VDI VDE 2653 Blatt 1-2010 Multi agent systems in industrial automation - Fundamentals.pdf

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1、ICS 35.240.50 VDI/VDE-RICHTLINIEN Juni 2010June 2010VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Agentensysteme in der Automatisierungstechnik Grundlagen Multi-agent systems in industrial automation Fundamentals VDI/VDE 2653Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/engl

2、isch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachbereich Industr

3、ielle Informationstechnik VDI-Handbuch Informationstechnik, Band 1: Angewandte Informationstechnik VDI/VDE-Handbuch Automatisierungstechnik Frhere Ausgabe: 03.09Entwurf, deutsch Former edition: 03/09 Draft, inGerman only Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction

4、 even for internal use not permittedZu beziehen durch / Available atBeuthVerlagGmbH, 10772 BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2010 Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung. 2 1 Anwendungsbereich. 3 2 Begriffe 3 3 Eigenschaften agen

5、tenorientierter Automatisierungssysteme . 5 4 Ausgewhlte Anwendungsflle fr Agentensysteme in der Auto- matisierungstechnik . 7 4.1 Produktionssysteme . 7 4.2 Energiemanagement. 8 4.3 Modulare Produktionsanlage . 9 4.4 Transportlogistik 10 Glossar . 11 Schrifttum 12 Preliminary note. 2 Introduction 2

6、 1 Scope. 3 2 Terms and definitions 3 3 Properties of agent-oriented industrial automation systems. 5 4 Selected application cases for multi-agent systems in industrial automation . 7 4.1 Production systems 7 4.2 Energy management 8 4.3 Modular production plant 9 4.4 Transport logistics . 10 Glossar

7、y . 11 Bibliography 12 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI/VDE 2653 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unterBeachtung der Vorgaben und Empfehlungen d

8、erRichtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung derLizenzbedingungen

9、 (www.vdi-richtlinien.de), diein den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe sind im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/2653. Preliminary note

10、The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either

11、of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. A catalogue of all av

12、ailable parts of this guideline can be accessed on the internet at www.vdi.de/2653. Einleitung Bei modernen Automatisierungssystemen gewin-nen Anforderungen an die Flexibilitt (Anpas-sungsfhigkeit, Skalierbarkeit und Integrationsf-higkeit) zunehmend an Bedeutung. Vielfach istjedoch noch unklar, wie

13、die gewnschte Flexibili-tt bei der Entwicklung eines Automatisierungssys-tems erzielt und die dadurch entstehenden komple-xen Ablufe und Verhaltensweisen beherrscht werden knnen. Mithilfe von Agenten wird esmglich, die notwendige Flexibilitt von Automa-tisierungssystemen systematisch zu entwerfen. I

14、nden letzten Jahren haben Agenten in den verschie-densten Bereichen den Weg in konkrete Anwen-dungen gefunden, beispielsweise im E-Business, in der Telekommunikation oder in der Logistik. In derindustriellen Automation werden bis auf wenige Ausnahmen die Vorteile von Agentensystemenbisher kaum genut

15、zt. In der Automatisierungstech-nik besteht heute noch keine einheitliche Vorstel-lung darber, was unter Agenten genau zu verste-hen ist und wie agentenorientierte Automatisie-rungssysteme systematisch entwickelt und reali-siert werden knnen. Die Richtlinie VDI/VDE 2653 Blatt 1 beinhaltet daher Begr

16、iffe zu Agenten und deren Grundkon-zepten, Eigenschaften von Agentensystemen sowie ausgewhlte Anwendungsflle fr Agentensysteme in der Automatisierungstechnik. Im Fachausschuss Agentensysteme“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungs-technik erarbeiten Fachleute aus Wissenschaft undIndustr

17、ie (Hersteller und Anwender von Automati-sierungssystemen sowie Hersteller und Anwender von Agentenplattformen) in freiwilliger Selbstver-Introduction In modern industrial automation systems, the re-quirements in terms of flexibility (adaptability, scalability and integrability) are becoming increas

18、-ingly important. In many cases, however, it is un-clear how the desired flexibility can be achieved in the development of an industrial automation sys-tem, and how the resulting complex processes and behaviours can be mastered. With the aid of agents, it is possible to design the necessary flexibil

19、ity of industrial automation systems in a systematic man-ner. In recent years, agents have found their way into concrete applications in a wide range of areas, for example in e-business, telecommunications or logistics. Apart from a few exceptions, the advan-tages of multi-agent systems are still ha

20、rdly used in industrial automation. In todays industrial automa-tion there is still no standard concept of what agents actually are and how agent-oriented indus-trial automation systems can be systematically developed and realized. The guideline VDI/VDE 2653 Part 1 contains defi-nitions of agents an

21、d their basic concepts, the char-acteristics of multi-agent systems, and selected application cases for multi-agent systems in indus-trial automation. In the Technical Committee “Multi-agent systems” of the VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control, experts from science and in-dustry (in

22、dustrial automation systems manufactur-ers and users as well as agent platform manufactur-ers and users) co-operate on a voluntary basis to B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI/VDE 2653 Blatt 1 /

23、Part 1 3 antwortung VDI-Richtlinien zur Entwicklung undAnwendung von Agentensystemen in der Automa-tisierungstechnik. Diese beschreiben den Stand derTechnik bzw. Stand der Wissenschaft in der Bun-desrepublik Deutschland und dienen als Entschei-dungshilfen bei der Erarbeitung und Anwendung von Agente

24、nsystemen in der Automatisierungs-technik. Die Richtlinienreihe VDI/VDE 2653 besteht ausnachfolgenden Blttern: Blatt 1 Grundlagen Blatt 2 Entwicklung Blatt 3 Anwendung work out VDI guidelines for the development and application of multi-agent systems in industrial automation. These guidelines descri

25、be the state of the art in technology and science in the Federal Republic of Germany and serve as decision aids in the development and application of multi-agent systems in industrial automation. The guideline series VDI/VDE 2653 consists of the following parts: Part 1 Fundamentals Part 2 Developmen

26、t Part 3 Application 1 Anwendungsbereich Die Benutzergruppe dieser Richtlinie sind Anwen-der und Entwickler von Softwaresystemen in derAutomatisierungstechnik. Die Richtlinie soll alsEntscheidungshilfe dienen, wenn eine Entwicklung oder eine Anwendung von Agentensystemen in derAutomatisierungstechni

27、k in Erwgung gezogen wird. Darber hinaus soll sie Basisinformationen und eine einheitliche Vorstellung vermitteln, wasgenau unter Agenten zu verstehen ist und wieagentenorientierte Automatisierungssysteme sys-tematisch realisiert werden. 1 Scope The user group at which this guideline is aimed includ

28、es users and developers of software systems in industrial automation. The guideline aims to serve as a decision aid when development or appli-cation of multi-agent systems in industrial automa-tion is being considered. It also aims to provide basic information and a standard concept as to what exact

29、ly agents are, and how agent-oriented industrial automation systems can be realized in a systematic manner. 2 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten diefolgenden Begriffe: 2 Terms and definitions For the purposes of this guideline, the following terms and definitions apply: Agent (techni

30、scher Agent) Ein Agent ist eine abgrenzbare (Hardware-oder/und Software-) Einheit mit definierten Zielen.Ein Agent ist bestrebt, diese Ziele durch selbst-stndiges Verhalten zu erreichen und interagiertdabei mit seiner Umgebung und anderen Agenten. Agenten sind ein Modellierungskonzept zur L-sung von

31、 technischen Aufgabenstellungen unab-hngig von einer bestimmten Realisierungsform. Agent (technical agent) An agent is an encapsulated (hardware/software) entity with specified objectives. An agent endeav-ours to reach these objectives through its autono-mous behaviour, in interacting with its envir

32、on-ment and with other agents. Agents represent a modelling concept for solving technical problems independently of a specific form of realization. Agentensystem Ein Agentensystem besteht aus einer Menge vonAgenten, die interagieren, um gemeinsam eineoder mehrere Aufgaben zu erfllen. Laufzeitumgebun

33、gen, Ablaufsysteme und Platt-formen fr technische Agenten sind eine mglicheBasis zur Realisierung von Agentensystemen, siesind selbst keine Agentensysteme. Anmerkung: Der Begriff Multiagentensystem“ ist eine unzutreffende bersetzung des englischen Begriffs multi-agent system“. Die deutsche bersetzun

34、g von multi-agent system“ ist Agentensystem. Multi-agent system A multi-agent system consists of a set of agents interacting to fulfil one or more tasks. Runtime environments and platforms for technical agents are a possible basis for realizing multi-agent systems. However, they themselves are not m

35、ulti-agent systems. Note: This note refers to the German language only. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI/VDE 2653 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 Autonomie Eigenschaft eines Agenten zur Kontrolle be r

36、den internen Zustand und sein Verhalten, durch dieer aufgrund seines lokalen Wissens ber seineHandlungen/Aktivitten entscheidet. Anmerkung: Autonomie wird ausschlielich im Sinn von Selbststndigkeit verwendet. Autonomy Attribute of an agent which allows it to control its internal state and its behavi

37、our. Through auton-omy, an agent takes decisions on its actions and activities based on its local knowledge. Note: Autonomy is exclusively used in terms of independ-ence. Handlungsspielraum Der Handlungsspielraum schrnkt die Anwendung der Fhigkeiten eines Agenten ein. Somit wirdder Grad an Flexibili

38、tt des technischen Agentendurch einen vorgegebenen Handlungsspielraumfestgelegt. Scope of action The scope of action limits the application of the capabilities of an agent. Accordingly, the degree of flexibility of a technical agent is determined by a given scope of action. Interaktion Fhigkeit des

39、Agenten, mit anderen technischen Agenten zu interagieren, um seine individuellenZiele zu erreichen oder um Abhngigkeiten unter-einander zu handhaben. Die Basis fr die Interakti-onen zwischen technischen Agenten ist eine ge-meinsame Semantik, ein zugrunde liegender orga-nisatorischer Kontext und ein

40、gemeinsames Be-griffsmodell, die gemeinsam auch als Ontologiebezeichnet werden. Interaction The capability of an agent to interact with othe r agents, in order to accomplish individual objectives or to manage dependencies among each other. The basis for the interactions among agents is a shared sema

41、ntic, an underlying organizational context and a common terminology model, which are together referred to as ontology. Kapselung Eigenschaft des Agenten, den Zugriff auf ein-zelne Bestandteile, die von auen nicht sichtbarsind, zu kontrollieren. Zustand, Verhalten, Strate-gien und Ziel sind die einze

42、lnen Bestandteile, die innerhalb des technischen Agenten gekapselt wer-den. Encapsulation Attribute of an agent which allows it to control the access to its individual constituents which are not visible externally. State, behaviour, strategies and objective represent the individual constituents that

43、 are encapsulated within an agent. Persistenz Fhigkeit des Agenten, den inneren Zustan dwhrend seines Lebenszyklus beizubehalten. Persistence The capability of an agent to keep its internal state during its life cycle. Reaktivitt Fhigkeit des Agenten, die Umwelt wahrzuneh-men und darauf angemessen z

44、u reagieren. Reactivity The capability of an agent to sense the environ-ment and to react accordingly. Zielorientierung Eigenschaft des Agenten, sein Verhalten an ei-nem oder mehreren Zielen, die er zu erreichen versucht, zu orientieren. Goal-orientation Attribute of an agent which allows it to orie

45、nt its behaviour to one or more objectives, which it at-tempts to accomplish. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI/VDE 2653 Blatt 1 / Part 1 5 3 Eigenschaften agentenorientierter Automatisierungss

46、ysteme Der agentenorientierte Ansatz bietet besonders geeignete Hilfsmittel zur Lsung komplexer Auf-gabenstellungen. Durch die agentenorientiertenGrundkonzepte werden nicht nur die realen Entit-ten des Problembereichs wie bei der Objektorien-tierung in den Mittelpunkt der Modellierung ge-stellt, son

47、dern auch ihr Zweck“, das heit, ihreZiele und Strategien, diese Ziele zu erreichen, wer-den explizit bercksichtigt und integriert. Dadurch wird eine Verschiebung der konzeptionellen Basisder Entwicklung vom Lsungsbereich in den Prob-lembereich erreicht. Die konzeptionelle Aufteilung von Zielen, Funk

48、tionalitt und Entscheidungspro-zessen auf autonome Einheiten ermglicht eineeinfachere Handhabung der Komplexitt bei derEntwicklung von verteilten Automatisierungssys-temen. Sie fhrt zudem zu einer geringeren struktu-rellen Kopplung zwischen den Elementen des Sys-tems: Indem das Wissen ber die Proble

49、mstellungmittels Zielen in die Agenten integriert wird, kn-nen Entscheidungen an der Stelle gefllt werden,an der die meisten Informationen ber ein Problemvorliegen bzw. durch dynamische Interaktionenentstehen. Dabei besteht die Mglichkeit, die besteLsung dynamisch unter Beteiligung andererAgenten zu ermitteln. Durch dieses Prinzip wirdeine hohe Flexibilitt und Selbstanpassungsfhig-keit eines Systems im Betrieb erreicht. Die Ge-samtheit der Systemstruktur