趙亮

摘 要：本文首先給出了復(fù)雜系統(tǒng)的定義，并探討了復(fù)雜系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及存在的問題，同時在此基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)對復(fù)雜系統(tǒng)問題的平行控制方法，闡述了其ACP思想、基本原理和優(yōu)勢等，還闡述了平行控制理論的核心技術(shù)及其在乙烯生產(chǎn)和城市交通中的應(yīng)用，描述了平行控制理論研究和應(yīng)用實踐的前景與展望。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜系統(tǒng)；人工系統(tǒng)；平行控制；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.193

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷進步，工業(yè)系統(tǒng)愈加復(fù)雜，這種復(fù)雜性既體現(xiàn)在工程上，也體現(xiàn)在社會層面，具有交互性及動態(tài)開放性等特征，尤其是互聯(lián)網(wǎng)的興起，過去十分簡單的系統(tǒng)能夠迅速的聯(lián)網(wǎng)擴展，復(fù)雜化在所難免?，F(xiàn)有控制理論未將將社會復(fù)雜性考慮在內(nèi)，無法正確處置正常狀態(tài)下的各種變化和非正常狀態(tài)的應(yīng)急事件?；诖?，正視現(xiàn)有生產(chǎn)模式缺失，分析和探索復(fù)雜系統(tǒng)的控制，利用人工系統(tǒng)與實際系統(tǒng)并舉的平行系統(tǒng)方法，實現(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)的管理與控制至關(guān)重要。

1 平行控制理論的基本思想

平行系統(tǒng)是由某一個自然的實際系統(tǒng)和對應(yīng)的一個或多個虛擬或理想的人工系統(tǒng)所組成的共同系統(tǒng)。在現(xiàn)有控制理論無法控制復(fù)雜系統(tǒng)現(xiàn)象的驅(qū)使下，平行控制理論框架應(yīng)運而生，平行控制理論框架下的ACP方法體系包括人工系統(tǒng)（Artiicial Sys tems）、計算實驗（Compu t ing Ex-pe r iments）和平行控制（Parallel Control）。

2 控制理論歷史回顧

任何理論都不是一蹴而就的，控制理論更是如此，它經(jīng)過了長時間的發(fā)展和完善，逐漸成為現(xiàn)代科技事業(yè)核心技術(shù)之一。 控制理論的發(fā)展經(jīng)過了三個階段：一是經(jīng)典控制理論階段，發(fā)展時期是20世紀(jì)40-60年代；二是現(xiàn)代控制理論階段，發(fā)展時期是20世紀(jì)60-70年代；三智能控制理論階段。平行控制的研究將極大的促進控制理論向第四個階段發(fā)展，其將計算技術(shù)、科學(xué)實驗和理論研究三種科學(xué)研究手段結(jié)合起來，既是在研究方式上的創(chuàng)新，也是研究手段上的創(chuàng)新。

3 平行控制核心技術(shù)

（1）基于代理控制（ABC）技術(shù)。對于ACP平行控制層而言，基于代理控制（ABC）技術(shù)具有舉足輕重的作用，它直接影響著控制決策。ABC控制策略是基于代理實現(xiàn)的，現(xiàn)場設(shè)備從控制中心接收的控制命令是具有相對獨立性和智能性的代理個體?，F(xiàn)階段基于代理控制（ABC）技術(shù)已經(jīng)在諸多領(lǐng)域中得到了良好應(yīng)用，比如智能交通系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等，均取得了不錯的成績。

（2）自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃（ADP）技術(shù)。自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃（ADP）其實質(zhì)上是一種增強式學(xué)習(xí)原理，它通過模擬人的學(xué)習(xí)思路來做出相應(yīng)反應(yīng)，一直被認(rèn)為是一種十分接近人腦智能的方法。在當(dāng)前的科學(xué)領(lǐng)域中，自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃（ADP）技術(shù)主要優(yōu)勢是能夠利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法實現(xiàn)對近似性能指標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)控制，具有良好的實用性、創(chuàng)新性和前沿性。

（3）語言動力系統(tǒng)。在平行控制理論中，人和社會因素的定量分析和評估是一個重要課題。語言動力系統(tǒng)將自然語言中的“詞”進行計算，捕捉其語言層次上的動態(tài)信息，并利用收集到的有效信息，把人類語言知識和計算機數(shù)字知識聯(lián)系起來，更直觀的描述系統(tǒng)，降低系統(tǒng)描述的復(fù)雜性。

（4）平行系統(tǒng)的并行計算技術(shù)。平行控制涉及計算量龐大，若僅采用人工系統(tǒng)進行計算，其工作量可想而知，勢必會影響到其工作效率，甚至工作質(zhì)量，此時應(yīng)借助高性能計算平臺，采取平行系統(tǒng)的并行計算技術(shù)，只有這樣才能將復(fù)雜龐大的工程簡單化，便于平行控制系統(tǒng)的良好管理和運行。

4 平行控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用

平行控制系統(tǒng)是在社會需要的推動下發(fā)展起來的，發(fā)展起來的平行控制系統(tǒng)能夠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)揮巨大的作用，這是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所不能比的。隨著我國經(jīng)濟體制的轉(zhuǎn)變，國內(nèi)企業(yè)中復(fù)雜工業(yè)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，迫切的需要平行控制技術(shù)。平行控制理論在很多方面已有幫助，本文重點分析了平行控制系統(tǒng)在乙烯生產(chǎn)控制和城市交通控制中的應(yīng)用，實踐證明，在復(fù)雜的工業(yè)過程中，一個良好的控制系統(tǒng)不僅能夠保證生產(chǎn)的需要，還能同時為廠家制造最大的經(jīng)濟效益，同時還能節(jié)約資源，有利于我們國家的可持續(xù)發(fā)展。

（1）在乙烯生產(chǎn)控制中的應(yīng)用。平行控制系統(tǒng)在乙烯生產(chǎn)控制中的應(yīng)用時間已久，最早是在中國科學(xué)院和中國石化的資助下，為茂名乙烯相繼開發(fā)了三個子系統(tǒng)，即平行學(xué)習(xí)與培訓(xùn)系統(tǒng)（PTS）、平行實驗與評估系統(tǒng)（PES）和平行控制與管理系統(tǒng)（PMS）。過去乙烯設(shè)備工藝多采用的是DCS，隨著乙烯生產(chǎn)需求和設(shè)備的更新，傳統(tǒng)的DCS已經(jīng)無法滿足需求，急需對其進行改革創(chuàng)新，PES便是在DCS基礎(chǔ)上形成的，它在傳統(tǒng)DCS中加入了車間管理、車間人員班組和統(tǒng)計分析的信息化，從而構(gòu)成了大閉環(huán)控制系統(tǒng)。并且對每個應(yīng)用步驟和環(huán)節(jié)建立模型，比如人工車間班組模型、人工車間分析模型等，形成一個完整的人工系統(tǒng)的大閉環(huán)控制系統(tǒng)，最終形成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。有資料顯示，自2009年上線以后，取得了良好的效果，不僅降低了勞動人員的工作強度，也大大提高了管理效率，同時生產(chǎn)事故發(fā)生率大大降低，提高乙烯丙烯收率0. 1～0. 2%。

（2）在城市交通控制中的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代城市的快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴張，城市空間布局與結(jié)構(gòu)調(diào)整劇烈，居民出行活動日益增多，且多數(shù)以汽車作為交通工具，導(dǎo)致交通需求快速增長，城市中心區(qū)域的道路在上下班等出行高峰時段無不處于擁堵狀態(tài)。城市的進一步發(fā)展目前主要被交通擁堵所制約，并且導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟損失。當(dāng)斯定律（Downs Law）表明“在城市交通不進行有效管制和控制的情況下，新建的道路設(shè)施會誘發(fā)新的交通量，而交通需求總是傾向于超過交通供給” [7]。現(xiàn)階段對城市交通的研究比較多，但城市交通具有復(fù)雜性和隨機性，在交通工程中應(yīng)用平行系統(tǒng)可使交通系統(tǒng)達(dá)到動態(tài)最優(yōu)化。平行交通控制與管理系統(tǒng)應(yīng)用到交通工程中包括實際交通系統(tǒng)和人工交通系統(tǒng)。其中人工交通系統(tǒng)正在不斷完善之中，其基本思想就是利用人工社會的理論與方法，把交通仿真方法推向一個更高的層次和更廣的視野，利用大型計算機和代理編程的建模技術(shù)，“生長”和“培育”交通系統(tǒng)，即“人工交通系統(tǒng)”，如下圖1所示。通過人工交通系統(tǒng)方法，可以對具體的交通系統(tǒng)進行試驗， 而且可以在幾乎無成本無風(fēng)險的情況下重復(fù)試驗， 進而對具體的交通解決方案進行全面、準(zhǔn)確、及時的評估和修正。平行交通控制與管理系統(tǒng)原型在2008年完成，2009年成功應(yīng)用于江蘇太倉太瀏公路上的交通信號控制系統(tǒng)改造項目，明顯改善了當(dāng)?shù)氐慕煌ōh(huán)境，取得了不錯的效果。當(dāng)前，該項研究在國內(nèi)已處于領(lǐng)先地位，相關(guān)成果也被應(yīng)用到其他大型交通疏散管理中，同樣得到了不錯的效果，由此可知，平行控制系統(tǒng)在城市交通控制應(yīng)用中的作用至關(guān)重要，且意義重大。

5 結(jié)語

平行控制理論對于復(fù)雜科學(xué)和智能科學(xué)領(lǐng)域而言，是一項重要的理論創(chuàng)新，對于這些領(lǐng)域來說其創(chuàng)新具有十分重要的現(xiàn)實意義：一是為生產(chǎn)過程中復(fù)雜行為模型提出了一種基于代理和人工社會模型的建模方法；二是為生產(chǎn)控制問題決策控制提出了一種基于人工系統(tǒng)的計算實驗方法；三是提出了平行控制框架。當(dāng)前平行控制理論經(jīng)過一段時間的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，在實際應(yīng)用中的效果也取得了初步成功。在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用示范中驗證相關(guān)理論研究和平臺開發(fā)成果。成果可申請專利和軟件著作權(quán)，將促進控制系統(tǒng)的跨越式發(fā)展，其影響還將擴散到整個傳統(tǒng)工業(yè)，甚至對我國工業(yè)和信息化進程帶來革命性影響。

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