VDI VDE 2653 Blatt 2-2012 Multi-agent systems in industrial automation - Development.pdf

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1、 ICS 35.240.50 VDI/VDE-RICHTLINIEN Januar 2012 January 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Agentensysteme in der Automatisierungstechnik Entwicklung Multi-agent systems in industrial automation Development VDI/VDE 2653 Blatt 2 / Part 2 Ausg. deu

2、tsch/englisch 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) Fachbereic

3、h Industrielle Informationstechnik VDI/VDE-Handbuch Automatisierungstechnik VDI-Handbuch Informationstechnik, Band 1: Angewandte Informationstechnik Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:11.10 Entwurf,deutschFormeredi

4、tion:11.10Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2012Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Kriterien zur Auswahl und zum Verglei

5、ch agentenorientierter Entwicklungsmethoden 3 2.1 Allgemeine Auswahlkriterien 4 2.2 Kriterien fr den Vergleich und die Bewertung agentenorientierter Entwicklungsmethoden 5 3 Agentenorientierte Entwicklungsmethoden 9 4 Auswahlkriterien fr Agentenplattformen 13 4.1 Kriterienkatalog . 14 4.2 Anwendungs

6、bereiche . 20 Schrifttum . 24 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Criteria for selecting and comparing agent-oriented development methodologies . 3 2.1 General selection criteria 4 2.2 Criteria for the comparison and evaluation of agent-oriented development methodologies . 5 3 Agent-or

7、iented development methodologies . 9 4 Selection criteria for agent platforms 13 4.1 List of criteria . 14 4.2 Areas of application . 20 Bibliography . 24 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI/VDE 2653 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ing

8、enieure e.V., Dsseldorf 2012 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollst

9、n-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei

10、 gedankt. Preliminary note 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 syste

11、ms and translation, either 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 guide

12、line. Einleitung Bei modernen Automatisierungssystemen gewin-nen Anforderungen an die Flexibilitt (Anpas-sungsfhigkeit, Skalierbarkeit und Integrationsf-higkeit) zunehmend an Bedeutung. Vielfach ist jedoch noch unklar, wie die gewnschte Flexibili-tt bei der Entwicklung eines Automatisierungs-systems

13、 erzielt und die dadurch entstehenden kom-plexen Ablufe und Verhaltensweisen beherrscht werden knnen. Mithilfe von Agenten wird es mglich, die notwendige Flexibilitt von Automa-tisierungssystemen systematisch zu entwerfen. In den letzten Jahren haben Agenten in den verschie-densten Bereichen den Weg

14、 in konkrete Anwen-dungen gefunden, beispielsweise im E-Business, in der Telekommunikation oder in der Logistik. In der industriellen Automation werden bis auf weni-ge Ausnahmen die Vorteile von Agentensystemen bisher kaum genutzt. In der Automatisierungstech-nik besteht heute noch keine einheitlich

15、e Vorstel-lung darber, was unter Agenten genau zu verste-hen ist und wie agentenorientierte Automatisie-rungssysteme systematisch entwickelt und reali-siert werden knnen. Im Fachausschuss Agentensysteme“ der VDI/ VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungs-technik erarbeiten Fachleute aus Wissenscha

16、ft und Industrie (Hersteller und Anwender von Automati-sierungssystemen sowie Hersteller und Anwender von Agentenplattformen) in freiwilliger Selbstver-antwortung VDI-Richtlinien zur Entwicklung und Anwendung von Agentensystemen in der Automa-tisierungstechnik. Diese beschreiben den Stand der Techni

17、k bzw. Stand der Wissenschaft in der Bun-desrepublik Deutschland und dienen als Entschei-dungshilfen bei der Erarbeitung und Anwendung von Agentensystemen in der Automatisierungs-technik. Introduction In modern industrial automation systems, the re-quirements in terms of flexibility (adaptability, s

18、calability and integration capability) are becoming increasingly important. In many cases, however, it is unclear how the desired flexibility can be achieved in the development of an industrial auto-mation system, and how the resulting complex processes and behaviours can be mastered. With the aid o

19、f agents, it is possible to design the neces-sary flexibility of industrial automation systems in a systematic manner. 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 except

20、ions, the advantages of multi-agent systems are still hardly used in industrial automation. In todays industrial automation there is still no stan-dard concept of what agents actually are and how agent-oriented industrial automation systems can be systematically developed and realised. In the techni

21、cal committee “Multi-agent Systems” of the VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control, experts from science and in-dustry (industrial automation systems developers and users, as well as agent platform manufacturers and users) cooperate on a voluntary basis to elabo-rate VDI Guidelines for

22、 the development and ap-plication of multi-agent systems in industrial automation. These guidelines describe 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

23、. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 2653 Blatt 2 / Part 2 3 Die Richtlinie VDI/VDE 2653 Blatt 1 beinhaltet Begriffe zu Agenten und deren Grundkonzepten, Eigenschaften von Agentensystemen so

24、wie ausge-whlte Anwendungsflle fr Agentensysteme in der Automatisierungstechnik. Diese Richtlinie, VDI/VDE 2653 Blatt 2, beinhal-tet Kriterien zur Auswahl und zum Vergleich agen-tenorientierter Entwicklungsmethoden, die Analyse existierender agentenorientierter Entwicklungsme-thoden sowie Auswahlkri

25、terien fr Agentenplatt-formen. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2653. Guideline VDI/VDE 2653 Part 1 contains defini-tions of agents and their basic concepts, the charac-teristics of multi-agent systems, and selected appli-cati

26、on cases for multi-agent systems in industrial automation. This guideline, VDI/VDE 2653 Part 2, contains criteria for selecting and comparing agent-oriented development methodologies, analysis of existing agent-oriented development methodologies and selection criteria for agent platforms. A catalogu

27、e of all available parts of this series of guidelines can be accessed on the internet at www.vdi.de/2653. 1 Anwendungsbereich Zielgruppe dieser Richtlinie sind alle Personen, die sich mit der Entwicklung von Agentensystemen in der Automatisierungstechnik befassen. Die Richt-linie soll als Entscheidu

28、ngshilfe dienen, wenn eine Entwicklung von Agentensystemen in der Automa-tisierungstechnik angestrebt wird. 1 Scope This guideline is intended to serve as a decision aid aimed at anyone involved in the development of multi-agent systems in industrial automation. 2 Kriterien zur Auswahl und zum Vergl

29、eich agentenorientierter Entwicklungsmethoden Im Gegensatz zu Agenten in konventionellen Da-tenverarbeitungssystemen interagieren agentenba-sierte Automatisierungssysteme direkt oder indi-rekt mit dem zugrunde liegenden technischen Pro-zess und haben demnach entsprechende Zeitanfor-derungen zu erfll

30、en. In der Automatisierungs-technik werden Agenten typischerweise auf Auto-matisierungscomputern wie SPS, PC, IPC und Mikrocontrollern realisiert. Um erforderliche Automatisierungsfunktionen zu erbringen, sind die Interpretation von Sensorwerten und die Steuerung von Aktoren erforderlich. Daher ist

31、es bei der Ent-wicklung agentenbasierter Automatisierungssys-teme nicht ausreichend, lediglich funktionale An-forderungen zu bercksichtigen und zu erfllen. Der Entwickler eines agentenbasierten Automati-sierungssystems muss das System ganzheitlich betrachten. Neben der Struktur und der Kommuni-katio

32、nsinfrastruktur mssen auch Zeit- und Zuver-lssigkeitsanforderungen explizit betrachtet wer-den. In diesem Kontext kann dann die Umsetzbar-keit von Flexibilittsanforderungen analysiert wer-den. Die systematische Entwicklung von agentenbasier-ten Automatisierungssystemen muss neben agen-tenspezifische

33、n auch domnenspezifischen Anfor-derungen erfllen und erfordert daher geeignete Entwicklungsmethoden. 2 Criteria for selecting and comparing agent-oriented development methodologies Unlike agents in conventional data-processing systems, agent-based industrial automation sys-tems interact directly or

34、indirectly with the under-lying technical process and are therefore required to satisfy corresponding time requirements. In industrial automation, agents are typically realised on automation computers such as PLC, PC, IPC and microcontrollers. To realise the required auto-mation functions, the senso

35、r values must be inter-preted and the actors controlled. For this reason, when developing agent-based industrial automa-tion systems it is not enough to consider and fulfil the functional requirements alone. The developer of an agent-based industrial automation system must consider the system in its

36、 entirety. In addition to the structure and the communication infrastruc-ture, time and reliability requirements must be explicitly examined. In this context, the imple-mentability of flexibility requirements can then be analysed. The systematic development of agent-based indus-trial automation syst

37、ems must satisfy domain-specific requirements in addition to agent-specific ones and therefore requires suitable development methodologies. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI/VDE 2653 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., D

38、sseldorf 2012 Eine Entwicklungsmethode wird charakterisiert durch a) die Festlegung von Konzepten mit ihrer Seman-tik, b) die Formalisierung in einer speziellen Modellie-rungssprache oder Notation, c) die Beschreibung einer Vorgehensweise, die den Ablauf des durchzufhrenden Entwicklungspro-zesses be

39、inhaltet und festlegt, wie die einzelnen Aktivitten durchgefhrt werden sollen. Die Hauptaufgabe einer agentenorientierten Ent-wicklungsmethode ist die Untersttzung smtlicher Phasen des Softwareentwicklungsprozesses fr agentenbasierte Systeme. Hierzu zhlen die agen-tenorientierte Analyse, Grob- und F

40、einentwurf sowie Implementierung und Test. Darber hinaus muss eine Methode fr die Entwicklung von agen-tenbasierten Automatisierungssystemen die Spezi-fikation von Zeit- und Zuverlssigkeitsanforderun-gen untersttzen. Um die Auswahl und die Bewertung einer agen-tenorientierten Methode zu ermglichen,

41、wird im Folgenden eine Reihe von Kriterien beschrieben. Die Kriterien gliedern sich in sechs Kategorien. Neben allgemeinen Auswahlkriterien lassen sich domnenbezogene, entwurfsprozessbezogene, sys-tembezogene, agentenbezogene und flexibilittsbe-zogene Vergleichskriterien bestimmen. 2.1 Allgemeine Au

42、swahlkriterien Vollstndigkeit Eine Methode muss spezifische Konzepte, No-tationen und eine geeignete Vorgehensweise bereitstellen. Die Vorgehensweise muss min-destens die Phasen Analyse und Entwurf des Entwicklungsprozesses abdecken. Reine Im-plementierungskonzepte oder reine Notationen sind nicht a

43、ls Methode anzusehen. Anwendbarkeit Die von der Methode abgedeckten Anwen-dungsgebiete mssen der Automatisierungs-technik entsprechen oder auf sie bertragbar sein. Zustzlich muss die Methode dem Um-fang des zu entwickelnden Systems gerecht werden. Fundierung der Methodenkonzepte Eines der wichtigste

44、n Kriterien fr die Auswahl einer Methode ist der Aufbau der zugrunde lie-genden Konzepte. Die Verfgbarkeit von aus-sagekrftiger Dokumentation (von den Autoren einer Methode) und die Evaluation der Methode seitens Dritter (Forschungsgruppen und An-wender) gelten als Indikatoren fr die Prvalenz und di

45、e Akzeptanz einer Methode. A development methodology is characterised by a) the determination of concepts with their seman-tic relationships b) the formalisation in a special modelling lan-guage or notation c) the description of an approach which details the sequence of the development process to be

46、 per-formed and stipulates how the individual activities are to be carried out. The main goal of an agent-oriented development methodology is to support every phase of the soft-ware development process for agent-based sys-tems. This includes agent-oriented analysis, rough and detailed design, implem

47、entation and testing. Furthermore, a methodology for developing agent-based industrial automation systems must support the specification of time and reliability require-ments. The following set of criteria facilitates the selec-tion and evaluation of agent-oriented methodolo-gies. The criteria can b

48、e divided into six categories. As well as general selection criteria, comparison criteria relating to domain, design process, system, agents and flexibility can also be defined. 2.1 General selection criteria Completeness A methodology must provide specific concepts, notations and an appropriate pro

49、cedure. The procedure must cover the analysis and design phases of the development process at the very least. Implementation concepts or notations alone do not constitute a methodology. Applicability The fields of application covered by the meth-odology must correspond to industrial automa-tion or be transferable to it. In addition, the methodology must be equal to the scale of the system to be developed. Foundations of methodological concepts One of the most important criteria for selec