摘要

现今制造系统越来越复杂,而且面临高质量、高快速的环境,所以制造系统必须具敏捷性(agility)、可重组性(configurability)与可扩充性(extendibility)之智能型控制架构及方法方能因应此一挑战。本研究以代理人(Agent)的观念为基础,透过代理人间互动(interaction)、协调(coordination)、合作(cooperation)等功能,设计及分析制造系统的架构,并以R 公司的弹性制造系统为例说明此一架构。在弹性制造系统中已加工之工件和未加工之工件间有抢RGV 资源的情况,RGV 负责将未完工的工件搬运至加工机台上,同时也必须将已加工完成的工件送至装卸站由操作人员将工件卸下,在这个时候RGV 同时接收到两种讯息,造成工件间彼此抢RGV 资源的搬运状况。本文将并透过IDEF0 描述弹性制造系统的生产流程与统一化模式语言(Unified Modeling Language,UML)描述弹性制造系统中工件与工件及机器与机器间抢RGV 资源的情况。并建立以代理人为基础之协商机制,最后利用模拟实验与绩效分析,比较不同协商机制策略下对系统绩效的影响。

关键词:代理人、弹性制造系统、IDEF0、统一化模式语言、仿真

1. 研究动机与目的
 
由于近年来信息技术的进步,促成网络通讯技术与人工智能的蓬勃发展,将相关的信息技术(Information Technology,IT)应用于制造系统,以代理人为基础之制造系统(Agent-based manufacturing system)或智能型制造系统(Intelligent manufacturing system)被许多学者所提倡而广为讨论。

在过去的研究中,与协商机制有关的讨论,在协调程序上多以合约式网络(Contract Net)为主,对于任务和资源间协调的讨论,大部分仅止于工件和加工设备之间,也就是工件如何寻找合适的下一个制程目的地进行加工。而在考虑系统中搬运设备的情况下,讨论协调机制的设计,同时也探讨了重新协调机制的运用,可以增加协调机制在面对制造系统变动时的弹性。不过这些的研究皆以假设的制造系统为例,对于实际的制造系统仍缺乏真实感[1]。本研究针对「R 公司的弹性制造系统」为例,发现已加工之工件和未加工之工件间有抢RGV 资源的情况,RGV 负责将已加工完成的工件送至装卸站,由操作人员将工件卸下,同时也必须将未完工的工件搬运至加工机台上,在这个时候RGV 同时接收到两种讯息,造成工件间彼此抢RGV 资源的搬运状况,因此在工件与RGV 间如何协调与竞争将是一件非常重要的课题,透过实际系统描述协调与竞争的情形,将有助于协调机制的建构。

基于上述的研究背景与动机,本研究的目的在于建立一个以代理人为基础之控制模式,以改善「R 公司之弹性制造系统」在机器与机器及工件与工件间发生抢RGV 的情况,进而可充分掌握工单排程、工单指派、工单结束等正常的状况。其探讨的重点有下列几项:

(1) 利用IDEF0 描述弹性制造系统的生产流程。
(2) 将IDEF0 表达的物料流、信息流与决策法则,转换成UML 的使用案例图(Use case diagram)。
(3) 由UML的使用案例图(Use case diagram) 衍生至循序图(Sequence diagram) 、活动图(Activity diagram),用来描述弹性制造系统中工件与工件及机器与机器间抢RGV资源的情况。
(4) 建立以代理人为基础之协商机制。
(5) 利用模拟实验与绩效分析,以Simple++面向对象仿真软件建构仿真模式,分析在运用协商机制策略下对系统绩效的影响。

2. 文献回顾

2.1 IDEF0 方法论

IDEF(Integrated computer aided manufacturing definition) 方法起源于美国空军(Integrated Computer Aided Manufacturing)计划,该计划目标在于发展结构化方法,以帮助制造应用计算机技术,进而改善生产力。AMA and Ridgeway[2] 利用IDEF0 和GRAI(Graph with Results and Actions Interrelated) 混合发展一套GI-SIM(GRAI /IDEF0-Simulation) 的方法来分析和设计制造系统。陈达昌[3]认为建立IDEF0 模型可以记录制造系统”目前”到底做些什么(AS-IS)。从AS-IS 模型中可以进一步清楚的描述制造系统的流程。

2.2 统一模式语言UML

为了建构制造系统,Chen[4]提出以面向对象分析与设计的方法来建构弹性制造系统控制模式,Booch[5]提到面向对象技术有益于程序开发的特性,亦能提供程序组件化、模块化、减少重复开发的成本浪费。面向对象方法包含了分析、设计及程序设计三个层面,是相当成熟的理论。Grady、Rumbaugh 和Jacobson 三位大师的整合,正式成为新一代的标准语言,且UML 已为国际对象管理组织(OMG) 接受成为面向对象之标准模式语言。UML 是普遍性的模式语言,亦即各种领域的共通语言。

2.3 代理人制造系统

Ming[6]建议利用代理人为导向方法,将代理人观念引进制造系统将增加系统绩效。Stuart and Peter[7]认为代理人(agent),若照字面上的意思是指:一个人或物,在得到授权的情形下为另一个人提供服务。在本研究中代理人系指:能够透过传感器察觉本身环境,并可用行动影响环境的任何实体。

2.4 合约式网络(Contract net)

用于解决分布式系统中沟通集结点控制的问题。合约式网络以任务公告(Task announcement)、投标(Bids)及合约裁定(Awarded contract)为基础 ; 此框架称为”协商”(negotiation)。