任务驱动的虚拟企业生命周期管理问题研究

论文摘要

本文依托国家自然科学基金项目（NSFC-60474077）和教育部新世纪优秀人才支持计划项目（NCET-05-0653）,以任务驱动为主线,综合运用多智能体理论、博弈理论及粒子群优化算法,对虚拟企业生命周期管理涉及的合作伙伴选择、生产任务调度及信息共享三个关键问题进行研究,其主要内容如下:首先,分析了任务驱动虚拟企业生命周期管理过程及关键问题。在对任务驱动的虚拟企业生命周期管理内涵进行说明的基础上,建立了任务各阶段与虚拟企业生命周期各阶段的对应关系,并对任务驱动的虚拟企业生命周期管理过程进行了论述。此后,重点分析了虚拟企业合作伙伴选择、生产任务调度及信息共享三个关键问题的求解难点。分析指出合作伙伴选择问题的难点主要包括优化选择、谈判与签约及协调管理;生产任务调度问题的难点主要包括任务调度优化及协调管理;信息共享问题的难点主要包括信息共享平台构建、信息共享的机制设计及策略选择。其次,给出了任务驱动的虚拟企业合作伙伴选择结构模型及优选算法。利用多智能体技术,建立了任务驱动的虚拟企业合作伙伴选择结构模型。针对合作伙伴优选问题,建立了基于工期约束成本最小化的优化模型,并采用限制法证明了该问题是NP完全问题。针对问题求解,提出改进粒子群优化求解算法。改进算法新增初始扩大、变异及局部更新三个过程,上述过程的综合运用提高了粒子群算法的优化求解效果。以敏捷制造实例验证了合作伙伴选择模型及优选算法的有效性。第三,给出了虚拟企业生产任务调度的层次结构模型及调度优化算法。建立了虚拟企业及合作伙伴两个层次的生产任务调度结构模型。针对调度优化问题,以最小化生产延续时间为优化目标,建立了调度优化模型,其中虚拟企业调度层优化主要考虑生产任务之间的时序逻辑关系、作业时间及伙伴自身已确定的生产任务等影响因素,而合作伙伴调度层优化则主要考虑资源占用、转运时间等影响因素,并给出了粒子群优化求解算法。以大型设备制造实例验证了生产任务调度模型及优化算法的有效性。第四,给出了虚拟企业信息共享博弈模型及促进高层次信息共享的激励方法。以盟主及一个合作伙伴组成的虚拟企业为研究对象,建立了虚拟企业信息共享博弈模型,指出了信息共享博弈的“囚徒困境”,即盟主及合作伙伴都试图通过减少共享的信息量来增加自身利润,结果导致虚拟企业高层次信息共享无法实现,并且使得虚拟企业、盟主及合作伙伴利润降低。为实现虚拟企业高层次信息共享,从单次博弈及重复博弈两个方面提出了解决方法。针对单次博弈,提出了竞拍与惩罚机制相结合的信息共享激励机制设计方法,而针对重复博弈,提出了基于博弈策略及学习调整、增加博弈次数的方法,通过仿真验证了方法有效性。最后,基于上述研究成果,建立了原型系统,并通过300吨汽车起重机研发及制造实例验证了其可行性、有效性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 虚拟企业概述
• 1.3 虚拟企业国内外研究现状
• 1.4 研究理论基础
• 1.5 主要研究内容及体系结构
• 2 任务驱动的虚拟企业生命周期管理及关键问题分析
• 2.1 引言
• 2.2 任务驱动的虚拟企业生命周期管理内涵
• 2.3 任务驱动的虚拟企业生命周期管理过程
• 2.4 关键问题分析
• 2.5 本章小结
• 3 任务驱动的虚拟企业合作伙伴选择及优化
• 3.1 引言
• 3.2 智能体与多智能体系统
• 3.3 多智能体的合作伙伴选择结构模型
• 3.4 合作伙伴优选模型
• 3.5 改进粒子群算法求解
• 3.6 实例及分析
• 3.7 本章小结
• 4 虚拟企业生产任务调度及优化
• 4.1 引言
• 4.2 生产任务描述
• 4.3 生产任务调度层次
• 4.4 多智能体的生产任务调度结构模型
• 4.5 生产任务调度优化模型
• 4.6 粒子群算法优化求解
• 4.7 实例及分析
• 4.8 本章小结
• 5 虚拟企业信息共享博弈分析及激励方法
• 5.1 引言
• 5.2 博弈基本理论
• 5.3 信息共享内容
• 5.4 信息共享博弈模型及分析
• 5.5 单次信息共享博弈激励措施
• 5.6 单次信息共享博弈机制设计
• 5.7 信息共享演化博弈分析
• 5.8 信息共享演化博弈仿真
• 5.9 本章小结
• 6 原型系统与应用实例
• 6.1 原型系统
• 6.2 应用实例
• 6.3 合作伙伴选择
• 6.4 生产任务调度
• 6.5 信息共享
• 6.6 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录I 攻读博士学位期间发表论文情况