CC BY
183
МОДЕЛИРОВАНИЕ МУЛЬТИАГЕНТНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭКСКАВАТОРНО-АВТОМОБИЛЬНЫМ КОМПЛЕКСОМ
Волкова Евгения Алексеевна
ст. преп. каф. информатики, Уральский государственный горный университет, 620144, Россия, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, дом № 30
E-mail: evgeniya.volkova@m. ursmu.ru
Дружинин Алексей Владимирович
канд. техн. наук, доц., зав. каф. информатики, Уральский государственный горный университет, 620144, Россия, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, дом № 30
E-mail: al eksey. druzh in in @m. ursmu. ru
Полузадов Владимир Николаевич
канд. техн. наук, проф. каф. электротехники, Уральский государственный горный университет, 620144, Россия, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, дом № 30
E-mail: vladimir.poluzadov@m. ursmu.ru
EXCAVATOR-TRUCK COMPLEX MULTIAGENT CONTROL SYSTEM MODELING
Evgeniya Volkova
Senior lecturer of Informatics Department, Ural State Mining University,
620144, Russia, Ekaterinburg, Kuibysheva Street, 30
Alexey Druzhinin
Candidate of Engineering Sciences, Associate professor, Head of Informatics Department, Ural State Mining University, 620144, Russia, Ekaterinburg, Kuibysheva Street, 30
Vladimir Poluzadov
Candidate of Engineering Sciences, Professor of Electrical Engineering Department,
Ural State Mining University, 620144, Russia, Ekaterinburg, Kuibysheva Street, 30
Волкова Е.А., Дружинин А.В., Полузадов В.Н. Моделирование мультиагентной системы управления экскаваторно-автомобильным комплексом // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2015. № 11 (22) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/2759
АННОТАЦИЯ
Автоматизация горнотранспортного комплекса является актуальным способом повышения эффективности открытых горных работ. Использование мультиагентного подхода к управлению позволяет поднять управление на новый уровень. Моделирование мультиагентной системы управления экскаваторно-автомобильным комплексом является одним из этапов ее реализации.
В данной статье рассматривается построение модели мультиагентной системы управления экскаваторно-автомобильным комплексом с использованием формализма вложенных сетей Петри.
Сравниваются классические сети Петри и их расширения: объектные сети, гиперсети и вложенные сети, доказывается эффективность использования именно вложенных сетей Петри для построения модели.
Описываются структура экскаваторно-автомобильного комплекса и архитектура мультиагентной системы управления. Предлагается и подробно описывается модель процесса загрузки самосвала при разработке уступа в один проход. Проводится параллель между формализмом теории агентов и вложенных сетей Петри. Особенное внимание уделяется роли агентной платформы в реализации взаимодействия объектов.
Рассматриваются перспективы использования результатов моделирования для программной реализации мультиагентной системы управления экскаваторно-автомобильным комплексом.
На основании приведенной информации, делаются выводы о возможности использования формализма вложенных сетей Петри для проектирования многоуровневой структуры мультиагентной системы управления экскаваторноавтомобильным комплексом, где агенты также представляют собой мультиагентные системы.
ABSTRACT
Automation of mining transport complex is a relevant way to enhance the efficiency of open pit mining. Multi-agent control is the way to raise operation
and control to the next level. Multi-agent control system modeling is one of important stages of its implementation.
In this research paper, multi-agent control system of excavator-truck complex model building with NP-nets is considered.
Classic Petri nets and extensions of Petri nets: object nets, hypernets and NP-nets are compared, and efficiency of using NP-nets for modeling of multi-agent control system of excavator-truck complex is proved.
The structure of excavator-truck complex and multi-agent control system architecture are presented. Truck loading during the single pass ledge operation model is proposed and described in detail. A parallel between formalism of multiagent theory and NP-nets is drawn. The role of agent platform in the implementation of object cooperation is pointed out.
The prospects of using the modeling results in software implementation of multi-agent control system of excavator-truck complex are presented.
On the basis of given information, conclusions about the possibility of using nested Petri nets formalism for the design of the multi-layered structure of the multiagent control system of excavator-truck complex where the agents also are multiagent systems are drawn.
Ключевые слова: открытые горные работы, экскаваторно-автомобильный комплекс, вложенные сети Петри, мультиагентное управление.
Keywords: open pit mining, excavator-truck complex, NP-nets, multiagent control.
Сети Петри являются удобным средством для моделирования параллельных систем. Однако классические сети Петри, имеющие плоскую структуру, не позволяют описывать мультиагентные системы в простой форме. Существует ряд моделей, расширяющих классические сети Петри, - объектные сети, гиперсети, вложенные сети. Объектные сети построены на идеях объектно-ориентированного проектирования, где сетевые фишки имеют
собственную структуру и поведение по аналогии с объектами. Однако такая структура недостаточно гибкая для описания мультиагентных систем. Гиперсети отличаются от других расширений сетей Петри тем, что каждый агент может находиться в любом из других агентов, и иерархия построения сети может меняться в процессе ее исполнения. Несмотря на то, что в мультиагентных системах структура агентов также может изменяться, их иерархические связи изменяться не должны, поэтому формализм гиперсетей в данной ситуации неприменим.
Наиболее удобным формализмом для моделирования мультиагентных систем являются вложенные сети Петри. При таком подходе фишки в сети Петри имеют свою, так же построенную на сетях Петри структуру, что позволяет моделировать параллельные иерархические системы, но, в отличие от гиперсетей, иерархия представляется статической [1, с. 344-345].
В данной работе рассматривается мультиагентная система управления экскаваторно-автомобильным комплексом при открытых горных работах. В этой системе экскаваторы и самосвалы рассматриваются как интеллектуальные агенты. При этом они, в свою очередь, также представляют собой мультиагентные системы и состоят из множества агентов, однако в данной работе мы пренебрежем их структурой.
Рассмотрим один из основных процессов в мультиагентной системе экскаваторно-автомобильного комплекса - загрузку самосвала. Одной из самых распространенных технологических схем является технология разработки уступа за один проход. График выполнения работ экскаватором при такой схеме разработки представлен на рисунке 1 [2, с. 127].
| Олера^ьн Г4ннут время □ смене, час 0123-J567S
1 Па ДГ '3 TG □ LH ТС\П Ы1 эбклнкнИ7й1ъ*нь«з -операции 51 1 п
|Пйгру|кл гдрной ирссы 372 Цг"
!Текн&лйГичеен.к>е iFtprut-iuw 1 5Т
Рисунок 1. График выполнения работ экскаватором ЭКГ-5А
Экскаватор, находящийся в состоянии готовности к погрузке, запрашивает через агентную сеть самосвал, заключает соглашение с одним из них, после чего самосвал направляется к экскаватору для загрузки. После загрузки самосвал отправляется к месту выгрузки, а экскаватор переходит либо в состояние ожидания, либо в состояние подготовки забоя.
В общем виде агент представляется в виде кортежа (1):
Ад =< G,S,A,e,(p >, (1)
где: G - целевая функция,
S = (s1; s2,... sn} - набор параметров состояния,
А = [а1, а2,... ап} - набор действий, в - база знаний и ^ - оператор.
В системе экскаваторно-автомобильного комплекса определено следующее множество агентов (2):
Ag = {At,Aex} (2)
где: Аг- агент-самосвал, а Аех - агент-экскаватор.
На рисунке 2 можно увидеть системную сеть, моделирующую агентную платформу, отвечающую за взаимодействие агентов, и элементные сети, моделирующие экскаваторы (тип E1) и самосвалы (тип E2).
Системная сет1
Рисунок 2. Модель взаимодействия экскаваторно-автомобильного
комплекса
Экскаватор Ei может быть в одном из состояний «готов к загрузке» pi, «загрузка в процессе» p2, «подготовительно-заключительные операции» p3, «технологический перерыв» (или простой) p4. В качестве переходов для экскаватора выступают события «загрузка началась» t1, «загрузка закончилась» t2, «подготовительные операции закончены» t3, «технологический перерыв окончен» t4.
Самосвал E2 может находиться в следующих состояниях: «готов
к загрузке» ps, «загрузка в процессе» p6, «движение к месту разгрузки» p7, «разгрузка» p8, «технологический перерыв» (простой) p9, «движение к месту загрузки» p1o. Процесс разгрузки может быть представлен в виде отдельной сети Петри и обозначен одним узлом для упрощения представленной модели. В качестве переходов для самосвала выступают события «загрузка началась» t5, «загрузка закончена» t6, «движение к месту разгрузки закончено» t7, «разгрузка закончена» t8, «технологический перерыв закончен» t9, «движение к месту погрузки закончено» t10.
Системная сеть содержит начальные и конечные пулы для экскаваторов и самосвалов. Начальные пулы обозначены узлами p11 и p12, а конечные - p13 и p14 соответственно. Данная модель является высокоуровневым
представлением, и в ней не учитываются возможные сбои в плане работ, связанные с выходом техники из строя или изменением внутренней или внешней структуры агентов.
Набор параметров объектов S = (s1( s2, ... sn), представленный в (1), определяет набор состояний сети Петри Р = (р1, р2 . рп), а набор действий агента А = (a1f а2, ... ап) соответствует набору переходов Т = (t1t t2,... tn).
Представленная на рисунке 2 модель может использоваться для программной реализации системы управления экскаваторноавтомобильным комплексом. Например, при реализации на платформе JADE системная сеть позволяет настроить агентную платформу, а модели агентов E1 и E2 представляют собой структуру основных агентов системы. Помимо основных агентов, платформа предполагает также наличие вспомогательных
агентов: справочных и транспортных. Они реализуют нижний уровень взаимодействия между агентами.
В приведенной в данной статье модели мы не рассматривали особенности структуры агентов, которые, в свою очередь, также представляют собой мультиагентные системы. Однако формализм вложенных сетей Петри можно применить и к такой структуре, добавив еще один уровень вложенности. С одной стороны, такой подход усложнит модель, но в то же время он может позволить представить систему экскаваторно-автомобильного комплекса без ограничений, искусственно введенных для упрощения модели. Моделирование «мультиагентной системы мультиагентных систем» планируется рассмотреть в дальнейших работах.
Список литературы:
1. Ломазова И.А. Вложенные сети Петри и моделирование распределенных систем // Программные системы: теория и приложения. - М.: Наука. Физматлит, 2004. - С. 337-352.
2. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. - М.: Недра, 1982. - 405 с.
References:
1. Lomazova I.A. Nested Petri nets and modelling of distributed systems. Programmnye sistemy: teoriya i privozheniya [Software Systems: Theory and Applications]. Moscow, Nauka. Fizmatlit Publ., 2004, pp. 337-352 (In Russian).
2. Typical technological schemes of mining at coal open pit mines. Moscow, Nedra Publ., 1982, 405 p. (In Russian).
