Agent技術(shù)在裝備維修人員保障決策模型中的應(yīng)用

1 Agent 基本概述

　　1.1 基本概念

　　目前學(xué)術(shù)界對(duì) Agent 的定義多種多樣，難以形成一個(gè)統(tǒng)一確切的概念。Agent 的一般描述為:Agent 是一個(gè)具有自主性、社會(huì)性、反應(yīng)性、主動(dòng)性的抽象實(shí)體，它能在一定環(huán)境下能獨(dú)立自主地運(yùn)行，作用于環(huán)境也受環(huán)境影響，且能不斷地從環(huán)境中獲取知識(shí)以提高自己的能力。Agent 具有以下特點(diǎn):自主性、社會(huì)性、反應(yīng)性和主動(dòng)性。

　　1.2 Agent 的理論模型

　　由于 Agent 理論模型是Agent 技術(shù)的基礎(chǔ)，因此，關(guān)于Agent 模型結(jié)構(gòu)的研究是目前主要的研究領(lǐng)域之一。當(dāng)前，人們側(cè)重研究信念(Belief)、愿望(Desire)、意圖(IntentiON)的關(guān)系和形式化描述，建立Agent 的BDI 模型。

　　1.3 Agent 的體系結(jié)構(gòu)

　　Agent 結(jié)構(gòu)需要解決的問(wèn)題是Agent 由哪些模塊組成，它們之間如何交互信息，如何將這些模塊組合起來(lái)形成一個(gè)有機(jī)整體，所以說(shuō)對(duì)Agent 的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述和研究是必要的。一般來(lái)說(shuō)，Agent 一般組成和結(jié)構(gòu)主要包括Agent 的基本屬性和通訊模塊、學(xué)習(xí)模塊、推理模塊和事件處理模塊等。

　　2 維修人員的決策過(guò)程分析

　　維修人員需求的確定，主要是根據(jù)維修工作分析中記錄的維修工作與人員專業(yè)、技術(shù)等級(jí)與數(shù)量之間的關(guān)系，以及*各維修級(jí)別維修人員的編制，裝備的部署數(shù)量和年使用時(shí)間，從而確定出在各個(gè)維修級(jí)別上需配備的人員專業(yè)、技術(shù)等級(jí)與數(shù)量。決策流程圖如圖3所示。具體的分析工作可分為以下3 步：

　?、俑鶕?jù)維修工作分析中記錄的維修工作與維修人員之間的關(guān)系，確定出所需人員數(shù)量、專業(yè)及技術(shù)等級(jí)一些信息；

　?、诟鶕?jù)設(shè)備信息，按照設(shè)備的使用量和維修率來(lái)計(jì)算每件設(shè)備在各個(gè)維修級(jí)別上的工作量；

　?、鄹鶕?jù)所要求的人員、可用有效工時(shí)以及工作量的要求，確定出各個(gè)專業(yè)、技術(shù)等級(jí)的人員數(shù)量需求。

　　3 裝備維修人員配備模型

　　裝備維修是保持和恢復(fù)裝備的戰(zhàn)斗力，充分發(fā)揮裝備軍事效能的主要手段，根據(jù)不同的裝備特點(diǎn)和任務(wù)要求，合理的組織裝備維修力量，以保證裝備遂行作戰(zhàn)、訓(xùn)練或其它任務(wù)的順利完成。維修人員是裝備維修保障決策中最具有活力和變化的因素，裝備維修人員的素質(zhì)起著決定性的作用，充分發(fā)揮維修人力資源的效能和利用率有著重要的作用。

　　對(duì)于裝備維修人員的配備數(shù)量問(wèn)題，一方面要求有足夠的人力，以保證裝備維修的需要;另一方面，又要求提高人員的利用率，避免人員編制的浪費(fèi)。在進(jìn)行了裝備維修人員配備之前，需要考慮的幾個(gè)因素有：

　?、俅S修裝備的類型及各類型的數(shù)量。待維修裝備的類型和數(shù)量決定了整個(gè)維修任務(wù)的工作量，是確定維修人員組成的決定性因素。②維修同型裝備的器材設(shè)施數(shù)量。維修設(shè)施的數(shù)量，將制約著維修任務(wù)的同時(shí)進(jìn)行，是維修過(guò)程中的限定性條件，它制約著同一類型的裝備維修是并行維修還是串行維修。③各型維修備件的數(shù)量。維修備件的數(shù)量，限定了實(shí)際能維修的損壞裝備的數(shù)量，因此維修備件的數(shù)量也是一個(gè)限定因素。下面的維修人員配備模型是在損壞裝備數(shù)量和類型、維修人員都己確定的條件下建立，如果備件數(shù)量不受限制，其主要的*價(jià)指標(biāo)就是維修任務(wù)完成的總時(shí)間。如果備件數(shù)量有限時(shí)，*價(jià)指標(biāo)就有兩個(gè)：一是維修任務(wù)完成的總時(shí)間；二是配套裝備的數(shù)量。維修人員的配備組成，即確定哪些人員參加及分配每個(gè)人的任務(wù)，可以通過(guò)求解任務(wù)安排問(wèn)題而確定。任務(wù)即是損壞的裝備，而維修人員就是等待分配任務(wù)的維修人員。本模型討論的人力資源配備主要是指作戰(zhàn)指揮員通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)人員、設(shè)備等可用資源的任務(wù)分配，也就是資源調(diào)配問(wèn)題。為了綜合考慮這些因素的影響，必須設(shè)計(jì)一個(gè)合適的目標(biāo)函數(shù)coST，這個(gè)目標(biāo)函數(shù)cost 體現(xiàn)出MAS 對(duì)子任務(wù)分配問(wèn)題的要求，并體現(xiàn)整個(gè)任務(wù)組完成后的時(shí)間消耗。這個(gè)函數(shù)可以是如下形式：

　　其中，，即每個(gè)人員Agent最大的工作時(shí)間為。

　　求解MAS子任務(wù)分配的最優(yōu)解過(guò)程就是尋找一組解使得目標(biāo)函數(shù)cost達(dá)到最優(yōu)值。在這里我們利用遺傳算法與模擬退火算法結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)分配求解。

　　遺傳算法 (Genetic Algorithm)是一類模擬自然過(guò)程，特別是模擬生物界自然進(jìn)化和遺傳過(guò)程的隨機(jī)搜索算法，具有在復(fù)雜空間求解近似最優(yōu)解的能力。它采用簡(jiǎn)單的編碼技術(shù)來(lái)表示各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)對(duì)一組編碼表示進(jìn)行簡(jiǎn)單的遺傳操作和優(yōu)勝劣汰的自然選擇來(lái)指導(dǎo)學(xué)習(xí)和確定搜索的方向。遺傳算法的操作對(duì)象是一群二進(jìn)制(稱為染色體、個(gè)體)，即種群。這里每一個(gè)染色體都對(duì)應(yīng)問(wèn)題的一個(gè)解。從初始種群出發(fā)，采用基于適應(yīng)值比例的選擇策略在當(dāng)前種群中選擇個(gè)體，使用雜交和變異來(lái)產(chǎn)生下一代種群。如此模仿生命的進(jìn)化一代代演化下去，直到滿足期望的終止條件為止。其基本步驟：

　　(1)定義一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，即函數(shù)cost；

　　(2)將可行解群體在一定的約束條件下初始化，每一個(gè)可行解用一個(gè)向量x來(lái)編碼，稱為一條染色體，向量的分量代表基因，它對(duì)應(yīng)可行解的某一決策變量；

　　(3)計(jì)算群體中每條染色體xi(i =1，2，...，n)所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，并以此計(jì)算適應(yīng)值，按F的大小來(lái)*價(jià)該可行解的好壞；

　　(4)以優(yōu)勝劣汰的機(jī)制，將適應(yīng)值差的染色體淘汰掉，對(duì)幸存的染色體根據(jù)其適應(yīng)值的好壞，按概率隨機(jī)選擇，進(jìn)行繁殖，形成新的群體；

　　(5)通過(guò)雜交和變異的操作，產(chǎn)生子代。雜交是隨機(jī)選擇兩條染色體(雙親)，將某一點(diǎn)或多點(diǎn)的基因互換而產(chǎn)生兩個(gè)新個(gè)體，變異是基因中的某一點(diǎn)或多點(diǎn)發(fā)生突變。

　　對(duì)于子代群體重復(fù)步驟(3)至(5)的操作，進(jìn)行新一輪遺傳進(jìn)化過(guò)程，直到迭代收斂(適應(yīng)值趨穩(wěn)定)即找到了最優(yōu)解或準(zhǔn)最優(yōu)解。模擬退火算法(Simulated AnneALIng)的研究對(duì)象是由一個(gè)參數(shù)集所確定的某種配置。對(duì)配置的優(yōu)化過(guò)程即是對(duì)目標(biāo)函數(shù)cost的極小化過(guò)程。極小化過(guò)程模擬自然界的退火過(guò)程，由一個(gè)逐步冷卻溫度temp控制。在每個(gè)極小化步驟中，隨機(jī)選擇一個(gè)新的配置并計(jì)算cost函數(shù)。如cost比以前的小，則選定新的配置；如大，則計(jì)算概率值。

　　這里k為玻爾茲曼常數(shù)。然后在(0，1)上產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)rand，如果rands prob，則選擇新的配置方案；如果rand a prob，仍保留原方案，重復(fù)這些步驟直到冷卻不再產(chǎn)生更好的配置為止。

　　系統(tǒng)中維修人員決策推理的核心工作就是對(duì)裝備維修人員的配備進(jìn)行分析，特別是戰(zhàn)時(shí)搶修時(shí)，考慮戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性以及時(shí)間的寶貴性，選擇適當(dāng)?shù)娜藛T進(jìn)行維修，關(guān)系到戰(zhàn)爭(zhēng)的成敗，所以應(yīng)該在對(duì)裝備維修人員的技能進(jìn)行*估之后，根據(jù)維修任務(wù)的多少，對(duì)裝備維修人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇配備。其推理的整個(gè)過(guò)程:首先根據(jù)損壞裝備維修的類型與數(shù)量，進(jìn)行規(guī)則推理從模型Agent中確定要使用的模型，再利用裝備實(shí)際數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和相應(yīng)的信息處理方法，得到?jīng)Q策模型要使用的參數(shù)，最后確定所需得維修人員配備的最佳方案，維修人員決策過(guò)程如圖4如示。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文把 Agent 技術(shù)應(yīng)用于裝備維修人員保障決策模型中，利用了Agent 的自主性、社會(huì)性、反應(yīng)性和主動(dòng)性特點(diǎn)，優(yōu)化了人員保障模型，使得人員能夠用的及時(shí)、恰當(dāng)、不浪費(fèi)。

　　本文創(chuàng)新點(diǎn)：從模型Agent 中確定要使用的模型，再利用裝備實(shí)際數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和相應(yīng)的信息處理方法，得到?jīng)Q策模型要使用的參數(shù)，最后確定所需得維修人員配備的最佳方案。