek je možné číst, zapisovat do nich, prohledávat je či zařazovat do nich jiné prvky.

• LTB – Load From Table - čtení

• WTB – Write To Table - zápis

• FTB – Find In Table - vyhledávání

• FTM - Find In Table With Masking – vyhledávání relevantního

• FTS – Find In Table With Sorting – zatřídění neznámého prvku

LTB - Load From Table

ld index ;0,1,2,.....,9

ltb tabulka ;Název tabulky

wr rw10

│ tabulka ││ index ┌─────┐ │├─[LD ]───┤ix x├─ ││ │ LTB │ ││ │ │ ││ │ ix├─ ││ │ │ ││ │ │ rw10 ││ │ v├────────────────────────────────────────────────[WR ]─┤│ └─────┘ │

Přečte řádek tabulky „tabulka“ s číslem „index“ a zapíše jej do registru rw10.

WTB – Write To Tableld #9 ;Mez tabulky

ld kam ;Index

ld co ;Hodnota, která se má zapsat na ;pozici kam do tabulky

"tabulka".

wtb tabulka ;název tabulky

Zapíše novou hodnotu „co“ do řádku tabulky „tabulka“ s číslem „kam“.

│ tabulka ││ #9 ┌─────┐ │├─[LD ]───┤s s├─ ││ │ WTB │ ││ kam │ │ │├─[LD ]───┤ix ix├─ ││ │ │ ││ co │ │ │├─[LD ]───┤v v├──────────────────────────────────────────────────────┤│ └─────┘ │

FTB – Find In Tableld co_hledat

FTB tabulka

wr nalezeno_kde

ld s1.0

wr uspesnost

Hledá v tabulce „tabulka“ řádek s hodnotou „co_hledat“ a pokud hledanou hodnotu nalezne vrací číslo řádku a nastavuje systémový registr s1.0 na hodnotu „1“.

│ tabulka ││co_hle» ┌─────┐ │├─[LD ]───┤v s├─ ││ │ FTB │ ││ │ │ naleze»││ │ ix├────────────────────────────────────────────────[WR ]─┤│ └─────┘ ││ ││ s1.0 uspesn»│├──] [───────────────────────────────────────────────────────────[WR ]─┤