| 单词 | 离散事件动态系统 |
| 释义 | 【离散事件动态系统】 拼译：discrete event dynamiic system(DEDS) 是由这样一类过程相互作用而形成的动态系统。这类过程一般是同步或异步并发的，其状态是离散的，过程是由事件驱动的，事件发生在离散时刻。对于过程中的连续物理活动一般仅视为事件间的时间间隔。 离散事件动态系统主要是一类人造的或人为的系统。如机械加工系统、计算机与通讯网络系统、城市交通系统、军事指挥中心C3I系统，以及各种商业服务系统等。在这类系统中存在着大量的离散事件过程，它们不同于通常的连续变量过程，不是由物理学定律所描述的，而是服从于人为的一些复杂规则，因而很难用通常的微分方程(或差分分程)来表征系统中的演化过程。对于离散事件系统(DES)的研究，最早可追溯到排队现象和排队网络的分析。对于DES的计算机仿真问题，自从20世纪50年代提出后，各种仿真方法与仿真语言陆续出现，并且得到了广泛的应用。作为离散事件动态系统的概念则是由美国何毓琦(Y．C．Ho)于1980年首先提出的。由于计算机技术的飞速发展，这时出现了和正在出现一批现代化的大规模的制造、网络、交通、军事指挥等系统。随之而来的问题便是如何评价这些系统的性能，如何保证这些投资昂贵系统高效可靠的运行。于是各种用于DES建模、分析、设计和优化的方法相继出现，DEDS也成为自动控制理论中最活跃和最富于挑战性的分支之一。计算机集成制造系统(CIMS)运行分析与调度优化的理论基础是DEDS。中国高技术发展863计划的实施，对中国DEDS的研究起着巨大的推动作用，也促使中国科学家在这一领域的研究很快达到国际先进水平。离散事件系统的复杂性不仅体现在规模的庞大上，还体现在内部运行机制的复杂性上，至今尚没有理想的数学模型能够对DEDS进行有效的描述与分析，人们从不同层次和用不同数学工具描述DEDS，形成了研究DEDS的多种方法体系。从逻辑层次研究DEDS中事件和状态序列的建模方法，主要有形式语言(有限自动机)、马尔可夫链、Petri网等。从时间层次研究DEDS运动轨迹及其特性的建模方法，主要包括有限递归过程、通讯序贯过程、极大极小代数(双子代数)等；而排队网络、广义半马尔柯夫过程、仿真语言模型及扰动分析法等，则是从统计层次研究DEDS过程性能的建模方法。一般说来，这些建模方法中的每一个都只适合于解决某一类问题。1．排队论与排队网络分析。排队论是运筹学中的经典问题之一，排队网络则是排队论基础上研究由数个服务中心和若干顾客构成的排队服务问题。排队网络一般分为开排队网络、闭排队网络及一般排队网络。在开排队网络中，1957年J．R．Jackson在对以他自己命名一种开排队网络的研究中得出了一些很有价值的结果，计算简单且公式化。闭排队网络则是在1967年由W．J．Gordon与G．F．Newell提出来的，解决了假定系统中顾客总数保持不变的一类问题。尽管后人在这一领域的研究又取得了一系列的成果，但由于这类方法较强的假设条件(随机变量服从特定分布、缓冲区容量足够大、无阻塞现象发生等)限制了它在实际中的应用。2．仿真语言与模型。仿真是一种处理DEDS实际问题时颇为有效的手段，得到较为广泛的应用。若不考虑成本费用，仿真模型可以尽可能地做得逼真。仿真方法上已由时间单位增长法、事件单位增长法、异步仿真法，发展到最新的分布式仿真方法。广为流行的仿真语言，如GPSS、SIMAN、KOSMO、TESS、SDL等，目前也多达数十种。然而仿真方法相对其它方法缺乏严格的理论基础，本身不能做解析分析，使结果的可信度及最优解的寻求变得十分困难，机时、人力及费用的消耗亦很可观。3．扰动分析法。针对排队网络分析与仿真方法遇到的问题，何毓琦于1979年首次提出扰动分析法(PA-Perturbation Analysis)，1980年他又正式提出DEDS的概念。扰动分析法的基本思路是∶通过一次仿真试验以获得系统在标称参数下动态响应的一个样本，即标称样本轨道，再运用一定的规则和方法构造出当参数变动后的扰动样本轨道，由此来分析系统性能参数变动的灵敏度。PA方法的关键在于扰动传播规律的分析及灵敏度的计算。曹希仁等人在这些问题上做了较多的工作。目前对PA方法的改进，主要围绕克服现有框架下存在的两个基本缺陷：一是对大多数问题确定性相似条件不能满足，二是对于随机系统，通常更有意义的是求性能指标数学期望的梯度，并且对于绝大多数实际问题，算子E与э(эθ)的互换可能不成立。这既影响了PA在理论上的严格性和普遍性，也导致应用上的局限性。最近何毓琦又提出了适当增加仿真次数，以寻求更为实用方法的设想。4．代数方法。最有代表性的是极大代数法与Minma文〈δ〉代数法，是由法国柯亨(G．Cohen)等于1983年和1989年先后提出的。它都是应用属于双子代数(dioid)范畴的工具一极大代数或Minmax〈λ，δ〉代数为一类确定性的DEDS建模。当将各类事件的最早开始时间分别定义为输入、状态和输出变量之后，便可以列出在相应代数意义下的线性状态方程与输出方程。对应一般线性系统理论中的Z变换，还可以写出DEDS的输入输出表达式，分析系统的稳定性、周期性、能控性与能观测性。荷兰J．Olsder(1986)还对极大代数意义下的最小实现问题最先做出成果。中国东北大学，清华大学，南开大学，科学院自动化所、系统所的学者也都做出大量有意义的工作。代数方法的确定性条件使它处理问题的能力受到很大的局限。5．Petri网法。Petri网最早是由C．A．Petri于1962年在其博士论文中提出的，其动机是以网论研究通信。之后，在众多学者的努力下，形成较完善的Petri网理论，其应用范围也得到了相当的推广。如今用Petri网对柔性制造系统的建模与分析已成为当今的一个重要课题。随着时序Petri网、随机Petri网、着色Petri网等高级Petri网的出现，Petri网模型在DEDS的研究中占有越来越重要的地位。组合爆炸问题是Petri网法处理实际问题遇到的最大障碍。6．形式语言(有限自动机模型)。是由R．J．Ramadge和W．M．Wonham于1982年提出的。也是能够解决DEDS控制问题的主要方法。它的基本思想是把一个DEDS看成是一个部份事件可控的有限状态自动机，而自动机的控制由另一个有限状态自动机来实现，它记录系统的当前状态或系统过去所发生的事件轨迹，由此决定是否让某个可控事件发生。与计算机科学中研究的自动机不同，这里将控制与被控对象分开，从而有象连续时间系统理论中的的开环系统和闭环系统之区分，可在分析闭环系统行为的基础上对控制器进行最优综合。这里系统的行为由描述此系统的有限状态自动机的生成语言来刻画。因这种模型过于抽象、形式化，加之推理的复杂性使其应用遇到很大的困难。对于新兴的DEDS研究才仅仅经过十几年的时间，尽管在各种方法的拓展上都取得不少的成果，但从总体上讲都处于很不成熟的阶段。到目前为止还没有找到一个真正有说服力的应用例子来说明DEDS有关理论的价值。人们还需要从实际中寻找“第一代问题”以推进和发展DEDS理论，形成综合有效的数学模型，给出良好算法，克服维数灾难与NP完全问题。在做好系统分析与性能评价的基础上，还应着力解决好DEDS的控制问题。总之，DEDS的理论研究目前还处于攻坚阶段，是一个正在发展中的研究领域。【参考文献】：1 Jackson J R．Oper．Res．1957，5∶518～5122 HO Y C，Eyler M A，Chien T T．Int J．Production research．1979，17(6)∶557～5803 Ho Y C，Cassandras C G．Proc．IEEE Conf．on Decision and Control．1980∶518～5124 Ramadge P J，Wonham W M．Proc of 21st IEEE Conf．on Decision and Control，1982，1228～12295 Cohen G．IEEE Conf．On Decision and Control，Texas，1983，1039～10446 Olsder G J．Proc．7th Int．Conf．on Analysis and Optimiziation of Systems，Antibes(France)，19867 Special Issue on Dynamics of Discrete Event system，Proc．IEEE．1989，77(1)8 Special Section on Discrete Event Systems，IEEE Control Systems Magazine，1990，10(4)∶66～1129 Proc．of the IFAC Workshop on Discrete Event system Theory and Application in Manufacturing and Social Phenomena，Shenyang，Int．Academic Publishers，1 99110 郑大钟，郑应平，自动化学报，1992，18(2)：129～142(东北大学徐心和教授、王梅生教授撰) |
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