CC BY
88
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МУЛЬТИАГЕНТНОГО ПОДХОДА ПРИ ФОРМИРОВАНИИ КООПЕРАТИВНЫХ СТРУКТУР МАЛЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Абдуллин Р.З., соискатель ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ»,
Шерняев В.И., соискатель ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ»
Рассматривается возможность использования мультиагентного подхода при формировании кооперативных структур малых предприятий.
Ключевые слова: малые предприятия, взаимодействие, бизнес-процесс, кооперативная структура, мультиагентная система.
USING MULTI-AGENT APPROACH IN THE FORMATION OF COOPERATIVE STRUCTURES OF SMALL BUSINESSES
Abdullin R., the applicant, STANDARTINFORM, FSUE, Shernyaev V., the applicant, STANDARTINFORM, FSUE
The possibility of using multi-agent approach in the formation of cooperative structures of small businesses.
Keywords: small business, interaction, business process, the cooperative structure, multi-agent system.
Высокая динамика современного рынка, постоянное тесное взаимодействие малых предприятий в рамках кооперации, приводит к необходимости для малых фирм использовать разнообразные стратегии поведения, вступая в кооперативные отношения с другими фирмами, ведя конкурентную борьбу за заказы и ресурсы. В этой ситуации практически невозможно построить жесткие бизнес-процессы, которые бы обеспечивали сохранение устойчивости функционирования предприятия при постоянном изменении внешних условий. Современные малые предприятия эволюционируют от традиционных форм к целевым группам технологически связанных предприятий и далее к кооперативным структурам, основанным на распределенном взаимодействии. Такие группы предприятий не управляются централизованно компаниями-лидерами, а управляются через виртуальные пространства. В условиях развития новых гибких организационных форм кооперации, где каждое малое предприятие, преследуя собственные цели, должно согласовывать принимаемые решения с партнерами для получения максимальной выгоды, перед участниками кооперации стоит задача постоянно приспосабливать свое поведение к высоко динамической и неопределенной окружающей среде.
Под кооперативной (кооперационной) структурой будем понимать связанную сеть независимых малых предприятий (экономических агентов), которые способны приспосабливаться к изменениям, как в окружающей среде, так и в самой структуре, и перестраивать ее и свою деятельность в ответ на эти изменения. Такую кооперационную структуру (КС) также называют сетью поставок, адаптивной сетью поставок1 или цепью поставок2.
Способность участников кооперативной структуры целесообразно изменять организацию в зависимости от влияния среды переводит их в класс систем с переменной структурой. Поиск рациональной организации кооперативной структуры и выбор участников, обеспечивающих допустимый с точки зрения временных и стоимостных затрат уровень эффективности, называется конфигурированием КС.
КС рассматривается как открытое интегрированное предприятие, формирование которого является результатом кооперирования активных автономных элементов (агентов). КС подразумевает более высокую форму интеграции и является сетью, сформированной из независимых малых предприятий, сотрудничающих посредством предоставления совместного доступа к информации, опыту, технологиям и ресурсам, и имеющих общую цель удовлетворения потребительского спроса с использованием имеющихся возможностей на рынках.
Отличительной особенностью КС является необходимость решать задачу конфигурирования динамически при выполнении каждого заказа в условиях неопределенной среды. Сообщество заинтересованных агентов, которые на основании протоколов переговоров принимают решение сотрудничать, создавая новую структуру для решения некой задачи или достижения определенной цели, принято называть коалицией. Формирование коалиций - это способ конфигурировать виртуальные организации агентов посредством применения согласованных стратегий, временная логика которых зависит от динамически меняющихся условий.
Следовательно, нужны гибкие системы управления кооперативными структурами малых предприятий, которые бы позволяли изменять критерии эффективности функционирования предприятий и адаптивно корректировать бизнес-процессы предприятия.
Использование новых информационных технологий позволяет обеспечить требуемый уровень адаптивности систем управления. Сбор и анализ информационных потоков дает возможность выявлять тенденции динамики бизнес-процессов и автоматически вырабатывать нужные управляющие воздействия. При этом используется одно из важнейших свойств современных информационных технологий - описание бизнес-процессов на достаточно высоком уровне абстракции. Развитие онтологии совместно с бизнес-процессами путем обогащения базы знаний информацией о возникающих событиях позволяет обеспечить требуемую информационную поддержку процессов принятия решений по организации взаимодействия малых предприятий в рамках кооперативной структуры.
Одним из достаточно распространенных подходов разработки гибких систем управления, который для хранения знаний использует онтологии, а для обеспечения адаптивности бизнес-процессов предусматривает самоорганизацию, является мультиагентный подход3.
В отличие от классических подходов, в мультиагентном каждое предприятие моделируется как динамическая сеть агентов потребностей и возможностей. Агенты потребностей и возможностей взаимодействуют между собой по поводу заказов и ресурсов, вступая в непосредственные связи и инициируя процессы взаимного пересмотра и согласования планов по мере возникновения ожидаемых или заранее непредвиденных событий. В качестве примера таких событий модно привести новый боле выгодный заказ, отзыв уже принятого заказа, приобретение нового оборудования, отказ технологического оборудования и др. За счет динамической сетевой организации могут быть в любой момент времени пересмотрены связи между агентами и согласованно изменены их планы. Таким образом обеспечивается гибкое планирование ресурсов предприятия и обеспечивается его устойчивость в кооперационном взаимодействии.
Под самоорганизацией понимается возможность кооперативной структуры автономно видоизменять уже существующие и/или устанавливать новые связи между малыми предприятиями с целью повышения эффективности и устойчивости их функционирования.
При организации кооперационного взаимодействия на основе мультиагентного подхода производится определение агентов, которые соответствуют объектам реального мира, действующим в сети потребностей и возможностей; при этом кроме агентов, соответствующих объектам реального мира, могут появляться агенты, не имеющие аналогов в реальном мире, которые создаются для оптимизации процессов управления. К таким агентам относятся агенты операций, описывающие выполнение одного или нескольких заказов, конфликтов и т.п.
При определении понятия «агент» удобно опираться на представление об объекте, развитом школой объектно-ориентированного программирования (ООП). Тогда искусственный агент может по-
ниматься как метаобъект, наделенный некоторой долей субъективности, т.е. способный манипулировать другими объектами, создавать и уничтожать их, а также имеющий развитые средства взаимодействия со средой и себе подобными. Другими словами, это «активный объект» или «искусственный деятель», находящийся на заметно более высоком уровне сложности по отношению к традиционным объектам и использующий их для достижения своих целей путем управления, изменяющего их состояния.
Соответственно, минимальный набор базовых характеристик произвольного агента должен включать такие свойства, как:
а) активность, способность к организации и реализации действий;
б) автономность (полуавтономность), относительная независимость от окружающей среды или наличие некоторой «свободы воли», связанное с хорошим ресурсным обеспечением его поведения;
в) коммуникабельность, вытекающая из необходимости решать свои задачи совместно с другими объектами и обеспечиваемая развитыми протоколами коммуникации;
г) целенаправленность, предполагающая наличие собственных источников мотивации, а в более широком плане - специальных интенсиональных (выражающих стремления) характеристик.
Такое представление близко к одному из наиболее популярных определений понятия «агент», которое было предложено М. Вулдриджем и Н. Дженнингсом4. По их мнению, агент - это программно или аппаратно реализованная система, обладающая следующими свойствами:
автономность - способность функционировать без прямого вмешательства людей или компьютерных средств и при этом осуществлять самоконтроль над своими действиями и внутренними состояниями;
общественное поведение (social ability) - способность взаимодействия с другими агентами (а, возможно, людьми), обмениваясь сообщениями с помощью языков коммуникации;
реактивность - способность воспринимать состояние среды (физического мира, пользователя через пользовательский интер-
фейс, совокупность других агентов, сеть Internet, или сразу всех этих компонент внешней среды);
целенаправленная активность (pro-activity) - способность агентов не просто реагировать на стимулы, поступающие из среды, но и, проявляя инициативу, осуществлять целенаправленное поведение в отношении среды.
Решение задачи одним агентом на основе инженерии знаний представляет собой точку зрения классического искусственного интеллекта (ИИ), согласно с которой агент (как интеллектуальная система), обладая глобальным видением проблемы, имеет все необходимые способности, знания и ресурсы для ее решения.
Напротив, в распределенном искусственном интеллекте (РИИ) и вообще в области мультиагентных систем (MAC) предполагается, что отдельный агент может иметь лишь частичное представление об общей задаче и способен решить лишь некоторую ее подзадачу. Поэтому для решения более сложной проблемы, как правило, требуется взаимодействие агентов в рамках мультиагентной системы (MAC).
Этот социальный (коллективный) аспект решения задач - одна из фундаментальных характеристик концептуальной новизны компьютерных технологий и искусственных (виртуальных) организаций. Само распространение различных сетей порождает распределенный взгляд на мир. Развитие мобильных компьютерных средств, когда вся информация и ресурсы ее обработки распределены по различным узлам сети, требует пересмотра классических моделей вычислений, основанных на одноленточной, последовательностной машине фон Неймана, и принятия новых концепций вычислительного пространства (например, концепции «гигантской паутины», как в случае с World Wide Web или «вычислительного поля» по аналогии с физическими полями).
Объект имеет единое имя и свои собственные данные и процедуры. Объект может состоять из нескольких так же определенных объектов и в свою очередь быть частью более крупного объекта. Объекты не способны анализировать свое поведение, определять характер связей с другими объектами или природу адресованных им сообщений. Их механизм получения сообщений сводится к вы-
Компонента управления агентом знаний______________
Иерархическая база
Компоненты,
ответственные
кооперативное
поведение
Знания, относящиеся к кооперативному поведению (общественный контекст)
Компоненты, ответственные за планирование
Знания о процессах планирования (ментальный контекст) Локальные цели и планы
Модели внешнего мира (ситуативный контекст)
Реактивная
компонента ► Фрагменты поведения
і у У у і V
Воздействия Коммуникации Восприятия
Рис. 1. Архитектура агента
1 Шереметов Л.Б. Децентрализованное управление адаптивными сетями поставок на основе теории коллективного интеллекта и агентной технологии. Часть 2: Многоагентная среда моделирования и оптимизации сетей поставок // Информационно-управляющие системы. 2009. № 5.
2 Иванов Д.А. Виртуальные предприятия и цепи поставок: комплексный подход к организации и оперативному управлению в новых организационных формах производственной кооперации. - СПб.: Изд-во СПбГУЭФ, 2003.
3 Витпих В.А., Скобелев П.О. Мультиагентные модели взаимодействия для построения сетей потребностей и возможностей в открытых системах // Автоматика и телемеханика, 2003, №1.
4 Wooldridge M., Jennings N. Intelligent Agents: Theory and Practice // The Knowledge Engineering Review 10 (2), 1995, C. 115-152.
зову процедуры. А главное, они не могут самостоятельно формировать цели.
Наличие у агента, в отличие от объекта, механизма целепола-гания обеспечивает принципиально новый уровень автономии. Агент не обязательно выполняет распоряжения какого-либо другого агента, а лишь зависит от условий среды, включая цели и намерения других агентов. В отличие от объекта, агент может принять на себя определенные обязательства или отказаться от выполнения некоторой работы, мотивируя это отсутствием компетентности, занятостью другой задачей и т.п. В то же время агент может выполнять такие действия, как порождение, подавление и замена других агентов, активизация функций (как своих, так и у других агентов), активизация сценария деятельности, запоминание текущего состояния других агентов и пр.
Поэтому концепция агентов подразумевает обращение к ряду новых понятий из психологии и социологии, в первую очередь, понятий из теории деятельности и теории коммуникации. При этом деятельность и интеллект понимаются как процессы, рекурсивно зависящие друг от друга, что обеспечивает их порождение и реализацию.
Каждый агент может быть представлен как множество уровней, которые связаны через управляющую структуру и используют общую базу знаний. Эта архитектура представлена на рис. 1.
Она состоит из пяти основных блоков: интерфейса с внешним миром; компоненты, основанной на поведении; планирующей компоненты; компоненты, ответственной за кооперацию с другими агентами и базы знаний агента. Интерфейс с внешним миром определяет возможности агента по восприятию событий внешнего мира, воздействию на него и средства коммуникации.
Компонента, ответственная, за реактивное поведение, использует базовые возможности агента по реактивному поведению, а также частично использует знания агента процедурного характера. Она базируется на понятии «фрагмента поведения» как некоторых заранее заготовленных реакций агента на некоторые стандартные ситуации. Это позволяет агенту в стандартных ситуациях не обращаться к планированию на основе знаний и реализовывать значительную часть своего поведения рутинным образом с хорошей эффективностью. Из базы знаний ей доступны только знания нижнего уровня абстракции, где содержится информация о фрагментах поведения.
Компонента, ответственная за планирование, содержит механизм планирования, позволяющий строить локальные планы агента, т.е. планы, не связанные с кооперативным поведением. План представляется в виде графа, узлами которого могут быть либо конкретные наборы действий вплоть до элементарных шагов поведения, либо новые субпланы, подлежащие дальнейшей конкретизации.
Таким образом, планирующая компонента активирует поведение (через нижележащую компоненту), направляемое целями. Она же участвует и в планировании, связанном с кооперативным поведением агентов. Эта компонента может использовать знания двух нижних уровней абстракции.
Из совокупности агентов формируют мультиагентные системы для описания и моделирования реальных структур. Каждый из агентов имеет семантическое описание своего поля деятельности (свою структуру, свои знания), и соответствует экспертной системе с традиционной структурой. Агент обладает всеми свойствами экспертных систем, а так же памятью своей деятельности. Основная идея применения агентов заключается в том, что каждый агент имеет собственные ресурсы для достижения собственных целей, взаимодействия с другими агентами и разрешения конфликтов с целями других агентов для достижения общей цели. Это позволяет свободно выбирать те цели, которые преследуются на данный момент объектом управления, и соответственно целям выбирать тот эталон (представленный соответствующим агентом), соответствие которому достигается моделью обучаемого на данный момент.
Взаимодействие агентов означает установление двусторонних динамических отношений между агентами. При этом оно является одновременно источником и продуктом некоторой организации. Иными словами, взаимодействие представляет собой не только следствие каких-либо действий в МАС, выполняемых агентами в одно и то же время, но и необходимое условие формирования социальных организаций.
Координируемое сотрудничество означает, что агенты должны согласовывать свои действия (возможно, с помощью специального
агента-координатора), чтобы продуктивно использовать наличные опыт и ресурсы.
Индивидуальное соперничество за ресурсы представляет собой классический вариант конфликтной ситуации, когда каждый агент хочет монополизировать имеющиеся совместные ресурсы. В случае чистого коллективного соперничества, агентам, имеющим различные индивидуальные цели, но недостаточный опыт для их достижения, приходится объединяться в коалиции. При этом вначале происходит формирование групп агентов, а затем начинается соперничество между этими группами. Наконец, коллективное соперничество за ресурсы, т.е. ситуация, комбинирующая коллективное соперничество и индивидуальные конфликты за ресурсы, представляет собой наиболее продуктивный случай конфликтной ситуации с точки зрения функционирования МАС, поскольку конкурирующие группы способствуют ликвидации монополий и расширению рынка услуг.
Понятие кооперации агентов играет центральную роль в МАС. Кооперация - это основная форма организации взаимодействия между агентами, характеризующаяся объединением их усилий для достижения совместной цели при одновременном разделении между ними функций, ролей и обязанностей. В общем случае это понятие можно определить формулой:
кооперация = сотрудничество + координация действий + разрешение конфликтов.
В любых МАС центральную роль играют структуры управления и принятия решений. Управление определяет ограничения на взаимодействия между агентами, вид организации и характер эволюции МАС. Классическая структура управления предполагает субординацию агентов, т.е. способ заставить одних агентов выполнять поручения других. Иерархия отношений субординации представляет собой древовидную структуру. В противоположность этому в МАС могут вводиться и эгалитарные структуры, когда всякий агент может попросить любого другого агента выполнить некоторую задачу, и потенциальный исполнитель всегда может отказаться.
Для обеспечения устойчивости функционирования малых предприятий в рамках КС необходима ее структурная адаптация. Ее целью является поиск такой структуры, при которой интегрированное предприятие сможет достичь допустимого с точки зрения временных и стоимостных затрат уровня эффективности. Это позволяет, с одной стороны, включать новых участников, а с другой -динамически формировать структуру сети под конкретный заказ из множества потенциальных участников. Возникает новая задача, которая сводится к определению участников сети или отдельного производственного канала, планированию его оптимальной структуры и управлению ее изменениями как реакции на внешние воздействия - задача динамического конфигурирования КС, которая может быть решена в рамках мультиагентного подхода.
Литература:
1. Витпих В.А., Скобелев П.О. Мультиагентные модели взаимодействия для построения сетей потребностей и возможностей в открытых системах // Автоматика и телемеханика, 2003, №1.
2. Иванов Д.А. Виртуальные предприятия и цепи поставок: комплексный подход к организации и оперативному управлению в новых организационных формах производственной кооперации. -СПб.: Изд-во СПбГУЭФ, 2003.
3. Шереметов Л.Б. Децентрализованное управление адаптивными сетями поставок на основе теории коллективного интеллекта и агентной технологии. Часть 2: Многоагентная среда моделирования и оптимизации сетей поставок // Информационно-управляю-щие системы. 2009. № 5.
4. Wooldridge M., Jennings N. Intelligent Agents: Theory and Practice // The Knowledge Engineering Review 10 (2), 1995, C. 115152.
