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1、基 于 对 象 Agen t 的 计 算 机 集 成 过 程 运 行 系 统 建 模 研 究 X杨 爱 东 郭 壮 秦 宏 启 袁 一(大 连 理 工 大 学 化 学 工 程 系 , 116012)摘 要 运 用 面 向 对 象 方 法 学 、 KAD S 原 理 以 及 分 布 式 人 工 智 能 领 域 的 A gent 概 念 , 用 对 象 描述 过 程 领 域 , 用 A gent 描 述 过 程 运 行 决 策 系 统 , 建 立 一 种 基 于 对 象 A gent 的 计 算 机 集 成 过 程 运行 (C IPO )系 统 模 型 。 通 过 开 发 实 例 系 统 T E
2、C IPO S, 说 明 了 该 模 型 的 应 用 及 优 点 。关 键 词 计 算 机 集 成 过 程 运 行 系 统 , 面 向 对 象 , KAD S 原 理 ,A gent分 类 号 TQ 015. 91 引 言近 年 来 , 计 算 机 集 成 制 造 系 统 (C IM S) 出 现 了 从 汽 车 、 电 子 、 机 械 等 制 造 业 向 石 油 化 工 、 冶金 、 热 能 等 过 程 工 业 扩 展 的 趋 势 , 被 称 为 计 算 机 集 成 过 程 系 统 C IPS1 。 C IPS 可 以 划 分 为 经营 与 生 产 两 个 相 对 独 立 的 系 统 。 所
3、 谓 经 营 系 统 , 其 作 用 是 根 据 企 业 的 外 部 环 境 因 素 (如 市 场 、 相关 法 规 等 )和 企 业 内 部 的 整 体 生 产 能 力 , 确 定 发 展 规 划 、 技 术 改 造 规 划 以 及 生 产 计 划 , 以 追 求 最佳 综 合 效 益 ; 而 生 产 系 统 则 通 过 调 度 、 操 作 优 化 、 先 进 控 制 、 监 视 诊 断 等 活 动 , 实 现 经 营 系 统 下达 的 生 产 计 划 及 环 境 、 安 全 、 质 量 等 方 面 的 指 令 , 保 障 生 产 的 安 全 、 平 稳 、 优 化 运 行 。 C IPS
4、中 的生 产 系 统 又 称 为 计 算 机 集 成 过 程 运 行 系 统 (Compu ter In tegrated P rocess Operation System ,简 称 C IPO S) , 它 是 从 信 息 、 任 务 和 工 具 3 个 方 面 对 各 个 孤 立 的 计 算 机 辅 助 过 程 运 行 (CA PO )系 统 的 集 成 2 , 目 前 尚 属 新 的 研 究 领 域 。对 于 C IPO S 系 统 的 开 发 , 一 项 很 基 础 的 工 作 即 是 建 立 描 述 其 体 系 结 构 的 系 统 模 型 。 是 否有 一 个 好 的 模 型 做
5、指 导 , 对 C IPO S 的 开 发 效 率 及 运 行 、 维 护 性 能 将 产 生 重 要 影 响 。本 文 运 用 面 向 对 象 方 法 学 和 知 识 工 程 中 的 KAD S 原 理 , 并 引 入 A gen t 概 念 , 建 立 一 个 基于 对 象 A gen t 的 C IPO S 模 型 。 该 模 型 的 优 点 将 通 过 一 开 发 实 例 予 以 说 明 。2 C IPOS 建 模 研 究2. 1 面 向 对 象 方 法 学 与 KAD S 原 理面 向 对 象 (O b ject- O rien tation, 简 称 O - O ) 方 法 学 3
6、, 4 是 近 年 来 在 面 向 对 象 编 程 技 术 基础 上 发 展 起 来 的 系 统 开 发 方 法 , 包 括 面 向 对 象 分 析 (OOA )、 面 向 对 象 设 计 (OOD ) 和 面 向 对 象实 现 3 个 部 分 。 其 中 ,OOA 和 OOD 完 成 系 统 的 构 件 及 相 互 关 系 的 辨 识 与 定 义 , 即 完 成 对 客 观世 界 的 模 型 化 , 因 此 这 两 个 阶 段 又 合 称 为 面 向 对 象 的 建 模 (OOM )。 KAD S (Know ledge A cqu i2sition and D esign Structu
7、re)原 理 5 在 知 识 工 程 中 以 其 4 层 “ 专 业 知 识 模 型 ” 著 称 。 这 4 层 知 识分 别 是 领 域 、 推 理 、 任 务 和 策 略 。 领 域 层 知 识 是 对 问 题 求 解 所 涉 及 对 象 本 身 的 概 念 、 属 性 、 关 系等 方 面 知 识 的 描 述 , 而 另 3 层 体 现 了 对 问 题 求 解 过 程 的 分 解 并 合 称 为 “ 控 制 知 识 ” 。 从 其 “ 专 业知 识 模 型 ” 可 以 看 出 , KAD S 原 理 提 供 了 一 种 一 般 意 义 上 的 信 息 分 类 与 分 层 方 法 。第 1
8、4 卷 第 3 期V o l. 14 N o. 3控 制 与 决 策CON T ROL A N D D EC IS ION 1999 年 5 月M ay 1999X 1997- 01- 08 收 稿 , 1997- 12- 08 修 回本 文 将 OOM 方 法 与 KAD S 原 理 结 合 起 来 , 把 C IPO S 中 的 构 件 视 为 “ 对 象 ” , 并 参 照KAD S 原 理 的 “ 专 业 知 识 模 型 ” , 作 为 各 类 对 象 辨 识 与 定 义 的 依 据 。2. 2 C IPOS 中 主 要 对 象 的 分 类C IPO S 的 “ 领 域 ” 部 分 对
9、 应 于 过 程 物 理 系 统 , 由 多 个 操 作 单 元 (如 反 应 、 分 离 、 换 热 、 控 制 回路 )组 成 ;“ 控 制 ” 部 分 则 对 应 于 过 程 决 策 系 统 , 它 由 多 个 决 策 单 元 (如 调 度 、 诊 断 、 优 化 )组 成 。 基于 这 种 认 识 , 定 义 C IPO S 中 两 种 主 要 对 象 : 1)过 程 对 象 , 主 要 用 于 过 程 物 理 系 统 的 信 息 及 领 域知 识 的 表 述 及 提 供 有 关 服 务 ; 2) 决 策 对 象 (即 A gen t) , 表 述 过 程 决 策 系 统 的 问 题
10、求 解 信 息 , 并实 现 决 策 任 务 。2. 3 过 程 对 象通 过 对 过 程 工 业 的 一 般 分 析 , 首 先 定 义 了 超 类 “ CP rocessO b ject” , 并 派 生 如 下 5 种 过 程 对象 类 : CF low sheet (流 程 ) , CU n itOperation (操 作 单 元 ) , CCon tro lL oop (控 制 回 路 ) , CStream(流 股 )和 CComponen t (组 分 )。 其 中 , 前 3 类 是 过 程 对 象 的 主 体 , 它 们 的 属 性 包 括 各 种 设 计 与操 作 数 据
11、 项 ; 方 法 则 包 括 数 据 、 知 识 与 模 型 的 更 新 维 护 等 信 息 管 理 以 及 为 各 种 过 程 运 行 决 策 任务 提 供 数 据 存 取 及 模 型 运 算 服 务 。 图 1 描 述 了 过 程 对 象 类 间 的 “ 继 承 ” 和 “ 组 成 ” 关 系 。图 1 过 程 对 象 关 系 模 型2. 4 决 策 对 象2. 4. 1 A gen t 概 念 的 引 入A gen t 是 近 年 来 在 分 布 式 人 工 智 能 (DA I) 领 域 很 受 关 注 的 概 念 6, 7 。 从 建 模 的 角 度 看 ,A 2gen t 是 对 现
12、 实 世 界 中 某 类 实 体 的 抽 象 描 述 , 可 将 其 作 为 O - O 系 统 中 一 类 特 殊 对 象 来 处理 8, 9 。 在 借 鉴 前 人 工 作 的 基 础 上 , 把 A gen t 引 入 面 向 对 象 的 C IPO S 模 型 之 中 。 与 描 述 过 程 领域 知 识 的 被 动 对 象 相 区 别 , 这 里 的 A gen t 是 对 各 种 过 程 运 行 决 策 任 务 进 行 抽 象 而 得 到 的 一 种具 有 决 策 功 能 的 对 象 , 它 可 以 利 用 数 学 计 算 或 规 则 推 理 完 成 特 定 操 作 任 务 , 并
13、 能 够 通 过 消 息 机制 (包 括 感 知 和 发 送 事 件 )与 过 程 对 象 及 其 它 A gen t 交 互 以 完 成 信 息 传 递 与 协 调 。2. 4. 2 C IPO S 中 A gen t 的 定 义首 先 定 义 一 个 超 类 “ CA gen t” 。 CA gen t 是 过 程 运 行 决 策 领 域 的 顶 层 类 , 定 义 各 A gen t 类 的共 有 属 性 和 方 法 。 其 属 性 包 括 对 象 名 、 所 面 向 的 过 程 对 象 的 标 识 、 事 件 信 息 的 输 出 输 入 缓 冲 区等 ; 方 法 包 括 创 建 、 启
14、 动 、 事 件 监 听 、 事 件 接 收 等 。CA gen t 的 派 生 类 对 象 是 过 程 运 行 决 策 领 域 中 具 有 特 定 决 策 功 能 的 实 体 , 根 据 实 现 决 策 功能 的 方 式 划 分 为 : 基 于 任 务 框 架 的 CT askF ram eExecu to r、 集 成 已 有 系 统 的 CW rapper 和 支 持决 策 者 介 入 的 CPersonnel。 其 中 , CT askF ram eExecu to r 借 鉴 了 KAD S 原 理 , 特 征 是 按 “ 任 务 框架 + 一 组 基 本 方 法 ” 模 式 实 现
15、 决 策 , 它 的 子 类 分 布 于 实 时 监 控 、 操 作 管 理 和 生 产 管 理 等 3 个 层次 之 上 ; CW rapper 的 特 点 是 利 用 CA gen t 的 设 施 实 现 其 事 件 处 理 功 能 , 而 决 策 部 分 则 通 过 定142第 14 卷 第 3 期 杨 爱 东 等 : 基 于 对 象 A gen t 的 计 算 机 集 成 过 程 运 行 系 统 建 模 研 究 义 与 已 有 系 统 的 接 口 并 调 用 该 系 统 来 实 现 ; CPersonnel 与 上 述 两 种 CA gen t 派 生 类 以 依 靠 软件 成 分 实
16、 现 某 种 决 策 功 能 有 所 不 同 , 它 通 过 实 现 与 决 策 者 有 关 的 事 件 的 监 听 、 接 收 、 展 示 和 发送 , 支 持 各 级 生 产 决 策 人 员 (如 Operato r, Engineer, P roductionM anager) 对 决 策 系 统 的 参 与 。上 述 派 生 关 系 如 图 2 所 示 。图 2 CAgen t 的 派 生 类2. 5 C IPOS 中 的 其 它 对 象 类除 了 过 程 对 象 类 和 A gen t 类 , C IPO S 在 运 行 中 还 需 以 下 对 象 类 的 支 持 : CDocum en t (文档 ) , 包 括 CP rocessR epo rt 和 CBu sinessIn struction, 用 于 C IPO S 与 C IPS 的 经 营 系 统 之 间 的 信息 交 换 ; CT im er (
