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《飛機(jī)設(shè)計(jì)雜志》2014年第三期

1基于角色的起飛協(xié)同決策并發(fā)機(jī)制

1.1基于角色的建模針對(duì)飛機(jī)起飛協(xié)同決策中各協(xié)作主體的特點(diǎn)，引入角色模型，利用角色的關(guān)系，采用加鎖和沖突檢測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)并發(fā)操作。角色建模是一種基于角色抽象的面向?qū)ο蠼７椒ǎ巧橄蟛煌谕ǔ＝C(jī)制所支持的這類抽象，它用一個(gè)角色刻畫一個(gè)特定的對(duì)象，角色具有可標(biāo)識(shí)性和封裝性；角色模型包含了一系列角色的集合，角色模型刻畫對(duì)象交互作用的主題、對(duì)象間的關(guān)系、對(duì)象協(xié)作時(shí)向協(xié)作者傳送的消息以及模型信息的處理過程[3]。角色建模方法是面向?qū)ο蠼７椒ǖ陌l(fā)展和補(bǔ)充，可以更好地描述系統(tǒng)中對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。基于角色的建模過程如圖1所示。（1）定義任務(wù)，對(duì)任務(wù)進(jìn)行分解，不同的角色得到不同的子任務(wù)。（2）不同的角色根據(jù)任務(wù)，形成虛擬活動(dòng)。（3）組合虛擬活動(dòng)，形成工作流。在形成工作流過程中需要不同角色之間協(xié)商實(shí)現(xiàn)。（4）將角色的虛擬活動(dòng)與具體信息綁定。考慮到不同活動(dòng)可能會(huì)出現(xiàn)沖突，因此需要經(jīng)過多輪、多階段協(xié)商實(shí)現(xiàn)。

1.2角色的形式化描述在快速運(yùn)送物資的任務(wù)中，參加任務(wù)的部門有航空公司各部門、機(jī)場以及管理部門等。為了實(shí)現(xiàn)這些部門參加協(xié)同決策，在建立飛機(jī)起飛并發(fā)控制決策過程角色模型時(shí)，主要考慮以下3個(gè)原則：①完整性一個(gè)角色應(yīng)該包括該角色的完整的信息以及角色之間的關(guān)系，如角色的名稱、協(xié)作關(guān)系等信息，并能完整表示該角色所要完成的任務(wù)；②內(nèi)聚性角色建立盡量要提高內(nèi)聚，在決策中獨(dú)立完成子任務(wù)；③共同性一個(gè)角色通常描述一類共同問題，并刻畫這類問題解決過程中的共性、方法和本質(zhì)關(guān)聯(lián)關(guān)系等[4]。決策過程中角色模型包括以下內(nèi)容：

1.3基于角色的協(xié)同決策并發(fā)機(jī)制在協(xié)同決策過程中，各角色共同制定方案，整個(gè)決策過程中的部分子任務(wù)有嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，為了避免并行沖突，需要采用并發(fā)機(jī)制來控制。協(xié)同并發(fā)控制有多種方法，本文采用加鎖機(jī)制。在決策過程中，對(duì)子任務(wù)的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行描述，角色開始某項(xiàng)任務(wù)時(shí)根據(jù)時(shí)序描述對(duì)任務(wù)進(jìn)行加鎖，當(dāng)任務(wù)完成后解鎖。

1.3.1協(xié)同決策中任務(wù)的時(shí)序關(guān)系描述將飛機(jī)起飛決策過程定義為一個(gè)協(xié)作任務(wù)S，將其劃分為機(jī)務(wù)維修檢查、氣象情報(bào)、上水、用品供應(yīng)等多個(gè)子任務(wù)，各子任務(wù)由航空公司機(jī)務(wù)部、航務(wù)部、供應(yīng)部門、機(jī)場等多個(gè)角色協(xié)同完成。采用鄰接矩陣對(duì)子任務(wù)間的關(guān)系進(jìn)行描述，如圖2所示。初始化矩陣Mn×n為零矩陣，其中，n為協(xié)作任務(wù)的個(gè)數(shù)。

1.3.2并發(fā)控制算法描述協(xié)同決策的并發(fā)控制采用加鎖機(jī)制，一個(gè)任務(wù)在時(shí)間上或者邏輯上影響其他的任務(wù)，這類任務(wù)稱為前驅(qū)任務(wù)，被影響的任務(wù)成為后繼任務(wù)。對(duì)這類的任務(wù)加鎖，不僅僅要對(duì)當(dāng)前的任務(wù)加鎖，還要對(duì)后繼任務(wù)加鎖，其算法步驟如下：（1）若某個(gè)角色開始對(duì)一個(gè)子任務(wù)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，向系統(tǒng)申請(qǐng)對(duì)該子任務(wù)加鎖。（2）系統(tǒng)判斷該子任務(wù)的加鎖情況進(jìn)行判斷，如果已經(jīng)加鎖，則發(fā)送拒絕信息；若沒用加鎖，則允許該角色的加鎖。（3）當(dāng)某個(gè)角色收到拒絕信息，則無法對(duì)子任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。（4）系統(tǒng)對(duì)該子任務(wù)加鎖，并通過鄰接矩陣判斷，找到其后繼任務(wù)，并對(duì)該子任務(wù)的后繼任務(wù)加鎖，此時(shí)不允許對(duì)后繼任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。（5）當(dāng)該角色完成設(shè)計(jì)時(shí)，向系統(tǒng)申請(qǐng)，釋放已申請(qǐng)的鎖。（6）當(dāng)某項(xiàng)子任務(wù)的設(shè)計(jì)完成，鎖已被釋放，系統(tǒng)向申請(qǐng)對(duì)后繼任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的角色發(fā)送消息，通知其進(jìn)行設(shè)計(jì)。（7）當(dāng)某項(xiàng)子任務(wù)的設(shè)計(jì)發(fā)生修改，系統(tǒng)對(duì)該子任務(wù)及其后繼任務(wù)進(jìn)行沖突檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)沖突，則發(fā)送沖突信息，系統(tǒng)向完成后繼任務(wù)的角色發(fā)送消息，通知其進(jìn)行修改。

2起飛協(xié)同并發(fā)機(jī)制實(shí)例

例：由A城市向B城市運(yùn)送一批應(yīng)急物資，需要參與運(yùn)輸?shù)母鞑块T協(xié)調(diào)配合，共同制定運(yùn)輸?shù)姆桨浮８飨到y(tǒng)的協(xié)同決策工作為：①維修部門要對(duì)飛機(jī)進(jìn)行維修和檢查，決定飛機(jī)能否飛行；②航務(wù)部收集氣象情報(bào)；③安排機(jī)組；④制定飛行計(jì)劃，把這個(gè)計(jì)劃通知給空管；⑤供應(yīng)部門供應(yīng)機(jī)上用水、機(jī)上用品；⑥加油；⑦運(yùn)輸部門為旅客辦理手續(xù)，旅客通過安檢，登機(jī)；⑧貨運(yùn)部把貨物和行李裝入機(jī)艙；⑨計(jì)算載重和平衡，⑩貨艙單、旅客名單和平衡圖交付機(jī)長。經(jīng)放行后，飛機(jī)才可以起飛。在決策中的角色包括：航空公司運(yùn)控部、機(jī)務(wù)部、飛行部、簽派、供應(yīng)部門以及機(jī)場。各個(gè)角色為飛機(jī)提供保障，圖4中顯示了各個(gè)任務(wù)活動(dòng)之間的關(guān)系。圖5是圖4所示任務(wù)關(guān)系的鄰接矩陣。其中任務(wù)①完成后，其他任務(wù)可相繼進(jìn)行；任務(wù)②⑤⑦⑧可以由不同角色并行完成；任務(wù)②③④存在時(shí)序關(guān)系，需要依次完成；任務(wù)⑨需要在任務(wù)⑧完成后進(jìn)行；任務(wù)⑩要在任務(wù)⑦⑨完成后進(jìn)行。參與決策的角色按照鄰接矩陣，通過并發(fā)控制實(shí)現(xiàn)任務(wù)決策方案的協(xié)同設(shè)計(jì)。

3結(jié)論

本文在以往飛機(jī)起飛模型研究基礎(chǔ)上，引入了協(xié)同合作機(jī)制，提出了基于角色的飛機(jī)起飛協(xié)同機(jī)制模型。該模型能夠動(dòng)態(tài)地組建虛擬活動(dòng)，形成虛擬工作流，并進(jìn)行交互和協(xié)作；通過對(duì)各角色和任務(wù)間動(dòng)態(tài)考察，采用加鎖機(jī)制來協(xié)調(diào)各角色之間的關(guān)系，從而有效地避免了各角色之間的沖突，實(shí)現(xiàn)了各角色之間的高效協(xié)同和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，從而提高運(yùn)行效率，保障任務(wù)的高效完成。

作者：徐建超陳國興單位：中國民航大學(xué)航空工程學(xué)院北京首航直升機(jī)通用航空服務(wù)有限公司