前言

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱性產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展水平直接影響國(guó)家的綜合國(guó)力。隨著社會(huì)生產(chǎn)力快速發(fā)展與市場(chǎng)多元化影響，消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的需求逐漸趨于多樣化、個(gè)性化和定制化，這使得產(chǎn)品種類(lèi)不斷增加、批量不斷縮小，生命周期越來(lái)越短。多品種、中小批量的生產(chǎn)模式已逐漸成為制造行業(yè)的主流，生產(chǎn)過(guò)程逐漸出現(xiàn)高并發(fā)、混線(xiàn)和難預(yù)測(cè)等特征。因此，制造系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境越來(lái)越充滿(mǎn)了不確定性，多目標(biāo)、不確定性事件頻繁發(fā)生，且經(jīng)常伴有持續(xù)變化而又不可預(yù)知的任務(wù)（生產(chǎn)任務(wù)調(diào)整、緊急任務(wù)等）和事件（設(shè)備故障、產(chǎn)線(xiàn)重組等），生產(chǎn)負(fù)荷基本上呈動(dòng)態(tài)性與非線(xiàn)性。如何快速有效地應(yīng)對(duì)制造環(huán)境中出現(xiàn)的各種不確定性因素是當(dāng)前制造系統(tǒng)必須考慮的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

隨著“工業(yè)4.0”和中國(guó)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略等概念的不斷深入，新一代信息通信技術(shù)、傳感技術(shù)與制造業(yè)進(jìn)行快速高度融合，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的產(chǎn)物—物聯(lián)制造（IoT-Based Manufacturing，IoTM），更進(jìn)一步將制造系統(tǒng)推向數(shù)字化、信息化、智能化發(fā)展的方向。多智能體制造系統(tǒng)與物聯(lián)制造的概念雖然各有側(cè)重點(diǎn)，但二者其實(shí)殊途同歸。以多智能體技術(shù)為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)制造，對(duì)處理個(gè)性化訂單、排除擾動(dòng)及車(chē)間重構(gòu)上都具有天然的優(yōu)勢(shì)。因此，在當(dāng)前大力提倡“工業(yè)互聯(lián)”的背景下，多智能體制造系統(tǒng)實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)制造的理想途徑。

本書(shū)以多智能體制造系統(tǒng)作為研究對(duì)象，聚焦于物聯(lián)車(chē)間智能感知、互聯(lián)互通與智能決策，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)自組織協(xié)同生產(chǎn)、動(dòng)態(tài)擾動(dòng)下自適應(yīng)決策及基于調(diào)度知識(shí)的調(diào)度策略自學(xué)習(xí)。本書(shū)分為基礎(chǔ)理論與應(yīng)用實(shí)踐兩部分內(nèi)容。在基礎(chǔ)理論方面，詳細(xì)闡述了多智能體制造系統(tǒng)涉及的Agent結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)、多智能體制造系統(tǒng)組織架構(gòu)與協(xié)商方式、異構(gòu)設(shè)備適配技術(shù)、信息交互技術(shù)、智能物流調(diào)度技術(shù)與可視化監(jiān)控技術(shù)。在應(yīng)用實(shí)踐方面，選用混線(xiàn)生產(chǎn)車(chē)間調(diào)度案例與面向個(gè)性化定制的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)度案例這兩種典型應(yīng)用場(chǎng)景，并設(shè)計(jì)典型實(shí)驗(yàn)算例對(duì)相關(guān)理論與方法進(jìn)行分析驗(yàn)證，使得讀者對(duì)多智能體制造系統(tǒng)有進(jìn)一步的理解與掌握。本書(shū)主要包括以下內(nèi)容。

（1）介紹了多智能體制造系統(tǒng)的產(chǎn)生背景，根據(jù)制造資源利用范圍將制造系統(tǒng)分為三類(lèi)，并詳細(xì)闡述了它們的概念與框架。此外，還簡(jiǎn)要介紹了基于Holon和Agent的多智能體制造系統(tǒng)。

（2）闡述了基于物聯(lián)技術(shù)的多智能體制造系統(tǒng)組織架構(gòu)，包括物聯(lián)車(chē)間調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)、Agent結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)、多智能體制造系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)與協(xié)商方式、物聯(lián)制造系統(tǒng)總體架構(gòu)。

（3）介紹了面向異構(gòu)設(shè)備的智能體集成技術(shù)，包括裝備智能體體系結(jié)構(gòu)與適配器構(gòu)建方法。

（4）針對(duì)物聯(lián)車(chē)間互聯(lián)互通的需求，詳細(xì)闡述了面向異構(gòu)裝備智能體的通信機(jī)制與信息交互技術(shù)。

（5）介紹了智能物流調(diào)度技術(shù)，包括 AGV 物流沖突管理、AGV 路徑規(guī)劃方法與車(chē)間物流調(diào)度模型。

（6）介紹了基于多智能體制造系統(tǒng)的車(chē)間調(diào)度優(yōu)化方法，包括面向低碳的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型、車(chē)間調(diào)度算法及自學(xué)習(xí)調(diào)度決策機(jī)制。

（7）介紹了物聯(lián)制造系統(tǒng)可視化監(jiān)控技術(shù)，包括三維建模、場(chǎng)景環(huán)境構(gòu)建、介入式三維可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、監(jiān)控系統(tǒng)信息集成與交互技術(shù)。

（8）介紹了混線(xiàn)生產(chǎn)車(chē)間調(diào)度實(shí)驗(yàn)案例，包括調(diào)度策略自學(xué)習(xí)機(jī)制可行性與優(yōu)越性分析、動(dòng)態(tài)擾動(dòng)下自適應(yīng)決策及組合加工案例實(shí)驗(yàn)。

（9）闡述了面向個(gè)性化定制的多智能體制造系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度案例，包括個(gè)性化訂單系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)、智能調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)搭建方法、實(shí)驗(yàn)算例設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)度實(shí)驗(yàn)。

本書(shū)所講內(nèi)容為智能制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)前多智能體制造系統(tǒng)呈現(xiàn)出信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特征，是“工業(yè)4.0”和中國(guó)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略等先進(jìn)制造戰(zhàn)略從概念走向?qū)嶋H的實(shí)踐案例。隨著5G、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈等新一代信息通信技術(shù)與制造系統(tǒng)進(jìn)一步深化融合，多智能體制造系統(tǒng)相關(guān)理論知識(shí)也在不斷更新發(fā)展中。希望本書(shū)能對(duì)提升智能制造系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力和響應(yīng)能力具有一定的參考價(jià)值。同時(shí)，還希望對(duì)智能制造專(zhuān)業(yè)的本科生、研究生有所幫助。

感謝國(guó)家自然科學(xué)基金（52075257）及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020YFB1710500）對(duì)本書(shū)的支持，感謝課題組研究生聶慶瑋、張毅、王立平、宋家燁等同學(xué)的研究工作與學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)。

由于作者學(xué)術(shù)水平有限，書(shū)中難免存在不足之處，懇請(qǐng)同行和讀者批評(píng)指正。

張澤群，朱海華，唐敦兵

2021年3月