基于multi-Agent的發電企業信息集成平臺研究

2013-11-29 11:05:31 電力信息化　點擊量：評論 (0)

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

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

0引言
隨著電力市場化改革的逐步推進，發電企業所面臨的市場環境發生著深刻的變化，上網電價以及原料的價格都隨市場發生波動，能夠靈活跟蹤這些因素的變動來安排生產成為發電企業贏得未來的關鍵。發電企業的這些新的競爭壓力要求發電企業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對于不斷變化的環境的適應。
但是多數發電企業的信息化建設一般是逐步實現的，因而，在初期的系統建設時，很難兼顧對以后新加入系統的兼容以及數據的共享問題，更談不上業務的有效集成，所以要實現發電企業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展的先進經驗，提出了基于multi-Agent技術的系統集成模型。以期為實現發電企業經營管理和運行控制的整合，為企業效率的提高提供一種新的解決思路。

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

1.1 構建發電企業信息集成平臺的難點
（1）信息資源異構現象嚴重
如圖1所示的信息化架構中的各個系統由于技術上的特點以及時間的前后關系造成異構平臺、異構網絡、異構系統等問題的大量存在，這些都是實現企業信息集成的障礙。
（2）“管控一體化”是實現發電企業信息集成的核心難題
發電企業一般都應用了大量的自動化系統，產生大量的實時數據，數據結構、數據管理、數據使用都與一般管理信息系統存在很大的不同。必然涉及到處理實時數據與關系數據的整合，異構數據的整合問題；管理信息系統與工業控制系統的信息隨機交互問題；如何實現過程控制與企業決策、管理的整合問題。
（3）“信息孤島”現象嚴重
“信息孤島”問題是發電企業信息化過程中比較突出的問題。發電企業一般建設了許多小型的MIS系統，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，在保留現有系統的基礎上，提出應用multi-Agent技術整合現有系統實現信息系統集成平臺的建設。
2 基于多Agent的系統集成平臺模型

該模型系統根據所完成的功能劃分為3個基本層次，分別是用戶層、中間協調層和資源任務層，相應的有4類Agent，它們分別是用戶Agent、協調Agent、資源Agent以及任務Agent。根據系統需要可以隨時增加新的任務，如添加新的系統只需生成新的任務Agent和協調Agent。
用戶層由一組用戶Agent組成，發電企業的工作人員通過用戶Agent與其它Agent進行通信和協同工作。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務特征和工作習慣。
協調層由多個協調Agent構成，其中每一個Agent對應于發電企業中粗粒度的具有一定特定性和原子性的業務處理元過程。協調層是發電企業運營控制活動的反映，它位于資源任務層和用戶層之間，用于協調用戶層和資源任務層共同完成對復雜任務的處理。協調層負責解釋并執行用戶層傳來的信息，根據Agent內部的知識庫將任務分解，協調資源任務層的任務Agent與資源Agent動作，完成發電企業工作人員下達的指令。本層是整個集成系統設計的重點：涉及到發電企業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電企業實體業務活動模型化，以及構建Agent連接的拓撲結構對發電企業組織結構和業務流程的自適應調整算法等。目標是不僅滿足發電企業經營管理的需要，而且能適應發電企業管理信息系統與運行控制系統一體化的需要。　　
資源任務層既是發電企業原有系統與新系統的整合，又是功能與信息分解處理的體現。發電企業的原有系統包括： DCS系統、MIS系統、ERP/EAM系統、運行優化系統等。這些系統都是發電企業原有業務流程的真實反映，對應每一個任務Agent，同時，資源Agent負責管理各個系統產生的數據，實現異構數據的集成。可見，資源任務層是發電企業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的操作；協調Agent負責執行用戶Agent下達的指令信息，據此作出系統決策和規劃；任務Agent管理執行具體功能的已建或新建應用系統，主要指在發電企業里正在運行的各類子系統，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通過協調Agent協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。發電企業原有系統可以分為兩類：一類為處于孤島運行狀態，獨立完成特定任務，如DCS系統等控制系統；另一類是以數據庫為核心的信息處理系統。對第一類原有系統，在其之上建立任務Agent，具體的功能實現由原有系統完成。對第二類原有系統，在其之上建立資源Agent，資源Agent包含一套自主執行的搜索工具，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據源的操作，并把服務結果送回相應的協調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，協同完成該服務請求。
根據功能可將任務Agent（RA）定義如下：
〈RA〉：=〈label〉〈數據描述和知識〉〈DB〉　　
〈數據描述和知識〉：=〈本地數據描述〉〈知識庫〉〈通信協作機制〉〈感覺〉　
〈本地數據描述〉：=〈語義〉〈句法〉〈結構〉〈方法〉〈屬性〉〈方法接口〉　　
〈知識庫〉：=〈事件-動作規則〉〈如何獲得幫助〉〈向誰報告〉　　
〈感覺〉：=〈信念〉〈意向〉〈承諾〉〈責任〉
〈DB〉：=〈主題數據庫編號〉〈主題數據庫名稱〉〈Table〉
資源Agent （ZA）的定義如下：
〈ZA〉：=〈label〉〈數據描述和知識〉　　
〈數據描述和知識〉：=〈本地數據描述〉〈知識庫〉〈通訊協作機制〉〈感覺〉　　　　
〈本地數據描述〉：=〈語義〉〈句法〉〈結構〉〈方法〉〈屬性〉〈方法接口〉　　
〈知識庫〉：=〈事件-動作規則〉〈如何獲得幫助〉〈向誰報告〉　　
〈感覺〉：=〈信念〉〈意向〉〈承諾〉〈責任〉
3.2　協調層Agent功能結構
協調Agent的主要功能是完成過程規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，并對任務進行規劃，請求其它相關聯的協調Agent共同完成，以獲得最大可能的并行性。協調層中Agent網絡的拓撲結構和關聯關系構成發電企業業務處理模型。
協調層Agent（XA）的結構定義如下：
〈XA〉：=〈label〉〈本地數據描述〉〈任務處理描述器〉〈知識庫〉〈通信協作機制〉〈感覺〉　
〈本地數據描述〉：=〈語義〉〈句法〉〈結構〉〈方法〉〈屬性〉〈方法接口〉　　　　
〈知識庫〉：=〈事件-動作規則〉〈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〉〈本地數據描述〉〈操作描述器〉〈知識庫〉〈通信協作機制〉〈感覺〉
〈工作項列表〉　　
〈本地數據描述〉：=〈語義〉〈句法〉〈結構〉〈方法〉〈屬性〉〈方法接口〉　
〈知識庫〉：=〈事件-動作規則〉〈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的協作機制
模型中不同Agent之間協作過程共分為相互聯系的以下四個步驟。（1）當某一用戶發出請求，用戶Agent負責對用戶請求的解釋；（2）協調Agent采用服務請求管理模型和過程規劃模型來構造，將該任務進行分解為若干個子任務，并對其并行性進行規劃，產生若干操作步驟；（3）協調Agent向提供服務的任務和資源Agent發出請求并獲得結果；（4）協調Agent執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的協作過程。

5實現技術　　
發電企業信息集成平臺的實現，可選擇JAVA，Visual .net等支持CORBA的開發工具，以及XML語言實現信息的集成。
CORBA(公共對象請求代理)是OMG定義的標準和框架，支持異構環境下不同應用之間的互操作。CORBA技術能很好地支持網絡異構環境下對數據源的訪問。
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據，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據，為不同格式的數據提供一種簡單易用、高效開放的數據集成平臺，有效支持用戶對異構數據源的訪問。

6結論
本文在分析發電企業信息結構框架的基礎上，分析構建信息系統集成平臺的存在的問題，進而提出基于多Agent的發電企業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之間的協作機制以及實現技術。
由分析可知，該信息平臺能夠將現有的系統整合到一起，實現信息共享，提高系統的效率，同時為未來整個平臺的擴充提供條件，即實現新系統和已有系統間的應用和數據的整合，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電企業中存在的信息化孤島問題以及未來實現“管控一體化”提供了新的思路。

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陳永權，男，1972年1月生，遼寧人，華北電力大學電力系統及其自動化專業博士研究生，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，決策支持系統與專家系統在管理中的應用。
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