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    1、引言

    70 年代以來(lái)，工業(yè)制造進(jìn)入計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）階段。CIMS中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控、管理和控制，這涉及到眾多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的分布式自動(dòng)控制和信息集成。20多年來(lái)，這種分布式控制系統(tǒng)經(jīng)歷了若干發(fā)展階段，從集散控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）到智能控制-維護(hù)-管理集成系統(tǒng)（ICMMS），控制單元日益智能化，控制的方式日益走向多智能控制單元的協(xié)同工作模式。現(xiàn)代化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不再是簡(jiǎn)單的傳感器和控制器，它具有一定的自主控制、數(shù)據(jù)管理和通信能力，在這一點(diǎn)上它已發(fā)展成一種智能自主體（Agent）。因此，分布式控制系統(tǒng)技術(shù)與計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作（CSCW）技術(shù)具有相似點(diǎn)。未來(lái)的分布式控制系統(tǒng)將突出智能性和系統(tǒng)性，并日益與生產(chǎn)、管理過程的其他環(huán)節(jié)集成，實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性的現(xiàn)場(chǎng)控制。

    2、集散控制系統(tǒng)

    集散控制系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CRT技術(shù)、圖形顯示技術(shù)及人機(jī)接口技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的。DCS既不同于分散的儀表控制，又不同于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，而是克服了二者的缺陷而集中了二者的優(yōu)勢(shì)。DCS的結(jié)構(gòu)是一個(gè)分布式、分支樹狀結(jié)構(gòu)。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行垂直分解，它分為過程控制級(jí)和控制管理級(jí)，各級(jí)既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，每一級(jí)又可水平分解成若干子集。從功能分散看，縱向分散意味著不同級(jí)的不同功能，如實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程管理等，橫向分則意味著同級(jí)設(shè)備具有類似功能。

圖1 DCS結(jié)構(gòu)圖

    DCS是采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化的設(shè)計(jì)，由過程控制級(jí)、控制管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)組成的一個(gè)以通訊網(wǎng)絡(luò)為紐帶的集中顯示而操作管理、控制相對(duì)分散的實(shí)用系統(tǒng)。它具有如下特點(diǎn)：

    自主性：系統(tǒng)上各工作站是通過網(wǎng)絡(luò)接口連接起來(lái)的，各工作站獨(dú)立自主地完成自己的任務(wù)，且各站的容量可擴(kuò)充，配套軟件隨時(shí)可組態(tài)加載，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的高可靠性子系統(tǒng)。
協(xié)調(diào)性：實(shí)時(shí)高可靠的工業(yè)控制局部網(wǎng)絡(luò)使整個(gè)系統(tǒng)信號(hào)共享，各站之間從總體功能及優(yōu)化處理方面具有充分的協(xié)調(diào)性。
 
    在線性與實(shí)時(shí)性：通過人機(jī)接口和I/O接口，對(duì)過程對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析、記錄、監(jiān)視、操作控制，可進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組態(tài)回路的在線修改、局部故障的在線維修。 

    高可靠性：高可靠性是DCS的生命力所在，從結(jié)構(gòu)上采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，使得在任一個(gè)單元失效的情況下，仍然保持系統(tǒng)的完整性，即使全局性通信或管理失效，局部站仍能維持工作。從硬件上包括操作站、控制站、通訊鏈路都采用雙重化配置。從軟件上采用分段與模塊化設(shè)計(jì)，積木式結(jié)構(gòu)，采用程序卷回或指令復(fù)執(zhí)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)。 

    適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性：硬件和軟件采用開放式，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)積木式結(jié)構(gòu)，具有靈活的配置可適應(yīng)不同用戶的需要。工廠改變生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程時(shí)只需改變系統(tǒng)配置和控制方案，相應(yīng)使用組態(tài)軟件填一些表格即可實(shí)現(xiàn)。
友好性：DCS軟件面向工業(yè)控制技術(shù)人員、工藝技術(shù)人員和生產(chǎn)操作人員，采用實(shí)用而簡(jiǎn)捷的人機(jī)會(huì)話系統(tǒng)，CRT高分辨率交互圖形顯示，復(fù)合窗口技術(shù)，畫面豐富，縱觀、控制、調(diào)整、趨勢(shì)、流程圖、回路一覽、批量控制、計(jì)量報(bào)表、操作指導(dǎo)畫面、菜單功能等均具有實(shí)時(shí)性。平面密封式薄膜操作鍵盤、觸摸式屏幕、鼠標(biāo)器、跟蹤球等操作器更便于操作。

    DCS 已經(jīng)歷了三代。1975年Honewell公司推出的TDC2000集散控制系統(tǒng)是一個(gè)具有許多微處理器的分級(jí)控制系統(tǒng)，以分散的控制設(shè)備來(lái)適應(yīng)分散的過程對(duì)象，并將它們通過數(shù)據(jù)高速公路與基于CRT的操作站相連接，互相協(xié)調(diào)，一起實(shí)施實(shí)時(shí)工業(yè)過程的控制和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的功能分散，負(fù)荷分散從而危險(xiǎn)性也分散。在此期間世界各國(guó)相繼推出了自己的第一代DCS。第二代產(chǎn)品在原來(lái)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了可靠性，新開發(fā)的多功能過程控制站、增強(qiáng)型操作站、光纖通信等更完善了DCS。其特點(diǎn)是采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)通信向標(biāo)準(zhǔn)化遷移，板級(jí)模塊化，單元結(jié)構(gòu)化，使之具有更強(qiáng)適應(yīng)性和可擴(kuò)充性。控制功能更加完善，它能實(shí)現(xiàn)過程控制、數(shù)據(jù)采集、順序控制和批量控制功能。第三代產(chǎn)品開發(fā)了高一層次的信息管理系統(tǒng)。其共同特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了開放式的系統(tǒng)通信，向上能與MAP和Ethernet接口，或者通過網(wǎng)間連接器與其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，構(gòu)成復(fù)合管理系統(tǒng)；向下支持現(xiàn)場(chǎng)總線，它使得過程控制或車間的智能變送器、執(zhí)行器和本地控制器之間實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。過程控制組態(tài)采用CAD方法，使其更直觀方便，實(shí)現(xiàn)自整定功能。

    當(dāng)今DCS向綜合化、開放化發(fā)展。90年代工廠自動(dòng)化要求各種設(shè)備(計(jì)算機(jī)、DCS、單回路調(diào)節(jié)器、PLC等)之間的通信能力加強(qiáng)，以便構(gòu)成大系統(tǒng)。開放性的結(jié)構(gòu)將方便地與指揮生成管理的上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)。同時(shí)在大型DCS進(jìn)一步完善和提高的同時(shí)，發(fā)展小型集散控制系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)代控制理論，應(yīng)用人工智能技術(shù)，以微處理器為基礎(chǔ)的智能設(shè)備相繼出現(xiàn)，如智能變送器、可編程調(diào)節(jié)器、智能PID自整定控制、智能人機(jī)接口，以至于智能DCS。總的發(fā)展趨勢(shì)可體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：各制造廠商都在“開放性”上下功夫，力求使自己的DCS與其他廠商的產(chǎn)品很容易地聯(lián)網(wǎng)；大力發(fā)展和完善DCS的通信功能，并將生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與工廠管理系統(tǒng)聯(lián)結(jié)在一起，形成管控一體的產(chǎn)品；高度重視系統(tǒng)的可靠性，在軟件的設(shè)計(jì)中采用容錯(cuò)技術(shù)；在控制功能中，不斷引進(jìn)各種先進(jìn)控制理論，以提高系統(tǒng)的控制性能，如自整定、自適應(yīng)、最優(yōu)、模糊控制等；在系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)上，形成由小到大的產(chǎn)品，以適應(yīng)不同規(guī)模的需求。

    3、現(xiàn)場(chǎng)總線

    現(xiàn)場(chǎng)總線克服了DCS系統(tǒng)中通信由封閉的專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中所產(chǎn)生的缺陷，把基于封閉專用的解決方案變成基于公開標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案；同時(shí)把集中與分散相結(jié)合的DCS集散控制結(jié)構(gòu)，變成新型的全分布式結(jié)構(gòu)，圖2所示；同時(shí)把集中與分散相結(jié)合的DCS集散控制結(jié)構(gòu)，變成新型的全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，依靠現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備本身實(shí)現(xiàn)基本控制功能。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)總線示意圖

    FCS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是針對(duì)現(xiàn)存的DCS的某些不足，利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)改造DCS。DCS經(jīng)過多年的發(fā)展，具有集中監(jiān)控、分散控制、操作方便、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，如DCS采用多操作站對(duì)等式的結(jié)構(gòu)，利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和冗余技術(shù)，每一臺(tái)操作站可以操作控制系統(tǒng)內(nèi)的任一臺(tái)儀表，加上多操作站的互相備份方式，使得可靠性大為提高。在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)DCS的結(jié)構(gòu)存在一些不足之處，如控制不能做到徹底分散，危險(xiǎn)仍然相對(duì)集中；由于系統(tǒng)的不開放性，不同廠家的產(chǎn)品不能互換、互聯(lián)，限制了用戶的選擇范圍。

    現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)，促使了DCS向現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS演化。目前FCS的模型一般是針對(duì)小型系統(tǒng)，在這類系統(tǒng)中，F(xiàn)F協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)儀表可以組成控制回路，使控制站的一部分功能下移分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表中，減輕了控制站負(fù)擔(dān)，使得控制站可以專職于執(zhí)行復(fù)雜的控制算法。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制應(yīng)用，可以把控制站取消，在控制站的位置代之以起連接現(xiàn)場(chǎng)總線作用的網(wǎng)橋和集線器，操作站直接與現(xiàn)場(chǎng)儀表相連，構(gòu)成FCS。

圖3 典型現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)圖

    FCS想要在實(shí)際中取代DCS，既要具備DCS所具有的功能，又要能克服DCS的缺點(diǎn)。FCS由于采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，在開放性、控制分散等方面優(yōu)于傳統(tǒng)DCS。但是FCS是一種新技術(shù)，目前甚至連標(biāo)準(zhǔn)本身都還沒有制定完畢，因此與成熟的DCS相比，在技術(shù)、開發(fā)、生產(chǎn)供應(yīng)、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)等諸方面都還存在一些欠缺。由于這些原因，F(xiàn)CS取代DCS將是一個(gè)逐漸的過程。在這一過程中，會(huì)出現(xiàn)一些過渡型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系統(tǒng)。用戶將現(xiàn)場(chǎng)總線連接到獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，服務(wù)器配有DCS中連接操作站的上層網(wǎng)絡(luò)的接口，與操作站直接通信，見圖4。

圖4 支持現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的DCS

    4、智能控制 - 維護(hù) - 管理集成系統(tǒng)

    智能控制―維護(hù)―管理集成系統(tǒng)90年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新概念、新方法、新技術(shù)。它以智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的手段，使企業(yè)和生產(chǎn)過程獲得高性能、高可靠和高效益。它是21世紀(jì)企業(yè)發(fā)展的方向。ICMMS以分布式的智能測(cè)量與操縱系統(tǒng)(intelligent actuation and measurement system， IAMS)為基礎(chǔ)，通過信息交換與共享，將控制、維護(hù)和技術(shù)管理系統(tǒng)(control maintenance and technical management system， CMMS)集成為一個(gè)有機(jī)整體，即ICMMS。

    在ICMMS體系結(jié)構(gòu)中，控制、維護(hù)和技術(shù)管理子系統(tǒng)分別由相應(yīng)的工作站和一系列相應(yīng)的子功能組成。其中，各工作站通過現(xiàn)場(chǎng)總線和以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)的智能執(zhí)行器和智能傳感器以及其他的工作站交換信息，實(shí)現(xiàn)較高級(jí)的控制、維護(hù)和技術(shù)管理功能；而一系列相應(yīng)的子功能則被分布到各智能執(zhí)行器和傳感器中。與常規(guī)設(shè)備不同，智能化設(shè)備具有信息處理、存儲(chǔ)和通信功能，它們一方面為上級(jí)功能模塊提供信息，另一方面實(shí)現(xiàn)一定的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制、維護(hù)與管理功能。

    控制、維護(hù)和管理是相互聯(lián)系的，相互制約的。CMMS就是把控制、維護(hù)和管理三者集成為一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)。CMMS是在三者的交集上來(lái)考察和處理問題，充分利用各部分的信息，做出最優(yōu)決策，獲得最高效益。

    IAMS包括四個(gè)智能模塊：

    a. 目標(biāo)分析模塊：分析用戶要求與裝置及生產(chǎn)過程的一致性和相關(guān)性。 

    b. 態(tài)勢(shì)分析模塊：提供給用戶關(guān)于裝置及生產(chǎn)過程狀態(tài)、特性的綜合報(bào)告 ( 含歷史、現(xiàn)狀、趨勢(shì)及仿真 ) 。

    c. 狀態(tài)及故障分析模塊：根據(jù)技術(shù)的有效性(閥值、濾波)、操作運(yùn)行的有效性(硬件冗余校核)、功能有效性(功能與過程狀態(tài)的相關(guān)性)確定觀察是否有效，對(duì)故障的類型、性質(zhì)、部位進(jìn)行診斷和分析。

    d. 決策分析模塊。用來(lái)支持選擇控制策略，以便根據(jù)有效的觀察達(dá)到有效的目標(biāo)。

    上述4個(gè)模塊之間的信息是相互交流的，且是一致的。因而，所作出的決策將是在綜合考慮了受控對(duì)象狀態(tài)和運(yùn)行要求后，能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)目標(biāo)的最優(yōu)決策。

    將CMMS和IAMS兩子系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，就構(gòu)成了完整的ICMMS系統(tǒng)，如圖5所示。其中，集成模式子系統(tǒng)CMMS將控制、維護(hù)和技術(shù)管理功能集成在一起，使企業(yè)和生產(chǎn)過程獲得高性能、高利用率和高效益；分布模式子系統(tǒng)IAMS作為CMMS的支持系統(tǒng)主要完成過程的測(cè)量和執(zhí)行，為CMMS系統(tǒng)提供所需的信息。

圖5 CMMS-IAMS系統(tǒng)

    ICMMS的總體體系結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖6中，自下而上的第1層是生產(chǎn)過程，在此存在著不同形式的物質(zhì)流和能量流。第2層是一個(gè)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式系統(tǒng)，由若干智能執(zhí)行器(intelligent actuator， 縮寫為IA)和智能傳感器(intelligent sensor，縮寫為IS)組成，它們一方面對(duì)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)加以采集，并經(jīng)過適當(dāng)處理后送到總線上，以提供一致的和有效的信息；另一方面對(duì)從現(xiàn)場(chǎng)總線上取得的操作命令加以處理并執(zhí)行。第3層是與現(xiàn)場(chǎng)總線和企業(yè)網(wǎng)同時(shí)相連的負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)控制、維護(hù)和技術(shù)管理的工作站，它們從現(xiàn)場(chǎng)總線獲取生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線和企業(yè)網(wǎng)彼此交換信息和發(fā)出指令，并為運(yùn)行管理人員提供良好的人機(jī)界面。最上層是整個(gè)企業(yè)的管理層。從其構(gòu)成可以看出，在ICMMS，只存在數(shù)據(jù)流和信息流，因而可以將其理解為一種工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的信息集成技術(shù)。

 
圖6 ICMMS體系結(jié)構(gòu)示意圖

    5、控制子系統(tǒng)的智能化

    IAMS 的智能模塊化已反映了控制子系統(tǒng)的智能化發(fā)展趨勢(shì)（圖7）。現(xiàn)代分布式控制系統(tǒng)中，傳感器和執(zhí)行器不再是是簡(jiǎn)單的信號(hào)轉(zhuǎn)換和控制設(shè)備。它具有一定的自主性，具有簡(jiǎn)單的判斷能力和通信能力。下面以智能傳感器的發(fā)展來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明這一點(diǎn)。

圖7 IAMS模型結(jié)構(gòu)

    智能傳感器采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)(Embedded system)，將CPU、存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換器和輸入、輸出功能集成在一塊芯片上，傳感器信號(hào)可以直接以數(shù)字量形式輸出，使信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換工作從計(jì)算機(jī)端下移到現(xiàn)場(chǎng)端，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代智能儀表的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是除了象傳統(tǒng)傳感器一樣輸出被測(cè)信號(hào)量外，還能給出傳感器自身的狀況信息，使得系統(tǒng)控制人員能隨時(shí)掌握系統(tǒng)中各傳感器的運(yùn)行現(xiàn)狀和維修、更換傳感器的時(shí)間，為整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了可靠的保障。智能傳感器的第三個(gè)強(qiáng)有力功能是自帶控制功能，許多簡(jiǎn)單的控制算法(如PID控制)可以直接由智能傳感器完成，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

    智能傳感器與傳統(tǒng)的傳感器有著本質(zhì)的區(qū)別，它是一個(gè)以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)，以CPU為處理核心，以數(shù)字通信為變送方式的傳感器和變送器的統(tǒng)一體。這種傳感器比普通的智能傳感器又增加了數(shù)字通信功能，或者說(shuō)它是面向網(wǎng)絡(luò)的，具有聯(lián)網(wǎng)功能。總線式智能傳感器是新一代的信息采集裝置，每個(gè)這樣的傳感器都是智能化網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，各自決定系統(tǒng)的運(yùn)行而不需求助于中央控制器的控制。在這種全分布式系統(tǒng)中，測(cè)控點(diǎn)的模件面向網(wǎng)絡(luò)，用軟件規(guī)定系統(tǒng)的行為，而不求助于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的聯(lián)接，不需要復(fù)雜聯(lián)線，可以即插即用，實(shí)際上這種系統(tǒng)是多個(gè)智能傳感器與智能執(zhí)行器的集成。這種系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)具有良好的交互性，因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)每個(gè)結(jié)點(diǎn)都可以是組態(tài)結(jié)點(diǎn)的控制器，所以具有按照意愿的組態(tài)能力，且系統(tǒng)的建立和擴(kuò)展簡(jiǎn)單易行。

    因此，現(xiàn)代智能傳感器和執(zhí)行器的行為更多地表現(xiàn)得象一個(gè)agent。在人工智能領(lǐng)域中，用agent表示具有一定智能的實(shí)體以區(qū)別于一般的實(shí)體（object）。它可以是物理實(shí)體或抽象實(shí)體，可以進(jìn)行推理決策和問題求解，是一種具有智能的邏輯單元。用agent可以建立一些系統(tǒng)的控制模型，基于agent的模型是一種擬人化的模型，因而可以將控制系統(tǒng)中人的行為和其它控制單元的行為統(tǒng)一起來(lái)，提供一種統(tǒng)一的描述方法。在分布式人工智能中，agent之間通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，agent做為網(wǎng)絡(luò)上的智能結(jié)點(diǎn)，構(gòu)成分布式多agent系統(tǒng)。多agent系統(tǒng)(MAS)具有適應(yīng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)自組織能力，因而在許多領(lǐng)域受到重視。在客觀世界中，由于知識(shí)和活動(dòng)本質(zhì)上是分布的，使得DAI（distributed artificial intelligence）具有很強(qiáng)的應(yīng)用性，同時(shí)，在邏輯上、語(yǔ)義上、時(shí)間上、空間上的分布使得DAI系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，而且它還具有高效率、高可靠性和低成本的特點(diǎn)，這形成了DAI與工業(yè)應(yīng)用相結(jié)合的強(qiáng)大動(dòng)力。同時(shí)，DAI也提供了一種研究開放式系統(tǒng)的途徑。隨著DAI理論在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，agent的含義也得到了擴(kuò)展和延伸。在一些環(huán)境中agent表示具有封閉功能、能自主決策的功能實(shí)體，被稱為“自主體”；在另一些環(huán)境中，agent的作用與其原來(lái)的詞義相同，只是代表功能實(shí)體處理一切外部事務(wù)，根據(jù)功能實(shí)體（當(dāng)事者）的運(yùn)行情況負(fù)責(zé)對(duì)外的合作、協(xié)調(diào)，這種agent被稱為“代理”。無(wú)論作為“自主體”還是“代理”，agent都通過網(wǎng)絡(luò)連接，通過相互傳遞消息進(jìn)行工作，由于agent的擬人化的特征，agent的通信語(yǔ)言也比較接近自然語(yǔ)言。

    控制子系統(tǒng)的智能化為系統(tǒng)工作的協(xié)同化創(chuàng)造了條件。

    6、計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作

    控制子系統(tǒng)的智能性和它們之間的協(xié)同工作，使我們認(rèn)識(shí)到在傳感器和執(zhí)行器已具備簡(jiǎn)單智能的前提下，系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵在于如何提高各單元間的協(xié)同性。

    協(xié)同技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的一門新興課題，與之相關(guān)的學(xué)科通常被稱為計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作(Computer Supported Cooperative Work ，簡(jiǎn)稱 CSCW) 或群件。群件(Groupware)是指利用計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)為群體提供支持，并使之可協(xié)同工作的系統(tǒng)。關(guān)于群件的理論、技術(shù)、方法和應(yīng)用等相關(guān)研究是計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作研究范疇。“協(xié)同”概念既是CSCW應(yīng)用的重要特征也是CSCW應(yīng)用與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的重要區(qū)別所在。所以協(xié)同問題是CSCW核心課題。

    在CSCW系統(tǒng)中，事務(wù)處理的主體是agent。這些agent可以是自動(dòng)機(jī)器，也可以是人、組織、人―機(jī)系統(tǒng)（包括各種計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)）。在分布式控制系統(tǒng)中，agent就是智能傳感器和智能執(zhí)行器以及與技術(shù)管理、控制、維護(hù)有關(guān)的人員和控制設(shè)備。將它們變成自治單元agent一方面要豐富和完善子系統(tǒng)本身的問題求解能力，另一方面要增強(qiáng)子系統(tǒng)與外界環(huán)境保持協(xié)調(diào)一致的能力。一個(gè)有效的方法是為各子系統(tǒng)增加一些功能，如自主決策功能、通信功能、局部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、全局?jǐn)?shù)據(jù)訪問功能等，使子系統(tǒng)能自主決策，同時(shí)又能與其它子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)。通過這種方法，可以將控制系統(tǒng)由原來(lái)的遞階控制，緊密耦合的方式轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮Ⅰ詈系姆绞剑瑥亩岣呦到y(tǒng)的適應(yīng)性和容錯(cuò)性。

    智能控制網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)點(diǎn)在行為上是自治的，功能上是完整的，各結(jié)點(diǎn)相互平等，不存在嚴(yán)格的相互依賴關(guān)系，但它們之間可以相互傳遞消息，不同的消息類型、不同的內(nèi)容會(huì)導(dǎo)致消息接受者不同的響應(yīng)。每個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)其所能發(fā)出的消息和所能接收的消息都需要預(yù)先定義，每個(gè)結(jié)點(diǎn)的agent負(fù)責(zé)對(duì)消息進(jìn)行識(shí)別、解釋和處理。網(wǎng)絡(luò)上的消息都進(jìn)行編碼，每條消息擁有唯一的ID號(hào)，消息按作用分類，消息的種類和數(shù)量都允許擴(kuò)展。消息的傳遞按需要可采用廣播方式和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式。消息的形式有兩類：一類是通知消息，另一類是查詢消息。通知消息主動(dòng)告知接收者某些信息，如最新任務(wù)消息，包括任務(wù)的類型、復(fù)雜程度、交貨期要求、質(zhì)量要求等信息；查詢消息是消息發(fā)送者要得到別的結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息。

    由于智能agent具有自治的特點(diǎn)，它擁有自己的局部數(shù)據(jù)庫(kù)、局部知識(shí)庫(kù)和模型庫(kù)，當(dāng)它需要外部數(shù)據(jù)時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行查詢。每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有一個(gè)組件起著局部控制的作用，對(duì)結(jié)點(diǎn)的運(yùn)行進(jìn)行規(guī)劃。正因?yàn)槠渚植靠刂频奶攸c(diǎn)，控制優(yōu)化的目標(biāo)是以其本身利益為主的，其決策的依據(jù)一方面是領(lǐng)域知識(shí)，另一方面是網(wǎng)絡(luò)上的信息，在由多個(gè)結(jié)點(diǎn)合作完成同一任務(wù)的情況下，往往完全的局部控制不能達(dá)到最優(yōu)效果，需要提供一種協(xié)調(diào)機(jī)制。完全的局部控制和完全的全局控制都不能使系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)。在智能制造系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)的各結(jié)點(diǎn)分布自治，同時(shí)也相互協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)者是動(dòng)態(tài)的，不是事先指定的，根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)的分配動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生協(xié)調(diào)者，協(xié)調(diào)的方法是傳遞不同內(nèi)容的消息，通過談判協(xié)商來(lái)達(dá)到協(xié)調(diào)的目的。同時(shí)，還可以在智能制造網(wǎng)絡(luò)上增加具有特殊功能的結(jié)點(diǎn)，起監(jiān)視作用，這可視系統(tǒng)功能的需求而定。監(jiān)視結(jié)點(diǎn)不能直接控制所監(jiān)視的結(jié)點(diǎn)的行為，監(jiān)視和協(xié)調(diào)仍然采用消息傳遞的方法，這是智能制造系統(tǒng)的控制模式，通過這樣的模式，網(wǎng)絡(luò)上各結(jié)點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)盡管不同，而網(wǎng)絡(luò)接口基本相似。

    基于agent的智能控制系統(tǒng)采用分布式體系結(jié)構(gòu)：賦予系統(tǒng)各組成實(shí)體或子系統(tǒng)以較大的自主權(quán)，使其形成智能自主體，以智能結(jié)點(diǎn)的形式用計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，各結(jié)點(diǎn)在邏輯上是平等的（相互之間沒有直接控制的關(guān)系），在物理上是分散的，在功能上是獨(dú)立的，各結(jié)點(diǎn)之間是一種松散耦合的關(guān)系，結(jié)點(diǎn)間通過傳遞消息相互聯(lián)系，在共同的通信語(yǔ)言基礎(chǔ)上相互協(xié)調(diào)合作，共同完成任務(wù)。智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖8。

圖8 智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    7、總結(jié)

    本文詳細(xì)分析介紹了智能分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展和面臨的問題，在傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，參考CSCW、ICMMS，提出了一個(gè)基于多agent的分布式智能控制系統(tǒng)框架。利用分布式人工智能原理，建立一種沒有中心控制器的智能控制環(huán)境，控制系統(tǒng)中的各功能子系統(tǒng)通過智能agent連接到智能控制網(wǎng)絡(luò)上，通過消息機(jī)制進(jìn)行交流，使得信息、知識(shí)、控制設(shè)備以及人的智能都成為網(wǎng)絡(luò)上的共享資源。這種結(jié)構(gòu)符合了子系統(tǒng)的智能化和系統(tǒng)控制的協(xié)同化兩大趨勢(shì)。