Многоагентные системы. Процесс самоорганизации в многоагентных системах

самостоятельном создании специалистами новых рабочих групп по каждому

направлению деятельности компании, независимо от ведомственной

принадлежности и уровней подчиненности специалистов (множество открытий и

изобретений делается на стыке различных направлений деятельности, если

обеспечены условия для общения специалистов, пусть на уровне "курилки".

Известны примеры, когда с этой целью компании строят свои производственные

здания так, чтобы сотрудники различных подразделений чаще могли бы, даже

случайно, встречаться).

Таким образом, деятельность компании (или группы компаний) в каждый момент

времени можно представить конфигурацией "круглых столов" (рабочих групп),

относительно постоянно действующих или создаваемых на самое короткое время.

Предлагаемый взгляд на структуру организации представлен на рис. 1, где

кольцами обозначены работающие "круглые столы".

Внедрение принципов самоорганизации в компании должно начинаться не столько

с нижних уровней управления, сколько с момента создания компании, начиная с

уровня отдельных специалистов, микрогрупп, небольших отделов и далее (при

этом обычно легче вырастить новую компанию, чем реорганизовать

существующую). В идеале, вся структура такой компании является виртуальной:

она есть в каждый момент времени, но она столь изменчива, что фактически ее

нет, как нет и иерархии управления - управляющие воздействия в равной

степени инициируются как "сверху-вниз", так и "снизу-вверх" (если по-

прежнему под "верхом" понимать традиционный менеджмент и финансы, а под

"низом" - специалистов, технологию и т.п.). Однако, довольно быстро

определяются новые лидеры (с точки зрения знаний и опыта), которые идут

нарасхват в постоянно образующиеся "круглые столы". При этом каждый рядовой

сотрудник самостоятельно работает, возможно, в целом множестве вертикальных

и горизонтальных команд (групп), согласованно принимая важные решения в

пределах своей компетенции и постоянно развиваясь и соответственно

совершенствуя собственные должностные инструкции. Любая новая идея,

рожденная даже на самом нижнем уровне, подхватывается и обсуждается всеми

другими звеньями и, в результате, возможно начинает менять план действий и

текущую структуру компании, при этом не нарушая ее обязательств перед

партнерами ... .

Интуитивно ясно, что очень дорогой платой за столь высокую степень

согласованности принимаемых решений (а следовательно, и организованности

компании) является экспоненциальное возрастание накладных затрат на сам

процесс согласования решений на всех вертикальных и горизонтальных уровнях

компании, так как теоретически возможно установление отношений "каждый - с

каждым". В обычной повседневной практике компаний столь сложный процесс

согласования решений просто невозможен (как говорится, "иногда надо и

работать!"). В результате весьма распространенным в практике становится

феномен "перегруженного руководителя", замыкающего в себе всю "организацию"

предприятия. Жизнь всей компании начинает зависеть от одного человека.

Доступ к такому руководителю и его ресурсы настолько ограничены, что любые

реформаторские идеи, для восприятия которых требуется глубокое понимание и,

следовательно, время, обычно рано или поздно становятся просто обреченными

на погибание.

Для таких компаний и руководителей в первую очередь и предназначен

предлагаемый ниже подход. Потенциальная мощь самоорганизующегося

"коллективного разума" компании способна в конечном счете в тысячи раз

превосходить возможности любого, даже гениального руководителя. Именно это

и заставляет искать новые пути решения проблемы кооперации и

самоорганизации компаний, основанные на применении компьютеров для

поддержки согласованной деятельности.

Именно эту схема самоорганизации взята за основу при разработке моделей

деятельности организаций и людей в различных предметных областях в

мультиагентных системах интеллектуальными агентами.

Подход Агентов и Миров

В настоящей работе для решения этой проблемы предлагается подход,

базирующийся на идее Миров и Агентов деятельности.

В отличии от известных подходов, данный подход реализуется созданием общего

Мира деятельности кооперирующих сторон и Миров деятельности каждой из них,

т.е. путем создания единой комплексной среды деятельности менеджеров и

специалистов, обеспечивающей воспроизводство главных компонент процесса

деятельности каждого предприятия и взаимопонимание между людьми.

Использование Интеллектуальных Агентов в комбинации с Мирами действий и

рассуждений позволяет менеджерам моделировать все три главные ипостаси

кооперации: коллективное поведение, мышление и коммуникацию участвующих

сторон. За счет этого каждой из сторон на своего Агента может быть

возложена миссия согласования большинства возникающих проблем, для чего

ниже рассматривается возможность реализации виртуального круглого стола,

предлагающего Агентам общий Мир действия.

В рассматриваемом подходе мир действий - это модель среды деятельности,

базирующаяся на знаниях. Главное ее отличие от традиционных систем

моделирования состоит в том, что эта система содержит модель пространства и

предоставляет прямой доступ к объектам Мира в этом пространстве для

выполнения действий, моделируя реакцию на эти воздействия в соответствии с

законами Мира. Модели физической реальности, позволяющие моделировать

эффект присутствия субъекта деятельности, обычно называют виртуальными.

Рассмотрим конструкцию предлагаемых Миров более подробно. Принципы

построения и функционирования Миров кратко могут быть описаны следующим

образом:

- Мир состоит из объектов, способных взаимодействовать друг с другом в

соответствии с законами Мира; для пользователя Миры представляются сценами,

состоящими из заданных объектов, с определенными отношениями между ними, и

объектами, потенциально применимыми в сцене;

- объекты Мира определяются своими свойствами, обеспечивающими их

способность вступать во взаимодействие с другими объектами; состояния

объектов определяются их свойствами и отношениями; потенциально возможные

свойства объектов определяются законами Мира, действующими в сцене;

- законы Мира задаются сценариями действий, которые определяются как

правила изменений состояния объектов Мира; более простые сценарии позволяют

составлять более сложные сценарии;

- отношения между объектами определяют связи между ними; наиболее

распространенными отношениями являются "целое-части", "принадлежность",

"меры" и ряд других;

- основные концепты выражаются в атрибутах вещества, пространства и

времени, энергии и информации.

Представленные базовые категории позволяют конструировать Миры действий в

различных предметных областях. Рассмотренные принципы позволяют также

создавать Миры рассуждений, такие как Механика и Оптика, Алгебра и

Геометрия и т.д. Эти же принципы оказываются пригодными для построения

Миров экономики и политики, технологии и торговли и т.п.

Фактически, при создании Мира конкретного сектора рынка или Мира отдельного

предприятия, строится полипредметная база знаний (в форме семантической

сети), которая в дальнейшем и используется в рассуждениях Агентов. Ее

основное отличие от принятых подходов состоит в ориентации на описание

"действий" и использование соответствующей логики действий, т.е. в

сочетании декларативных и процедурных знаний.

Рассмотрим теперь соответствующую модель устройства памяти и мышления

Агента, условно названные выше "Табло сознания" индивидуума.

В структуре памяти Агента выделены следующие компоненты (рис. 5):

[pic]

- долгосрочная память Агента, содержащая полные семантические сети

предметных областей знаний; эта память пополняется знаниями в процессе

обучения Агента и постоянно трансформируется и систематизируется, через

нее, как через сито, пропускаются все входные факты;

- память (пространство) сознания, содержащая образы объектов Миров,

являющаяся среднесрочной. В этой памяти содержатся описания сцены в каждом

из Миров (также в форме семантической сети) и здесь же выполняются основные

умственные операции над образами объектов;

- память фактов, а также память сценариев - наиболее часто изменяемые

структуры памяти (оперативная память). В памяти фактов находятся исходные и

конечные, а также все промежуточные факты, получаемые в процессе

рассуждений и расчетов; память сценариев также подвергается

преобразованиям, в первую очередь, связанным с обобщением и конкретизацией

сценариев;

- память генетических знаний - это жестко встроенные в систему и

неизменяемые знания, здесь - знания о конструкции и функционировании Миров.

Общие принципы мышления Агента являются вполне традиционными и включают

следующие три основные фазы (рис. 6):

[pic]

рис. 6

- восприятие, в процессе которого осуществляется построение модели сцены в

загруженном Мире;

- познания, в процессе которого формируется сценарий действий субъекта для

достижения поставленных целей;

- исполнения, в процессе которого осуществляется исполнение намеченного

сценария с постоянным сопоставлением ожидаемых и наблюдаемых результатов.

Однако, в отличии от других систем, в настоящей системе реализация этих фаз

осуществляется через два базовых механизма: абстрагирования и

конкретизации, тесно связанных между собой. Образно говоря, мышление Агента

напоминает движение поршней в двигателе: вверх путем абстрагирования, вниз

- путем конкретизации и т.д.

При "послойных" рассуждениях основное время тратится на выполнение

умственных операций - действий с образами объектов (понятиями), которые

изменяют состояния сцены и, тем самым, ограничивают применение дедуктивных

рассуждений. Используемая при этом логика действий также существенно

отличает предлагаемую модель от традиционных дедуктивных систем.

Еще одна важная особенность предлагаемой модели - ориентация на выявление

противоречий. В рассмотренной выше системе деятельности типовыми являются

противоречия между знаниями и орудиями, целями и средствами деятельности,

сценариями действий индивида и его внутренними интериоризованными

способностями и ряд других.

Типология этих противоречий исходно задается в системе и далее постоянно

пополняется.

Процесс самоорганизации в мультиагентной системе

Для моделирования процесса переговоров между членами временно организуемых

рабочих групп или их Агентами в разрабатываемой мультиагентной системе

реализуется виртуальный круглый стол. Виртуальный круглый стол может

реализовываться как через локальную, так и через глобальную сети (рис. 7).

[pic]

Процедура согласования решений организуется следующим способом:

1) конфигурируется начальная сцена общего для всех Агентов Мира действий и

задаются цели (задача), общие ресурсы и ограничения;

2) каждый из Агентов считывает состояние сцены и запускает процесс

восприятия, планирования действий и их исполнения (при этом загружаются и

перезагружаются необходимые Миры знаний и строится модель исходной сцены в

этих Мирах); первый из Агентов, спланировавший свою деятельность делает

первый ход, предлагая первое действие из своего сценария;

3) если действие удовлетворяет общим ограничениям и не вызывает

противоречий с планами других Агентов, оно считается предварительно

принятым. Если нарушены общие ограничения, Агент обязан поменять свои

планы, если эти ограничения не нарушены, необходимо решить, кто будет

вынужден изменять свои планы: первый Агент или другие, сделавшие свои ходы

ранее;

4) очередные Агенты делают свои ходы, выполняя очередные действия из своих

сценариев. Если какой-либо Агент вынужден поменять свое решение на каком-

либо ходу, делается откат всего процесса переговоров для этого этапа и весь

процесс согласования начинается вновь и т.д.

5) процесс согласования заканчивается, когда достигнута заданная цель.

Очевидно, что данная процедура связана с возможным перебором всех вариантов

решений - скорость ее сходимости зависит от глубины базы знаний и

интеллектуальных способностей Агентов. Для людей подобная процедура

оказывается слишком трудоемкой. В данном же случае, один и тот же Агент

менеджера или специалиста может принимать участие одновременно в целом ряде

рабочих совещаний.

Чтобы в полной мере ощутить проблему, достаточно представить себе объем

согласований, выполняемых, например, при разработке месторождений нефти,

когда за круглым столом могут оказаться геофизик и бурильщик, специалист по

прокладке трубопроводов и строитель, экономист и социолог, специалист по

охране окружающей среды и т.д. Что будет, если спустя полгода общих усилий

выясняется, что один из проектировщик заложил в сценарий неверные данные и

всем другим также придется начинать заново? Не меньше согласований

происходит при подготовке больших сделок и в рассматриваемых примерах, если

в этот процесс вовлекаются все потенциальные участники кооперации.

Несмотря на наличие множества других сложностей, связанных со сходимостью

данного процесса, разрабатываемая система не знает этой главной проблемы и

реализует его, например, через Internet, независимо от местоположения

участников переговоров.

Архитектура и интерфейс мультиагентной системы

Предлагается следующая архитектура интеллектуальной системы поддержки

согласованной кооперативной работы, позволяющая моделировать деятельность и

рассуждения специалистов или менеджеров с целью выявления потенциальных

конфликтов между ними (рис. 8):

База знаний СД - содержит описания среды деятельности, целей и задач,

знаний и орудий, сценариев действий, а также всех других компонент

рассмотренной выше структуры систем деятельности;

Моделирующая подсистема - позволяет моделировать процессы деятельности

(поведения субъектов деятельности);

Подсистема расчетов и рассуждений - позволяет моделировать процессы

рассуждений (мышления субъектов деятельности);

Управляющая подсистема - реализует процессы поддержки согласования решений

(процедуры виртуального круглого стола - процедуры коммуникации субъектов

деятельности). Кроме того, данная подсистема выполняет функции конструктора

Миров и конструктора сцен Миров;

Интерфейсная подсистема - обеспечивает взаимодействие с пользователем;

Сцены СД - текущие сцены деятельности.

Как видно из предлагаемой схемы, основные компоненты структуры системы

связаны с основными моделируемыми компонентами деятельности: поведением,

мышлением и коммуникацией.

Аналогичным образом устроен и интерфейс системы (рис. 9), в котором

выделены следующие основные поля:

[pic]

Поле задания - формализованная постановка задачи;

Поле действия - рабочее поле для построения сценариев действий (здесь

представлен интерфейс одной из подсистем для моделирования деятельности

коммерческой компании, работающей в сфере агропродукции), в котором

создаются и моделируются сцены общего Мира действий и индивидуальных Миров

рассуждений;

Поле Агентов - здесь отображаются Агенты текущей рабочей группы, которые

либо сами активизируются при совершении каких-либо действий или

рассуждений, либо могут быть активизированы по инициативе пользователя;

Магазин объектов - список возможных партеров по кооперации (или внутренних

подразделений компании), которые могут быть размещены в рабочем поле;

Магазин договоров - список возможных отношений между компаниями (договора

учредительские, кредитные и лизинговые, договора реализации, договора купли-

продажи и т.д.) и т.д.

В рассматриваемой подсистеме пользователь может вызвать в начальный момент,

например, пиктограмму (модель) банка, птицефабрики, торгового дома и

магазина. Далее конфигурировать начальную сцену для моделирования, описав

интересующие его отношения между ними. Например. торговый дом может взять

кредит в банке, осуществить оптовую закупку товара на птицефабрике, отдать

товар на реализацию в магазин. При появлении крупного оптового покупателя

товара птицефабрики, он вводится в систему и при этом моделируется

возможность успешной реализации соответствующей сделки.

Все операции осуществляются путем активизации соответствующих пиктограмм,

что открывает для каждого объекта его индивидуальное поле действий. При

этом, например, можно в ручном режиме осуществить взятие кредита или

отгрузку товара, приобрести акции какого-либо предприятия и т.п.

В системной части меню имеются клавиши доступа к базе знаний (для режимов

просмотра и дообучения), конфигурирования моделируемых параметров, помощи

пользователю и ряд других.

Примеры применения многоагентной системы

В настоящее время выполняется несколько проектов по разработке

многоагентной системы моделирования процессов кооперации и самоорганизации.

В этих проектах участвуют следующие компании:

. Компания по разработке мультимедиа компакт-дисков со смежным

производством печатной и видео продукции.

. Крупная коммерческая компания, занимающаяся экспортом и импортом

продуктов питания, а также инвестициями в производство агропродукции.

. Холдинговая компания, владеющая крупным магазином бытовой электроники,

рестораном и сервис-центром.

Главная задача этих систем – организация деятельности круглых столов с

привлечением специалистов из различных подразделений компании и поддержка

процесса переговоров между ними.

Ниже приведены примеры взаимодействия между системами, создаваемыми для

различных компаний и их работниками.

Пример 1

Менеджер по маркетингу обнаруживает, что на рынке вот-вот появится компакт-

диск. аналогичный недавно запущенному в производство в компании. Ввод этой

информации в систему, актуализирует весь ряд подразделений компании,

связанных с расчетом прибыльности проекта, его реализацией, рекламой

продукта и т.п.

Система ведет список подразделений, согласовывающих решение и состояние

этого вопроса. По мере движения вопроса по подразделениям, система

пересматривает важность других дел сотрудников в соответствии с их

должностными инструкциями, отдавая приоритет решению данного вопроса.

В результате проводимых обсуждений данный проект может быть остановлен

вовсе, либо, наоборот, завершен в ускоренные сроки с привлечением

дополнительных внешних специалистов и концентрацией других ресурсов, что в

свою очередь вносит существенные коррективы в деятельность всех

подразделений.

Организованные системой рабочие группы представлены на рисунке 10.

[pic]

Пример 2

Менеджеры, ежедневно заключающие контракты на оптово-розничную продажу

продуктов питания, открывая систему, видят все множество заключенных

контрактов с состоянием каждого из них, а также складывающуюся общую

ситуацию на рынке и в компании. Цель каждого из них - максимизировать

прибыль по своей сделке (от сумм которых они получают комиссионные).

Однако, в ряде случаев, максимизация прибыли по одной из сделок, может

принести убытки компании в целом.

Во избежании этой ситуации каждый из менеджеров должен промоделировать свою

сделку на фоне общей деятельности, задавая планируемый сценарий по шагам.

Результаты моделирования каждого шага показывают, насколько соотносится

сделка с имеющимися в распоряжении менеджера кредитными ресурсами,

складскими помещениями, холодильниками, транспортом и т.д. В случае

возникновения противоречий, сделки ранжируются и заново пересогласовываются

с другими менеджерами и ответственными за соответствующие ресурсы, а далее

утверждаются и окончательно упорядочиваются по времени.

Рабочие группы ("круглые столы"), организованные системой в процессе

решения этой проблемы представлена на рисунке 11.

[pic]

Пример 3

Менеджер сервис-центра, готовящий ежемесячный баланс по отремонтированному

оборудованию, обнаруживает расхождение между оформленными бланками заказов

и имевшимся в начале месяца на складе запасными частями, например, по

ассортименту или количеству.

Менеджер вызывает систему и дает формализованное описание проблемы.

Анализируя сложившуюся проблемную ситуацию, система приходит к выводу, что

причина либо в неверном заполнении бланков заказов на работы приемщицами

центра или ошибка в только что внедренной программе. Для разрешения этой

проблемы система активизирует создание рабочей группы, включающей

менеджера, программиста, приемщиц и кладовщика, каждый из которых должен

проверить свои действия (обратим внимание, что каждый - из своего

подразделения).

Пусть в результате обнаруживается ошибка в программе подготовки отчетов,

вызванная методикой учета товара на складе. Изменение этой методики, в свою

очередь, должно быть согласовано с бухгалтером центра (и, возможно, с

лиректором), а если изменения коснулись технологии заполнения бланка,

менеджер и приемщицы должны быть заново обучены программистом. Это вызывает

организацию новых временных рабочих групп, которые действуют до момента

восстановления ситуации.

Вся эта процедура может потребовать как полного блокирования всех действий

по оформлению заказ-нарядов, так и осуществляться в фоновом режиме.

Рабочие группы, сформированные системой в процессе решения этой проблемы

представлены на рисунке 12.

[pic]

Заключение

В этой статье представлен мультиагентный подход к моделированию процессов

самоорганизации и кооперации в современных компаниях.

Особенности подхода связаны с конструированием виртуальных миров

деятельности специалистов и созданием интеллектуальных агентов для этих

специалистов. Первый опыт экспериментальной разработки позволяет надеяться

на успешную реализацию предлагаемого подхода для решения актуальных задач

развития компаний.

Список литературы

1. V. A. Vittikh Multi-agent systems for modeling of self-organization

and cooperation processes //

http://www.cs.brandeis.edu/dept/faculty/mataric

2. Project of multi-agent technology in difficult systems // Open

University of the Netherlands http://www.ouh.nl/

Страницы: 1, 2