前言

制造業(yè)是國民經(jīng)濟支柱性產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展水平直接影響國家的綜合國力。隨著社會生產(chǎn)力快速發(fā)展與市場多元化影響，消費市場對產(chǎn)品的需求逐漸趨于多樣化、個性化和定制化，這使得產(chǎn)品種類不斷增加、批量不斷縮小，生命周期越來越短。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)過程逐漸出現(xiàn)高并發(fā)、混線和難預(yù)測等特征。因此，制造系統(tǒng)的運行環(huán)境越來越充滿了不確定性，多目標、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)線重組等），生產(chǎn)負荷基本上呈動態(tài)性與非線性。如何快速有效地應(yīng)對制造環(huán)境中出現(xiàn)的各種不確定性因素是當前制造系統(tǒng)必須考慮的一個關(guān)鍵問題。

隨著“工業(yè)4.0”和中國制造強國戰(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，但二者其實殊途同歸。以多智能體技術(shù)為基礎(chǔ)來實現(xiàn)物聯(lián)制造，對處理個性化訂單、排除擾動及車間重構(gòu)上都具有天然的優(yōu)勢。因此，在當前大力提倡“工業(yè)互聯(lián)”的背景下，多智能體制造系統(tǒng)實際上是實現(xiàn)物聯(lián)制造的理想途徑。

本書以多智能體制造系統(tǒng)作為研究對象，聚焦于物聯(lián)車間智能感知、互聯(lián)互通與智能決策，實現(xiàn)制造系統(tǒng)自組織協(xié)同生產(chǎn)、動態(tài)擾動下自適應(yīng)決策及基于調(diào)度知識的調(diào)度策略自學(xué)習(xí)。本書分為基礎(chǔ)理論與應(yīng)用實踐兩部分內(nèi)容。在基礎(chǔ)理論方面，詳細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、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)用實踐方面，選用混線生產(chǎn)車間調(diào)度案例與面向個性化定制的動態(tài)實時調(diào)度案例這兩種典型應(yīng)用場景，并設(shè)計典型實驗算例對相關(guān)理論與方法進行分析驗證，使得讀者對多智能體制造系統(tǒng)有進一步的理解與掌握。本書主要包括以下內(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，并詳細闡述了它們的概念與框架。此外，還簡要介紹了基于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)車間調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)、Agent結(jié)構(gòu)模型設(shè)計、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）針對物聯(lián)車間互聯(lián)互通的需求，詳細闡述了面向異構(gòu)裝備智能體的通信機制與信息交互技術(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)的車間調(diào)度優(yōu)化方法，包括面向低碳的多目標優(yōu)化調(diào)度模型、車間調(diào)度算法及自學(xué)習(xí)調(diào)度決策機制。

（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、場景環(huán)境構(gòu)建、介入式三維可視化系統(tǒng)設(shè)計、監(jiān)控系統(tǒng)信息集成與交互技術(shù)。

（8）介紹了混線生產(chǎn)車間調(diào)度實驗案例，包括調(diào)度策略自學(xué)習(xí)機制可行性與優(yōu)越性分析、動態(tài)擾動下自適應(yīng)決策及組合加工案例實驗。

（9）闡述了面向個性化定制的多智能體制造系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度案例，包括個性化訂單系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)、智能調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)搭建方法、實驗算例設(shè)計及動態(tài)實時調(diào)度實驗。

本書所講內(nèi)容為智能制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。當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”和中國制造強國戰(zhàn)略等先進制造戰(zhàn)略從概念走向?qū)嶋H的實踐案例。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)進一步深化融合，多智能體制造系統(tǒng)相關(guān)理論知識也在不斷更新發(fā)展中。希望本書能對提升智能制造系統(tǒng)抗擾動能力和響應(yīng)能力具有一定的參考價值。同時，還希望對智能制造專業(yè)的本科生、研究生有所幫助。

感謝國家自然科學(xué)基金（52075257）及國家重點研發(fā)計劃（2020YFB1710500）對本書的支持，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。

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

張澤群，朱海華，唐敦兵

2021年3月