基于multi-Agent的發(fā)電企業(yè)信息集成平臺研究

2013-11-29 11:05:31 電力信息化　點擊量：評論 (0)

摘要：分析發(fā)電企業(yè)信息集成中存在的難點基礎上，提出了基于多Agent的發(fā)電企業(yè)信息集成平臺。詳細分析平臺中各類Agent的功能結構。給出不同Agent間協(xié)作機制，以及實現(xiàn)技術。該集成平臺為解決目前發(fā)電企業(yè)中存在的

摘要：分析發(fā)電企業(yè)信息集成中存在的難點基礎上，提出了基于多Agent的發(fā)電企業(yè)信息集成平臺。詳細分析平臺中各類Agent的功能結構。給出不同Agent間協(xié)作機制，以及實現(xiàn)技術。該集成平臺為解決目前發(fā)電企業(yè)中存在的信息孤島問題，同時也為未來發(fā)電企業(yè)信息系統(tǒng)實現(xiàn)管控一體化提供一種新的解決方法。
關鍵詞：multi-agent 發(fā)電企業(yè) 信息化集成

0引言
隨著電力市場化改革的逐步推進，發(fā)電企業(yè)所面臨的市場環(huán)境發(fā)生著深刻的變化，上網(wǎng)電價以及原料的價格都隨市場發(fā)生波動，能夠靈活跟蹤這些因素的變動來安排生產成為發(fā)電企業(yè)贏得未來的關鍵。發(fā)電企業(yè)的這些新的競爭壓力要求發(fā)電企業(yè)構建具有高度集成化、高度柔性化和靈活性的信息化集成平臺來支持企業(yè)對于不斷變化的環(huán)境的適應。
但是多數(shù)發(fā)電企業(yè)的信息化建設一般是逐步實現(xiàn)的，因而，在初期的系統(tǒng)建設時，很難兼顧對以后新加入系統(tǒng)的兼容以及數(shù)據(jù)的共享問題，更談不上業(yè)務的有效集成，所以要實現(xiàn)發(fā)電企業(yè)的經營管理與運行控制的一體化變得極為困難。
因此，本文結合目前人工智能技術和計算機語言發(fā)展的先進經驗，提出了基于multi-Agent技術的系統(tǒng)集成模型。以期為實現(xiàn)發(fā)電企業(yè)經營管理和運行控制的整合，為企業(yè)效率的提高提供一種新的解決思路。

1 發(fā)電企業(yè)信息化架構
發(fā)電企業(yè)是生產型企業(yè)，從供應鏈的角度是采購燃料-生產發(fā)電-競價上網(wǎng)售電的價值實現(xiàn)過程。隨著電力行業(yè)體制的改革，發(fā)電企業(yè)的處于復雜多變的市場環(huán)境中，因而對上游供應商與下游電網(wǎng)的供給與需求變動極為敏感。故此SCM（供應鏈管理系統(tǒng)）、ERP組合系統(tǒng)、CRM系統(tǒng)AM系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、、GIS系統(tǒng)等構成發(fā)電企業(yè)信息化平臺中的主要系統(tǒng)。

1.1 構建發(fā)電企業(yè)信息集成平臺的難點
（1）信息資源異構現(xiàn)象嚴重
如圖1所示的信息化架構中的各個系統(tǒng)由于技術上的特點以及時間的前后關系造成異構平臺、異構網(wǎng)絡、異構系統(tǒng)等問題的大量存在，這些都是實現(xiàn)企業(yè)信息集成的障礙。
（2）“管控一體化”是實現(xiàn)發(fā)電企業(yè)信息集成的核心難題
發(fā)電企業(yè)一般都應用了大量的自動化系統(tǒng)，產生大量的實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)使用都與一般管理信息系統(tǒng)存在很大的不同。必然涉及到處理實時數(shù)據(jù)與關系數(shù)據(jù)的整合，異構數(shù)據(jù)的整合問題；管理信息系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)的信息隨機交互問題；如何實現(xiàn)過程控制與企業(yè)決策、管理的整合問題。
（3）“信息孤島”現(xiàn)象嚴重
“信息孤島”問題是發(fā)電企業(yè)信息化過程中比較突出的問題。發(fā)電企業(yè)一般建設了許多小型的MIS系統(tǒng)，相互之問無法通訊，也無法集成。這種狀況導致大量的信息需要重復輸入，信息不一致導致工作失誤等。
基于此，在保留現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎上，提出應用multi-Agent技術整合現(xiàn)有系統(tǒng)實現(xiàn)信息系統(tǒng)集成平臺的建設。
2 基于多Agent的系統(tǒng)集成平臺模型

該模型系統(tǒng)根據(jù)所完成的功能劃分為3個基本層次，分別是用戶層、中間協(xié)調層和資源任務層，相應的有4類Agent，它們分別是用戶Agent、協(xié)調Agent、資源Agent以及任務Agent。根據(jù)系統(tǒng)需要可以隨時增加新的任務，如添加新的系統(tǒng)只需生成新的任務Agent和協(xié)調Agent。
用戶層由一組用戶Agent組成，發(fā)電企業(yè)的工作人員通過用戶Agent與其它Agent進行通信和協(xié)同工作。包括將工作人員提供的信息初始化為一個任務，對結果和過程的解釋（使工作人員隨時了解任務的進展情況），以及向工作人員詢問附加的信息。用戶Agent的外在表現(xiàn)形式和功能以及用戶Agent連接的拓撲結構，取決于工作人員的業(yè)務特征和工作習慣。
協(xié)調層由多個協(xié)調Agent構成，其中每一個Agent對應于發(fā)電企業(yè)中粗粒度的具有一定特定性和原子性的業(yè)務處理元過程。協(xié)調層是發(fā)電企業(yè)運營控制活動的反映，它位于資源任務層和用戶層之間，用于協(xié)調用戶層和資源任務層共同完成對復雜任務的處理。協(xié)調層負責解釋并執(zhí)行用戶層傳來的信息，根據(jù)Agent內部的知識庫將任務分解，協(xié)調資源任務層的任務Agent與資源Agent動作，完成發(fā)電企業(yè)工作人員下達的指令。本層是整個集成系統(tǒng)設計的重點：涉及到發(fā)電企業(yè)運營管理活動的模型化以及運行控制活動的模型化，以及二者的一體化集成。需要借助面向對象技術將發(fā)電企業(yè)實體業(yè)務活動模型化，以及構建Agent連接的拓撲結構對發(fā)電企業(yè)組織結構和業(yè)務流程的自適應調整算法等。目標是不僅滿足發(fā)電企業(yè)經營管理的需要，而且能適應發(fā)電企業(yè)管理信息系統(tǒng)與運行控制系統(tǒng)一體化的需要。　　
資源任務層既是發(fā)電企業(yè)原有系統(tǒng)與新系統(tǒng)的整合，又是功能與信息分解處理的體現(xiàn)。發(fā)電企業(yè)的原有系統(tǒng)包括： DCS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)、ERP/EAM系統(tǒng)、運行優(yōu)化系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)都是發(fā)電企業(yè)原有業(yè)務流程的真實反映，對應每一個任務Agent，同時，資源Agent負責管理各個系統(tǒng)產生的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)異構數(shù)據(jù)的集成。可見，資源任務層是發(fā)電企業(yè)信息集成平臺的基礎，各種異質信息資源在此進行融合，各種原有系統(tǒng)功能在此集成。

3 Agent功能結構
整個模型中的Agent的功能為：用戶Agent可以靈活的提供不同用戶對系統(tǒng)的操作；協(xié)調Agent負責執(zhí)行用戶Agent下達的指令信息，據(jù)此作出系統(tǒng)決策和規(guī)劃；任務Agent管理執(zhí)行具體功能的已建或新建應用系統(tǒng)，主要指在發(fā)電企業(yè)里正在運行的各類子系統(tǒng)，資源Agent負責對信息資源的集成。
資源任務層Agent之間是相對獨立的，每個Agent各自完成自己的任務；同時任務Agent之間資源Agent之間又是相關的，多個Agent通過協(xié)調Agent協(xié)同工作完成用戶提交的復雜任務。
3.1　資源任務層Agent功能結構
資源任務層是集成異質信息資源的重要場所。包括兩類Agent：任務Agent和資源Agent。發(fā)電企業(yè)原有系統(tǒng)可以分為兩類：一類為處于孤島運行狀態(tài)，獨立完成特定任務，如DCS系統(tǒng)等控制系統(tǒng)；另一類是以數(shù)據(jù)庫為核心的信息處理系統(tǒng)。對第一類原有系統(tǒng)，在其之上建立任務Agent，具體的功能實現(xiàn)由原有系統(tǒng)完成。對第二類原有系統(tǒng)，在其之上建立資源Agent，資源Agent包含一套自主執(zhí)行的搜索工具，用它收集用戶請求的信息，并將結果保存在用戶指定的位置。
任務Agent接收協(xié)調Agent送來的服務請求，首先判斷本身能否提供用戶需要的服務，如不能，則送回拒絕響應；如能，則把服務請求轉換成對具體數(shù)據(jù)源的操作，并把服務結果送回相應的協(xié)調Agent。當某個任務Agent只能部分地完成一個服務請求時，則該任務Agent能自動地與其他任務Agent建立連接，協(xié)同完成該服務請求。
根據(jù)功能可將任務Agent（RA）定義如下：
〈RA〉：=〈label〉〈數(shù)據(jù)描述和知識〉〈DB〉　　
〈數(shù)據(jù)描述和知識〉：=〈本地數(shù)據(jù)描述〉〈知識庫〉〈通信協(xié)作機制〉〈感覺〉　
〈本地數(shù)據(jù)描述〉：=〈語義〉〈句法〉〈結構〉〈方法〉〈屬性〉〈方法接口〉　　
〈知識庫〉：=〈事件-動作規(guī)則〉〈如何獲得幫助〉〈向誰報告〉　　
〈感覺〉：=〈信念〉〈意向〉〈承諾〉〈責任〉
〈DB〉：=〈主題數(shù)據(jù)庫編號〉〈主題數(shù)據(jù)庫名稱〉〈Table〉
資源Agent （ZA）的定義如下：
〈ZA〉：=〈label〉〈數(shù)據(jù)描述和知識〉　　
〈數(shù)據(jù)描述和知識〉：=〈本地數(shù)據(jù)描述〉〈知識庫〉〈通訊協(xié)作機制〉〈感覺〉　　　　
〈本地數(shù)據(jù)描述〉：=〈語義〉〈句法〉〈結構〉〈方法〉〈屬性〉〈方法接口〉　　
〈知識庫〉：=〈事件-動作規(guī)則〉〈如何獲得幫助〉〈向誰報告〉　　
〈感覺〉：=〈信念〉〈意向〉〈承諾〉〈責任〉
3.2　協(xié)調層Agent功能結構
協(xié)調Agent的主要功能是完成過程規(guī)劃和服務請求管理的任務，它作為中介管理用戶Agent的服務請求，對收到的服務請求，協(xié)調Agent進行任務分解，將一個服務分解為若干任務，并對任務進行規(guī)劃，請求其它相關聯(lián)的協(xié)調Agent共同完成，以獲得最大可能的并行性。協(xié)調層中Agent網(wǎng)絡的拓撲結構和關聯(lián)關系構成發(fā)電企業(yè)業(yè)務處理模型。
協(xié)調層Agent（XA）的結構定義如下：
〈XA〉：=〈label〉〈本地數(shù)據(jù)描述〉〈任務處理描述器〉〈知識庫〉〈通信協(xié)作機制〉〈感覺〉　
〈本地數(shù)據(jù)描述〉：=〈語義〉〈句法〉〈結構〉〈方法〉〈屬性〉〈方法接口〉　　　　
〈知識庫〉：=〈事件-動作規(guī)則〉〈如何獲得幫助〉〈向誰報告〉　　　　
〈感覺〉：=〈信念〉〈意向〉〈承諾〉〈責任〉　　
3.3　用戶層Agent功能結構
用戶Agent主要管理系統(tǒng)與用戶的接口，其主要功能包括：（1）向用戶收集相關信息以初始化一個任務；（2）提供包括結果和解釋的相關信息；（3）在解決問題時向用戶詢問附加的信息；（4）有必要的話獲得用戶的確認。
從用戶角度看，用戶Agent（UA）是用戶的秘書。用戶Agent維護屬于用戶的一個工作項列表。該工作項列表代表運行之前需要該用戶處理的所有任務。
〈UA〉：=〈label〉〈本地數(shù)據(jù)描述〉〈操作描述器〉〈知識庫〉〈通信協(xié)作機制〉〈感覺〉
〈工作項列表〉　　
〈本地數(shù)據(jù)描述〉：=〈語義〉〈句法〉〈結構〉〈方法〉〈屬性〉〈方法接口〉　
〈知識庫〉：=〈事件-動作規(guī)則〉〈如何獲得幫助〉〈向誰報告〉　　
〈感覺〉：=〈信念〉〈意向〉〈承諾〉〈責任〉
〈工作向列表〉：=〈label〉〈任務項〉〈屬性〉

4模型中多Agent的協(xié)作機制
模型中不同Agent之間協(xié)作過程共分為相互聯(lián)系的以下四個步驟。（1）當某一用戶發(fā)出請求，用戶Agent負責對用戶請求的解釋；（2）協(xié)調Agent采用服務請求管理模型和過程規(guī)劃模型來構造，將該任務進行分解為若干個子任務，并對其并行性進行規(guī)劃，產生若干操作步驟；（3）協(xié)調Agent向提供服務的任務和資源Agent發(fā)出請求并獲得結果；（4）協(xié)調Agent執(zhí)行完所有的子任務后將結果匯總返回用戶，同時通知用戶Agent。這樣就完成一次Agent的協(xié)作過程。

5實現(xiàn)技術　　
發(fā)電企業(yè)信息集成平臺的實現(xiàn)，可選擇JAVA，Visual .net等支持CORBA的開發(fā)工具，以及XML語言實現(xiàn)信息的集成。
CORBA(公共對象請求代理)是OMG定義的標準和框架，支持異構環(huán)境下不同應用之間的互操作。CORBA技術能很好地支持網(wǎng)絡異構環(huán)境下對數(shù)據(jù)源的訪問。
XML是一種中介標示語言，XML提供了一種獨立的運行程序的方法來共享數(shù)據(jù)，它是用來自動描述信息的一種新的標準語言，能夠很容易描述結構化和非結構化的數(shù)據(jù)，為不同格式的數(shù)據(jù)提供一種簡單易用、高效開放的數(shù)據(jù)集成平臺，有效支持用戶對異構數(shù)據(jù)源的訪問。

6結論
本文在分析發(fā)電企業(yè)信息結構框架的基礎上，分析構建信息系統(tǒng)集成平臺的存在的問題，進而提出基于多Agent的發(fā)電企業(yè)信息化集成平臺模型。并對模型中各類Agent功能和結構進行詳細的分析，最后給出多個Agent之間的協(xié)作機制以及實現(xiàn)技術。
由分析可知，該信息平臺能夠將現(xiàn)有的系統(tǒng)整合到一起，實現(xiàn)信息共享，提高系統(tǒng)的效率，同時為未來整個平臺的擴充提供條件，即實現(xiàn)新系統(tǒng)和已有系統(tǒng)間的應用和數(shù)據(jù)的整合，具有較好的開放性和擴展性。
因此，該集成模型為解決目前發(fā)電企業(yè)中存在的信息化孤島問題以及未來實現(xiàn)“管控一體化”提供了新的思路。

參考文獻
（1） JYCPan, JMTenebaum.An intelligent agent framework for enterprise integration. IEEE Transon Systems,Manand Cybernetics,1991,21(6):1391～1408
（2） Guan X，Cheng M，Liu B．Agent-oriented software engineering[J]． Journal of System Science and System Engineering，2001，10(1)：44-49．
（3）趙文龍，候義斌（Zhao Wenlong，Hou Yibin）．Agent 的概念模型及其應用技術（The concept model and application technology ofAgent）[J]．計算機工程與科學（Computer Engineering &Science），2000，22(6)：75-79．
（4） Luo Y，Liu K C．A multi-agent secision support system for stocktrading[J]．IEEE Network，2002，4(2)：32-34．
（5） Rich E．Parallel and distributed AI[Z]．Artificial Intelligence second section．

陳永權，男，1972年1月生，遼寧人，華北電力大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)博士研究生，華北電力大學工商管理學院講師，主要研究方向為電力市場理論及應用，決策支持系統(tǒng)與專家系統(tǒng)在管理中的應用。
E-mail:cyq@ncepubj.edu.cn 通訊：華北電力大學（北京）工商管理學院，102206，電話：13511025322，010-80798461

肖湘寧，男，華北電力大學（北京）電機工程系，系主任，博士生導師，主要研究方向為電力電子技術及控制。xxnylp@public.bta.net.cn

宋永華，男，英國布魯內爾大學終身教授，英國皇家工程院院士，主要研究方向為電力市場，電力調度。yonghuasonguk@brunel.edu.uk