基于agent的ERP,APS, SCM,MES系统集成研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 6 4 2.16MB 80 页 15积分

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摘要

随着信息系统集成技术及人工智能技术从上世纪 90 年代开始发展，

agent 技术越来越多的被用在了系统间协作上，agent 也成为了研究的热点之

一。而企业为了对客户报价请求 RFQ 做出快速反应，为了减少库存和延迟交货

惩罚等成本，必须将信息孤岛结合起来，将信息系统集成从而完美的协作以

期完成降低供货成本之大计。

随着企业不断的发展，各部门是异步实施信息系统，相互之间的信息无

法得到有效的沟通。他们之间如何协作，以及 RFQ 在系统集成条件下如何运作

都需要进行分析。

WARP(基于 agent 的过程回应自动流程控制)是一个基于 UML 的系统设计方

法，它通过结构建模、动态建模、角色协作、功能失效建模等步骤设计系统间角

色协作以及运作流程和失效时如何处理等问题。

Zeus 是一个 Agent 的开发工具包，它是英国电讯公司实验室的智能系统

研究小组多年工作的成果。Zeus 是已有 Agent 技术的结合，它提供了快速开

发多 Agent 系统的集成环境，定义了一个多 Agent 系统的设计方法并用可视化

环境支撑它，这种可视化环境可以根据用户的定制来产生 Agent 的 java 源码。

在系统集成后，如何评价集成的好坏也是非常值得研究的课题之一。

本论文首先通过 RFQ 问题入手，对 RFQ 过程涉及到的

ERP，APS，SCM，MES 等系统进行分析，对集成过程中可能的信息交互、集成框

架、RFQ 事务链过程、agent 功能等问题进行描述。

接下来通过引入 WARP 方法，并增加用例图，agent 描述，运作流程等手

段，设计了系统集成的框架、各 agent 的协作关系及其责任、集成系统运作流

程等与系统实施密切相关的设计内容。

系统实施是一个比较具体实际的问题，本文通过研究 Zeus 套件来对

agent 集成系统进行实施。

最重要的部分是评价系统集成的效果。通过自主度和协作度的评价，以及

对供货成本的影响来评价集成系统。实践证明，基于 agent 的系统集成是可行

的，是有工具支撑和语言标准支持的。

系统集成是必要的，而且是可行的,并且企业越接近 JIT 式的 MTO 拉式生

产方式，系统集成对供货成本的降低是越明显的。系统集成过程中是以

ERP、APS 为核心，SCM、MES 为辅助双闭环系统。

关键词：系统集成　RFQ　WARP Agent 协作度供货成本泊松分布

ABSTRACT

As information technology and artificial intelligence technology began to develop

from the 1990s, agent technology is used in the system collaboration more and

more, and agent technology became the focus study. In order to rapid response for

customer Request for Quote, and reduce the cost of inventory and penalties delay in

delivery, the information island must be combined. Information systems integration

can perfect collaborate with the aim of reduce supply costs.

With the constant development of enterprises, information system implement of

departments is asynchronous. Information could not be effective communication

among them. How to collaboration among systems and RFQ how to operate under

the conditions of integration systems need to be analyzed.

WARP (workflow automation through agent-based reflective process) is a UML-

based system design method, which through structure modeling, dynamic

modeling, role collaboration, functional failure modeling, and other steps design

role collaboration and operation processes and how to operate when failure.

Zeus of is an agent development toolkit, which is the work results of the British

Telecom's intelligent system laboratory research team for many years. Zeus is

combine of already existence agent technologies, which provides a rapid

development of the Multi-Agent System integrated environment, defines a Multi-

Agent System design method and supported by visual environment. These kinds of

visual environment can be customized according to user Agent to generate the java

source.

After system integration, how to evaluate the quality of integration is also a worthy

study subject.

This paper start with the RFQ issue and analysis its related system of ERP, APS,

SCM, MES, and describe the information interchange among integration system,

integrated framework, RFQ Affairs chain process, agent functions, and other

problem.

Followed by the introduction of WARP methods, throw the use case diagram, agent

description, operational flow and other means, this paper designed a system

integration framework, collaborative relationship and responsibility of agents,

operational processes of integrated systems, and other content closely related to

implementation system.

System implementation is a more practical issue, this paper have studied the agent

integrated system implementation through research Zeus package. It proved that

there is enough tools, language, standard to support agent-based system integration.

The most important part is to evaluate the effectiveness of system integration. The

autonomy and collaboration degree are used to evaluate. What more, the impact to

supply costs of integrated system is also used to evaluate the function of integration

system.

Systems integration is necessary and feasible, and the more enterprises produce

close to JIT pull production, the more supply cost will be reduced by system

integration. Systems integration process take ERP, APS as the core systems, and

SCM, MES as supporting systems, and integration system is dual-closed-loop.

Key Word ：System integration, RFQ, WARP, Agent, autonomy

degree, collaboration degree, supply cost, Poisson distribution

目  录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论.....................................................................................................................1
§1.1 研究的背景及其意义......................................................................................1
§1.2 国内外研究现状..............................................................................................2
§1.3 本论文主要工作及结构..................................................................................3
第二章 各个系统的集成关系分析..................................................................................7
§2.1 ERP 系统..........................................................................................................7
§2.2 SCM 系统.........................................................................................................8
§2.3 APS 系统..........................................................................................................8
§2.4 MES 系统.........................................................................................................9
§2.5 ERP、APS、MES、SCM 集成关系............................................................10
§2.6 系统分析........................................................................................................15
§2.7 本章总结........................................................................................................18
第三章 系统设计............................................................................................................19
§3.1 WARP 方法简要介绍....................................................................................19
§3.1.1 结构建模阶段......................................................................................20
§3.1.2 动力学建模阶段..................................................................................21
§3.1.3 功能失效建模......................................................................................22
§3.1.4 WARP 的agent 结构............................................................................22
§3.2 集成的系统设计............................................................................................23
§3.2.1 用例图..................................................................................................23
§3.2.2 结构建模阶段......................................................................................25
§3.2.3 动态建模阶段......................................................................................27
§3.2.4 功能失效建模阶段..............................................................................33
§3.2.5 WARP agent 描述.................................................................................35
§3.2.6 运作流程..............................................................................................39
§3.3 本章总结........................................................................................................42
第四章 系统实施............................................................................................................43
§4.1 ZEUS 介绍.....................................................................................................44
§4.1.1 Agent.....................................................................................................44
§4.1.2 Goal(目标)............................................................................................45
§4.1.3 Task(任务)............................................................................................46
§4.1.4 Fact(事实).............................................................................................47
§4.2 ZUES 的开发方法.........................................................................................48
§4.3 ZEUS 系统的实施.........................................................................................49
§4.3.1 Ontology Options(实体创建)...............................................................50
§4.3.2 Agent Options(Agent 创建)..................................................................50
§4.3.3 Task Options(任务创建)......................................................................52
§4.3.4 Project option 项目配置.......................................................................53
§4.3.5 代码的生成..........................................................................................54

§4.3.6 外部程序文件的实施..........................................................................55
§4.4 总结................................................................................................................56
第五章 系统集成的评价................................................................................................59
§5.1 系统集成的 agent 协作关系..........................................................................59
§5.1.1 库存能满足订单条件下的协作情形..................................................60
§5.1.2 库存不能满足订单条件下的协作情形..............................................61
§5.1.3 综合分析..............................................................................................62
§5.2 基于供应链的系统集成评价........................................................................66
§5.2.1 基本成本函数......................................................................................66
§5.2.2 系统集成前的供货成本......................................................................68
§5.2.3 系统集成后的供货成本......................................................................69
§5.2.4 综合分析..............................................................................................69
§5.3 总结................................................................................................................71
第六章 全文总结与展望................................................................................................73
§6.1 全文总结........................................................................................................73
§6.2 系统集成的展望............................................................................................74
附件一 实体创建代码....................................................................................................75

第一章绪论

§1.1 研究的背景及其意义

为了支持销售人员开发潜在客户，许多公司已经将 ERP 技术进行扩展，

以解决客户订货时的报价请求(RFQ，Request for Quote)。RFQ 的主要任务是

估计能准时发货的数量，这主要包括库存检查、在制品查询(WIP)以及重新制

定生产计划等重要工作。这些工作必须准确而快速的执行，以响应快速的客户

需求。但是由于销售、库存、生产等功能之间关系复杂，在他们之间的业务之间

很少能建立直接联系。例如，当遇到客户的紧急订单时，大多数销售人员只能

通过检查库存来完成 RFQ 问题，这在很大程度上会丢失要求高的客户订单。

信息系统已经非常先进，能使企业产生很多的价值[1,2]。虽然公司在信息

化上投入了大量的资金，但实现其价值却是一大挑战[3]。企业非结构化的进行

信息系统投资，并不一定能实现信息化带来的价值，而需要对企业信息系统

进行集成，以实现其最大的价值[1,2,4,5,6]。SCM(Supply Chain Management),

ERP(Enterprise Resources Planning), APS (Advanced Planning&

Scheduling), MES(Manufacturing Execution System)作为先进的企业生产

计划管理模式和先进执行系统，正为越来越多的企业所接受。

企业资源计划ERP 统筹企业内部资源，使各部门协同工作；高级计划与

排程 APS 基于有限能力原理，对企业所有的资源实施动态的、实时的约束规划

以帮助企业快速相应客户需求；供应链管理 SCM 可以使产品快速、低成本、供

需平衡方式流向目标客户；而作为企业运作底层的系统生产执行系统 MES 对

生产过程进行实时监视、诊断和控制，使企业提高工厂及时交货能力、改善物

料的流通性能。因此，有必要通过对 SCM,ERP,APS,MES 的集成研究，加强企业

从外围的供应链到企业资源，以及生产计划和实际生产作业之间的联系，以

实现对客户提供快速高质量产品又实现低成本的目标。

为了协调企业信息系统之间的有效交流，本论文将以解决 RFQ 问题为切

入点，将精力放在了对企业的信息系统集成上，通过基于 agent 的技术提出

了 SCM、ERP、APS、MES 四个系统集成的框架并分析了他们之间的信息交互，并

引入 Zeus 系统研究了系统集成的方法，最后对系统集成进行了协作度评价和

对供货成本影响的评价。

§1.2 国内外研究现状

信息技术日新月异，而产品商业协作的概念也得到了广泛的应用[14]。许多

基于 agent 的 ERP,APS, SCM, MES 系统集成研究

文献已经对网络技术应用到系统集成做了深入的研究。如 Huang et al. 开发

了一个基于 Web的“网上审查系统(CyberReview)”以支持产品审查的协作过

程[15]。该文献首次定义了从设计对象到检查标准的测绘过程来支持设计审查决

定。另外一篇文献开发了一个基于 Web的整合了设计和生产活动的协作系统

[16]。该系统使用了基于专题的方法来创建设计活动。该创建的部分可以被其他

实体通过 VRML 格式进行浏览。还有其他文献设计了产品开发和环境分析的多

种规则[17]。这个系统整合了多种相关工具来进行基于网络环境下的设计、分析

和制造。因此，在各个阶段，设计者均可以应用这些工具来与产品开发工程进

行合作。而最近不少学者提出了将设计单元和物料管理单元纳入一个整体任务

[18]。在传统的方法里，设计工程师在设计阶段很少关注需求的物料或零部件。

这很可能导致需求的物料或者部件不能生产或者不能采购到，以致产生工程

变更(EC， Engineering Change)。

在大规模的面向客户订制的生产系统中，经常会发生工程变更活动，这

将导致生产管理更加困难。例如，工程变更可能增加提前期，也会增加 ERP 和

计划任务的复杂性。所有这些都会使成本急剧增加、延迟交货、客户满意度下降，

更会导致 PDM管理问题，如版本控制和配置管理[19]。

在很多领域，基于 agent 的系统已经被广泛地应用到各种组织单元之间

需要相互合作的情况。例如，开发出一个基于 agent 的离散车间控制系统，用

来协调控制车间设施如 CNC、传送带等[20]。另外一项研究为电梯工业提出一个

基于 agent 的生产控制框架。在这个框架里，这些agents 主要是基于制造功

能的，如细胞单元 agent、子组装agent 及生产线agent。在这项研究中提出了

多种 agent 控制策略。实验数据表明，这个合作系统能够达到降低生产成本的

目标[21]。另外，一个多 agent 的控制框架也被提出来，用来支持网络化制造的

概念。这个框架倾向于将 agent 用于整合各种工业应用工具，如 PDM，ERP，以

及 SCM，来提高生产效率。这个概念已经被现实工业领域广泛地应用[22]。而且，

一个基于 agent 的评价系统也被提出来，用来协助制造系统达到精益生产的

状态。在基于拉式生产模式的企业中，该系统应用分布的 agents 来分析和模

拟生产计划[23]。

也有不少论文研究了基于 agent 的供应链合作模型。例如，人工神经网络

被用在基于 agent 的供应链网络，使计划任务能得以协调。实验数据表明，订

单实行的效果和资源利用率都大大地提高了[24]。另外也有论文提出了一个基于

agent 的谈判模型，用来支持供应链管理上项目配置阶段的各个企业之间的协

作[25]。

除了在制造工业，电子商务也是基于 agent 的协作的应用的另外一个领

域。Lin et al. 提出了一个联机议价模型，这个多 agent 的系统包括三个独

立agents，它可以进行动态的价格讨论和匹配等环境[26] 。

除了相关的研究以外，也有不少基于 agent 的分析方法和应用工具被开

发出来。DeLoach 为 agent 系统设计而提出了多 agent 的系统工程(MaSE)方法。

这个方法主要是从著名的对象建模技术(OMT)和统一建模语言(UML)进行修改

而来，因此它可以将主要问题进行分解，描述多个 agents 之间的合作和交流

等活动[27]。另外一个分析方法 Gaia，从宏观和微观的两个层面分析了的 agent

系统设计，并提出了自己的构建模型和语言[28]。作为执行工具，ZEUS 是比较

方便的。它是基于 JAVA 的工具套件，提供了可视化的设计环境，并提供了

第一章绪论

agent 库以让设计者能很容易的扩展相关 agent 的功能[29]。

在国内，也有不少学者进行了对 agent 的应用研究。例如，在一项研究中

提出了一个基于智能代理的供应链仿真方法，从而将仿真及代理技术结合在

一起[30]。在另外一项研究中提出了基于移动 agent 的网格数据库事务处理架构

并详细的描述了该框架下的事务处理流程[31]。而在另外一项研究中研究了基于

移动 agent 的 ERP 数据集成模型。该研究不仅提出了数据集成的模型，而且从

成本和性能上分析了基于 agent 数据集成的优势和可行性[32]。最后，在一项对

反生化恐怖的应急指控系统的研究中，引入了多 agent 的概念，并在多个

agent 开发平台比较之余，研究了利用 ZEUS 平台开发该应急系统的实现等问

题[33]。在对分布式媒体应用方面，也有基于 agent 的 QoS 研究[34]。

§1.3 本论文主要工作及结构

如上所述，本论文主要的目标是开发一个基于 agent 的系统集成框架来

解决销售时遇到的 RFQ 问题。为了开发该集成框架，需要解决的问题如下：

a．RFQ 问题的主要业务流程是什么？

如前所述，虽然 RFQ 问题主要体现在销售部门，但为了解决 RFQ 问题，其

他部门的业务也必须进行集成。在这个过程，将会有不少谈判业务发生，而且

它们之间的关系也是相当复杂的。因此，论文必须对 RFQ 活动的相关复杂业务

进行精确描述。

b．系统集成的信息交互是如何进行的，如何进行信息交互？

各个部门可能均已经实施了自己信息系统，但信息系统之间可能是不连

通的，相互之间没有信息的交互。或者如果它们之间需要交互，必须进行人工

数据处理，才能进行简单的业务数据交流。因此系统集成需要的哪些数据交互

是研究内容之一。

而基于 agent 的信息集成的研究已经比较成熟，大量研究充分证明了基

于 agent 的信息系统集成是可行的，是解决 Legacy 的低成本高效率方案之一。

如何利用开发 agent 的工具套件成为本论文需要解决的问题之一。

c．如何评价 agents 之间的协调效果及系统集成对供货成本的影响？

由于本论文的主要工作就是开发 ERP，SCM，APS，MES 的集成框架来支持

部门之间的协作关系，因此如何评价 agents 之间协调效果成为本论文又一个

有意义的主题。并且系统集成主要目的是降低企业成本，研究系统集成对供货

成本是如何产生影响也是一个重要的研究课题。

基于上述三个主题，本文必须提出一个整合了 ERP，SCM，APS，MES 的集

成框架来支持RFQ 业务流程，定义相关协作表格，并将基础组织进行整合。在

框架的基础上，结合 ZEUS 开发套件，研究出一个切实可行而成本低廉的集成

方案。在论文结尾，也使用评价 agent 之间协调效果的方法进行评价，并使用

基于供应链的供货成本分析了系统集成的必要性。

第二章是系统分析阶段，分析了各个系统的集成关系和基本框架，以及

基于这个集成框架下的 RFQ 事务过程和基于 agent 的集成系统功能关系。

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摘要：

摘要随着信息系统集成技术及人工智能技术从上世纪90年代开始发展，agent技术越来越多的被用在了系统间协作上，agent也成为了研究的热点之一。而企业为了对客户报价请求RFQ做出快速反应，为了减少库存和延迟交货惩罚等成本，必须将信息孤岛结合起来，将信息系统集成从而完美的协作以期完成降低供货成本之大计。随着企业不断的发展，各部门是异步实施信息系统，相互之间的信息无法得到有效的沟通。他们之间如何协作，以及RFQ在系统集成条件下如何运作都需要进行分析。WARP(基于agent的过程回应自动流程控制)是一个基于UML的系统设计方法，它通过结构建模、动态建模、角色协作、功能失效建模等步骤设计系统间角色协...

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