基于Multi—Agent的农产品冷链物流系统协同优化分析

杨丽丽

中图分类号：F252 文献标识码：A

内容摘要：本文依据冷链物流各主要环节的功能以及运作需求，将农产品冷链物流各系统环节定义为Agent，并以安全与效率为目标，运用层次交叉模式以及多Agent技术，建立农产品冷链物流MAS系统模型。该模型通过多阶段协商Agent的具体功能，将复杂的农产品冷链系统，转化为多Agent协同运作的物流体系。结果表明，通过协商组成的Agent联盟，能够实现物流资源和任务协同配置，且动态性构建冷链协同物流系统，从而提高系统的安全性。

关键词：农产品 冷链物流 协同优化 物流体系 Agent技术

当前农产品冷链物流运作的基本模式

近年来，随着我国科学技术的高速发展，现代农产品储存、保鲜技术得到极大提高。农产品冷链物流发展环境，虽然在一定程度上得到完善，但是，仍然存在基础设施落后、市场标准化程度低、物流运作体系不健全等问题。据调查研究发现，我国农产品冷链物流运作模式主要分为两种，一种是依托批发市场的发展模式；另一种为依托小型加工贸易企业的发展模式。

依托批发市场的农产品冷链物流具体运作流程为：农户、生产基地将农产品出售给批发市场，由批发商进行初步加工，出售到二级批发市场、零售企业以及农贸市场，最后销售给消费者。经批发商初加工后的农产品，部分会进行保鲜、冷藏处理，根据市场需求进行供应。同时，冷链物流机构，将经过冷藏处理的农产品送到指定批发市场或零售企业，最后出售给消费者。

依托加工贸易企业的农产品冷链物流具体运作流程为：首先由农产品加工贸易企业借助信息科技掌握市场供求状况，根据市场需求向农户、生产基地进行采购，并对农产品进行精简、去垢以及包装等初级加工。经过加工后的农产品，由冷链物流机构运输到需求市场，进行最终出售。

基于安全与效率的农产品冷链物流MAS体系

引入Multi-Agent技术，能更好的解决农产品冷链物流的协调问题。系统构成主要包括管理代理（MAgent）、物流任务（TAgent）、物流資源代理（EAgent）以及物流单元（LUAgent）（见图1）。此系统具有动态性，并且是可重构的，MAgent收集订单并生成物流任务，根据物流的运输、仓储、配送、流通等环节与功能，把任务分解成多个TAgent。TAgent与EAgent通过协议与招标建立对应关系，然后EAgent推动LUAgent完成所分配的任务，并控制物流过程中的温度和质量。

农产品冷链物流系统多Agent协作模型构建

（一）基本假设与协商步骤

基本假设：Agent是协商事件的发起者与合作者；参与协商的Agent保有有限理性，且拥有自我约束与不完备信息；各自效用最大化是Agent追求目标；于协商双方而言，时间、温度、成本、安全风险等因素非常重要；最坏的结果就是协商失效。

协商步骤。MAgent接收需协同完成的任务T。TAgent通过网络发布任务，同时从服务商资料中筛选满足资格的Agent，保证最少有一个Agent能完成任务，则某项子任务才可进行多阶段协商。

第一步：MAgent发起协商事件，规定变量特征值（完成时间、报价、要求）。

第二步：提出建议和评价。应MAgent要求，潜在合作Agent给出相关报价建议。再由MAgent提出评价，如某方不满所提建议，则不断协商，直到达成一致。

第三步：多边协商与联盟。根据前期协商，MAgent把Agent组成联盟集合，且集中反馈信息，Agent协商决定联盟承接任务。

结束条件：达成一致。全部Agent对协商结果达成一致，代表此结果为最优解，则执行下一步；未达成一致。当提出的建议被拒，或不接受发起方的建议，表示发起者建议无解，则需再次协商或重新计划。

第四步：确认并执行协商结果。协商后建议若被接受，Agent提交执行时间表。

（二）MAgent与潜在EAgent之间的协商过程

MAgent与潜在EAgent之间的协商过程。MAgent分解任务后，针对子任务i，TAgent与潜在的EAgent进行协商，tmax是协议达成的最后期限。潜在的EAgent提出初始建议Sug0e→ta（i），其中e代表EAgent，ta指任务，i为某类子任务。若达到最后期限tmax，或EAgent拒绝了建议，则协商终止。在EAgent和TAgent协商线程中（见图2），建议与反建议时刻进行交替，直到最后达成一致。

设Ee（Sug）是MAgent关于建议Sug的函数，协商过程中的建议、反建议状态则表达为式（1）。在tn时刻，Sugtatn→e（i）是TAgent对EAgent提出的反建议。在tn-1时刻，对于EAgent所提建议，TAgent可能出现的反应为拒绝、接受或提出反建议，且协商最后要达成双方接受建议的目标。

（1）

在式（1）中，在tn时刻，设TAgent建议出价tat，而EAgent在tn-1的反建议为et，则在tn+1时刻，TAgent会采用如下策略：

（1）TAgent出价在[tat，et]区间分布，趋于tat时，概率密度函数为：

（2）

（2）TAgent出价在[tat，et]区间分布，趋于et时，概率密度函数为：

（3）

式（2）、（3）中M是权数因子，价格p∈[tat，et]，α表示特征参数，反映TAgent的协商策略偏向。策略（1）表示，TAgent认为随协商时间减少，而EAgent不太可能改变出价，所以做出让步，使出价趋于et，增大EAgent效用；策略（2）表示，TAgent相信随协商时间变短，EAgent会对出价进行让步，那么价格将趋于tat，增大TAgent效用。其中参数α代表让步程度。且α越大，概率密度曲线越平缓，而α的值足够大时，TAgent出价则均匀分布在[tat，et]区间。

潜在EAgent之间的协商过程。在协商后Agent组成虚拟企业的可能联盟集合为A1，A2，A3，…，An（n≥2），n维卡氏积是{（X1，X2，X3，…，Xn）│Xi∈Ai；（i=1，2，3，…，n）}，且各联盟集合Ai均能独立完成任务，{P1（i），P2（i），…，Pm（i）}是上阶段协商结果，集合中的成员为aj（aj∈Ai）（j=1，2，3，…，m），协商结果由TAgent反馈给Ai各成员。设节省成本为Caj（Ai），Caj（Bi）为管理成本，则各成員aj相应收益为式（4）：

（4）

式（4）中，表示Pi之外的额外报酬，βi是分配系数，T（s）是虚拟企业的整体收益。额外分配给成员企业的旁支付是评价虚拟企业的重要指标。在协商过程中，最大旁支付为。由此可见，组建虚拟企业，不仅可获得预期收益T（s），还有协同效益。即协商过程能对虚拟企业、成员企业实现效益最大化起到有效促进作用。

（三）模型分析

实验设计。本文设计案例进行模拟分析，以更好地阐述农产品冷链物流系统协商机制如何运行。假设北京市某物流企业甲，接受某物流任务，要求将一批苹果从莱阳市运往北京市新发地果品批发市场，合同金额为200万元/年。但是，甲企业不具备独立完成所有任务能力，所以将物流任务分为三个子任务。其中，任务1是从莱阳市冷藏运输到北京市某冷库，任务2是北京市冷库贮藏，任务3是把苹果从北京市冷库配送到零售终端。

此虚拟企业中，甲为核心企业。甲发布任务后，有下述9个具备资格的企业Agent投标各项子任务（如表1-3所示）。运输、仓储业、配送物流三类企业各3个（甲可对配送业务投标）。

假设所有服务商中，不存在EAgent，根据行业平均值（见表4），所有投标企业可成为潜在EAgent，则TAgent与EAgent主要进行关于价格的协商。

算例验证。在虚拟企业中，核心企业甲与潜在EAgent进行协商，如果任务1的市场价格在[1，2]（万元）之间，最多协商10次，最低报价ta0=1，TAgent期望报价taq=1.1，TAgent保留价tab=1.8，最高报价e0=2，潜在EAgent期望报价eq=1.9，潜在EAgent保留价es=1.2，TAgent激进出价，而潜在EAgent保守出价，得到：，，同理可得ta3=1.78，e3=1.744，故ta3>e3，协商成功，成交价格为1.762。

图3演示Agent之间进行协商、传达消息的状态，左边是各Agent的出价曲线，协商策略影响出价曲线的变化，出价曲线相交表示协商成功，交点价即为双方接受的价格，否则表示协商失败。

按上述步骤，将任务2和任务3进行协商。协商成功将组成Agent联盟，对物流资源和任务实现协同配置，且动态性的构建冷链协同物流系统，从而提高系统的安全性。

结果分析。基于安全和效率，合理假设Agent的各基本条件。通过研究MAgent与潜在EAgent之间的协商过程，采用多阶段协商模型，通过建议函数Sug，分析Agent多边、交互协商的策略与过程。并设计案例，进行模拟分析与算例验证，物流企业甲将物流任务分为三个子任务，多Agent对三个任务进行协商，协商策略影响出价曲线的变化。总结得出，基于MAS系统模型，构建农产品冷链物流系统，同时应用Agent多层次协调结构，能够降低系统复杂性，克服系统管理与扩展的困难，且有效降低系统的总成本，从而促进协同运作的优化。

政策建议

第一，提高冷链物流技术创新能力。优质农产品的消费需求不断提升，使农产品冷链物流的重要性日益突出。应鼓励企业大量引进国外先进冷链物流技术，有效提高农产品处理、加工环节的温度控制能力；流通物流企业应建设温度监控与追溯体系，稳妥推进农产品冷链对接，实现产销一体化冷链物流运作。同时，引入新型冷链物流设备、技术，重点研发包括高性能冷却装置、冷藏运输设备、监控追溯系统等装备技术，并完善转化科技研制成果得机制，加强企业自主研发与创新能力。

第二，制定冷链物流操作标准体系。规范的操作标准体系，能最大化保证农产品质量安全、降低损耗。相关部门应制订农产品保鲜、保温以及工程设施技术标准；完善农产品质量可追溯体制，以及数据采集管理标准。同时，积极推行与国际接轨的质量安全认证和市场准入制度，重点建立以HACCP管理体系原则为基础的全程质量控制体系；对居民消费安全影响密切的农产品执行国家强制性标准，重点关注易变质的肉类、果蔬等生鲜类产品。

第三，完善物流基础设施建设。冷链物流系统规划主要包括仓库、厂房、运输设备规划等硬件设施规划内容。冷链物流在运作过程中，对隔温、控温要求较高，因此，应加强温控仓储设备建设。同时，物流系统要降低库存费用，减少运输环节，应加大仓储环节基础设施投入，例如，传送带、土地、厂房等硬件设施。以确保物流运作流程顺利进行。