国家自然科学基金进展报告

1、国家自然科学基金资助项目进展报告项目批准号70771059申请代码G0110归口管理部门收件日期国家自然科学基金资助项目进展报告资助类别：面上项目亚类说明：附注说明：项目名称：使用代数化元语言构建跨领域的工程决策支持系统负 责 人：顾学雍电话子邮件 ：依托单位：清华大学联 系 人：宿芬电话助金额：20.0000(万元)累计拨款：12.0000(万元)执行年限：2008.01-2010.12 116695 0填表日期：年月日国家自然科学基金委员会制（2004年11月）第 12 页关于填报国家自然科学基金资助项

2、目进展报告的说明2004PF一. 项目负责人每年须填报国家自然科学基金资助项目进展报告（简称进展报告），以此作为自然科学基金资助项目跟踪、管理的主要依据。二. 项目负责人应认真阅读自然科学基金项目管理和财务管理有关规定、办法（查阅）, 在年度工作的基础上，实事求是地撰写进展报告。三. 项目依托单位认真审核, 于每年1月15日前将本单位受资助项目的进展报告统一报送国家自然科学基金委员会归口管理部门。四. 进展报告由报告正文和附件两部分组成, 报告正文请参照 “进展报告报告正文撰写提纲”撰写，并可根据需要增设栏目，要求层次分明, 内容准确。项目执行过程中的进展或研究成果、计划调整情况等，须在报告中

3、如实反映。五. 国家自然科学基金委员会归口管理部门负责审核项目年度进展报告、跟踪项目进展与研究成果、核准项目负责人的次年度研究计划和调整要求，确定项目继续资助的情况。对不按要求填报进展报告，或项目执行不力，或内容、人员等调整不当而影响项目顺利进展的，视其情节轻重要求负责人和依托单位及时纠正，或给予缓拨资助经费、中止或撤消项目等处理。六. 经费执行情况报表由重大项目的课题和重点项目填报，重大项目每年度填报随进展报告一同报送，重点项目在进行中期检查的年度填报。其他项目无需填报经费执行情况报表，只需在进展报告中对经费使用情况和下一年度经费安排做出必要的说明。注：国家自然科学基金强调科学道德和良好的学

4、风，反对弄虚作假和浮躁作风，要求工作认真、填报材料实事求是。部分探索性研究内容，虽经过努力，也可能没获得理想结果或甚至失败，特别是面上项目。如有这种情况，也请在报告中实事求是地反映出来，说明工作状况和发展态势，供国家自然科学基金委员会和专家参考。报告正文撰写提纲1. 年度计划要点和调整情况。简要说明是否按计划进行, 哪些研究内容根据国内外研究发展状况及项目进展情况做了必要的调整和变动，哪些研究内容未按计划进行，原因何在。2. 研究工作主要进展和阶段性成果。(本部分是进展报告的重要部分,请认真撰写)。请分层次叙述所开展的研究工作、取得的进展或碰到的问题等，给出必要的数据、图表。根据实际情况提供国

5、内外有关研究动态的对比分析及必要的参考文献。本部分亦包括国内外合作与学术交流、研究生培养情况等。3. 下一年度工作计划，包括国内外合作与交流计划。如要求对原研究内容和主要成员作重要调整，需明确要求调整的内容，并说明理由、必要性以及对项目实施的影响。（注：为保证基金项目顺利进行，研究人员要求稳定，一般不作变更。如确需变更，须按基金项目管理办法规定的要求提出申请，经自然科学基金委归口管理部门核准后方可变更。）4. 当年经费使用情况与下一年度经费预算。给出必要的经费使用情况的说明，逐项列出固定资产超过5万元的设备的名称、使用情况等有关说明。5. 存在的问题、建议及其他需要说明的情况。说明项目执行中的

6、问题和建议。对部分探索性强的研究，有可能未获得理想结果或甚至失败，请如实地反映，说明原因、工作状况、发展态势和建议等，供基金委管理人员或同行专家参考。6. 附件：给出标注基金资助的已发表和已有录用通知的论文目录、其他成果清单和必要的证明材料复印件等。发表论文按常规文献引用方式列出。报告正文1 年度计划要点和调整情况 按照项目研究目标，2008年度研究计划要点包括：第一阶段：（2008年1月2008年9月）调研不同工程领域决策支持系统的实现手段和使用方法，使用元语言来描述这些不同决策过程的内容，比较和分析其共性和个性，确定目标系统的平台通用功能和应用于专门领域的工具包的功能。运用启发式评估(He

7、uristic evaluation)和可用性工程(Usability engineering)的方法分析和总结现有决策支持系统的建模和分析过程的人机交互模式，并且分析用户使用相关系统进行操作的人机界面引导体系；第二阶段：（2008年10月到2009年6月）使用“事物网” 语言的数理规格实现一个工程决策问题的元语言核心，并且在现有理论的基础上根据实际工程的特点，更新推理机的算法；通过决策任务分析、用户需求分析和用户状态转移矩阵分析，得到使用者在跨领域工程决策系统中的全状态转移列表，给出基于特定领域应用情景的用户指导书，确定系统的各个人机交互状态和功能模块；归类数据类型，做出数据字典。 本年度已

8、经圆满完成上述计划，并提前开展下一年度计划工作的部分任务的划分与安排。 研究工作按计划顺利进行，目前研究计划无调整。2 研究工作主要进展和阶段性成果(1)研究工作的主要进展 (a)调研了多家工程领域决策支持系统，分析目标系统平台的通用功能和应用于特定领域的工具包的功能，并分析了其实现手段和使用方法。 (b)将事物网模型中的可执行元语言在高端工程软件Mathematica下重新编译，并加入了新的编程机制，拓展了元语言核心的灵活度和可靠性。 (c)在跨领域工程决策的实例研究中，我们结合汽车购买决策辅助网站的相关数据以及进行系统建模，通过对用户行为模式数据进行分析，自动计算出用户的相关需求及决策结果

9、。并继承国内外汽车行业对RFID中间件技术及RFID数据管理领域的研究成果，在服务质量管理(Quality of Service, QoS)研发框架下，研究如何对汽车行业在供应链中所产生的RFID动态数据实现实时管理。这些数据，包括用户行为模式与供应链的动态数据，提供本课题一系列的跨领域的数据内容，并将运用于以后的跨领域决策数据管理以及决策推算的案例。(2)阶段性成果 (a)以调研分析了上海通用公司，上海铁路局机车维修系统，航空排班，以及公交系统等跨领域工程决策支持系统为切入点，确定目标系统的平台通用功能和应用于专门领域的工具包的功能，并对其工程系统进行了相应的仿真建模，在实现共性功能的基础上

10、分析实现个性功能的手段和使用方法。图一：上海通用汽车供应链网络及汽车制造系统 如图一所示，上海通用汽车供应链网络主要由工厂，配送中心，以及供应商三部分组成。其中工厂存在向配送中心和供应商订货这两种途径，同样，供应商也存在向工厂和配送中心的供货这两种途径，而供应商之间也存在分包的情况。因此上海通用汽车供应链网络的核心问题是如何对该系统进行自动排列组合并找到最优方案。 (b)在供应链问题的基础上，我们结合上海通用汽车的集装箱调运问题，以及RFID的应用，进行了系统仿真建模。技术上，我们将模型分为过程模型和数据模型两部分，并用数据驱动的方式，将这两部分整合。不但高效的仿真出集装箱的配送方式，更使得整

11、个系统更具活性，当线路，数量等数据发生变化时，只需要更改相应的数据数量即可，对整个系统构架不会产生任何架构上的影响，这是以往建模所难以实现的特点。图二：上海通用汽车集装箱运输问题实体关系图图三：经事物网语言编译后的集装箱运输问题二步图 (c)下图（图四），为公交实时排班系统。在本系统中，我们根据公交站点以及每个站点的客流量将公交系统进行仿真建模，并根据客流量的时间分布计算出最优的排班计划。图四：公交实时排班系统 (d)下图（图五），是根据现有航班数据的，以数据驱动的方式建立航空时实排班系统的仿真模型，并实现当发生突发事件时，系统可以根据改变的数据，自动产生新的排班系统，解决了以往人工调试所需的

12、工作量和复杂度。 图五：航空重调度系统（2）将可执行的元语言模型在工程软件Mathematica下重新编译，并加入Binding（绑定）和Barrier & Lease（壁垒与权契）的机制。实现利用基本的数据类型，将跨领域决策模型中的大量实质相同的概念和处理方法，通过元语言统一的语法和语义进行描述，通过代数法则对模型进行分类、简化、变换等功能，实现建模自动化。Mathematica下的事物网模型不但精简了其元语言核心的代码量，更增强了其灵活度和可靠性，但运算的速度还需要进一步调试。 (a)图六为加入绑定机制的元语言的示意图。在“student has camera”这个语句中，stud

13、ent的属性可以先和Tian Ju,Huang Ke, Ryan中的一个绑定，而has的属性也可以和borrow, buy中的一个绑定，camera可以film,digital中的一个绑定。这样同一个语句通过不同的属性而拥有了多种排列组合，从而使元语言在不增加其代码量的基础上更具有表达性。图六：加入绑定机制的元语言 (b)图七为加入壁垒与权契机制的元语言的示意图。壁垒对可通过某一特定过程的实体进行了限制。如图所示，只有当同时拥有红色和黄色这两个实体时，才可以出发过程，而经过该过程的红，黄实体，也相应的转变成了蓝色的实体。而契机则对当拥有红，黄实体时，何时将其触发成蓝色这个时间做了规定。 图七：

14、加入壁垒与权契机制的元语言 (c)我们应用元语言对“哲学家用餐”这个经典的问题进行了仿真建模。图八为“哲学家用餐”的示意图。在该问题中，哲学家主要进行思考和吃饭两种活动，如图所示，五个哲学家，五只叉子，而有当哲学家同时拥有两只叉子时，才可以进餐。因此，“哲学家用餐”这个问题同时包涵了时间、空间，以及不确定性这三个工程所面对的基本问题。我们用元语言成功的对其进行了仿真建模（图九），实现了对时间，空间和不确定性的统一，并在Mathematica下生成了人机界面（图十）。图八：哲学家用餐图九：经元语言编译的哲学家用餐问题图十：在Mathematica下生成的人机交互界面（4）结合汽车购买决策辅助网站

15、的相关数据，用事物网模型进行系统建模，通过分析用户行为模式数据，自动计算出用户的相关需求及决策结果。并运用启发式评估和可用性工程的方法分析和总结现有决策支持系统的建模和分析过程的人机交互模式，分析用户使用相关系统进行操作的人机界面引导体系。改进设计后的网站错误率与心智负荷程度低于原版的导购网站，同时显著提高了用户的满意度,但在表现时间与迷失程度上二者没有明显区别。图十二：自适应的实时RFID管理系统构架（5）在的RFID动态数据实时管理软件的服务质量管理框架下，在保证速度、精度、对数据容错能力和安全性等多种约束因素下，构建一套RFID动态数据实时管理软件的原型系统，开发支持实时处理多类型大量的

16、动态数据、具备分布与协同能力的数据驱动的软件平台；使用分段式事件驱动架构对于大规模RFID数据处理，使它具备实时数据分析、数据分布式存储、协同式处理等功能。图十三：自适应的实时RFID管理系统构架 如图十三所示，先建立基于服务质量的RFID实时作业系统，根据空间拓扑代数以及时空逻辑代数对RFID的动态时空信息进行一致性的控制存储，再根据数据驱动的动态算法绑定技术，分布式的处理所存储的数据，最后根据应用的需求，分布式重构RFID实时应用系统，从而实现对千万量级的RFID数据的管理。图十四：分布式可重构RFID网络实时应用系统 图十四则描述了分布式可重构RFID网络实时应用系统的实现过程，首先RF

17、ID读写器读出实时的RFID环境中数据，而后依据时空代数引擎将其存储在RFID中间件中，并以JVM集群网络的形式分布在网络附加内存中，最后根据不同的应用，将其投射到不同的应用服务器上。（5）邀请MIT航天航空系Ed Crawley教授进行事物网决策方法的使用交流，并正式聘请Ed Crawley 教授为我系客座教授。邀请荷兰Eindhoven University of Technology (TU/e)大学的研究人员Gao Han，以及韩国首尔大学学生Rygun Seo来我实验室进行学术交流。并应邀参加CDIO组委会的 3rd International CDIO Conference，Wor

18、fram Research Inc. 举办IMS2008的研讨会，IEEE2008研讨会以及一些其他的会议。（6）在学生培养上，我们采用了CDIO的培养模式，即让学生对产品和系统通过构思设计实现运作的模式，实现对产品生命周期的发展和部署。 在该框架下，我们课程设置为讲课>个人项目>小组项目>项目进展汇报>回顾和提炼>讲课的循环模式。以学生为导向，老师退居二线，充分调动学生的积极主动性。此过程我们格外注重三方面：1 做中学，学生充分发挥学生主动性，学生根据不同的项目自己构思和设计。2 产学合作，介绍产业界最新模型，并将科研趋势反应在工业中，邀请产业界泰斗与学生互动。

19、3 国际化，全英文教学，国际学生，国际老师，留学生以及国际交换项目。 结合项目培养在读研究生包括： 黄易（博士生，现MIT交换生），周晨佳（研究生，现上海交通大学），黄柯（研究生），尚坤（研究生）等人。3.下一年度工作计划 本课题在继续优化可执行的元语言模型的技术上，重点突破如下三个关键技术： （1）时空一致性：使用基于数据驱动的软件开发模式以及自动化编程工具来有效利用RFID系统所提供的信息内容的实时性和区域性，并改变人工开发源代码的繁琐工艺流程； （2）数据的快速存取、压缩与搜索：通过对分布式数据采集，存储与分层级处理的特性，在SOA在网络环境内分层协作地实现数据的存储及搜索，使用集成的实时嵌入式数据库和树状结构对数据进行压缩存取； （3）优先排序与调度：结合复杂事件处理与约束编程(Constraint Programming)的工具，实时地对多层物理事件、对产生的数据式事件进行优