3.tex

% \section{Технологическая подготовка открытых агент-холонических производств}
% \label{sec:hms}

% Холоны обладают теми же основными характеристиками, что и агенты: автономность,
% стремление к сотрудничеству и открытость (возможность реорганизации). Но в 
% дополнение к этим <<поведенческим>> характеристикам, у холонов есть и 
% <<структурные свойства>>. Одним из них является свойство \emph{Рекурсивности},
% которое подразумевает возможность создавать холоны с иерархической структурой, 
% т.\,е. холоны могут состоять из холонов, которые в свою очередь созданы из 
% других холонов и так вплоть до того момента, пока дальнейшее деление характеристик уже не
% возможно, либо бессмысленно. Другим важным свойством холонов является объединение
% модуля обработки данных с необязательным модулем управления физическими объектами
% (\autoref{sec:holon-arch}).
% 
% В следующих разделах все основные характеристики холонов будут рассмотрены более
% подробно.

\section{Холонический подход к решению задачи технологической подготовки сложных производств}% из Botti-2008
\label{sec:hms}

\nomenclature{ХПС}{Холоническая производственная система}

Очевидно, что для построения полноценной многоагентной системы технологической
подготовки приборостроительного производства недостаточно выбрать архитектуру
агента и описать математическую модель его поведения в среде. Разрабатываемая
МАС должна решать задачи в конкретной предметной области, где недостаточно формального
определения её базовых компонентов~--- требуется детализация.

Всем известно, что любая технологическая система (особенно опирающаяся на достижения
современных информационных технологий) является очень крупным и сложным
объектом, плохо поддающимся управлению и \mbox{прогнозированию}. Кроме того, чтобы
решать проблемы современного наукоёмкого производства
эта система должна удовлетворять таким фундаментальным требованиям как:\footnote{%
Не следует путать данные требования с основными принципами разработки автоматизированных
систем технологической подготовки производства, описанные в~\autoref{sec:astpp-prince},
т.\,к. рассматриваемые требования относятся ко всем этапам проектирования
технологии безотносительно степени их автоматизации.} %TODO: ССЫЛКА НА ЛИТЕРАТУРУ С ТРЕБОВАНИЯМИ ЗДЕСЬ

\begin{itemize}
    \item Внутрипроизводственная интеграция.
    \item Распределённое управление.
    \item Неоднородность технологической среды.
    \item Технологическая совместимость.
    \item Открытая и динамическая структура производства.
    \item Возможность работы в кооперативной среде.
    \item Эффективное взаимодействие персонала с современными программными и
        аппаратными средствами производства.
    \item Гибкость.
    \item Масштабируемость.
    \item Отказоустойчивость.
\end{itemize}

Существуют несколько парадигм организации технологической подготовки производств, удовлетворяющих всем этим
требованиям. Двe из них: \emph{Распределенные интеллектуальные производственные
системы} (\E{Distributed Intelligent Manufacturing Systems}~--- DIMS) и \emph{Холонические
производственные системы} (\E{Holonic Manufacturing Systems}~--- HMS) небезосновательно
заслуживают особого внимания со стороны промышленности и науки~\cite{Tharumarajah-1998}.
{\parfillskip=0pt

}

В последнее время исследователи стали применять агентные технологии в самых разных
областях промышленного производства начиная от производственной
кооперации в рамках виртуальных предприятий~\cite{my_3,my_8}, управления внутри- и внешнепроизводственными
цепочками поставок~\cite{Becvar-2003, Sheremetov-2010}, планирования производства и заканчивая управлением автоматическими
складами, мобильными промышленными роботами~\cite{Shamma-2007, Sun-2011} и учётом запасов. Но основным приложением агентных технологий в
промышленном производстве все же является использование гетерархической архитектуры
в качестве парадигмы управления.

Гетерархическая система управления представляет собой плоскую структуру, состоящую
из независимых сущностей (агентов). Эти агенты обычно предоставляют некоторые
ресурсы и/или решают определённые задачи. Выбор конкретных ресурсов, \mbox{необходимых} для решения
конкретных задач осуществляется на основе динамических рыночных механизмов.
Такой подход позволяет создавать простые и отказоустойчивые системы, т.\,к.
ни одному из агентов не требуется никакой априорной информации о других агентах.
Как~следствие, небольшие отклонения в работе любого из агентов могут быть легко
исправлены.

Тем не менее, некоторые допущения, положенные в основу данной парадигмы не позволяют
использовать её в технологической подготовке производства. Автономность агентов
запрещает им пользоваться глобальными данными, без которых невозможно проектирование ТП.
Таким образом, общая производительность
системы сильно зависит от существующих правил взаимодействия агентов. Для решения этой
проблемы в начале 90-х годов консорциум \emph{Интеллектуальных Производственных Систем} (\E{Intelligent
Manufacturing Systems}, IMS)~\cite{URL-IMS, Wang-2009} инициировал ряд проектов, направленных на~создание
парадигмы <<предприятий будущего>>. Одним из этих проектов были \emph{Холонические
производственные системы}, положения которой должны расширить возможности проектируемой
интеграционной среды автоматизации технологической подготовки производства.

\subsection{Холон}
\label{sec:holon}

Термин \emph{холон}, уже упоминавшийся в~\autoref{sec:formal-mae} при описании математической
модели многоагентной технологической среды, впервые был использован британским писателем и журналистом
\'Артуром Кёстлером (\'Arthur Koestler) для объяснения эволюции биологических и социальных систем.
С~одной стороны, эти системы создают устойчивые промежуточные формы, остающиеся
самостоятельными в процессе своего развития~\cite{Koestler-1979}. С~другой~--- в организации подобных
систем очень трудно провести черту между <<целым>> (wholes) и <<частями>> (parts):
почти всё целое может в тоже время быть и частью чего-то другого.

Эти наблюдения подтолкнули Кёстлера к созданию нового термина <<\emph{холон}>>,
который представляет собой сочетание греческого слова <<\emph{holos}>>, означающего
целое и суффикса <<\emph{on}>>, обычно использующегося в названиях частиц (например,
\emph{протон}, \emph{нейтрон} и~т.\,д.).
Кёстлер отмечал, что в полностью независимых живых организмах и общественных
организациях нет невзаимодействующих сущностей. Каждая уникальная единица,
например клетка в организме или семья в обществе, состоит из более
мелких единиц (плазмы и ядра, родителей и детей), в то же время являясь составной
частью более крупной единицы (мышечной ткани или человеческого социума).
{\parfillskip=0pt

}

Основным достоинством холонических организаций, или \emph{холархий}, является возможность
создания очень сложных систем, которые, тем не менее, могут эффективно использовать
ресурсы, имеют очень высокую устойчивость к помехам (как внутренним, так и
внешним) и обладают способностью быстро адаптироваться к изменениям окружающей среды.
Холоны в холархии могут динамически создавать и изменять иерархические связи.
Более того, холоны могут участвовать в нескольких иерархиях одновременно. 
Холархии обладают свойством рекурсивности в том смысле, что холон может сам
по~себе быть холархией, которая действует как автономная и кооперативная единица в
холархии более высокого порядка~\cite{Skobelev-2001}.

Высокая стабильность холонов и холархий основывается на их полной самостоятельности,
а также умении решать свои проблемы без обращения за помощью к холонам
высших уровней. Холоны могут получать их указания и, в определённой степени,
контролироваться ими. Однако, полная самостоятельность
и автономность холонов позволяет им оставаться нечувствительными к возмущениям 
среды, а подчинённость вышестоящим холонам обеспечивает эффективную работу системы
в целом~\cite{Mella-2009, Giret-2005, Giret-2005a, Giret-2006}.

\subsection{Холонические производственные системы}
\label{sec:HMS}

Концепция \emph{Холонических производственных систем} (\E{Holonic Manufacturing
Systems}, HMS) была предложена японским исследователем Хироюки Суда (Hiroyuki 
Suda) в 1989 году~\cite{Suda-1989}.
В 1992 году несколько независимых команд отраслевых экспертов, учёных и инженеров
приступили к разработке фреймворка%
\footnote{англ. \emph{framework}, син.~каркас~--- специализированное программное обеспечение,
позволяющее облегчить разработку и
объединение разных слабосвязанных компонентов крупного программного проекта.\label{framework}}
% TODO: ССЫЛКА НА ПЕДИВИКИЮ ЗДЕСЬ...
для международного сотрудничества в области \emph{Интеллектуальных Производственных
Систем}. К февралю 1992 года было соз\-дано технико-экономическое обоснование
проектируемого подхода, которое показало, что его использование позволит добиться
значительных результатов за~относительно короткие сроки.

Холонические производственные системы основываются на концепции <<\emph{холонических
систем}>> (\autoref{sec:holon}).
Холоны в ХПС содействуют оператору, работающему с некоторым объектом технологического процесса,
подбирая наиболее подходящие параметры, строя свои собственные стратегии и
взаимодействуя с другими холонами. Программная реализация ХПС представляет
производственную систему как единую среду, состоящую из автономных модулей
(холонов) с децентрализованным управлением~\cite{Babiceanu-2006, Borangiu-2009, Borangiu-2009a, Botti-2008}.
Основная цель подобной модели~---
получить преимущества, которые даёт холоническая структура живым организмам, а
именно: гибкость, устойчивость к негативному воздействию среды и эффективное
использование имеющихся ресурсов. Концепция ХПС сочетает в себе лучшие черты
иерархических и гетерархической моделей,
% TODO: ЧТО-ТО ПРО ГЕТЕРАРХИИ ЗДЕСЬ
сохраняя стабильность иерархии, обеспечивая динамическую гибкость гетерархии (\autoref{fig:general-hms-structure}).
%
\begin{figure}[h!]
    \centering
    \includegraphics[width=.9\textwidth]{general-hms-structure.eps}
    \caption[Общая структура многоуровневой холонической системы]
            {Общая структура многоуровневой холонической системы}
    \label{fig:general-hms-structure}
\end{figure}

% Консорциумом ХПС был разработан следующий перечень определений, позволяющий
% %TODO: ЧТО-ТО ОБ ЭТОМ КОНСОРЦИУМЕ ГДЕ-НИБУДЬ
% применять данный подход в производстве и технологии:
% 
% \begin{itemize}
%     \item \emph{Холон}~--- автономный, способный к взаимодействию строительный
%         блок производственной системы, используемый для преобразования,
%         передачи, хранения и проверки информации от потоков управления или физических объектов.
%         Холон может быть частью другого холона.
% %         представлена общая структура холона.
%     \item \emph{Автономия}~--- способность некоторой сущности планировать свои
%         действия и контролировать процесс достижения своих целей.
%     \item \emph{Кооперация}~--- процесс, в котором несколько независимых объектов
%         создают взаимоприемлемые планы и действуют в соответствии с ними.
%     \item \emph{Холархия}~--- группа холонов, сотрудничающих для достижения 
%         некоторой совместной цели. Холархия определяет основные правила 
%         взаимодействия холонов, тем самым ограничивая их автономию.
%     \item \emph{Холоническая производственная система}~--- холархия, объединяющая
%         все аспекты производства и технологии начиная с проектно-конструкторских
%         работ и заканчивая промышленным освоением новых изделий.
% \end{itemize}

Последнее утверждение даёт возможность при необходимости на время отказаться от предложенной
одноранговой модели взаимодействия агентов внутри проектируемой ИУП ТПП, вернувшись к
классической иерархической модели, что позволит более гибко конфигурировать
разрабатываемую систему, подстраивая его под нужды конкретной технологической
задачи.
{\parfillskip=0pt

}
% \subsection{Современное состояние ХПС}
% 
% За последние 10 лет были проведены исследования возможности применения ХПС в 
% реальных промышленных условиях. В этом разделе будут рассмотрены основные 
% направления этих исследований, такие как: 
% 
% \begin{itemize}
%     \item Архитектура холонов.
%     \item Взаимодействие холонов.
%     \item Функционирование холонов.
%     \item Алгоритмы холонического управления.
%     \item Методология разработки ХПС.
% \end{itemize}
%  
% \subsubsection{Архитектура холонов}
% \label{sec:holon-arch}
% 
% Автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП)
% %
% \nomenclature{АСТПП}{Автоматизированная система технологической подготовки производства}
% %
% %TODO: ЗДЕСЬ ЧТО-НИБУДЬ ПРО КЛАССИЧЕСКИЙ ПОДХОД К АСТПП
% состоят из программных модулей, взаимодействующих с различными физическими
% объектами производственной среды: ресурсами, заказами, персоналом и~т.\,д.
% Программные модули и физические объекты связаны в единую информационную сеть, 
% являющуюся холоном производственной системы. Каждый холон может рассуждать,
% принимать решения и общаться с другими холонами в режиме реального времени.
% Количество и типы программных модулей и способ их взаимодействия с физическими
% объектами определяют архитектуру холонов~\cite{Bussmann-1998, Bussmann-2001a, Bussmann-2001, Bussmann-2000, Bussmann-2001b}. 
% 
% Общая структура холона впервые была предложена Джеймсом Кристенсеном (James H.
% Christensen) в 1994 году~\cite{Christensen-1994}.
% На~\autoref{fig:holon-general-arch}
% \begin{figure}[h]
%     \begin{center}
%     \input{fig/holon-general-arch.pgf}
%     \end{center}
%     \caption[Общая структура холона]
%             {Общая структура холона}
%     \label{fig:holon-general-arch}
% \end{figure} 
% представлены два основных компонента этой
% архитектуры: модуль взаимодействия с информационным потоком и модуль взаимодействия
% с материальным потоком (необязателен). Примерами холонов не взаимодействующих с 
% материальным потоком являются, например, холоны поиска заказов, холоны планирования
% и~т.\,д.
% 
% Модуль взаимодействия с материальным потоком состоит из двух частей:
% непосредственно обработки данных от физических объектов и управления аппаратными
% средствами (например оборудованием с ЧПУ). Модуль взаимодействия с информационным
% потоком состоит из трёх частей: ядра холона, отвечающего за принятие решений,
% интерфейса взаимодействия с другими холонами и интерфейса с операторами ХПС,
% позволяющего холону получать команды и выводить результат своей работы.
% 
% Агентная архитектура модуля взаимодействия с информационным потоком у Кристенсена базируется
% на холоническом представлении автономных и взаимодействующих сущностей. Это 
% представление включает в себя три основных аспекта. Во-первых, холоны~--- есть
% автономные сущности, поведение которых полностью определяется объектами, с ними
% связанными. Холоны могут заниматься планированием и выбором стратегии своей
% работы. Автономное поведение подразумевает некий модуль принятия решений, 
% позволяющий холону управлять физическими объектами. Во-вторых, в случае
% необходимости два или более холонов могут взаимодействовать между собой. При 
% этом холоны оценивают возможности сотрудничества, создают правила взаимодействия
% и согласования и, наконец, принимают решение о сотрудничестве. В-третьих,
% холоны могут участвовать в нескольких квазиустойчивых организациях, именуемых
% \emph{холархиями}. Создание холархии подразумевает объединение нескольких
% разрозненных частей технологического или производственного процесса с целью
% повышения производительности. Это означает разделение выполняемых заданий и 
% ответственности за их выполнение, а также определение модели взаимодействия,
% позволяющей холонам реорганизовываться, меняя общий вектор выполняемых
% работ.
% 
% Включение этих компонентов в общую структуру Кристенсена даёт нам новую
% агент-ориентированную архитектуру, представленную на~\autoref{fig:holon-agent-based-arch}.
% \begin{figure}[h]
%     \begin{center}
%     \input{fig/holon-agent-based-arch.pgf}
%     \end{center}
%     \caption[Агент-ориентированная структура холона]
%     {Агент-ориентированная структура холона}
%     \label{fig:holon-agent-based-arch}
% \end{figure} 
% Для получения информации о поведении среды и оценки текущей ситуации, холон 
% вырабатывает определённый план, позволяющий ему в будущем достичь своих
% целей. Из \emph{модуля принятия решений} этот план передаётся в \emph{модуль
% контроля поведения}, где переводится в набор управляющих 
% команд, которые передаются непосредственно \emph{аппаратным средствам}. 
% Одновременно с этим, этот же план попадает в \emph{модуль взаимодействия},
% где с помощью специальных методов преобразуется в набор
% коммуникационных команд, которые могут быть переданы в \emph{коммуникационный модуль}.
% Эти команды будут получены другими холонами, участвующими
% в холархии и на их основе, после взаимного анализа и проведения переговоров 
% (за этот процесс отвечает \emph{организационный модуль}), может
% быть принято решение о реорганизации с целью
% улучшения производственного процесса~\cite{Fletcher-2000, Fletcher-2001, Fletcher-2001a}.
% 
% Группа исследователей Университета Кила (\E{Keele University}, UK)
% предложила архитектуру холона, использующую агентную модель с функциональным блоком.
% Функциональные блоки (ФБ) определены в международном стандарте IEC 61499~\cite{IEC61499}.
% Основными особенностями ФБ являются~\cite{Dubinin-2009, Elkin-2003}:
% \begin{itemize}
%     \item машина состояний потоков событий (называемая диаграммой ЕСС~--- Execution Control Chart);
%     \item входные и выходные событийные переменные с собственным управлением;
%     \item входные и выходные переменные для представления потоков данных, а также
%           ориентация функциональных блоков на реализацию (ФБ~--- выполнимая спецификация).
% \end{itemize}
% 
% Установка (sampling) значений входных и выходных переменных производится с
% помощью событийных входов и выходов, соответственно. Для этого используются
% специальные WITH-связи. С состояниями ECC могут быть связаны выходные события
% и алгоритмы, определённые на одном из языков программируемых контроллеров
% стандарта IEC 61131-3~\cite{IEC61131-3}. В соответствии со стандартом IEC 61499 управляющее
% приложение представляется в виде сети связанных между собой ФБ, которые могут
% выполняться на различных ресурсах и устройствах системы.
% 
% В стандарте IEC 61499 приводятся неформальные или полуформальные
% определения ФБ, затрагивающее только концептуальные аспекты. Этого вполне
% достаточно для пользователей и потребителей систем на основе ФБ, включая
% инженеров по управлению, системных интеграторов, менеджеров и~т.\,д.
% Однако для построения систем автоматизированного проектирования распределённых
% компонентно-базированных систем управления промышленными процессами
% (РКБСУПП) этого явно недостаточно и требуются более формальные определения и % TODO: Определение отсюда!!!
% модели.
% 
% Производственные и технологические холоны обычно состоят из модулей, отвечающих
% за обработку данных и знаний, а также необязательных модулей взаимодействия с аппаратными 
% средствами. С точки зрения своего функционирования холон может состоять из
% интеллектуальной системы управления (<<Головы>>) и системы обработки данных
% (<<Туловища>>), \autoref{fig:holon-func-block}.
% \begin{figure}[t!]
%     \begin{center}
%     \input{fig/holon-func-block.pgf}
%     \end{center}
%     \caption[Архитектура холона с функциональным блоком]
%             {Архитектура холона с функциональным блоком}
%     \label{fig:holon-func-block}
% \end{figure} 
% <<Голова>> холона строиться в соответствии с агентной архитектурой, описанной в работе~\cite{Christensen-1994}.
% Интеллектуальная система управления (ИСУ) состоит из:
% 
% \begin{itemize}
%     \item УПО (Управление процессами/объектами)~--- осуществляет управление 
%         уже запущенными процессами.
%     \item ИПО (Интерфейс процессов/объектов)~--- осуществляет логическое и 
%         физическое взаимодействие с системой обработки данных через коммуникационную
%         среду.
%     \item ПИ (Пользовательский интерфейс)~--- осуществляет взаимодействие с
%         оператором.
%     \item ИВХ (Интерфейс взаимодействия с холонами)~--- отвечает за коммуникацию
%         с другими холонами.
% \end{itemize}
% 
% Система обработки данных включает в себя все модули, необходимые для
% осуществления производственной деятельности. Таким образом, ИСУ позволяет холону
% абстрагировать объекты производства в виде автономных подсистем, взаимодействующих
% со средой и другими холонами. ИСУ составляет определённые операционные правила
% и стратегии, и на их основе делегирует часть технологических функций системе
% обработки данных.
% 
% Холархии и другие виды взаимодействия холонов на основе агентной модели организуются с 
% помощью структуры, именуемой \emph{Доменом кооперации} (\autoref{fig:holon-cooper-arch}).
% Домен кооперации (составной холон) является логическим пространством, в котором
% холоны общаются и сотрудничают, также существует некоторая среда, где холоны могут
% искать друг друга с целью взаимодействия. 
% 
% Домен кооперации не может существовать сам по себе, он должен быть членом хотя
% бы одного холона. Как только холон начинает функционировать, динамически
% создаётся домен кооперации. Любая холоническая система состоит как минимум из
% одного домена кооперации. Холон может одновременно быть членом нескольких
% доменов кооперации. Каждый домен возглавляется \emph{Координатором}, являющимся
% интерфейсом домена с внешней средой (другими доменами). Холон может присоединиться
% к домену кооперации, запросить его атрибуты, обменяться информацией с другими
% холонами и выйти из него по завершению своей работы.
% 
% \begin{figure}[t!]
%     \begin{center}
%     \input{fig/holon-cooper-arch.pgf}
%     \end{center}
%     \caption[Холархия на основе домена кооперации]
%             {Холархия на основе домена кооперации}
%     \label{fig:holon-cooper-arch}
% \end{figure} 
% 
% Саид М. Дин (Sayyed M. Deen) и Мартин Флетчер (Martyn Fletcher) предлагают
% модель реорганизации холархии. Модель основана на концепции \emph{температурного
% равновесия}~\cite{Deen-2000}.
% В случае возникновения задержек на одном из этапов технологического процесса, 
% холоны испытывают перегрузку, которая делает их <<горячими>>. Таким образом,
% если холон регистрирует, что его температура превышает заданное пороговое значение,
% он должен сообщить другим холонам о сложившейся ситуации. Если существует 
% <<холодный>> холон, который может решить задачи <<проблемного>> этапа, он начинает
% переговоры с <<горячим>> холоном о передаче полномочий. Самоорганизация системы
% в целом достигается, когда холархии, входящие в систему стараются поддерживать
% температурное равновесие.
% 
% В работе~\cite{Brennan-2003a}
% Роберт В. Бреннан (Robert W. Brennan) и Дуглас Х. Норри (Douglas H. Norrie)
% предлагают агент-холоническую архитектуру, использующую агентов в совещательном
% слое и функциональные блоки для управления физическими объектами. В работе~\cite{Brennan-2003}
% рассматривается холоническая архитектура для управления оборудованием (ХАУБ),
% модель которой представ\-лена на \autoref{fig:holon-hcd-arch}.
% 
% \begin{figure}[t!]
%     \begin{center}
%     \input{fig/holon-hcd-arch.pgf}
%     \end{center}
%     \caption[Холоническая архитектура для управления оборудованием]
%             {Холоническая архитектура для управления оборудованием}
%     \label{fig:holon-hcd-arch}
% \end{figure} 
% 
% В данной архитектуре совещательный слой отвечает за выполнение:
% общих функций системы и специфических пользовательских функций.
% Общие функции~--- это \emph{планирование}, \emph{моделирование}, \emph{управление} и \emph{диагностика}
% технологического процесса. \emph{Совещательный слой} взаимодействует с другими слоями
% с помощью \emph{таблицы данных} устройств через \emph{Общий интерфейс доступа к таблицам
% данных}~(ОИДТД). Совещательный слой и слой управления могут записывать и считывать данные
% %
% в/из ОИДТД. \emph{Слой управления} представляет собой пользовательское приложение,
% управляющее аппаратными средствами (АС), включенными в систему. На этом уровне 
% используются функциональные блоки. % TODO: ОПИСАТЬ ГДЕ-НИБУДЬ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ БЛОКИ И IEC 61999
% \emph{Физический уровень} представляет аппаратное обеспечение (сенсоры и
% исполнительные устройства), управляемые ХАУБ. \emph{Уровень симуляции} занимается
% симулированием аппаратных средств.
% 
% В Немецком исследовательском центре искусственного интеллекта (\D{Deutsches
% Forschungszentrum f\"ur K\"unstliche Intelligenz~--- DFKI}) была разработана 
% агент-ориентированная архитектура холонических систем~\cite{Fischer-1998,Fischer-2003}.
% Исследователи отмечают, что несмотря на схожесть понятий \emph{холонических
% производственных систем} и \emph{холонических многоагентных систем}, они
% существенно отличаются:
% 
% \begin{itemize}
%     \item Моделирование рекурсии агентных групп является неотъемлемой частью
%         холонических многоагентных систем. Дублирование (зеркалирование) сложных задач
%         позволяет холоническим агентам являться частью комплексных иерархических
%         структур с произвольной глубиной вложенности. Поэтому такие системы
%         не только возможны, но и являются основой любой холонической многоагентной
%         системы, чего нет в классических ХПС.
%     \item ХПС не делают никаких предположений о внутренней структуре первичного
%         холона (\autoref{sec:holon-interaction}), т.\,к. он выступает лишь в
%         роли блока управления. В то время как в холонических многоагентных системах
%         первичных холон обязан обладать всеми свойствами агента.
%     \item Первичный холон холонической многоагентной системы не обязан
%         координировать работу физических ресурсов (аппаратных средств), вместо
%         этого он координирует работу нескольких информационных агентов, существующих
%         лишь виртуально (информационные агенты сотрудничают для увеличения эффективности,
%         объединения ресурсов и компетенций и устранения <<узких мест>>).
%     \item При проектировании структуры взаимодействия холонов в ХПС используются
%         только рыночные механизмы. А проектирование холонических многоагентных систем,
%         в первую очередь, связано с выбором \emph{долгосрочных} партнёров (т.\,е.
%         образованием постоянной коалиции), и исследованиями многообразия
%         различных организационных структур.
%     \item В холонических многоагентных системах холон~--- это не программная
%         процедура или экземпляр некоторого класса. Это всего лишь концепция,
%         возникающая в результате взаимодействия агентов, определяющая взаимные
%         обязательства агентов (как раз существующих в виде исходного кода) и
%         позволяющая сохранить общее направление работы агентов для достижения их
%         общих целей.
%         
% \end{itemize}
% 
% 
% Йоргом П. Мюллером (J\"org P. M\"uller) описана холоническая модель INTERRAP,
% основанная на взаимодействии трех конкурирующих агентных слоёв~\cite{Muller-1996}.
% На \autoref{fig:interrapt-arch}
% изображена архитектура INTERRAP, в которой состав и конфигурация холонических
% систем реализованы в \emph{слое кооперативного планирования} (СКП). СКП обеспечивает
% взаимодействие, возможность ведения переговоров и администрирование холонической структуры.
% Эта архитектура может быть применена в таких областях как: сети поставок,
% ХПС, виртуальные предприятия и~т.\,д.
% 
% \begin{figure}[t!]
%     \begin{center}
%     \input{fig/interrapt-arch.pgf}
%     \end{center}
%     \caption[Агентрая архитектура INTERRAP]
%             {Агентрая архитектура INTERRAP}
%     \label{fig:interrapt-arch}
% \end{figure}
% 
% 
% \subsubsection{Взаимодействие холонов}% из Botti-2008
% \label{sec:holon-interaction}
% 
% Способ взаимодействия холонов определяется моделью организации, используемой
% для конструирования и реализации кооперативных холархий.
% Сотрудниками исследовательской группы технологии приборостроения и механики Университета Калгари (\E{University
% of Calgary}) были разработаны несколько моделей управления интеллектуальными
% производственными системами. Среди них: MetaMorph~I, %
% %
% ABCDE\footnote{англ. \emph{agent based concurrent design environment}~---
% основанная на агентной модели конкурентная среда проектирования.}, %
% %
% DIDE\footnote{англ. \emph{distributed design environment}~---
% распределенная система проектирования.}, %
% %
% FBIICDE\footnote{англ. \emph{feature based integrated and intelligent concurrent design system}~---
% интегрированная и интеллектуальная признак-ориентированная конкурентная система проектирования.} и
% MetaMorph~II. Все эти проекты основаны на промышленной архитектуре распределённого
% интеллектуального управления~\cite{Brennan-2003, Brennan-2003a}.
% 
% Основной особенностью систем, основанных на MetaMorph~\cite{Maturana-1997} является
% их возможность изменять свою структуру. Эти системы могут адаптироваться для
% решения новых задач и подстраиваться под новые условия. Архитектура MetaMorph
% основана на концепции \emph{домена кооперации}, разработанной Дином и Флетчером
% (\autoref{sec:holon-arch}), но в данном случае её называют
% \emph{динамическим виртуальным кластером}. В MetaMorph, как и в системе PROSA
% (\autoref{sec:holon-operation})
% определено понятие \emph{первичного холона} и есть деление холонов на группы.
% Существуют холоны продуктов (изделий), холоны моделей
% продуктов (изделий) и холоны ресурсов. Структура холонов продуктов двояка: с
% одной стороны они представляют реальные (физические) изделия, которые сами
% по себе уже являются продуктами, а с другой~--- хранят информацию о других
% компонентах продукта и статусе технологического процесса. Холоны моделей
% продуктов накапливают информацию об этапах жизненного цикла изделия, данных
% конфигурации, конструкторских спецификациях, используемых материалах и~т.\,д.
% Холоны ресурсов используются для моделирования средств технологического оснащения
% и операций.
% 
% Координация и авто-организация реализуется с помощью динамических виртуальных
% кластеров (\autoref{fig:holon-society}).
% 
% \begin{figure}[h]
%     \begin{center}
%     \input{fig/holon-society.pgf}
%     \end{center}
%     \caption[Объединение холонов и холархия]
%             {Объединение холонов и холархия}
%     \label{fig:holon-society}
% \end{figure}
% 
% В динамическом виртуальном кластере холоны могут одновременно находится в
% нескольких виртуальных холархиях и сотрудничать через
% домен кооперации. Первичные холоны в данном случае выполняют ту же функцию, что
% и координатор холонов Дина и Флетчера, а также являются менеджерами кластера,
% координирующими взаимодействие холонов. Кластер существует до тех пор, пока
% общая задача, выполняемая холонами остаётся актуальной, как только задача
% решена, кластер распадается. Жизненный цикл виртуального кластера может
% быть следующим: 
% 
% \begin{enumerate}
%     \item Первичный холон просматривает базу заказов на выполнение каких-либо
%         работ (контрактов), выбирает несколько (или все) и формирует задачу.
%         После перепланирования и анализа технологического процесса, первичный
%         холон составляет список требований для решения задач в кооперации.
%     \item Создаётся промежуточный холон, необходимый для поиска холонов,
%         которые потенциально могут войти в кооперацию.
%     \item Найденным холонам предлагается вступить в виртуальный кластер.
%         Они оценивают возможность участия в кооперации и высылают предложения по
%         всем задачам, которые их заинтересовали.
%     \item Первичный и промежуточный холоны собирают и оценивают все полученные
%         предложения. Когда найден оптимальный исполнитель для конкретной задачи,
%         первичный холон передаёт контракт непосредственно холону-субподрядчику.
%     \item Как только все задачи по контрактам выполнены, виртуальный кластер,
%         промежуточный холон и все кооперативные связи исчезают.
% \end{enumerate}
% 
% 
% \subsubsection{Функционирование холонов}% из Botti-2008
% \label{sec:holon-operation}
% 
% В любой производственной системе существуют ключевые операции
% или функций, реализация которых непосредственно сказывается на качестве 
% выполнения всего технологического процесса. Выявление и моделирование
% подобных функций является ещё одним направлением исследований и разработки в
% области ХПС. 
% 
% PROSA (Product-Resource-Order-Staff Architecture%
% \footnote{англ. \emph{архитектура Продукт-Ресурс-Заказ-Персонал}.}) является
% одной из наиболее часто используемых архитектур для проектировании ХПС~\cite{Van-Brussel-1998,Verstraete-2008}.
% По большому счёту, PROSA~--- это архитектура взаимодействия холонов, декларирующая
% типы холонов необходимые любой производственной системе, их обязанности и среду,
% в которой они могут взаимодействовать. Архитектура состоит из трёх основных
% холонов (\autoref{fig:prosa-arch}): 
% 
% \begin{itemize}
%     \item Холоны нарядов.
%     \item Холоны продукции.
%     \item Холоны ресурсов.
% \end{itemize}
% 
% Каждый базовый холон отвечает за один из аспектов технологического процесса,
% например: внутрипроизводственная логистика, планирование производства, управление
% ресурсами и~т.\,д. Для того, чтобы расширить функциональность базовых холонов 
% дополнительными экспертными знаниями, создаются т.\,н. холоны <<\emph{персонала}>>.
% 
% \begin{figure}[t]
%     \begin{center}
%     \input{fig/prosa-arch.pgf}
%     \end{center}
%     \caption[Архитектура PROSA]
%             {Архитектура PROSA}
%     \label{fig:prosa-arch}
% \end{figure}
% 
% Структура производственной системы в целом определяется двойной холархией,
% состоящей из субхолархии выделения ресурсов (\emph{холоны нарядов}, \emph{холоны продукции} и
% \emph{холоны персонала}) и субхолархии управления технологическим процессом (\emph{холоны продуктов}
% и часть \emph{холонов ресурсов}, отвечающая за управление технологическим процессом).
% \emph{Холоны ресурсов} имеют физическую часть (реальные ресурсы предприятия) и
% часть, отвечающую за обработку данных и управление вышеуказанными ресурсами.
% \emph{Холоны продукции} хранят знания о технологическом процессе и производимом
% продукте, необходимые для его правильного изготовления. Они выступают в роли
% информационного сервера для других холонов ХПС. \emph{Холоны нарядов}
% представляют конкретные задачи, решаемые в технологическом процессе.
% Они отвечают за своевременное и правильное выполнение нарядов на различные
% работы, а также управляют материальным и информационным потоками, связанными
% с конкретным продуктом (изделием). Управление и координация холархий, построенных
% по архитектуре PROSA осуществляется с помощью модели социального поведения роя (стигмергии),
% описанного в работах~\cite{Hadeli-2004,Grobbelaar-2006}.
% 
% В архитектуре ADACOR (adaptive holonic control architecture%
% \footnote{англ. \emph{адаптивная архитектура холонического управления}.})~\cite{Leitao-2002}
% исследователями предлагается холонический подход к динамической адаптации в
% условиях повреждения структуры \emph{Гибких производственных систем}~(ГПС).
% %
% \nomenclature{ГПС}{Гибкая производственная система}
% %
% В основе этой архитектуры лежит группа автономных, взаимодействующих и
% интеллектуальных сущностей (холонов), представляющих все компоненты производства.
% Этими компонентами могут быть как физические ресурсы (стойки ЧПУ, промышленные
% роботы, программируемые контроллеры и др.), так и логические объекты (продукция,
% заказы и др.). Холоны, участвующие в группах могут быть следующих типов~\cite{Leitao-2003}:
% 
% \begin{itemize}
%     \item Холоны продукции.
%     \item Холоны задач.
%     \item Эксплуатационные холоны.
%     \item Холоны-наблюдатели.
% \end{itemize}
% 
% Каждый продукт представляется одним \emph{холоном продукции}, хранящим всю связанную с
% продуктом информацию и отвечающим за ход технологического процесса. Также он может
% принимать заказы на изготовление этого продукта. Каждый производственный заказ
% связан с соответствующим \emph{холоном задач}, который следит за исполнением
% плана производства и хранит данные о декомпозиции заказа, плане распределения
% ресурсов и выполнении этого плана. \emph{Эксплуатационные холоны} представляют
% физические ресурсы предприятия, например: рабочих, станки, роботов и~т.\,д.
% Они управляют поведением этих ресурсов с учетом их целей, ограничений и возможностей
% и пытаются оптимизировать их деятельность. Холоны продукции, задач и эксплуатационные
% холоны очень похожи на холоны продукции, заказов и нарядов в архитектуре PROSA~\cite{Van-Brussel-1998}.
% Холоны-наблюдатели в системе ADACOR~--- это холоны персонала архитектуры PROSA.
% Они отвечают за глобальную оптимизацию задач и координацию работы эксплуатационных холонов.
% 
% Архитектура HCBA (holonic-component-based-architecture%
% \footnote{англ. \emph{холоническая, компонентно-ориентированная архитектура}.})~\cite{Chirn-1999}
% основывается на CBD (component-based development%
% \footnote{англ. \emph{компонентно-ориентированное программирование}.}) %TODO: МНОГО-МНОГО ССЫЛОК ЗДЕСЬ!!!
% и ХПС. В HCBA определены два основных типа холонов: продукции и ресурсов.
% Холоны ресурсов являются встроенными компонентами системы, которые могут 
% выполнять такие операции как: изготовление, сборка, транспортировка и 
% технический контроль. Холон продукции может состоять из физической части и 
% части управления. Физическая часть обычно связана с сырьем, заготовками, деталями
% или СТО. Часть управления отвечает за ход технологического процесса, занимается
% принятием решений и хранит информацию об изготовляемом продукте.
% 
% 
% \subsubsection{Алгоритмы холонического управления}% из Botti-2008
% \label{sec:holonic-control}
% % TODO: КУЧА ССЫЛОК НА РАБОТЫ ЗДЕСЬ!!!
% 
% 
% В этом разделе будут представлены некоторые работы, связанные с определением и
% реализацией алгоритмов холонического управления. Все эти работы могут быть 
% условно разделены на четыре категории: проектирование маршрутной технологии,
% планирование, управление производственным процессом и
% управление оборудованием.
% 
% 
% \emph{\bfseries Проектирование маршрутной технологии}\quad Основные методы холонического
% проектирования этапов маршрутной технологии изложены в работах...% TODO: Работы здесь
% В основном, все эти подходы связаны с разработкой интерактивного сценария,
% в котором холон продукции отвечает за выбор необходимых деталей,
% подсборок и производственных операций. Ресурсы, связанные с каждой
% операцией, а также их последовательность определяются посредством
% взаимодействия с холонами ресурсов. В условиях крупносерийного производства преимущество холонического подхода
% по сравнению с традиционным заключается в более высокой гибкости
% технологического процесса и возможности быстрой перенастройки уже запущенного
% процесса.
% 
% \emph{\bfseries Планирование}\quad На данном направлении значительные усилия исследователей
% были приложены к разработке холонических алгоритмов управления. Можно
% выделить следующие предметные области:
%     \begin{itemize}
%         \item Гибкие производственные системы~\cite{Heragu-2002}.
%         \item Управление мелкосерийным производством.
%         \item Проектирование участков механобработки и сборки.
%         \item Сборочные линии.
%         \item Техническое обслуживание оборудования.
%     \end{itemize}
% В работах~\cite{Iwamura-2005, Iwamura-2006, Iwamura-2007, Iwamura-2008}
% предложены универсальные методы планирования холонических производств.
% Основной причиной большого количества исследований именно в области
% производственного планирования связано в первую очередь с высокой
% проработанностью методов интеллектуального планирования и распределённого
% управления, а также схожестью используемого в этой области подхода с
% предлагаемой холонической концепцией. Использование любого из них позволяет более динамично
% распределять время и ресурсы, что может быть достигнуто только за счёт
% использования методов автономного планирования.
% 
% Главной особенностью холонического подхода к планированию является тот
% факт, что каждый холон представляет собой автономную интеллектуальную
% сущность, способную решать поставленные перед ней
% задачи. Для обмена информацией и принятия взаимоприемлемых решений
% холоны могут использовать стратегии сотрудничества. Также существуют
% механизмы позволяющие не выходить за рамки глобальных ограничений. И,
% наконец, есть единый механизм координации.
% 
% Преимущества холонического подхода к управлению по сравнению с
% классическими обусловлены наличием распределённой среды принятия
% решений и вычислений, а также интерактивным характером холонов.
% 
% \emph{\bfseries Управление производственным процессом}\quad Эта деятельность включает
% в себя постановку, управление, контроль и завершение задач, а также
% затрагивает действующие в настоящий момент планы и параметры
% производства. В отличии от обычных алгоритмов управления,
% холонический подход включает в себя следующие новые элементы: ход
% производственного процесса определяется последовательностью
% переговоров между холонами и их результатами; холоны ресурсов (оборудования),
% выполняющие все технологические операции, принимают решения и
% отвечают за сроки и способ достижения поставленных целей.
% 
% \emph{\bfseries Управление оборудованием}\quad Под управлением подразумевается
% запуск, считывание параметров датчиков и обратная связь с исполнительными
% устройствами оборудования. Подобные задачи в контексте ХПС решаются
% также как и любые другие задачи управления. % TODO: РАБОТЫ ЗДЕСЬ
% Большинство исследований в этом направлении связаны с разработкой
% эффективного интерфейса с устройствами.
% 
% \subsubsection{Методология разработки ХПС}% из Botti-2008
% 
% 
% Любое современное производство~--- сложная и комплексная система, следовательно,
% и управляющая ей холоническая структура тоже не может быть простой. Из этого следует, что в
% процессе разработки ХПС необходимо руководствоваться общепринятыми методами 
% проектирования сложных программных систем. Однако, при разработке каждой новой
% системы инженеры обычно придерживаются принятых именно на их предприятии методов, и
% нет двух систем спроектированных по единому сценарию. Возможно, это стало
% результатом отсутствия каких-либо значимых работ по методологии разработки ХПС.
% 
% В работах~\cite{Leitao-2002,Leitao-2003,Leitao-2003a} представлена формальная
% спецификация процесса управления ХПС, однако она всё ещё находится в разработке. 
% В ней не до конца определены этапы разработки и нет детального описания
% таких направлений моделирования ХПС как: сотрудничество внутри холархии, 
% автономия холона, гибкость системы в целом. В работе~\cite{Fischer-2003} 
% предлагается отказаться от какой-либо конкретной архитектуры холона/холархии,
% что позволит существенно сократить время разработки ХПС. Тем не менее, этот 
% подход ориентирован в первую очередь на описание холархий, а не на их разработку.
% 
% % TODO: ДОПИСАТЬ СЮДА ЕЩЕ ЧЕГО-НИБУДЬ

\section{Выводы ко второй главе}

\begin{enumerate}
 \item Для создания полнофункциональной многоагентной системы интеграции
 средств автоматизации в рамках единой технологической среды
 необходимо спроектировать метамодель, включающую в себя описание
 архитектуры агентов и математической модели их взаимодействия внутри многоагентной системы.
 \item Проведённые исследования показали, что на сегодняшний день существует всего две основные агентные архитектуры,
 используемые при построении адаптивных одноранговых агентных сетей: реактивная
 (основанная на продукционной модели поведения агентов) и делиберативная
 (основанная на целях агента и его восприятии модели окружающей среды).
 \item Проведённый 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 подхода для решения разных задач интеграции АСТПП.
 \item\textls[-25]{Функционирование и взаимодействие агентов в МАС, должно опираться
 на унифицированную математическую модель, представляющуюся совокупностью
 понятий многоагентной среды (описывающей поведение агентов в процессе
 решения поставленных им прикладных задач) и~многоагентной системы,
 являющейся коммуникационной надстройкой многоагентной среды и~обеспечивающий
 жизненный цикл агентов и~их взаимодействие.}
 \item\textls[-25]{Для построения гибкой интеграционной системы
 автоматизации ТПП понятие агента должно быть расширено введением в него
 дополнительных функций, позволяющих ему участвовать не только в одноранговом
 взаимодействии в рамках интеграционной сети, но и в классических иерархических
 системах. Применение подобных агентов (также называемых холонами)
 позволит создать адаптивную систему, позволяющую при необходимости использовать не только
 методы многоагентного \mbox{взаимодействия}, но и~классические централизованные
 системы управления технологическими данными и~знаниями.}
\end{enumerate}