自主控制

可變自主控制是一種將人類智能同機(jī)器智能結(jié)合起來的控制方式，為了最大化系統(tǒng)的自主控制能力盡量減輕人類的工作負(fù)荷，系統(tǒng)具有多個(gè)層次的自主控制等級(jí)，并在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下根據(jù)一定的策略自我評(píng)估自主控制等級(jí)，在合適的時(shí)候向人類發(fā)出控制邀請(qǐng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能融合的控制方式。該控制方式雖然有人類的介入，但是這并不意味著機(jī)器自主控制能力的降低，而是在現(xiàn)有控制能力的基礎(chǔ)上引入人類的智慧，幫助機(jī)器減輕問題的復(fù)雜度，人類和機(jī)器之間取長(zhǎng)補(bǔ)短實(shí)現(xiàn)更高層次的智能水平。把人類和機(jī)器的信息獲取能力、信息分析能力、決策和行為選擇能力有機(jī)的結(jié)合起來，通過機(jī)器的執(zhí)行系統(tǒng)將人類和機(jī)器的共同智慧轉(zhuǎn)化成為智能行為。從而實(shí)現(xiàn)在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下，使用人機(jī)融合的智能來分析問題、制定策略最終解決問題的控制方式。讓智能系統(tǒng)擁有最大限度的智能水平，從而能夠解決人類和機(jī)器沒有合作之前無法解決的問題。

可變自主控制系統(tǒng)最大的特征就是系統(tǒng)擁有若干個(gè)自主控制等級(jí)，每個(gè)控制等級(jí)對(duì)應(yīng)著不同的控制策略。機(jī)器的自主控制等級(jí)越高主動(dòng)性就越強(qiáng)，在全自主控制方式下，機(jī)器具有完全的主動(dòng)權(quán)從而忽略人類的存在。而在手動(dòng)控制方式下，機(jī)器擁有最少的主動(dòng)權(quán)甚至沒有主動(dòng)權(quán)，此時(shí)人類在主動(dòng)權(quán)上占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。機(jī)器能夠動(dòng)態(tài)的在人類和機(jī)器之間主動(dòng)協(xié)調(diào)分配可變自主控制系統(tǒng)的控制權(quán)。這樣必須為機(jī)器制定一個(gè)調(diào)整控制等級(jí)的方法策略，機(jī)器會(huì)根據(jù)不同的任務(wù)環(huán)境背景在任務(wù)執(zhí)行中采用不同的自主控制等級(jí)模式，在需要的時(shí)候機(jī)器會(huì)主動(dòng)提示人類手動(dòng)干預(yù)和操作機(jī)器設(shè)備，幫助機(jī)器減輕問題的復(fù)雜度，或者在某段時(shí)間內(nèi)讓人類接管部分或者全部控制權(quán)。

具有可變自主控制能力的智能系統(tǒng)，可以很好的將人類的智能和機(jī)器的智能結(jié)合起來。在可變自主控制系統(tǒng)里，人類和機(jī)器己經(jīng)構(gòu)成一個(gè)不可分割的有機(jī)整體。人類和機(jī)器之間相互幫助、各揮所長(zhǎng)，各自盡自己最大努力為可變自主控制系統(tǒng)的智能提供信息和智能支持。讓可變自主控制系統(tǒng)始終工作在最佳的狀態(tài)，并且擁有比人類和機(jī)器沒有合作之前更高的智能水平，最終實(shí)現(xiàn)1 1>2的目的。最終能夠解決人類和機(jī)器沒有合作之前無法解決的問題。

人類和機(jī)器在不同的智能信息處理層次進(jìn)行智能融合的時(shí)候，一定會(huì)有不同的合作方式。在不同的合作方式下，人類和機(jī)器之間會(huì)有主動(dòng)、協(xié)商或者被動(dòng)的合作關(guān)系。在人類和機(jī)器兩類智能體進(jìn)行智能融合的可變自主控制系統(tǒng)中，存在機(jī)器全自主、機(jī)主人輔、人機(jī)協(xié)商、人主機(jī)輔和人類全手動(dòng)五種人機(jī)合作方式：

機(jī)器全自主

機(jī)器具有完全的自主控制能力且占據(jù)完全的主動(dòng)。通常這種情況下，機(jī)器具備的智能可以支持其完全自主完成任務(wù)，并能夠應(yīng)對(duì)環(huán)境變化帶來的未知問題，自主產(chǎn)生新的方案和目標(biāo)。該人機(jī)合作方式不需要人類的監(jiān)督和幫助也能擁有較高的工作效率。

機(jī)主人輔

在人機(jī)智能融合的智能體團(tuán)隊(duì)中，人類為機(jī)器提供必要的輔助信息，幫助機(jī)器減輕問題的復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)問題的求解。在問題比較復(fù)雜的情況下參與問題求解或者幫助機(jī)器作出適當(dāng)?shù)倪x擇。在問題的求解過程之中，機(jī)器相對(duì)于人類占據(jù)了主動(dòng)權(quán)并擁有最終的決策權(quán)，機(jī)器始終對(duì)于整個(gè)智能體團(tuán)隊(duì)的智能貢獻(xiàn)最大，并且占據(jù)主動(dòng)性優(yōu)勢(shì)。

人機(jī)共商

在人機(jī)智能融合的智能體團(tuán)隊(duì)中，人類和機(jī)器相互協(xié)商共同解決問題。共商特點(diǎn)是:在解決問題的過程之中任何智能體都不占據(jù)絕對(duì)的主動(dòng)性優(yōu)勢(shì)，智能體之間相互協(xié)商最終得到一個(gè)所有智能體都能認(rèn)同的方案。如果協(xié)商無法產(chǎn)生合適的方案且繼續(xù)協(xié)商下去就會(huì)錯(cuò)過問題解決的最佳時(shí)機(jī)，那么智能體團(tuán)隊(duì)就要考慮使用其它的合作方式來解決問題。人機(jī)協(xié)商目前還是人工智能領(lǐng)域的難題，所以該方式在實(shí)際中的應(yīng)用相對(duì)較少。

人主機(jī)輔

在人機(jī)智能融合的智能體團(tuán)隊(duì)中，人類對(duì)于智能體團(tuán)隊(duì)的貢獻(xiàn)最大，且占據(jù)主動(dòng)性優(yōu)勢(shì)。機(jī)器由于擁有豐富的傳感器和快速的計(jì)算分析能力，可以輔助人類分析和解決問題。人主機(jī)輔方式中雖然人類占據(jù)主動(dòng)，但機(jī)器并沒完全喪失主動(dòng)權(quán)，機(jī)器在整個(gè)團(tuán)隊(duì)中還是具有一定話語權(quán)的。機(jī)器一方面為人類提供有用的數(shù)據(jù)信息和建議，另一方面幫助人類獲得決策的反饋效果，但最終決定權(quán)始終在人類那里。

用戶全手動(dòng)

人類占據(jù)完全的主動(dòng)。通常這種情況下，人類手動(dòng)完成原先機(jī)器的工作并忽略機(jī)器的存在，人類通過人機(jī)界面直接完成對(duì)機(jī)器的遙控操作。但是對(duì)于遠(yuǎn)程控制的機(jī)器人來說，由于人類并不在工作現(xiàn)場(chǎng)，需要依賴機(jī)器才能完成信息獲取工作，所以很難有完全意義上的全手動(dòng)操作。

這五種工作方式的區(qū)別主要在于人類介入的程度不同以及人類和機(jī)器的主動(dòng)性差異。人類介入的程度越低則提供的智能就會(huì)越少、對(duì)智能體團(tuán)隊(duì)提供的智能貢獻(xiàn)就越少、占據(jù)的主動(dòng)性就會(huì)越少，機(jī)器的自主控制等級(jí)就會(huì)越高。同理，人類介入的程度越高則提供的智能就會(huì)越多、對(duì)智能體團(tuán)隊(duì)提供的智能貢獻(xiàn)就越大、占據(jù)的主動(dòng)性就會(huì)越強(qiáng)，機(jī)器的自主控制等級(jí)就會(huì)越低。在機(jī)器全自主和用戶全手動(dòng)兩個(gè)邊界上，前者人類完全不介入機(jī)器的智能，機(jī)器擁有完全的自主控制能力;后者，人類完全占據(jù)主動(dòng)，遙控操作機(jī)器，機(jī)器在該合作模式下幾乎完全失去了自主控制能力。所以本文將人類和機(jī)器的合作方式作為機(jī)器自主控制等級(jí)劃分的依據(jù)，即機(jī)器自主控制等級(jí)劃分的水平劃分依據(jù)。 2100433B

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于“自主控制”還沒有給出明確的定義，“自主”一詞是從英文中的" autonomy”翻譯而來，來源于17世紀(jì)希臘的“autonomia "，義為“having its own laws”譯為擁有自己的規(guī)則。在控制系統(tǒng)中“自主”是指控制系統(tǒng)擁有自主的決策能力，而這些決策是基于一系列的決策方法。目前國(guó)內(nèi)外的研究中對(duì)“自主控制”的概念有著不同的定義：

(1)美國(guó)國(guó)家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA1985年在《空間站計(jì)劃》一文中將自主控制定義為，在沒有人的干預(yù)下，系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，在傳感器的刺激下，在一段時(shí)間內(nèi)自我執(zhí)行一系列的行動(dòng)，以完成預(yù)定目標(biāo)的能力。該定義強(qiáng)調(diào)了自主控制系統(tǒng)可以使用傳感器接受外界環(huán)境的信息，并在這些信息的刺激之下，獨(dú)立且有目標(biāo)的執(zhí)行任務(wù)。

( 2 ) Pachter和Chandler等人認(rèn)為自主控制是非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下采取的高度自動(dòng)化。這里的自動(dòng)化強(qiáng)調(diào)無人參與、自我控制，以及對(duì)于非機(jī)構(gòu)化環(huán)境下各種不確定性的適應(yīng)能力。該定義強(qiáng)調(diào)了自主控制系統(tǒng)可以應(yīng)對(duì)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的不確定性，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下可以無人參與并自主解決問題、自主適應(yīng)環(huán)境的改變。

( 3 ) Anisaklis和Passino等人認(rèn)為自主控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間在非確定性的環(huán)境下很好的工作并能夠?qū)ο到y(tǒng)的失誤進(jìn)行補(bǔ)償。該定義強(qiáng)調(diào)了在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下自主控制系統(tǒng)可以對(duì)自身性能和失誤進(jìn)行自我修復(fù)的能力。

(4) Clough和Boskovic等人認(rèn)為自主控制是指自主控制系統(tǒng)在沒有人的干預(yù)下自主、快速和有效地適應(yīng)環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)在線的對(duì)環(huán)境進(jìn)行感知、處理信息和控制策略的重構(gòu)，并以最優(yōu)的方式執(zhí)行控制策略。該定義從信息處理過程的實(shí)時(shí)性角度分析了自主控制系統(tǒng)應(yīng)該具有的能力，并強(qiáng)調(diào)了在線感知、自主進(jìn)行方案選優(yōu)和以最優(yōu)方式執(zhí)行控制策略。

(5)蔡自興等人認(rèn)為自主控制是在沒有人的干預(yù)、無需對(duì)環(huán)境作任何規(guī)定和改變的條件下，有目的地移動(dòng)和完成相應(yīng)任務(wù)的能力。該定義主要是從移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的角度出發(fā)，強(qiáng)調(diào)了自主控制系統(tǒng)的適應(yīng)性和目的性。

總的來說自主控制是在沒有人的干預(yù)下，把自主控制系統(tǒng)的感知能力、決策能力、協(xié)同能力和行動(dòng)能力有機(jī)的結(jié)合起來，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下根據(jù)一定的控制策略自我決策并持續(xù)執(zhí)行一系列控制功能完成預(yù)定目標(biāo)的能力。

自主控制系統(tǒng)的智能是以人工智能為基礎(chǔ)的。人工智能的研究一直以來是以理解、模擬人類智能為核心。在人類研究人工智能的過程中，人類從人文主義、邏輯主義、聯(lián)結(jié)主義等各種不同的智能產(chǎn)生途徑為基礎(chǔ)開展研究。麻省理工學(xué)院的Parasuraman等人從智能信息處理過程的角度介紹了一種人類處理信息并產(chǎn)生智能的四層次結(jié)構(gòu)，分別是感覺加工(Sensory Processing)、感知和認(rèn)知記憶(Perception / Working Memory)、決策制定(Decision Making)、行動(dòng)選擇(Response Selection)，如圖1所示。

Parasuraman等人認(rèn)為自主控制系統(tǒng)是一個(gè)智能化的控制系統(tǒng)，所以圖1所示的人類處理信息并生成智能的四個(gè)層次結(jié)構(gòu)同樣適用于機(jī)器系統(tǒng)，并將該層次結(jié)構(gòu)應(yīng)用到了自主控制系統(tǒng)之中，提出了自主控制系統(tǒng)信息處理的四個(gè)層次結(jié)構(gòu)，分別是信息獲取(Information Acquisition)、信息分析(Information Analysis)、決策和行動(dòng)選擇(Decision and Action Selection)、行動(dòng)實(shí)施(Action Implementation)，如圖2所示。

信息獲取

信息獲取是產(chǎn)生智能的必要步驟，因?yàn)閺氖澜绲男畔⒑Ｑ笾杏嗅槍?duì)性的獲取相關(guān)問題的信息是智能產(chǎn)生的基礎(chǔ)。信息獲取層是智能控制系統(tǒng)的信息來源，是智能的源泉。信息獲取，可以通過具有感知能力的生物器官或者機(jī)器傳感器來完成，將智能控制系統(tǒng)所處世界中的信息轉(zhuǎn)化為智能控制系統(tǒng)可以處理的電流和電壓信號(hào)。信息獲取層源源不斷的為智能產(chǎn)生提供信息原料，為智能控制系統(tǒng)提供最基礎(chǔ)的信息支撐，所以信息獲取層是其它三個(gè)智能信息處理層次的智能基礎(chǔ)。

信息分析

智能控制系統(tǒng)在獲取信息之后需要對(duì)信息進(jìn)行分析，信息分析就是把信息加工成智能控制系統(tǒng)可以理解的更加抽象和普遍適用的知識(shí)，方便決策模塊直接使用，這就要求智能控制系統(tǒng)具有認(rèn)知的能力。認(rèn)知的形成有歸納和演繹兩種基本途徑，而歸納和演繹又是相輔相成。歸納是通過對(duì)具有相似性的事物和現(xiàn)象進(jìn)行大量觀察，并通過研究和總結(jié)找出相似事物和現(xiàn)象之間具有普遍規(guī)律的認(rèn)知信息，是由特殊到普遍的認(rèn)知方法。而演繹正好相反是根據(jù)具有通用性的認(rèn)知信息進(jìn)行推理并認(rèn)識(shí)個(gè)別的、特殊的事物和現(xiàn)象，是由普遍到特殊的認(rèn)知方法。信息分析層能夠正常工作的條件，就是信息獲取層能夠?yàn)槠涮峁┗镜男畔⒅С?。也就是說沒有信息獲取層進(jìn)行信息的獲取，信息分析層就沒有信息可以分析。所以信息分析層必須建立在信息獲取層之上。又由于信息的分析需要智能的支持，所以信息分析層具有比信息獲取層更高的智能層次和智能水平。

決策和行動(dòng)選擇

信息獲取和信息分析的目的是為需要解決的問題提供信息，這就需要根據(jù)解決問題的策略或者規(guī)則對(duì)于信息進(jìn)一步加工，最終形成解決問題的方案，這就要求智能控制系統(tǒng)具有決策和行動(dòng)選擇的能力。對(duì)于智能控制系統(tǒng)來說決策和行動(dòng)選擇是兩種不同的智能形式，這兩種智能形式分別對(duì)應(yīng)于慎思型的決策和基于規(guī)則的條件反射。

慎思型的決策是指信息通過信息分析層加工成智能控制系統(tǒng)可以理解的信息，使用一系列的先進(jìn)決策方法形成最終的決策。這種決策過程通常具有較高的智能，整個(gè)決策過程可能會(huì)有信息的反饋，這種反饋是一種假設(shè)。假設(shè)用于對(duì)決策的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。這是因?yàn)闆Q策最終不一定會(huì)成為行動(dòng)，而決策本身可以引發(fā)新的分析任務(wù)。智能控制系統(tǒng)通過假設(shè)將決策的結(jié)果放到環(huán)境之中進(jìn)行推理學(xué)習(xí)，并判斷結(jié)果是否可行或者最優(yōu)。典型的帶有推理和假設(shè)的學(xué)習(xí)方法有貝葉斯陰陽學(xué)習(xí)理論，這是一種由條件推導(dǎo)出結(jié)果，再反過來看看結(jié)果是否可以推導(dǎo)出條件的人工智能學(xué)習(xí)方法。在現(xiàn)實(shí)生活中人類也會(huì)有這樣反復(fù)推敲的行為，先根據(jù)問題和問題環(huán)境提出解決問題的假設(shè)然后在問題環(huán)境中去驗(yàn)證假設(shè)的正確性如此反復(fù)的推敲，推敲過程中不斷學(xué)習(xí)直到最后得到理想的問題解。慎思型的決策產(chǎn)生的慎思型智能行為信息處理過程如圖3所示。

行動(dòng)實(shí)施

當(dāng)決策和行動(dòng)選擇層產(chǎn)生慎思型決策信息或者條件反射型行為控制指令信息以后需要智能控制系統(tǒng)的行動(dòng)實(shí)施層將這些信息轉(zhuǎn)換成為具體的智能行為，把智能控制系統(tǒng)的意志轉(zhuǎn)化成為智能行為并作用于環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)慎思型的決策和基于規(guī)則的條件反射，最終達(dá)到解決問題的目的。所以行動(dòng)實(shí)施層所需要的信息和表現(xiàn)出的智能又是建立在信息獲取層、信息分析層以及決策和行動(dòng)選擇層三個(gè)層次之上，擁有更高的智能層次和智能水平。

這樣，經(jīng)過上述分析Parasuraman等人的控制系統(tǒng)四層信息處理過程就成為一個(gè)智能層次和智能水平由低到高的有序智能層次結(jié)構(gòu)。高層的智能建立于低層智能之上，因此高層具有比低層更高的智能層次和智能水平。所以從最底層的信息獲取層依次到最高層的行為實(shí)施層，各層擁有的智能越來越多、智能水平也越來越高。

那么對(duì)于可變自主控制系統(tǒng)來說，當(dāng)人類完全不介入機(jī)器智能控制系統(tǒng)時(shí)，機(jī)器處于完全自主控制的模式。當(dāng)人類介入機(jī)器智能控制系統(tǒng)的智能層次越低，人類給予機(jī)器的智能補(bǔ)充就越少、機(jī)器對(duì)人類的依賴就越少、機(jī)器的主動(dòng)性就越多，所以機(jī)器的自主控制等級(jí)就越高。同理，當(dāng)人類介入機(jī)器智能控制系統(tǒng)的智能層次越高，人類給予機(jī)器的智能補(bǔ)充就越多、機(jī)器對(duì)人類的依賴就越多、機(jī)器的主動(dòng)性就越少，所以機(jī)器的自主控制等級(jí)就越低。當(dāng)人類忽略機(jī)器的智能控制系統(tǒng)，手動(dòng)遙控操作機(jī)器的時(shí)候，機(jī)器就完全喪失了自主控制的權(quán)利。所以本文以人類介入機(jī)器的智能層次高低作為人類為機(jī)器提供智能幫助的度量依據(jù)，即機(jī)器自主控制等級(jí)劃分的垂直劃分依據(jù)。

應(yīng)用

由于經(jīng)濟(jì)上的某種目的而自動(dòng)進(jìn)行的交易的收支相抵維持的國(guó)際收支平衡。這種平衡是通過自主性交易(又稱事前交易)來實(shí)現(xiàn)的，即通過商品和勞務(wù)輸出入、政府和私人的援助與贈(zèng)款、僑民匯款等。這樣，經(jīng)常項(xiàng)目與長(zhǎng)期資本項(xiàng)目收支相抵，而無須通過“官方儲(chǔ)備”等項(xiàng)目來軋平差額。只有通過自主性交易收支相抵產(chǎn)生的平衡．才是真正的國(guó)際收支平衡。2100433B

自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)是企業(yè)持續(xù)發(fā)展不可缺少的一部分。公司自成立以來就十分重視自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的探索和研發(fā)。早在1996年起公司已獲得電飯鍋產(chǎn)品實(shí)用新型和外觀專利項(xiàng)目36項(xiàng)。2001年公司楊達(dá)開董事長(zhǎng)作為主要起草單位之一，參與了中國(guó)節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證管理委員會(huì)編制“家用自動(dòng)電飯鍋節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證技術(shù)要求”。同年，公司成立了以電壓力鍋為專項(xiàng)的新產(chǎn)品研發(fā)小組，經(jīng)過多年的鉆研和探索，共獲得了二十多項(xiàng)電壓力鍋實(shí)用新型專利項(xiàng)目。并作為電壓力鍋龍頭企業(yè)之一參與制訂了電壓力鍋產(chǎn)品聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)。