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飞机起飞协同决策探究

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《飞机设计杂志》2014年第三期

1基于角色的起飞协同决策并发机制

1.1基于角色的建模针对飞机起飞协同决策中各协作主体的特点,引入角色模型,利用角色的关系,采用加锁和冲突检测的方法实现并发操作。角色建模是一种基于角色抽象的面向对象建模方法,角色抽象不同于通常建模机制所支持的这类抽象,它用一个角色刻画一个特定的对象,角色具有可标识性和封装性;角色模型包含了一系列角色的集合,角色模型刻画对象交互作用的主题、对象间的关系、对象协作时向协作者传送的消息以及模型信息的处理过程[3]。角色建模方法是面向对象建模方法的发展和补充,可以更好地描述系统中对象之间的动态关系。基于角色的建模过程如图1所示。(1)定义任务,对任务进行分解,不同的角色得到不同的子任务。(2)不同的角色根据任务,形成虚拟活动。(3)组合虚拟活动,形成工作流。在形成工作流过程中需要不同角色之间协商实现。(4)将角色的虚拟活动与具体信息绑定。考虑到不同活动可能会出现冲突,因此需要经过多轮、多阶段协商实现。

1.2角色的形式化描述在快速运送物资的任务中,参加任务的部门有航空公司各部门、机场以及管理部门等。为了实现这些部门参加协同决策,在建立飞机起飞并发控制决策过程角色模型时,主要考虑以下3个原则:①完整性一个角色应该包括该角色的完整的信息以及角色之间的关系,如角色的名称、协作关系等信息,并能完整表示该角色所要完成的任务;②内聚性角色建立尽量要提高内聚,在决策中独立完成子任务;③共同性一个角色通常描述一类共同问题,并刻画这类问题解决过程中的共性、方法和本质关联关系等[4]。决策过程中角色模型包括以下内容:

1.3基于角色的协同决策并发机制在协同决策过程中,各角色共同制定方案,整个决策过程中的部分子任务有严格的时序关系,为了避免并行冲突,需要采用并发机制来控制。协同并发控制有多种方法,本文采用加锁机制。在决策过程中,对子任务的时序关系进行描述,角色开始某项任务时根据时序描述对任务进行加锁,当任务完成后解锁。

1.3.1协同决策中任务的时序关系描述将飞机起飞决策过程定义为一个协作任务S,将其划分为机务维修检查、气象情报、上水、用品供应等多个子任务,各子任务由航空公司机务部、航务部、供应部门、机场等多个角色协同完成。采用邻接矩阵对子任务间的关系进行描述,如图2所示。初始化矩阵Mn×n为零矩阵,其中,n为协作任务的个数。

1.3.2并发控制算法描述协同决策的并发控制采用加锁机制,一个任务在时间上或者逻辑上影响其他的任务,这类任务称为前驱任务,被影响的任务成为后继任务。对这类的任务加锁,不仅仅要对当前的任务加锁,还要对后继任务加锁,其算法步骤如下:(1)若某个角色开始对一个子任务进行方案设计,向系统申请对该子任务加锁。(2)系统判断该子任务的加锁情况进行判断,如果已经加锁,则发送拒绝信息;若没用加锁,则允许该角色的加锁。(3)当某个角色收到拒绝信息,则无法对子任务进行设计。(4)系统对该子任务加锁,并通过邻接矩阵判断,找到其后继任务,并对该子任务的后继任务加锁,此时不允许对后继任务进行设计。(5)当该角色完成设计时,向系统申请,释放已申请的锁。(6)当某项子任务的设计完成,锁已被释放,系统向申请对后继任务进行设计的角色发送消息,通知其进行设计。(7)当某项子任务的设计发生修改,系统对该子任务及其后继任务进行冲突检测,若发现冲突,则发送冲突信息,系统向完成后继任务的角色发送消息,通知其进行修改。

2起飞协同并发机制实例

例:由A城市向B城市运送一批应急物资,需要参与运输的各部门协调配合,共同制定运输的方案。各系统的协同决策工作为:①维修部门要对飞机进行维修和检查,决定飞机能否飞行;②航务部收集气象情报;③安排机组;④制定飞行计划,把这个计划通知给空管;⑤供应部门供应机上用水、机上用品;⑥加油;⑦运输部门为旅客办理手续,旅客通过安检,登机;⑧货运部把货物和行李装入机舱;⑨计算载重和平衡,⑩货舱单、旅客名单和平衡图交付机长。经放行后,飞机才可以起飞。在决策中的角色包括:航空公司运控部、机务部、飞行部、签派、供应部门以及机场。各个角色为飞机提供保障,图4中显示了各个任务活动之间的关系。图5是图4所示任务关系的邻接矩阵。其中任务①完成后,其他任务可相继进行;任务②⑤⑦⑧可以由不同角色并行完成;任务②③④存在时序关系,需要依次完成;任务⑨需要在任务⑧完成后进行;任务⑩要在任务⑦⑨完成后进行。参与决策的角色按照邻接矩阵,通过并发控制实现任务决策方案的协同设计。

3结论

本文在以往飞机起飞模型研究基础上,引入了协同合作机制,提出了基于角色的飞机起飞协同机制模型。该模型能够动态地组建虚拟活动,形成虚拟工作流,并进行交互和协作;通过对各角色和任务间动态考察,采用加锁机制来协调各角色之间的关系,从而有效地避免了各角色之间的冲突,实现了各角色之间的高效协同和数据的实时传输,从而提高运行效率,保障任务的高效完成。

作者:徐建超陈国兴单位:中国民航大学航空工程学院北京首航直升机通用航空服务有限公司

飞机设计杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次