基于多Agent的冲模CAD体系结构研究

作者：信息来源:模具 2006-10-12

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在这个大趋势下，研究和开发计算机网络环境下集成化和并行化的模具智能CAD/CAM系统受到了高度重视。由于冲模设计过程中涉及到许多不同类型的数据和知识，同时又要考虑制造、装配、成本、质量等因素，故冲模CAD系统中不仅要同时运用多种不同的设计方法、技术和工具，而且需要与企业CIMS的其它子系统进行协作，共同完成冲模设...

随着市场竞争的日趋激烈，在机械制造领域逐渐形成了智能化、集成化、并行化和网络化的发展趋势。在

个大趋势下，研究和开发计算机网络环境下集成化和并行化的模具智能CAD/CAM系统受到了高度重视。由于冲模设计过程中涉及到许多不同类型的数据和知识，同时又要考虑制造、装配、成本、质量等因素，故冲模CAD系统中不仅要同时运用多种不同的设计方法、技术和工具，而且需要与企业CIMS的其它子系统进行协作，共同完成冲模设计任务。

传统的冲模CAD体系结构通常采用串行模式，不能很好地支持协作设计，因此需要对传统的冲模CAD体系结构进行改进，以符合制造业发展的方向。

1冲模CAD体系结构的要求

新一代的冲模CAD系统

基于网络环境的集成化和并行化的冲模智能CAD系统。它以计算机网络为基础，实现冲模设计的智能化、设计与制造的并行化、冲模CAD系统与企业CIMS的其它子系统的集成化。

1.1智能化要求

冲模设计的智能化要求有以下三个方面：

a.多种知识、方法和工具的综合运用：冲模设计是一个复杂的涉及多种不同类型信息的过程，不能简单地应用某一种方法来解决，必须通过对多种知识、方法和工具的协同运用才能完成。因此冲模CAD体系结构必须提供一个合理、有效的机制以利于多种知识、方法和工具在任务求解过程中的协同运用。

b.设计支持的全面性：典型的设计过程可分为任务分析、方案设计、结构设计和详细设计四个大的阶段，支持的全面性是指对这四个阶段均提供计算机辅助。目前的冲模CAD系统在绘图和数值计算两个方面有较好的辅助功能，而对结构设计和详细设计的辅助功能较弱。

c.系统的开放性：任何领域的设计系统都是在目前已有领域知识基础上，运用现有技术开发的，冲模CAD系统也一样。随着

们对冲模设计理论研究的不断深入，以及计算机技术和人工智能技术的迅速发展，新理论、新技术和新方法将层出不穷，这必将引起对冲模CAD系统的进一步完善和改进，因此系统应具有开放的体系结构。

1.2集成要求

冲模CAD系统作为企业CIMS系统中的一个子系统，需要与其它子系统进行通讯和协作；同时，作为一个可单独运行的设计系统，各个设计子任务之间存着密切的联系，需要将这些子任务集成起来，共同完成冲模设计任务。因此冲模CAD系统本身是一个集成化的系统，另一方面它又要与其它系统进行更高层次的集成。

1.3并行化要求

冲模的并行设计包括两个方面的含义：一是冲模设计过程本身的并行，指的是冲模设计各子任务之间的并行；二是指冲模设计与制造之间的并行，指的是在冲模设计进行到某一阶段，就开始进行工装准备，包括采购材料和标准件、零件加工所需刀具、夹具和量具的准备等。

2基于多Agent的冲模CAD体系结构及其组成

2.1基于多Agent的冲模CAD体系结构

可见，新一代的冲模CAD系统是一个协作设计系统，包括不同类型知识、方法和工具的协同运用，冲模设计过程中各个子任务之间的协作，冲模设计系统与企业其它系统之间的协作。为此，本文认为，冲模CAD系统应采用基于多Agent协作的体系结构，如图1所示。

图1基于多Agent协作的冲模CAD体系结构

在这个体系结构中，冲模设计系统、图形CAD系统、MIS系统以及企业其它子系统均作为CIMS大系统中的Agent，在计算机网络的环境下，通过系统服务器实现各个子系统之间的通讯、协调和信息交换，从而实现整个系统协同运行，达到整体最优的目标。由于企业的其它子系统是已经开发或将要开发的软件，这些系统不一定具有协作机制，而且运行环境和数据格式很可能是不同的，因此需要开发一个系统服务器Agent作为通讯和数据交换的中介。

另一方面，冲模CAD系统本身又是一个多Agent设计系统，由服务器Agent和多个设计子任务Agent组成。各个子任务Agent运用各自的知识、方法和工具来完成规定的任务，并通过服务器Agent实现与其它子任务Agent以及外部Agent的通讯与协作，通过共享数据实现子任务之间的集成。

2.2系统组成

冲模设计任务可以分解成多个子任务，不同子任务的求解知识、采用方法和工具是不同的，因此每个子任务需作为一独立的Agent。冲模CAD系统中的Agent如图2所示：

图2多Agent冲模CAD系统的组成

2.3系统结构

多Agent冲模CAD系统的具体结构如图3所示：

图3多Agent冲模CAD系统结构

服务器Agent和子任务Agent是系统的两种不同类型的Agent。服务器Agent负责消息的接收、检测、处理以及管理各个Agent的进程。它接收来自子任务Agent、外部Agent以及设计师通过交互界面发出的消息。

子任务Agent完成具体任务的执行，接收来自服务器Agent的消息，并给服务器Agent发送请求消息。

3关键技术研究

3.1Agent工作过程

3.1.1服务器Agent

服务器Agent是多Agent设计系统的核心，服务器Agent从功能上可划分为消息管理器和消息处理器两大模块。消息管理器将其它Agent发送的消息以及内部产生的消息插入消息队列；消息处理器从消息队列中取出消息，经分析决定需要做的工作。其工作过程如图4所示。

图4服务器Agent工作过程

服务器对各种消息的处理描述如下：

(1) 数据区改变消息：根据Agent激活条件表检测未激活Agent是否满足激活条件，若满足，则产生一个激活消息，插入到消息队列中；
(2) 激活Agent消息：将该Agent激活；
(3) 终止Agent消息：将该活动Agent撤消；
(4) 其它消息：根据消息的内容确定需要响应该消息的Agent，如果是外部Agent，那么向系统服务器Agent转发该消息；如果是内部Agent，对于已激活的Agent，则直接将该消息发送给该Agent，对于未激活的Agent，则首先激活该Agent，再将消息传递给该Agent。

3.1.2设计子任务Agent

设计子任务Agent接收来自服务器Agent的消息，并进行相应的处理，将处理结果发送到公共数据区中，再向服务器Agent发送处理结果消息。

当设计子任务Agent接收到服务器Agent的消息后，首先根据响应任务表，决定应如何处理，即确定哪个执行模块；当明确如何处理后，从公共数据区中取得处理该消息所需的数据，并存入黑板中；然后利用知识执行当前任务；执行成功后，将执行结果发送给公共数据区，并向服务器Agent发送一个执行成功以及公共数据区改变的消息，否则向服务器Agent发送一个执行失败的消息(消息中包含失败原因)。其工作过程如图5所示：

图5设计子任务Agent的工作过程

表1多Agent设计系统中的主要消息
　

类型发送者接收者消息名称消息内容含义内部消息服务器服务器 Activate
Destroy Agent标识激活Agent
撤消Agent 外部消息源Agent 服务器 Success
Fail
Updated
Serve
DFX 失败原因

目标Agent标识任务成功完成
任务执行失败
公共数据区改变
请求与内部Agent协作
请求进行DFX分析内部消息服务器目标

Agent Modify
Reply
DFX
Stop
Continue
Change
Activate
Destroy 修改内容
返回内容
分析数据

　要求Agent对设计进行修改
对请求Agent的响应
请求进行DFX分析

(转发消息，与下面相同)

　外部消息人机
交互服务器 Stop
Continue
Change
Activate
Abort 目标Agent 暂停Agent的执行
继续Agent的执行
修改Agent的处理数据
激活Agent的执行
撤消Agent的执行外部
服务器服务器　 Reply
Serve 返回内容
协作内容外部Agent返回的数据
外部请求协作　

3.2消息协议
根据消息发送与处理的Agent的不同，消息可以分为两类：一类是由冲模CAD系统内部Agent发送和处理的消息，称为内部消息；另一类是系统内部Agent发送到系统外部或者由系统外部Agent发送到系统内部的消息，称为外部消息。

多Agent冲模CAD系统中的主要消息及其内容如表1所示：

3.3Agent协作过程

Agent间的协作可分为内部协作和外部协作，内部协作是指冲模CAD系统中内部Agent之间的协作；外部协作是冲模CAD系统中的Agent与外部Agent之间的协作。下面主要讨论外部协作的处理过程。

设冲模CAD系统内部Agent与外部Agent需要进行协作，如零件设计Agent与DFM Agent之间的协作，协作过程可描述为：零件设计Agent向服务器Agent发出请求DFM分析的消息，服务器Agent识别这是一个由其它系统处理的消息，然后生成一个向外部的系统服务器发送的消息和数据，系统服务器再进行分析，向能提供DFM分析的Agent发送消息和数据；DFM Agent分析完成后，将分析结果返回系统服务器，系统服务器再将结果返回冲模CAD系统内部的服务器，最后返回给零件设计Agent(图6)。