自配置制造工业代理(SMIA)：融合语义建模与分布式执行的工业4.0标准化解决方案

为解决工业4.0中异构资产集成与自主协同的难题，研究人员提出自配置制造工业代理(SMIA)框架，通过融合资产管理壳(AAS)、能力-技能-服务(CSS)模型与FIPA-ACL通信标准，实现数字孪生(DT)的自动化生成与分布式执行。该研究开发了基于Eclipse BaSyx、OWLReady2和SPADE的工具链，在机器人物流场景验证了其可行性，为构建灵活、可扩展的智能制造系统提供了标准化实践路径。

　　

在工业4.0向工业5.0演进的浪潮中，制造系统正面临分布式、柔性化和人机协同的新挑战。尽管Asset Administration Shell（AAS）、Capability-Skill-Service（CSS）等标准化框架为互操作性提供了理论基础，但如何将这些模型转化为可执行的数字孪生（Digital Twin, DT）仍存在实现瓶颈。传统解决方案多局限于被动数据模型或集中式管理架构，缺乏支持资产自主决策和社会化协作的机制。这一技术断层严重制约了智能工厂的动态重构能力和人机协同效率。

针对这一核心问题，研究人员创新性地提出自配置制造工业代理（Self-configurable Manufacturing Industrial Agents, SMIA）框架。该研究通过双重突破实现标准化与执行的有机统一：首先构建基于OWL本体的CSS语义扩展模型，使AAS具备动态功能描述能力；其次开发自动化工具链，将增强型AAS转化为符合FIPA标准的工业代理。关键技术整合了Eclipse BaSyx SDK的模型解析能力、OWLReady2的语义推理功能以及SPADE多智能体平台，形成从语义建模到分布式执行的完整技术栈。

研究采用模块化设计方法，通过扩展IDTA标准子模型（如Asset Interfaces Description）实现物理资产对接，并创新性地在CSS模型中区分AssetCapability与AgentCapability两类功能实体。验证实验部署于Docker容器化的机器人物流场景，包含运输机器人和操作员两类代理。结果显示，系统可在6.73秒内完成21个CSS元素的代理自配置，并通过FIPA-ACL协议实现多代理协商决策，响应时间控制在0.1秒以内。

关键研究发现包括：

1. 语义驱动架构：通过semanticId字段将AAS元素与OWL本体关联，建立可追溯的功能网络，支持动态能力匹配。
2. 双重能力模型：区分资产固有功能（如机器人运输）与代理社会功能（如协商），通过AgentService实现自主行为。
3. 分布式协商机制：采用2n+1消息协议实现负载均衡，验证了标准I4.0语言在实时协作中的可行性。

这项研究的重要意义在于打通了工业标准从理论到实践的转化通道：

1. 方法论创新：提出"模型-行为"分离的设计模式，支持渐进式数字化转型；
2. 技术整合：首次实现AAS、CSS与FIPA-ACL在开源工具链中的深度融合；
3. 应用价值：为中小企业提供轻量级解决方案，通过Docker容器降低部署门槛。

未来工作将聚焦OPC UA协议集成和Kubernetes集群部署，进一步验证系统在复杂生产计划执行中的表现。该成果为构建符合RAMI4.0架构的工业组件提供了可复用的技术蓝本，标志着工业信息集成从理论标准化迈向工程实用化的重要一步。