autoref.tex

\documentclass[autoref,subf,href
% ,facsimile
%,fixint=false
% ,times
%,classified
% , draft
]{disser}

\usepackage[a4paper,nohead,includefoot,mag=1000,
            margin=2cm,footskip=1cm]{geometry}
\usepackage[T2A]{fontenc}
\usepackage[cp1251]{inputenc}
\usepackage[english,russian]{babel}
\usepackage{tabularx}
\usepackage{rotating}
\usepackage{wrapfig}
\usepackage{microtype}
\usepackage{blindtext}

\newcommand*{\hm}[1]{#1\nobreak\discretionary{}%
 {\hbox{$\mathsurround=0pt #1$}}{}}

\ifpdf\usepackage{epstopdf}\fi

\renewcommand{\labelitemi}{\normalfont\bfseries{--}}

\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{
    decorations.pathreplacing,
    arrows,
    shapes,
    positioning,
    shapes.geometric,
    fit,
    arrows,
    matrix,
    calc,
    shadows,
    shadings,
    chains,
    scopes
}

\usepackage{paralist}
  \let\itemize\compactitem
  \let\enditemize\endcompactitem
  \let\enumerate\compactenum
  \let\endenumerate\endcompactenum
  \let\description\compactdesc
  \let\enddescription\endcompactdesc
  \pltopsep=\medskipamount
  \plitemsep=1pt
  \plparsep=1pt

\righthyphenmin=3
\doublehyphendemerits=1000000
\emergencystretch=5pt

\widowpenalty=10000
\clubpenalty=10000

\def\figureautorefname{рис.}
\newcommand{\E}[1]{\foreignlanguage{english}{#1}}

% Поддержка нескольких списков литературы в одном документе
\usepackage{multibib}
% Создание команд для цитирования собственных работ диссертанта
% в отдельном разделе. В данном случае ссылка будет иметь вид \citemy{...}.
\newcites{my}{Список публикаций}

% Путь к файлам с иллюстрациями
\graphicspath{{fig/}}

\begin{document}
% Включение файла с общим текстом диссертации и автореферата
% (текст титульного листа и характеристика работы).
\input{common}

% номер копии для грифа секретности
%\copynum{1}
% класс доступа
%\classlabel{Для служебного пользования}

\title{АВТОРЕФЕРАТ\\
диссертации на соискание учёной степени\\
кандидата технических наук}

\maketitle

% Внутренняя сторона обложки
\noindent
{\singlespacing
\begin{center}
Работа выполнена на кафедре технологии приборостроения\\федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего профессионального образования <<Санкт-Петербургский национальный
исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики>> (НИУ ИТМО)
\end{center}}
\vskip1ex
\begin{tabularx}{\linewidth}{lp{1em}X}
\emph{Научный руководитель}:  & & кандидат технических наук, доцент\\
                              & & {\bfseries\textls[-10]{Филиппов Александр Николаевич}}\\[2ex]
                              
\emph{Официальные оппоненты}: & & доктор технических наук, профессор \\
                              & & {\singlespacing{\bfseries Васильков Дмитрий Витальевич}}\\
                              & & {\small\textls[-70]{зав. каф. <<Металлорежущие станки и инструмент>>}}\\[-1.5ex]
                              & & {\smallБГТУ <<Военмех>> им.~Д.\,Ф.~Устинова}\\[2ex]

                              & & кандидат технических наук, доцент \\
                              & & {\bfseries Травин Александр Игоревич}\\
                              & & {\small\textls[-30]{доцент каф. <<Технологии автоматизированного}}\\[-1.5ex]
                              & & {\small производства>> ПИМаш}\\[2ex]
                              
\emph{Ведущая организация}:   & & {ОАО <<Светлана>>, Санкт-Петербург}\\
\end{tabularx}

\vskip2ex\noindent
% Защита состоится \datefield{} в \rule[0pt]{7mm}{0.5pt}~ч.~\rule[0pt]{7mm}{0.5pt}~мин.
Защита состоится 15 мая 2012\,г. в 16\,ч.~00\,мин.
на~заседании диссертационного
совета Д 212.227.04 при НИУ ИТМО, расположенном по~адресу:
197101, Санкт-Петербург, Кронверкский~пр., д.\,49, ауд.~206.

\vskip1ex\noindent
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ ИТМО.

\vskip1ex\noindent
Автореферат разослан \rule[0pt]{7mm}{0.5pt}~апреля 2012\,г.

\vskip2ex\noindent
{\smallОтзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные
печатью, просьба\\[-1.5ex]
высылать по вышеуказанному адресу на~имя учёного секретаря
диссертационного совета.}

\vfill\noindent
Учёный секретарь\\
диссертационного совета Д\,212.227.04,\\
кандидат технических наук, доцент%
\hfill
\makeatletter
% вставка файла, содержащего факсимиле ученого секретаря
% \ifDis@facsimile
  \raisebox{-10pt}{\includegraphics[width=2.3cm]{sec-facsimile}}\hfill
% \fi%
\makeatother%
Киселёв~C.\,C.

\clearpage

{\singlespacing
\nsection{Общая характеристика работы}

% Актуальность работы
\actualitysection
\actualitytext

% Объект и предмет исследования
\objectsubjectsection
\objectsubjecttext

% Цель диссертационной работы
\objectivesection
\objectivetext

% Методы исследования
\methodssection
\methodstext

% Научная новизна
\noveltysection
\noveltytext

\practsection
\practtext

% Практическая значимость
\valuesection
\valuetext

% Результаты и положения, выносимые на защиту
\resultssection
\resultstext

% Апробация работы
\approbationsection
\approbationtext

% Публикации
\pubsection
\pubtext

% Личный вклад автора
\contribsection
\contribtext

% Структура и объем диссертации
\structsection
\structtext

\nsection{Содержание работы}

\textbf{Во введении} обоснована актуальность диссертационной работы,
сформулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показана
практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на
защиту научные положения.
{\looseness=+2

}

\textbf{В первой главе}
приводится анализ объекта исследования, включающий рассмотрение основных задач
технологической подготовки производства, принципов проектирования автоматизированных
средств, обеспечивающих информационную поддержку решения этих задач, и
основных проблем, возникающих в процессе интеграции данных средств
автоматизации в единую информационную среду приборостроительного \mbox{предприятия}.

\textls[20]{На сегодняшний день большинство задач ТПП
могут быть решены с помощью специальных \mbox{автоматизированных} систем.
Проведённые исследования показывают, что в условиях
современного наукоёмкого производства практически невозможно создать единую
автоматизированную систему технологической подготовки производства
(АСТПП),
охватывающую все стадии разработки технологического процесса (ТП)
\mbox{и~соответствующую} всем фундаментальным требованиям. Поэтому предприятия
вынуждены использовать совокупность средств автоматизации технологической
подготовки производства, включающую в~себя технологические модули, разработанные
сотрудниками предприятия, а~также коммерческие системы отечественного и зарубежного
производства.}
{\parfillskip=0pt

}

Для достижения максимального эффекта от использования АСТПП на~предприятии
необходимо создать единую информационно-управляющую платформу технологической подготовки производства (ИУП ТПП),
являющуюся программно-аппаратным комплексом информационного сопровождения ТПП и~обеспечивающую
обмен технологическими данными и~знаниями.
{\parfillskip=0pt

}

Существует государственный стандарт (ГОСТ~Р~ИСО~10303--2002), регламен\-тирующий
единый механизм представления данных об изделии на протяжении всего жизненного
цикла независимо от~конкретной АСТПП, а также интеграцию этих данных.
Но,~как~показывает практика, в процессе создания единого информационного пространства
данный стандарт \emph{не~используется, либо используется лишь частично}.

% создания единого информационного поля ТПП
% данный стандарт \emph{не используется, либо используется лишь частично}. Более того, большинство
% производителей коммерческих АСТПП (как~отечественных, так и зарубежных), декларирующих
% возможность безболезненного взаимодействия своих систем с уже используемыми на~предприятии,
% в большинстве своём также игнорируют данный стандарт.

Можно выделить три основные проблемы, возникающие при проектировании комплексной
информационно-управляющей платформы технологической подготовки производства:
\begin{itemize}
 \item\emph{Проблема сложности}.
 \item\emph{Проблема несовместимости}.
 \item\emph{Проблема избыточности}.
\end{itemize}

Применяемые на данный момент методы интеграции не способны в~полной мере решить
вышеуказанные проблемы, т.\,к. предполагают использование либо коммуникационных модулей
(<<чёрных ящиков>>), осуществляющих статическую синхронизацию данных между средствами автоматизации ТПП;
либо единой системы управления технологическими данными, которая,
во-первых работает только с~данными (не учитывает знания), а~во-вторых,
не~позволяет подсистемам АСТПП взаимодействовать напрямую, что существенно
снижает производительность системы и~усложняет информационный обмен.

% частично, т.\,к. реализуют либо биполярный подход (применение коммуникационных
% модулей, работающих в качестве синхронизаторов данных), либо предполагают
% создание единого информационного пространства (ЕИП), центральным компонентом
% которого является система управления данными (PDM/PLM/CALS), которая, во-первых,
% работает только с данными (не учитывает знания), а во-вторых, является
% <<узким местом>> всей интеграционной сети, т.\,е. при отказе
% данной системы информационный обмен в ЕИП будет нарушен.
% {\looseness=-1
% 
% }

Анализ существующих методов структурной интеграции АСТПП показал, что
для их совершенствования целесообразно исполь\-зовать элементы
теории многоагентных систем, т.\,е. создать одноранговую (гетерархическую)
агентную сеть, отвечающую за интеграцию средств информационного обеспечения
информационно-управляющей платформы технологической подготовки производства.
% Также должны быть разработаны инструментальные
% средства, позволяющие создать единый механизм взаимодействия
% пользователей с проектируемой ИУП ТПП.

Первую главу завершает постановка задач исследования, решение которых необходимо для
разработки более совершенной интеграционной среды технологической подготовки приборостроительного производства,
позволяющей существенно сократить время внедрения новых информационных средств автоматизации ТПП,
и~упростить их применение.

% Результаты первой главы опубликованы в
% работе~\citemy{my_1}.

\textbf{Во второй главе} описываются теоретические основы построения многоагентных
систем, представляющие архитектуру программного агента, математические модели
многоагентной среды и многоагентной системы, а также функциональные особенности построения многоагентных
систем для решения задач технологической подготовки производства.

Как известно, \emph{агент (интеллектуальный агент, ИА)} представляет собой независимую компьютерную систему,
находящуюся в~некоторой среде и~способную автономно действовать в~ней для достижения своих целей.

На сегодняшний день при проектировании одноранговых адаптивных сетей
используются две основные архитектуры ИА: \emph{реактивная}
(основанная на~продукционной модели поведения агентов) и~\emph{делиберативная}
(базирующаяся на~целях агента и~его восприятии модели окружающей среды).

Анализ достоинств и недостатков рассмотренных архитектур
показал, что ни одна из них в чистом виде не может быть использована для
построения многоагентной технологической системы~--- поэтому при проектировании
должна быть использована гибридная двухуровневая схема построения агента,
использующая разные подходы для решения разных задач интеграции АСТПП.
Гибридная архитектура позволяет строить агенты из двух модулей:
%
\begin{itemize}
\item Делиберативного, содержащего символьную модель мира для принятия глобальных решений.
\item Реактивного, для реагирования на происходящие в системе события.
{\parfillskip=0pt

}
\end{itemize}

Полученная в результате архитектура~(\autoref{fig:hybrid-arch}) является многоуровневой, т.\,е. подсистема
контроля агента в ней состоит из двух уровней, при этом каждый вышележащий уровень работает с
менее формализованной информацией.

\begin{figure}[t!]
    \centering
    \includegraphics[width=\textwidth]{hybrid-arch.eps}
    \caption{Агент с гибридной архитектурой}
    \label{fig:hybrid-arch}
\end{figure}

 Функционирование и взаимодействие агентов в МАС, опирается
 на унифицированную математическую модель, представляющуюся совокупностью
 понятий \emph{многоагентной среды} (описывающей поведение агентов в процессе
 решения поставленных им прикладных задач) и \emph{многоагентной системы},
 являющейся коммуникационной надстройкой многоагентной среды и обеспечивающий
 жизненный цикл агентов и их взаимодействие.

 \emph{Многоагентная среда} (МС) есть кортеж $(\mathcal{A},\mathcal{E},\Pi,\Delta)$,
где $\mathcal{A}=\{\alpha_1,\ldots,\allowbreak\alpha_n\}$~--- \emph{множество всех агентов}. Каждый
агент $\alpha_i$ представляет собой кортеж $(S_i,P_i,\allowbreak A_i,\phi_i)$ множества
возможных состояний~$S_i$, множества объектов восприятия (перцепции) $P_i$,
множества действий $A_i$ и агентной функции $\phi_i\colon S_i\hm{\times}P_i \hm{\rightarrow} S_i\times A_i$.
$\mathcal{E}$~--- \emph{множество состояний среды}. $\Pi\colon\mathcal{E}\rightarrow (P_1\hm{\times}\ldots\hm{\times}P_n)$~---
\emph{функция восприятия}, $\Delta\colon\mathcal{E}\times (A_1\times\ldots\times A_n)\rightarrow \mathcal{E}$~---
\mbox{\emph{функция среды}}.

Предполагается, что существует некоторая дискретная временная
\mbox{шкала}, где временной шаг задаётся переходом от одной точки шкалы к другой. Любой
агент $\alpha_i$ для
всех состояний среды $e\in \mathcal{E}$ и всех состояний агентов
$(s_1,\ldots,s_n)\hm{\in} S_1\times\ldots\times S_n$ на каждом шаге вычисления через функцию восприятия получает
свой локальный объект восприятия $\Pi^i(e)$. Агент рассчитывает своё действие $a_i=\phi^2_i(s_i,\Pi^i(e))$
и своё новое состояние 
$s'_i=\phi^1_i(s_i,\Pi^i(e))$ на основании текущего состояния $s_i$ и своего восприятия
этого состояния, т.\,е.~состояние среды меняется под действием агентов.
%
\begin{equation}
e'=\Delta(e,a_1,\ldots,a_n)
\end{equation}
%
\noindent определяет преемственное состояние среды, а
%
\begin{equation}
s'_i=\phi_i^1(s_i,\Pi^i(e))
\end{equation}
%
\noindent задаёт преемственное состояние агентов для всех $i$. Переходная функция
состоя\-ния $\bar\Delta\colon\mathcal{E}\times S_1\times\ldots\times S_n\rightarrow \mathcal{E}\times S_1\times\ldots\times S_n$, определённая
как~$\bar\Delta(e,s_1,\ldots,\allowbreak s_n)=(e',s'_1,\ldots,s'_n)$, объединяет состояния
агентов и состояния среды.
Следовательно, функция восприятия, агентная функция и функция среды являются
частями переходной функции $\bar\Delta$.

Две МС $(\mathcal{A},\mathcal{E},\Pi,\Delta)$ и
$(\mathcal{A}',\mathcal{E}',\Pi',\Delta')$ \emph{изоморфны}, если существует
биективная функция $\Psi\colon\mathcal{E}\times S_1\times\ldots\times S_n\rightarrow \mathcal{E}'\times S'_1\times\ldots\times S'_m$
такая, что для всех $(e,s_1,\ldots,s_n)\in\mathcal{E}\times S_1\times\ldots\times S_n$
%
\begin{equation}
\bar\Delta'(\Psi(e,s_1,\ldots,s_n))=\Psi(\bar\Delta(e,s_1,\ldots,s_n))
\end{equation}

Изоморфизм МС позволяет производить \emph{декомпозицию} агента на множество
субагентов, а также \emph{редуцировать} многоагентную среду до одноагентного
состояния.

\emph{Многоагентная система} (МАС)~--- вычислительная система, в которой два или более
агента
взаимодействуют (сотрудничая, соперничая или комбинируя первое и второе), чтобы
достичь определённые индивидуальные или~коллективные цели, находящиеся за пределами
индивидуальных способностей и~знаний каждого агента.

Для описания многоагентной системы в рассматриваемой предметной области
определяется множество агентов-прототипов,
созданных в соответствии с принципами организации МС.
Следовательно, можно дать следующее статическое \mbox{определение МАС}:
%
\begin{equation}\label{eq:mas-prot}
    \mathcal{MAS}_{prot}=(\mathcal{A}_{prot},ADS)\text{, где}
\end{equation}
%
\noindent
\begin{tabular}{p{2cm} p{14.5cm}}
$\mathcal{A}_{prot}$ &
множество агентов-прототипов $\{A^1,\ldots,A^n\},n\in\mathbb{N}$, экземпляры
которых могут быть динамически включены в систему.
\\
$ADS$ &
специализированный агент-прототип, реализующий агентную службу каталога.
\\
\end{tabular}

Объекты конечного множества~\eqref{eq:mas-prot} формируют МАС в определённой
предметной области. Процесс решения любой задачи в рамках МАС начинается
с~инициализации одного из агентов системы:
%
\begin{gather}
\mathcal{MAS}_{init}=(\mathcal{A}_{init},ADS_{init})\text{, где}\notag\\
\mathcal{A}_{init}=\{A_1^1,\ldots, A_{k_1}^1,\ldots,A_1^n,\ldots, A_{k_n}^n\},k_1,\ldots,k_n\in\mathbb{N}\text{ и}\\
\forall A_j^i\in\mathcal{A}_{init}:A^i\vartriangleright A_j^i\wedge A^i\in\mathcal{A}_{prot}\cdot\notag
\end{gather}

Выражение $A^i\vartriangleright A_j^i$ (читается <<$A_j^i$~--- экземпляр $A^i$>>) показывает,
что $A_i^j$ является экземпляром агента-прототипа $A_i$. Агент $A_i^j$ наследует поведение
и~все изначальные знания агента-прототипа, а также может обладать некоторыми
дополнительными свойствами или знаниями (например, уникальным идентификатором,
позволяющим другим агентам МАС взаимодействовать~с~ним).
{\looseness=-1

}

Каждому состоянию МАС необходимо присвоить фиксированные значения, определяющие, что
для агентов внутри МАС некоторые состояния более предпочтительны, чем другие.
\emph{Функция полезности} есть отображение $u\colon E\times S\rightarrow\mathbb{R}$,
где $u(e)$ выражает значение полезности действия агента $\alpha$, находящегося в ситуации $e$.
Так как состояние среды задаётся в виде кортежа
независимых подсостояний, можно идентифицировать определённые подмножества
подсостояний как абстрактные ресурсы, т.\,е. сервисы, которые должен предоставлять каждый
агент, участвующий в интеграционной технологической сети.

Для построения гибкой интеграционной системы
автоматизации ТПП понятие агента необходимо расширить. Технологический агент должен быть
наделён рядом
дополнительных функций, позволяющих ему участвовать не~только в одноранговом
взаимодействии в рамках интеграционной сети, но~и~в~классических централизованных
системах управления, что достигается за~счёт \emph{декомпозиции} (разбиения)  единого
агента на множество составляющих, образующих строгую иерархию.
% Применение подобных агентов
% позволяет создавать адаптивные системы, позволяющие при необходимости использовать не только
% методы многоагентного взаимодействия, но и классические централизованные
% системы управления технологическими данными и знаниями.

\textbf{В третьей главе} описывается программные и аппаратные средства
многоагент\-ной системы, обеспечивающей функционирование единой
инфор\-мационно-управляющей
платформы технологической подготовки произ\-водства.

Для~создания многоагентной системы необходимо как минимум:
\begin{enumerate}
 \item Реализовать протоагента, для которого не~определена модель
 поведения и~коммуникационные возможности.
 \item Создать открытую среду, в которой могут существовать агенты.
 \item Разработать протокол взаимодействия агентов, позволяющий в дальнейшем перестраивать
 МАС для решения конкретных задач.
\end{enumerate}

Также необходимо
определить универсальный формат (язык) представления \mbox{технологических
данных и~знаний}. Анализ существующих форматов (XML, JSON, YAML) показал, что
% что в силу своей универсальности ни~один из них не может быть применён
% в~рассматриваемой предметной области в качестве базового.
хорошая проработка и~богатый арсенал инструментальных средств позволяют использовать
их для хранения и~передачи специфической технологической информации, в~то~время~как
для её семантичес\-кого представления целесообразнее использовать специализированный
язык.

Среди немногочисленных
специализированных языков представления технологических
данных и~знаний выбран язык, являющийся методологической основой
теории \emph{виртуального строкового пространства технологических данных (ВСПТД)}.
Выбор обусловлен имеющимся положительным опытом применения виртуального строкового пространства технологических данных
для решения задач технологической
подготовки производства, простотой синтаксиса данного языка, а~также возможностью
единообразно представлять данные и~знания в~символьной форме, что является
несомненным преимуществом при создании многоагентной системы технологического назначения.

Концепция виртуального строкового пространства технологических данных предполагает
создание единой информационной модели описания технологических данных и~знаний, основным структурным элементом которой
является бесконечномерная последовательность триплетов (специализированных символьных
объектов), именуемая триплексной строкой.
% Триплексная строка~--- это интеллектуальный
% объект с универсальным языком. С помощью триплексных строк можно
% описывать самые разные структуры данных и знаний.
Абстрактная форма представления триплета показана на \autoref{fig:trp}.
%
% \vspace{20pt}
\begin{figure}[h!]
\begin{center}
  \begin{tikzpicture}[
        font={\sffamily\footnotesize},
        nodes={
                draw,
                node distance=8mm,
                text height=1ex,
                text depth=.25ex,
                minimum height=6mm,
                rounded corners=2mm,
                text centered
       }
]

\node (a) {объект};
\node (b) [right=of a] {имя характеристики};
\node (c) [right=of b] {\bfseries отношение};
\node (d) [right=of c] {значение};
\node (e) [right=of d] {\bfseries комментарий};

\path [draw] (a) -- (b) -- (c) -- (d) -- (e);

\end{tikzpicture}
\end{center}
\caption[Общая схема представления триплета]
        {Общая схема представления триплета}
\label{fig:trp}
\end{figure}

Триплеты, описывающие
данные, которыми информационно-управляющая платформа технологической подготовки
производства оперирует в~текущий момент, называются фактами:
%
\begin{equation}
\varPhi=\langle Prefix,Name,Value \rangle\text{,}
\end{equation}
%
где $Prefix$~--- префикс, $Name$~--- имя параметра, $Value$~--- значение параметра.
Ранее неизвестные системе триплеты, т.\,е. триплеты, значение которых ещё предстоит
получить, именуются целями:
%
\begin{equation}
\textit{Префикс}.\textit{\textbf{Имя}}=\textit{Заявка};
\end{equation}

Несмотря на кажущуюся простоту, с помощью данной семантической модели в теории
ВСПТД можно задавать все основные типы и структуры данных (целые и вещественные
числа, строки, массивы, списки, кортежи, множества, хэш-таблицы и~др.),
формировать на их основе более сложные структуры, например, графы
или многосвязные списки, а также работать с тремя формами представления
знаний: \emph{синтагмами}, \emph{фреймами} и \emph{продукциями}.

Подготовленная формализованная основа позволяет перейти непосредственно к
проектированию программного обеспечения МАС. Определён термин \emph{протоагент},
представляющий собой автономный программный модуль (в общем
случае экземпляр класса) и обладающий
уникальным идентификатором, набором слотов, в которые могут быть записаны
транспортные адреса, а также контекстами поведения. Основными задачами протоагента
\mbox{являются}: \emph{хранение настраиваемых контекстов}, которые могут быть активированы
в момент инициализации агента и \emph{предоставление программируемого внутреннего
интерфейса}, позволяющего ассоциировать протоагента как~с~интегрируемой автоматизированной системой, так
и~с~оператором. Связь с~автоматизированной системой будет осуществляться либо по протоколу
XML-RPC, либо по технологии COM, для оператора будет создан web-интерфейс, через
которой он сможет взаимодействовать с агентной средой ИУП ТПП.
{\parfillskip=0pt

}

Для взаимодействия внутри МАС агентам необходимо отделять семантику тех
данных и знаний, с которыми они работают от их вербального представления,
что может быть достигнуто использованием \emph{онтологического словаря} (онтологии ВСПТД).
% Онтологический словарь, являясь таксономической спецификацией предметной области,
% позволяет агентам взаимодействовать по~единому
% протоколу, избегая двусмысленности и дублирования технологических данных и знаний за
% счёт преобразования их вербальной \mbox{формы}.
Каждое поле словаря содержит
описание некоторого концепта, его базовые параметры, множество синонимов (например, концепт
\emph{материал} в одной из АСТПП может обозначаться \emph{MATERIAL},
а~в~другой~\emph{МТ}), множество связей (иерархических или логических), а~также
связанные с ним знания и~присоединённые процедуры.

Протокол взаимодействия агентов реализован в соответствии с базовой
моделью, стандартизованной \emph{Фондом интеллектуальных физических агентов (FIPA)}.
Язык разработки~--- Python, исполь\-зована агентная библиотека SPADE.
% \begin{wrapfigure}{hr!}{0.31\textwidth}
%     \vspace{-10pt}
%     \raggedleft
%     \includegraphics[height=.5\textheight]{rvis-foto.jpg}
%     \caption{Внешний вид серверного кластера РВИС}
%     \vspace{-15pt}
%     \label{fig:rvis-foto}
% \end{wrapfigure}
Взаимодействие агентов базируется на
асинхронной передаче ими специализированных символьных объектов
(именуемых \emph{перформативами} или \mbox{\emph{речевыми актами}}), представляющих собой высказывания,
равноценные действию. По стандарту определено 22 вида речевых актов, основными из которых являются
{\ttfamily Inform} (уведомление, ответ) и~{\ttfamily Request} (запрос, требование),
а~остальные представляют собой \emph{макроопределения}, заданные
в~терминах этих перформативов.

Подобный упрощённый способ взаимодействия позволяет создавать адаптивные отказоустойчивые
агентные сети. В~рамках рассматриваемой предметной области это выражается наличием определённой коммуникационной
\begin{wrapfigure}{l}{0.31\textwidth}
    \vspace{-10pt}
    {\raggedright\includegraphics[height=.5\textheight]{rvis-foto.jpg}}
    \caption{Внешний вид\\серверного кластера РВИС}
    \vspace{-15pt}
    \label{fig:rvis-foto}
\end{wrapfigure}
модели поведения каждого технологического агента.
Эта модель позволяет ему не~просто
обмениваться данными и~знаниями, но~и~\mbox{контролировать} этот
процесс, а~также искать новые способы получения недостающих данных и~знаний, эмулируя
поведение специалиста.

Так как рассматриваемая многоагентная ИУП ТПП строится на базе существующего
на предприятии информационного пространства, аппаратным обеспечение
МАС являются персональные компьютеры и рабочие станции, используемые
сотрудниками предприятия. Автором предложена методика моделирования
информационного пространства приборостроительного предприятия, использующая
концепции <<облачных вычислений>> и <<виртуальных рабочих мест>>, что
позволяет настраивать и конфигурировать разработанную ИУП ТПП
\emph{до внедрения её на предприятии}.

В соответствии с данной методикой сконфигурирован серверный кластер~(\autoref{fig:rvis-foto})
и~на~его основе реализован
\emph{Распределённый Виртуальный Испытательный Стенд (РВИС)}. РВИС предоставляет
информационно-телекоммуникационную среду, предназначенную для моделирования средств информационного обеспечения,
работающего в условиях крупного промышленного предприятия, т.\,е.
% Распределённый виртуальный испытательный стенд построен на базе
% серверного кластера, на котором установлено специализированное программное
% обеспечение (\emph{монитор виртуальных машин})
позволяет создавать \mbox{актуальную} модель имеющегося на предприятии
компьютерного оборудования.

С точки зрения реализации распределённый виртуальный испытательный стенд \mbox{является} <<облачной>> платформой
виртуализации вычислительной и~телекоммуникационной инфраструктуры предприятия.
Подобная <<облачная>> система подразумевает абстрагирование аппаратного
обеспечение за~счёт консолидации ресурсов серверного кластера и соз\-дания на его
основе множества виртуальных сущностей (компьютеров, рабочих станций, сетевых
устройств и~т.\,д.) с~заданными \mbox{характеристиками}. Устройства, позволяющие
пользователю напрямую работать с графическим интерфейсом, установленных
на них программ, а~также дающие возможность доступа к периферийному оборудованию,
являются \emph{виртуальными рабочими
местами} (ВРМ), прочие вычислительные устройства~--- \emph{виртуальными машинами},
а~телекоммуникационные устройства~--- \emph{виртуальной локальной вычислительной
сетью}. Архитектура распределённого испытательного стенда представлена на~\autoref{fig:rvis-arch}.

\begin{figure}[h!]
    \centering
    \includegraphics[width=.8\textwidth]{rvis-arch.eps}
    \caption{Архитектура распределённого виртуального испытательного стенда}
    \label{fig:rvis-arch}
\end{figure}

\textbf{В четвёртой главе} приводятся практические результаты, полученные в процессе
разработки многоагентной интеграционной сети технологической подготовки производства
изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), а~также моделирования полученной
среды на распределённом виртуальном испытательном стенде.

% Выбор среды интеграции неслучаен. Проведённые исследования показали, что на сегодняшний
% день проектирование технологии производства изделий из полимерных композиционных
% материалов является одним из наиболее сложных в плане автоматизации. В первую о

Композиционные материалы представляют собой многокомпонентные материалы,
состоящие из полимерной, металлической, углеродной, керамической или другой
основы, которая называется матрицей, армированной наполнителями из
волокон, нитевидных кристаллов, тонкодисперсионных частиц и~др.
Особенностью ПКМ является возможность подбора состава и свойств наполнителя и~матрицы, их
соотношения и~ориентации наполнителя, что позволяет получать новые материалы
с~требуемым сочетанием эксплуатационных и~технологических свойств.
Именно сочетание разнородных веществ приводит к~созданию нового
материала, свойства которого количественно и качественно отличаются
от~свойств каждого из его составляющих.

% Последнее сильно усложняет процесс автоматизации данной технологии, % т.\,к.
% % во-первых, расширяет ТПП добавлением нового этапа~--- проектирования материала,
% % а во-вторых, делает процесс ТПП многоитерационным.
% что обусловлено, в первую очередь разделением процесса ТПП на два больших подэтапа:

Технологическая подготовка производства изделий из ПКМ представляет собой сложный
многоитерационный процесс, который условно можно разделить на два больших подэтапа:
\begin{itemize}
\item\emph{Проектирование материала по заданным входным характеристикам}.
\item\emph{Проектирование технологии изготовления конструкции изделия}.
\end{itemize}

\textls[-10]{Таким образом, создание материала и изделия совмещаются, при этом сразу получается изделие
заданной формы и с~заданными \mbox{характеристиками}.
Подобное разделение существенно увеличивает количество инженерных изысканий, проводимых
в рамках ТПП. Как следствие, используются
дополнительные средства автоматизации,
необходимые для выбора компонентов будущего материала, описания математической
модели композиции и~имитационного моделирования, целью которого является проверка
соответствия параметров изделия, изготовленного из спроектированного материала,
\mbox{заданным} характеристикам.}

\textls[-45]{Увеличение количества систем автоматизации ТПП усложняет их взаимодействие в процессе решения задач ТПП
за~счёт усложнения обмена данными и знаниями. Схема информационных потоков ТПП изделий из ПКМ
представлена на~\autoref{fig:pcm-proc}.}
{\parfillskip=0pt

}

\begin{sidewaysfigure}[p!]
    \centering
    \includegraphics[height=.68\textheight]{pcm-proc.eps}
    \caption[Схема информационных потоков ТПП изделий из ПКМ]
            {Схема информационных потоков ТПП изделий из ПКМ}
    \label{fig:pcm-proc}
\end{sidewaysfigure}

На основе предложенного
метода агент-ориентированной интеграции информа\-ционного
пространства технологической подготовки изделий из ПКМ была разработана многоагентная
технологическая система обеспечивающая интеллектуальное взаимодействие:
\begin{itemize}
\item Программных систем, предназначенных для решения различных
    инженерных задач: расчётов, анализа и симуляции физических процессов (CAE). Для решения
    задач проектирования ТПП изделий из ПКМ были задействованы следующие
    системы: \emph{\bfseries Moldex3d} (система моделирования процессов заливки
    материала, выдержки под давлением, охлаждения, усадки, коробления и т.\,д.), \emph{\bfseries DIGIMAT}
(платформа для полномасштабного конечно-элементного моделирования нелиней\-ного поведения ПКМ и
    композитных структур), \emph{\bfseries Samcef} (программное обеспечение для расчётов методом конечных
    элементов), а~также набор инструментальных средств для общеинженерных расчётов \emph{\bfseries SALOME}.
    {\parfillskip=0pt

    }
    
\item Организационно-технической системы, обеспечивающей управление всей
    информацией об изделии (PDM). Для интеграции была выбрана сиc\-тема \emph{\bfseries ENOVIA SmarTeam}.
\item\textls[-15]{Системы для управления внутренними и внешними ресур\-сами
    приборостроительного предприятия (ERP). Была исполь\-зована система \emph{\bfseries OpenERP}.}
\item\textls[-15]{Системы автоматизированной технологической подготовки
    оборудования с числовым программным управлением (CAM). Использовалась
    базовая по своей функциональности система \emph{\bfseries PyCAM}, позволяющая создавать управляющие программы для
    трехкоординатных фрезерных станков, чего оказалось достаточно для отработки
    методов интеграции подобных систем.}
\item Системы автоматизированной подготовки (написания) технологи\-ческих процессов
    (CAPP). Была использована система \emph{\bfseries Вертикаль 2011}.
    {\parfillskip=0pt

    }
    
\item Вспомогательных баз данных хранящих различные справочные
    материалы и не являющихся частью ни одной
    из рассмотренных выше систем. Была использована система управления базами
    данных \emph{\bfseries PostgreSQL}, а также информационные адаптеры для
    web-ориентированных баз по материалам, таких как: \emph{\bfseries M-Base},
    \emph{\bfseries CAMPUS}, \emph{\bfseries MatWeb}.
    {\parfillskip=0pt

    }
    
\end{itemize}

В процессе моделирования на РВИС для каждой из систем, участвующей в~интеграционной сети,
создана виртуальная машина, для каждого \mbox{специалиста}~--- виртуальное рабочее место.
Все информационные сущности объединены в~локальную сеть с топологией <<звезда>>.
Каждый агент созданной МАС представляет собой независимый исполняемый модуль (скрипт),
базовые методы которого наследуются от агента-прототипа.

Агенты многоагентной системы ИУП ТПП разделены на классы.
Каждый класс обладает своим собственным \mbox{поведением} (конфигурацией, позволяющей
ему работать с определённым классом автоматизированных систем или специалистом), обусловленным
некоторым планом и определёнными \mbox{целями}.

Для сохранения максимальной простоты и гибкости в разработанной сис\-теме
определены всего два базовых класса агентов:

\begin{enumerate}
\item Класс А~--- \emph{Агенты-преобразователи}.
\item Класс Б~--- \emph{Агенты-интерфейсы}.
\end{enumerate}

\textls[-35]{Агенты первого класса связаны с одной из информационных систем, исполь\-зующихся
в процессе технологической подготовки производства, агенты второго
класса должны взаимодействовать с пользователями. Также определены
два сервисных агента: \emph{агент системы управления} и \emph{агент службы каталога} (\autoref{fig:agent-comm}).
К основным функциям агента системы управления
относятся хранение транспортных адресов агентов и маршрутизация внутри агентной
среды. Основная функция агента службы каталога~--- хранение актуаль\-ного списка
общесистемных и пользовательских сервисов (абстрактных ресурсов),
предоставляемых \mbox{агентами}. Общесистемные сервисы позволяют агентам взаимодейст\-вовать, получая
друг у друга данные и знания.
Пользовательские сервисы предоставляют оператору некоторый формализованный
диалог, в~процессе работы с которым могут быть получены новые технологические данные или знания. Примерами
таких сервисов могут служить: \emph{расчёт режимов резания}, \emph{подбор материала по параметрам},
\emph{расчёт усадок}~и~т.\,д. Каждый сервис описывается транспортным адресом агента
и~триплексной строкой параметров, которые может обработать данный сервис.}
{\parfillskip=0pt

}

\begin{figure}[t!]
    \centering
    \includegraphics[width=\textwidth]{agent-comm-1.eps}
    \caption{Схема взаимодействия агентов ИУП ТПП}
    \label{fig:agent-comm}
\end{figure}

\emph{\bfseries Агент-преобразователь} \textls[-15]{отвечает за создание, управление и поддержание в надлежащем
состоянии онтологии, относящейся к какой-либо конкретной подобласти информационного
пространства технологической подготовки производства. Данный агент наследует своё поведение
от специализированного систем\-ного агента-прототипа накапливающего и классифицирующего
информацию об~\mbox{онтологиях} ВСПТД. Агент-преобразователь связан с
одной или несколькими информационными сущностями (в рассматриваемой упрощённой
схеме~--- с~\mbox{системами} технологической подготовки производства изделий из ПКМ).}
{\parfillskip=0pt

}

\textls[-35]{Агент-преобразователь имеет интерфейс для работы с экспертом-технологом, отвечающим
за наполнение внутренней онтологии агента и подключение к агенту различных
информационных модулей, реализующих сервисы агента. Сконфигурированный для работы с
конкретной автоматизированной системой, агент-преобразователь ожидает запросы,
а~также обменивается информацией с~другими агентами-преобразователями
с целью актуализации понятий и~недопущения дублирования технологических данных и знаний.}

\textls[-35]{Вследствие сложности рассматриваемой предметной области, при~её описании не обойтись
без наследования одних понятий другими, иными словами, многие информационные
сущности технологической подготовки производства должны образовывать строгие
иерархии. Для создания подобных структур внутри одноранговой многоагентной сети, агенты-преобразователи
могут образовывать постоянные или временные иерархические
объединения (домены кооперации), при этом агент, отвечающий за~базовые определения конкретного
класса понятий, становится \mbox{координатором домена}.}
% {\parfillskip=0pt
% 
% }

\textls[-35]{Например, в процессе подбора параметров
полимерной композиции проис\-ходит активный обмен информацией между несколькими CAE-системами,
при этом на каждом шаге этого многоитерационного процесса соответствие параметров изделия
заданным характеристикам проверяется в системе конечноэлементного анализа Samcef.
Агент данной системы становится временным координатором, управляющим
данным процессом и принимающим решение об изменении состава ПКМ (т.\,е.~о~возврате на один шаг назад) или переходе
на следующий этап. Соответственно, когда оптимальный состав ПКМ найден, данный
временный кооперационный кластер агентов \mbox{распадается}.}

\emph{\bfseries Агент-интерфейс}
с одной стороны взаимодействует со специалистом, а с другой~---
с агентами-преобразователями. Таким образом,
агент-интерфейс помогает пользователю напрямую работать с незнакомыми ему системами,
например, технолог может напрямую обращаться к ERP-системе, получая при этом
упрощённый интерфейс, в котором будет отражена только та информация, которая
соответствует онтологии понятий технологического процесса, а~всё остальные
будут либо переведены в понятную для технолога форму, либо сконвертированы в
соответствии с правилами перевода отнологии, либо опущены за ненадобностью.
С технической точки зрения, агент-интерфейс является web-приложением, с которым
пользователь работает через интернет-браузер, что не требует установки
никакого дополнительного программного обеспечения.
Работа с агентом-интерфейсом может осуществляться в трёх режимах:
{\parfillskip=0pt

}

\begin{enumerate}
 \item В режиме \emph{свободного поиска}, когда агент-преобразователь
 осуществляет полнотекстовый поиск в~онтологии виртуального строкового
 пространства технологических данных. Например,
 по запросу <<{\ttfamily материал липол плотность}>>, система вернёт значение
 найденного параметра, а также предложит пользователю просмотреть
 дополнительные результаты, найденные в онтологии: другие параметры
 материала, входимость этого материала в состав различных ПКМ,
 изделия, созданные из этого материал, оборудование и~т.\,д.
 При этом поиск будет осуществляться не~в~одной автоматизированной
 системе технологической подготовки производства или базе,
 а по всему информационному полю, что достигается наличием единого
 метахранилища всех технологических данных и знаний, т.\,е.~онтологического
 словаря.
 \item В режиме \emph{поиска сервиса}, в котором по требованию
 пользователя сис\-тема вернёт либо сгруппированный по категориям
 список всех сервисов, доступных агентам информационно-управляющей платформы
 технологической подготовки производства, либо предложит воспользоваться свободным
 поиском сервиса, аналогично предыдущему варианту.
 \item В режиме \emph{работы с сервисом}, в котором агент-интерфейс
 динами\-чески формирует пользовательский диалог (автоматически \mbox{сгенерированную} web-форму).
 Отличительной особенностью данного диалога
 является то, что он даёт возможность пользователю работать с данными и знаниями
 сразу от~нескольких систем. Пример интерфейса, сформированного агентом
 при работе с~сервисом PDM-системы представлен на~\autoref{fig:pdm}.
 {\parfillskip=0pt

 }
\end{enumerate}

\begin{figure}[h!]
    \centering
    \includegraphics[width=\textwidth]{screenshot.png}
    \caption{Пример интерфейса при работе с сервисом PDM-системы}
    \label{fig:pdm}
\end{figure}

\textls[25]{В процессе работы агенты обоих классов используют самый простой вариант
взаимодействия по схеме <<запрос-ответ>>. Тем не менее, даже он
позволяет осуществить интеграцию средств автоматизации в~едином информационном
пространстве ТПП производства изделий из полимерных композиционных материалов.
Использование же более сложных методов 
позволит создать децентрализованную сеть управления технологической
подготовкой производства, способную работать не
только в~рамках одного предприятия, но~и~выполнять задачи по интеграции внутри
целого производственного кластера.}

\nsection{Заключение}

\input{concl}


\pagebreak
% ----------------------------------------------------------------
\nocitemy{my_1, my_2, my_7, my_8, my_3, my_4, my_5, my_6}
\renewcommand\bibsection{\nsection{Список публикаций по теме диссертации}}

% Префикс номеров ссылок на работы соискателя
\def\BibPrefix{A}
\bibliographystylemy{gost705}
\bibliographymy{autoref}

% \renewcommand\bibsection{\nsection{Цитированная литература}}
% 
% \def\BibPrefix{}
% \bibliographystyle{gost705}
% \bibliography{thesis}
% ----------------------------------------------------------------
}
\end{document}