Neste capítulo inicia-se a descrição do modelo de escalonamento multi-agente. O modelo está organizado em dois níveis: o nível físico, exposto no presente capítulo, onde se definem componentes do modelo como nós (recursos), redes e tarefas no contexto de redes de produção e distribuição; e o nível virtual, exposto no Capítulo 4, onde o assunto principal são os agentes de rede e a interacção entre agentes necessária à coordenação da actividade de escalonamento.
O trabalho descrito neste capítulo e no Capítulo 4 estabelece as entidades básicas para a construção de um ambiente computacional no qual se possam simular a actividade de escalonamento num contexto multi-agente das redes cooperativas de produção e distribuição e testar mecanismos de coordenação no que respeita a essa actividade.
3.1 Introdução
A actividade de escalonamento de redes de produção e distribuição insere-se no contexto mais geral de gestão da cadeia de fornecimento (supply chain). Em particular, o modelo aqui desenvolvido tem aplicabilidade nas redes cooperativas de produção e distribuição, cujos nós são, em geral, pequenas e médias empresas especializadas, que cooperam no desempenho de vários tipos de tarefas bem definidas no processo de produção e distribuição. Assume-se o caso geral de uma rede multi-produto, ou seja, que entrega vários produtos finais para o exterior. Adopta-se o paradigma das redes de Empresa Estendida [Sackett 1994], [O'Neill 1994], [O'Neill 1996] ou [Browne 1996], onde existe uma perspectiva de conjunto da rede e os nós cooperam em pé de igualdade procurando conjugar objectivos individuais com objectivos globais da rede.
Numa rede de produção e distribuição pode-se considerar que existem macro-recursos, que são os nós de uma rede logística, que produzem, armazenam e transportam um conjunto de produtos. Estes macro-recursos podem ser fábricas, armazéns ou transportadoras, ligados por dependências em cadeia originadas pelo facto de as necessidades de produtos de uns serem satisfeitas por outros. Os nós da rede estão, portanto, ligados por relações de
cliente-fornecedor. Vários tipos de fluxos ocorrem neste contexto. No que toca ao
escalonamento das tarefas de cada nó da rede interessa considerar, em particular, dois tipos de fluxos: os fluxos físicos e os fluxos de informação. Um fluxo físico é um fluxo de produtos de montante para jusante na rede, de cada cliente para cada fornecedor, até ao mercado. Neste fluxo, fornecedores de matérias-primas abastecem produtores, produtores produzem produtos, distribuidores levam os produtos até ao cliente final (lojas, consumidor) e poderá haver vários estágios de produção e de distribuição. O fluxo de informação é um fluxo não físico necessário ao funcionamento da actividade na rede e no qual é, essencialmente, trocada informação sobre as necessidades de produtos. Este fluxo ocorre tanto no sentido jusante-montante, de cada cliente para cada fornecedor (encomendas) como no sentido inverso (aceitação ou rejeição de encomendas) e inclui informação necessária à sincronização das actividades (quantidades, datas). De acordo com [Forrester 1958] ou [Forrester 1961], para além dos fluxos físicos e dos fluxos de informação, outros tipos de fluxos ocorrem em redes de produção distribuição (e.g., fluxos de dinheiro, fluxos de mão-de-obra). No entanto, no presente trabalho, não se considera que esses fluxos sejam relevantes para a actividade de escalonamento.
A actividade de escalonamento das tarefas logísticas na rede de EE é entendida na perspectiva do paradigma Multi-Agente da Inteligência Artificial Distribuída (ver, por exemplo, [Bond 1988], [O'Hare 1996] ou [ICMAS 1996]), como um problema de coordenação multi-agente. Os agentes cooperam de modo a poderem respeitar certas restrições, nomeadamente capacidades limitadas dos nós da rede física, precedências temporais das tarefas de cada nó e datas limite para satisfação dos pedidos à rede. No entanto, os agentes poderão competir para satisfazer preferências individuais de escalonamento, como escalonar uma tarefa de modo a ser realizada o mais cedo possível, ou o mais tarde possível, ou de uma forma intermédia a estas duas extremas. Nesta perspectiva, o ambiente em que os agentes se inserem é
semi-cooperativo, i.e., o problema de escalonamento multi-agente é parcialmente adversario/parcialmente cooperativo, segundo as ideias expressas em [Yokoo 1991] e [Yokoo 1990].
O modelo aqui apresentado é dividido em dois níveis, o nível físico e o nível virtual. No nível físico existe a rede física de produção e distribuição com nós físicos (os macro-recursos), ou
simplesmente nós, entre os quais se estabelecem fluxos físicos de produtos. O nível virtual é um nível de decisão e troca de informação onde existem agentes (as empresas), denominados
agentes gestores, que afectam a capacidade dos nós a tarefas para satisfazer pedidos que eles
trocam entre si, de modo a satisfazer pedidos (encomendas) do exterior à rede. Os agentes são ligados por canais de comunicação através dos quais trocam informação. Cada agente gere a capacidade de um nó físico e cada nó físico é gerido por um agente.
Relativamente ao problema de escalonamento, os agentes gestores têm apenas uma perspectiva local do problema. Adicionalmente, e de acordo com o paradigma da EE, considera-se existir um agente especial, denominado agente supervisor, o qual não gere a capacidade de nenhum nó físico, mas tem uma função de integração e está associado a actividades de decisão ligadas a uma perspectiva global (abrangendo toda a rede de produção e distribuição) e num horizonte
Tabela 3-1- Classes de objectos do nível físico e sublcasses.
Classe Subclasses
dimensão produto quantidade tempo local
evento evento simples
nó nó de capacidade acumulador (S) processador produtor (P) transportador (T) nó de retalho (R) nó de matéria-prima (M) arco rede
tarefa tarefa de capacidade acumulação (S)
processamento produção (P) transporte (T) tarefa de retalho (R) tarefa de matéria-prima (M) fluxo processo
temporal de médio-longo prazo. Actividades de decisão ao nível táctico e estratégico,1 como o planeamento a médio e longo prazo, a previsão da procura ou a configuração da rede dizem respeito, portanto, ao agente supervisor. No modelo de escalonamento aqui desenvolvido considera-se que a intervenção do agente supervisor ocorre apenas para introdução de trabalho no sistema, isto é, para transmitir aos agentes localizados em pontos extremos da rede (apelidados agentes de retalho e agentes matéria-prima) pedidos do exterior à rede. O agente supervisor actua, deste modo, apenas como interface da rede com o exterior. No que respeita à actividade de escalonamento, considera-se que ela pertence estritamente a um nível operacional e que, portanto, não sofre qualquer influência do agente supervisor, apenas dizendo respeito aos agentes gestores. O envolvimento do agente supervisor na previsão da procura e no planeamento de médio e longo prazo e a influência destas actividades na actividade de escalonamento dos agentes gestores será objecto de trabalho futuro.
Na Tabela 3-1 identificam-se as principais classes de objectos definidas para o nível físico do modelo, que são descritas a seguir. As classes de objectos consideradas acessórias, porque apenas ajudam à definição das principais, são referidas e descritas apenas no contexto apropriado. No Apêndice A expõe-se um conjunto de diagramas de classes para o modelo desenvolvido que inclui as classes descritas no presente capítulo.
3.1.1 Convenções para Descrição dos Objectos do Modelo
Para a descrição das classes de objectos do modelo desenvolvido no presente trabalho adoptaram-se convenções que a seguir se expõem. Estas convenções aplicam-se ao presente capítulo e também ao Capítulo 4.