基于Agent的人機(jī)接口模型實(shí)現(xiàn)人—機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 人- 機(jī)失調(diào)問題

人、機(jī)(計(jì)算機(jī)、生產(chǎn)及控制設(shè)備等) 是由兩種截然不同的對象, 在一定的環(huán)境和組織機(jī)構(gòu)中組成的復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中, 人與機(jī)器配合工作, 各司其職。人主要從事思維、感知、決策、創(chuàng)造等方面的工作, 機(jī)器則在生產(chǎn)過程的實(shí)施與控制方面發(fā)揮作用,或從事由于生理或心理因素人們無法完成的工作。受傳統(tǒng)思維方式的影響, 人們常常不自覺地將系統(tǒng)中人與機(jī)器之間的有機(jī)聯(lián)系割裂開來, 用技術(shù)的方法研究機(jī)器的作用, 用管理學(xué)的方法研究人的影響。

近年來, 雖已開始對人在生產(chǎn)制造系統(tǒng)中的核心地位有所認(rèn)識, 但對如何處理好系統(tǒng)中人機(jī)的關(guān)系,尚無具體的研究成果。

2 智能人機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)

控制論的創(chuàng)始人維納早就指出“: 當(dāng)我們使用有理智的機(jī)器的時候, 我們自己應(yīng)該在利用這些機(jī)器之前, 表現(xiàn)出更大的理智和才能”。在復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)中,人與機(jī)器的合理分工、協(xié)同和集成是有效實(shí)施智能管理系統(tǒng)集成及優(yōu)化技術(shù)的關(guān)鍵。

2.1 人機(jī)一體化思想

在制造環(huán)境中, 人的核心作用是不可替代的。在制造智能管理自動化系統(tǒng)的人機(jī)關(guān)系問題上, 最初的思想是強(qiáng)調(diào)高度自動化, 但在研究和應(yīng)用實(shí)踐中產(chǎn)生的種種問題, 使人們逐漸認(rèn)識到適度自動化的重要性, 進(jìn)而提出了“人件”(Humanware) 與“軟件”、“硬件”

具有同等重要性。1990 年錢學(xué)森在研究思維科學(xué)時,提出了“綜合集成工程”(Meta- synthetic Engineering),其中蘊(yùn)涵了人在集成系統(tǒng)中的不可替代作用。

路甬祥院士提出了“人機(jī)一體化系統(tǒng)”, 其核心內(nèi)容是強(qiáng)調(diào)人在系統(tǒng)中的重要性, 人機(jī)協(xié)同感知、思維和執(zhí)行實(shí)現(xiàn)人與機(jī)械的整體綜合(Metasynthesis), 強(qiáng)調(diào)人在回路中的重要性, 通過超介質(zhì)(hypermedia) 實(shí)現(xiàn)人機(jī)耦合(human- machine coupling), 從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)最佳協(xié)同合作(human - machine synergy)。

人與機(jī)器是兩種具有重大區(qū)別的系統(tǒng), 要實(shí)現(xiàn)二者有機(jī)的結(jié)合, 達(dá)到最佳協(xié)同的目的, 首先必須了解各自的特點(diǎn), 然后尋求二者通過超介質(zhì), 如智能人機(jī)接口結(jié)合實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體化系統(tǒng)。

2.2 智能人機(jī)接口

涂序彥教授指出的“人機(jī)協(xié)調(diào)”意味著: 人與自動化機(jī)器設(shè)備組成的人機(jī)系統(tǒng)(Man-Machine System)中, 人與機(jī)器通過多媒體智能界面(Multimedia IntelligentInterface) 進(jìn)行人機(jī)友好通信, 在人機(jī)合理分工的基礎(chǔ)上, 進(jìn)行人機(jī)協(xié)同工作, 實(shí)現(xiàn)人機(jī)“智能集成”(IntelligenceIntegration), 促進(jìn)人機(jī)“智能共生”( IntelligenceCo- growing) , 達(dá)到“人機(jī)和諧”(Man-MachineHarmonization) 。為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào), 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要做到人機(jī)合理分工, 而在實(shí)現(xiàn)中則要提供多媒體的人機(jī)智能接口, 以便在系統(tǒng)運(yùn)行中能夠進(jìn)行人機(jī)的友好交互, 實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能結(jié)合, 人機(jī)協(xié)同工作。在多庫協(xié)同軟件支持下, 可以為智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)可視化的多媒體人機(jī)智能界面, 建立人機(jī)協(xié)調(diào)的智能管理系統(tǒng)。

借助智能人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)的要求:

( 1) 要實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同的思想, 必須充分發(fā)揮人與機(jī)器各自的特點(diǎn), 以協(xié)同最優(yōu)為目標(biāo), 借助一個既能理解人的思維和行為, 又能理解機(jī)器行為的人機(jī)接口, 在人與機(jī)器之間建立一種柔性的耦合關(guān)系, 是將具有本質(zhì)區(qū)別的兩個事物有機(jī)融合的一種可行思路。

( 2) 人特有的認(rèn)知和行為特點(diǎn), 決定了人機(jī)接口的視線中應(yīng)該設(shè)計(jì)由人根據(jù)自身特點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)知識創(chuàng)造的, 并具有人類某些重要意識屬性和行為特點(diǎn)的“代理人”。這個“代理人”駐留在人機(jī)接口系統(tǒng)中。

( 3)“代理人”需要具有適用于不同人的認(rèn)知和行為特點(diǎn)的能力, 這是建立在對人的認(rèn)知和行為特點(diǎn)充分理解的基礎(chǔ)之上的。因此中間體本質(zhì)上是一個知識系統(tǒng)。

( 4) 讓“代理人”作為人和機(jī)器之間信息、知識、情感溝通的橋梁, 既不需要構(gòu)建具有超人的智能機(jī)器(實(shí)踐已經(jīng)證明一味追求智能化機(jī)器的道路已經(jīng)步履維艱) , 又避免了人與機(jī)器地生硬的直接接觸。這就是一種智能化人機(jī)—體的超介質(zhì)。

3 智體( Agent ) 的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)

智體(Agent) 是很好的實(shí)現(xiàn)上述“代理人”的工具。

Agent 代表擬人的智能實(shí)體, 具有類似于人的特性和功能, 如:

(1)自律性(Autonomy)。Agent 具有根據(jù)自己的信念、愿望和意圖, 自律地、獨(dú)立地自行決策的性能。

(2)主動性(Activity)。Agent 能預(yù)見環(huán)境的變化并按照其目的和需求主動地采取行動。

(3)敏感性(Sensibility)。Agent 具有感知、識別和理解環(huán)境或其它智體的性能。

(4)反應(yīng)性(Reactivity)。Agent 能輸入刺激信息和輸出反應(yīng)行為, 能接收指示并執(zhí)行任務(wù)。

(5)機(jī)動性(Mobility)。Agent 具有機(jī)動性、靈活性和適應(yīng)性, 能在其生存環(huán)境中隨意移動, 并實(shí)現(xiàn)某些遠(yuǎn)程操作。

(6)社團(tuán)性(Sociality)。各種Agent 之間可以相互通信、協(xié)商、協(xié)作和協(xié)調(diào)。若干Agent 可組成Agent 團(tuán)隊(duì)或Agent 社會。

為了表達(dá)agent 的特性和功能, agent 的模型可用一個六元素的數(shù)據(jù)集來給出。如下:

A={Au, Ac, Se, Re, Mo, So} ( 1)其中: A—Agent; Au—自律性; Ac—主動性; Se—感知性; Re—反應(yīng)性;Mo—移動性; So—社團(tuán)性作為擬人的智能實(shí)體, 智體的結(jié)構(gòu)應(yīng)類似于人。

智體的一般結(jié)構(gòu)如圖1 所示。在圖中,智體包括如下3 個單元素:

(1)決策生成器(Decision Maker)。具有自律性Au和主動性Ac 的決策生成器根據(jù)自己的信念、愿望、意圖和感受器輸入的信息, 輸出指令給效應(yīng)器。

(2)感受器(Sensor)。具有敏感性能的感受器, 從外界環(huán)境或其他Agent 接受輸入的刺激信息, 并提供經(jīng)過處理的信息給決策生成器。

(3)效應(yīng)器(Actuator)。具有反應(yīng)性能的效應(yīng)器接收決策生成器的指令, 并產(chǎn)生輸出行動, 作用于外界環(huán)境或其它Agent。

基于Agent 的體系結(jié)構(gòu), 可以利用軟件、硬件或“軟一硬”件的方法和技術(shù)來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

4 基于Agent 的人機(jī)接口在決策支持系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)模型

決策支持系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)決策過程的人機(jī)交互, 它比一般的軟件系統(tǒng)更需要一個界面友好的人機(jī)交互系統(tǒng).

人機(jī)接口, Agent 可充當(dāng)用戶和機(jī)器信息溝通的橋梁,形成一種人機(jī)互相激發(fā)、優(yōu)勢互補(bǔ)、共同尋求問題的有效途徑, 從而構(gòu)成基于網(wǎng)絡(luò)的分布式人機(jī)共存環(huán)境。

4.1 基于Agent 的人機(jī)協(xié)調(diào)機(jī)制

這種用于充當(dāng)人和機(jī)器信息溝通的橋梁的人機(jī)接口Agent 將人(管理者、決策人、操作者、調(diào)度員等)和計(jì)算機(jī)及其它機(jī)器設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來, 形成了一種人與機(jī)器相互激發(fā)、優(yōu)勢互補(bǔ)、共同尋求問題求解的協(xié)同機(jī)制(如圖2) 。

上述模型是一個三位一體的結(jié)構(gòu), 打破了傳統(tǒng)的人- 機(jī)二元綜合的思路。Agent 具有人和機(jī)器的各自特點(diǎn), 將原來的人與高度智能化的機(jī)器之間的“硬接口”

分解為若干組“人—Agent”和“Agent —機(jī)器”的雙柔性接口。在很大程度上, Agent 充當(dāng)了人的代理。實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同的任務(wù)就轉(zhuǎn)變?yōu)檠兄凭哂须p向人機(jī)接口的Agent。

4.2 人機(jī)接口Agent 的工作方式

人機(jī)接口Agent 強(qiáng)調(diào)Agent 的自主性和學(xué)習(xí)性,它可作為人的助手, 通過與用戶協(xié)作替用戶傳達(dá)決策任務(wù)。在決策過程中, Agent 可采用以下幾種學(xué)習(xí)方式來適應(yīng)問題的變化: 通過發(fā)現(xiàn)和模擬用戶學(xué)習(xí)知識、通過獲得用戶的正向和負(fù)向反饋學(xué)習(xí)知識、通過用戶的指導(dǎo)獲得知識、通過與其它Agent 通訊獲得知識。人機(jī)接口Agent 的工作模式如圖3 所示。

通過人機(jī)接口Agent 可實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能結(jié)合, 通過多Agent 系統(tǒng)的集成, 可提高人—機(jī)系統(tǒng)的綜合智能水平, 可以為人和機(jī)器的雙向通信提供友好交互、自然對話的條件, 構(gòu)成人機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)。例如, 可以理解用戶發(fā)出的命令、并替用戶執(zhí)行諸如數(shù)據(jù)庫搜索或替用戶記錄和處理信息等。

在本系統(tǒng)中, 界面Agent 一方面要通過系統(tǒng)提供信息, 提出任務(wù)要求; 另一方面系統(tǒng)也要通過界面向用戶提供解答和各種輔助決策信息, 或者向用戶索取為完成任務(wù)需要的補(bǔ)充信息, 不同的界面Agent 對應(yīng)處理不同的用戶要求和不同的任務(wù)。

本系統(tǒng)的Agent 的工作流程如下:

(1) 根據(jù)用戶的登錄情況為新用戶建立初步用戶模型或?yàn)榕f用戶查詢得到其用戶模型。

(2)根據(jù)用戶模型, 確定人機(jī)接口Agent 的工作方式。

(3)用戶按人機(jī)接口Agent 提供的輸入方式錄入信息, 包括數(shù)據(jù)信息或一些定性信息。

(4)根據(jù)系統(tǒng)模型, 觸發(fā)適當(dāng)?shù)墓δ蹵gent , 由它們相互協(xié)作完成相應(yīng)的決策功能。

(5)接受其它Agent 傳送來的處理結(jié)果, 按確定的輸出方式輸出結(jié)果。

用戶模型采用紀(jì)錄形式表達(dá), 存儲于范例庫中,其中的字段代表用戶的特征, 形式為: 用戶模型{用戶類型, 對系統(tǒng)熟悉程度, 知識背景, 決策背景, 決策風(fēng)格}, 系統(tǒng)提取這些主要是因?yàn)樗鼈兣c用戶所偏好的界面形式有密切關(guān)系。界面Agent 中的學(xué)習(xí)主要用于用戶模型的調(diào)整、修正、知識庫的完善等。

5 結(jié)束語

本文的創(chuàng)新點(diǎn)是: 利用基于Agent 的人機(jī)接口技術(shù), 改進(jìn)傳統(tǒng)方式的許多不足, 提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈敏性。下一步的研究工作將對此模型作進(jìn)一步的細(xì)化, 并改進(jìn)該模型在自主學(xué)習(xí)和主動性等方面的不足。