面向新型决策系统的人件模型研究

朱咸军，周献中,2，王友发,3，王志鹏

(1.南京大学工程管理学院，江苏　南京　210093；2.南京大学智能装备新技术研究中心，江苏　南京　210093；3.江苏大学管理学院，江苏　镇江　212013)

面向新型决策系统的人件模型研究

朱咸军1，周献中1,2，王友发1,3，王志鹏1

(1.南京大学工程管理学院，江苏南京210093；2.南京大学智能装备新技术研究中心，江苏南京210093；3.江苏大学管理学院，江苏镇江212013)

摘要：本文首先提出了三件(硬件、软件和人件)融合的新型决策系统模型，它是对决策支持系统三域(问题域、方法域和解空间)的扩充；其次，对人件相关概念进行了阐述，包括(专家)人和接口(表示与表达)以及之间的关系；然后提出了一个全新的人件模型(HwM)，并对模型中的主要功能部件进行了描述；最后，通过示例阐述了HwM如何在决策过程中发挥其作用。示例表明，HwM为(专家)人融入新型决策系统提供了一个可行且有效的途径。

关键词：DSS；人机交互；新型决策系统；人件模型；人件

20世纪70年代，G.Anthony Gorry等人提出了决策支持系统(Decision Support System，DSS)的概念[1]。在此基础上，国内外学者对DSS的结构、功能及支持技术等进行了大量的研究，并解决了一系列具有代表意义的决策问题[2-4]。但是，决策任务(问题)日趋复杂，越来越多的问题无法采用定量模型进行刻画，如模糊问题[5]、确定性和不确定性问题[6-7]，研究人员开始思考和探索如何把“人”请到决策系统中来。互联网技术的进步促进了人机交互技术的发展[8-10]，尤其第四代人机交互技术也给DSS注入了新的活力，大量学者进行了基于网络化环境下的决策支持系统的研究。但是，这些研究还是基于传统DSS的两种研究模式：①人为主计算机为辅助工具的决策模式，如专家系统；②以计算机为主人为辅助的决策模式，如人在环。在决策流程过程中，人始终作为DSS的外部因素存在。

2010年，周献中教授在自然科学基金申请中首次提出了基于“人即服务”理念的“人件服务”及“新型决策系统”新概念，相关研究已经取得一定的成果。文献[11]构建了基于人件服务的新型决策系统总体架构，并对支持架构的几个关键技术进行了论述。文献[12]和[13]从人机协同的角度探讨了新型决策系统中人件服务的形式化描述和人件服务的四种(串行、并行、选择和循环)控制结构。文献[14]研究了新型决策系统的人件服务接口技术。文献[15]和[16]研究了基于人件服务的新型决策系统服务调用框架和服务调用机制。文献[17]研究了工作流体系中的人件服务运行；[18]研究了基于人件服务的新型决策系统性能评估方法；[19]研究了新型决策系统中人件服务实现的技术体系，包括三层九个技术。

综上所述，新型决策系统与人件服务研究成果较为丰富，但是，新型决策系统模型与人件模型的研究尚存在不足。因此，本文拟从这方面进行研究。

1人件的几个定义

1.1人件

定义1：人件(Humanware，Hw)。人件是(专家)人和接口以及相关关系的描述，是新型决策系统的一个构件。

人件中的“人”具有如下特征：①人件中的人是泛指，统计意义上的个性化描述，具有有限理性和个性化；②人件是人的“自然智能”的载体，包括对决策任务(问题)求解过程提供知识、经验和智慧等支持的自然人；③人件中的人是决策流程环节中的决策者，在决策任务求解过程中提供信息、功能或算法支持的各类人员。

人件中的接口具有表达和表示的双重功能，接口表达功能即专家通过相关接口获取决策问题相关数据、信息的能力。接口表示功能即专家通过接口向网络发布其所能承担角色及其能力的表示。

1.2人件技术体系

定义2：人件技术体系(Technological System for Humanware，TS4Hw)。人件技术体系是一组技术的统称，它是新型决策系统中实现三件(硬件、软件和人件)融合的具体实现手段和方法。

新型决策系统人件技术体系包含了人件建模技术、人件生成技术、人件使能技术、人件调用技术、人件规划技术、人件效能评估技术、人件柔性服务技术、人件管理技术和人件进化技术，如图1所示。

图1　人件技术分层架构图

1.3人件服务

定义3：人件服务(Humanware Service，HwS)。新型决策系统中，人件面向特定决策任务(问题)求解功能(如分析、判断、建议、决定等)的组件(产品)化、服务化实现形态被描述为人件服务，以服务的形式参与到决策流程中，完成特定角色的决策功能。其形式化描述如下:

HwS= { URI，TaskDTO，HwDTO，Function，QoS}，其中，URI，TaskDTO，HwDTO，Function，QoS 分别为人件服务的通用资源标识符、名称、决策任务(问题)数据对象、人件数据对象、功能描述、服务质量。

人件服务形式化描述与软件服务、硬件服务形式化描述是一致的。根据流程控制的四种基本结构，在复杂决策问题的求解过程中，新型决策系统的三个要素相互配合、相互合作(协作)，共同完成决策问题的求解。

1.4人件服务与知识

人件是新型决策系统的三个组成要素之一，在决策任务(问题)求解过程中能够提供知识、经验和智慧等支持。所以，人件也是知识的载体。新型决策系统的人件服务与知识关系，如图2所示。

图2　人件服务与知识

1958年，匈牙利裔英国科学哲学家迈克尔.波兰尼(Mickael.Polanyi)在“个人知识”中[20]指出：“人类有两种知识，通常所说的知识是用书面文字或地图、数学公式来表述的，这只是知识的一种形式，还有一种知识是不能系统表述的，例如我们有关于自己行为的某种知识，如果将前一种知识称为显性知识的话，那么就可以将后一种知识称为缄默知识”。因此，知识可以分为缄默知识和显性知识。

新型决策系统中的缄默知识是指在决策任务(问题)的求解过程中，人件所使用的那些只可意会而不能言传的知识、经验、灵感、意识等，如战场态势研判等；缄默知识是不可以通过软件编码的方式来实现的。因此，缄默知识的使用和体现可以通过人件服务实现。

新型决策系统中的显性知识是除了缄默知识以外的所有知识。显性知识的部分知识可以借助符合进行推理，并可以通过软件编码的方式实现和存储,如运筹决策软件，成为软件服务；知识的另一部分是不能通过软件编码的方式实现和存储，即不可编码，不可编码的知识本身是可表达和可理解的，但是计算机无法理解，如图片的内容评价等。不可编码的显性知识的使用和体现也可以通过人件服务来实现。

2新型决策系统

2.1系统模型

根据系统科学理论[21]，系统的功能行为决定于系统的组成要素及其关系(结构)。在传统的DSS的两个组成要素(软件和硬件)的基础上融入人件新要素，从而形成了“三驾马车”并驾齐驱的新型决策系统形态。新型决策系统(Novel Decision System，NDS)模型以决策任务(问题)为中心，包含了硬件、软件和人件三个组成要素，三件共同合作解决决策问题，如图3所示。

图3　新型决策系统模型图

新型决策系统模型中，决策任务(问题)分派或指派给三类服务，服务向新型决策系统反馈结果并改变决策任务(问题)的状态，最终实现整体业务流程状态的改变。

硬件服务以实物形态存在并组合在一体，其按照信息处理模式可以分为信息存储服务、信息承载服务和信息采集与转化服务等。

软件服务以软件知识为基础，以编码形态存在并运行于各种服务器和硬件设备上。根据服务形态和服务对象可以分为基础软件、中间件、应用软件和嵌入式软件。

人件服务是以具有独特智慧的自然人转化而来的一种服务，并能在网络环境下与硬软件紧密协作，统一接受管理、调度和使能，完成决策任务。根据决策问题属性和层次不同，人件服务的分类方式不同，如决策问题属性为战争筹划问题的战略筹划、战役筹划和战术筹划。

环境因素是新型决策系统运行过程中一个不可或缺的部分,如网络化环境下,网络带宽问题导致沿海地区的使用效率明显高于内陆。

2.2NDS的三域

NDS解决了传统DSS存在的不足，如图4所示。首先，DSS现有的模型和算法只能解决结构化问题中的一部分决策问题，而NDS不仅可处理DSS所能处理的结构化问题，还可以解决半结构化和非结构化问题；其次，DSS可使用的方法局限于现有的模型和算法，而NDS不仅可以使用DSS的所有方法,还可以使用人件的知识、智慧、经验等，对决策问题进行、模糊化处理；再次，DSS所能达到的解空间局限于最优解，而NDS实现了所有决策任务(问题)必有可行解(包括最优解)。

图4　新型决策系统问题域、方法域和解空间图

3人件模型

新型决策系统中，人件模型是对参与求解决策任务(问题)的人件及其活动的抽象。人件模型包括外部终端/数据流、信息选通器和增强器、多模态信息转换协议、自适应信息推送、多通道表示/表达设备和(专家)人，如图5所示。

3.1关键模块概述

(1)外部终端/数据流：承担了人件与新型决策系统通信的接口，主要包括决策任务(问题)的请求信息和对决策任务(问题)的应答内容。首先，人件在决策过程中，除了决策任务(问题)本身的信息之外，还需要获取其他数据和信息；其次，决策流程存在多个流程环节，流程环节状态的转化取决于人件对决策任务(问题)的应答内容。

图5　新型决策系统人件模型

(2)信息选通器和增强器：外部终端采集的数据和信息是错综复杂的，信息选通器负责从这些信息中挑选出对决策任务(问题)具有参考价值的数据和信息，并将数据和信息融合后形成统一的参考信息；信息增强器是将在信息选通器阶段过滤掉的信息添加到上一个阶段的信息中，供决策流程的后续处理，直到决策流程结束。

(3)多模态信息转换协议：经由信息选通器过滤后的数据和信息多种多样，如图片、统计数据、视频、音频等。在进入后续环节前需要对这些数据和信息进行融合，形成一个统一的信息格式，如统计信息、语音信息。不同格式的信息之间，能够通过多模态信息转化协议实现自由、顺畅的转化。

(4)自适应信息推送：人件模型中的自适应信息推送是在数据挖掘、自然语言处理以及互联网等多门技术基础上，经过对(专家)人的个人特质(如指挥艺术、偏好等)进行挖掘，最终实现将合适的信息内容和信息模态推送给(专家)人。

(5)多通道表示表达设备：随着视线跟踪技术、语音识别技术、手势识别技术(接触式和非接触式)、感觉反馈技术等人机交互技术的发展，(专家)人在决策过程中可以以并行、非精确方式与计算机进行交互。在交互的过程中，(专家)人可以使用多个感觉和效应通道、运行非精确交互、三维和直接操作进行操作，其过程包含了交互的双向性、隐含性、智能性和自适应性等，很大程度上提高了准确度和效率。

3.2人件模型操作步骤

第一步：新型决策系统将决策任务(问题)分派给人件进行处理，人件模型中请求接受接口的获得决策任务(问题)，并从其他渠道获取与任务相关的数据和信息；

第二步：模型中的信息选通器把第一步获取的决策任务(问题)、数据、信息进行筛选过滤，获得与当前决策任务(问题)相关的数据和信息。

第三步：模型中的请求转化协议将第二部获取的数据、信息进行融合，形成统一格式的新的信息。协议还负责信息多模态转换，即统计信息、语音信息、触摸屏信息、眼动信息等信息格式的转化。

第四步：网络环境下，(专家)人在做决策时同时面对不同的人机交互设备。因此，上一步的信息能够自适应地推送到合适的人件模型的表示设备上。

第五步：(专家)人综合各个人机交互设备提供的信息进行决策。如果参考信息不足的情况下，需要退回到第二步执行，信息能够满足(专家)人进行决策。

第六步：(专家)人的决策结果是非常明确的，并通过人机交互设备将决策结果进行反馈。因此，模型中的应答表达设备负责决策结果的接受。

第七步：应答转化协议将上一步的决策结果转换成新型决策系统可以接受的信息格式，如数据格式、视频格式等。

第八步：模型中的信息增强器将第三步过滤掉信息以附件的形式附加到决策结果中，供决策流程后续处理提供帮助，同时为人件决策的后评价提供依据。

第九步：根据新型决策系统接口要求，应答表达设备/数据流将决策结果反馈给系统，决策流程的流程节点状态修改后继续流转，直到决策流程结束。

第十步：结束。

4实例分析

城市突发事件应急处理方案的制定是一个复杂的非结构化问题，它涉及到城市管理多个部门，如各级地方行政管理部门、道路交通安全部门、公安消防部门、电力通信保障部门、卫生防疫部门、气象水文部门等。另外，方案的执行需要一定的时间，并根据态势实时进行变更、调整，甚至需要制定一个分阶段方案。所以，现有决策支持系统无法自主、自动地完成所有环节，人件服务引入到决策流程中能够解决这个复杂决策问题，其流程如图6所示。

图6　城市突发事件应急处理方案——人件模型

4.1示例执行过程

城市突发事件应急处理方案的制定是一个非常复杂的问题，事前制定的预案也不能完全覆盖突发事件的全部态势，如城市高楼火灾就属于一类高危险的城市突发事件，其应急处理方案的制定就属于一个典型的非结构化问题。

这类突发事件发生后，需要考虑的问题是多方面的，如先救人还是先灭火就是一个目标选择问题，什么情况下先救人什么情况下先救火；救人需要调派急救车，救火则需要调派消防车；通往现场路径的可通行量是一个有限的资源，这个资源如何分配，如何管理等等情况，都是现有DSS无法实现的。

因此，城市突发事件应急处理方案可以采用基于人件服务的新型决策系统，系统中的人件模型应用过程如下：

(1)新型决策系统将制定一个城市高楼火灾的灭火方案作为一个流程环节，该环节需要调用人件参与决策。

(2)在前一步中，决策流程给人件服务指派了决策任务。信息采集端负责采集相关信息，信息的来源可能包括：

①现场消防人员采集的信息，如现场火势情况、风向情况、过火面积等；②监控感知设备的信息，如温度感知监控设备、事实监控视频等采集火势现场的信息；③无人遥感信息采集设备的信息，如气象卫星、无人飞机等采集火势现场的信息；④公安消防部门提供的灭火可用设备、材料的信息，如高空云梯、泡沫灭火车、空中洒水灭火直升机等；⑤道路交通安全部门可为现场救援开设的多个地面交通状况，如现场指挥、消防通道、急救通道等信息；⑥电力通信保障部门为现场救援提供各类保障信息，如夜间高空照明的电力保障、现场指挥通讯保障等信息；⑦卫生防疫部门现场救援信息，如现场伤员急救、重伤员转运、老人儿童救护等信息；⑧气象部门提供的气象信息，如近期、现在和未来的气象信息……

(3)第二步采集到的信息推送到信息融合处理环节，信息选通器负责将关于近期应急处理方案制定需求的信息筛选出来。根据城市的地形地貌特征，筛选排除掉不可使用的信息，如因城市高楼高度限制无法使用消防车，气象信息排除掉不可采用的灭火方案，如极端天气情况下高空救援设备无法使用等。

(4)经过信息选通器筛选后的信息将被送到请求转化模块，这个模块负责将各种可用的信息进行汇总转化后融合，如未来城市气象信息、可采用灭火设备信息等。

(5)融合后的信息按照转化协议转成多模态信息，如将未来城市的气象信息根据转换协议转化成可直观展示的视频或音频信息，以便适视频或音频设备进行信息播报和展示(人件模型的表示设备)。

(6)人件服务根据从服务端展示设备上获取的信息进行城市高楼火灾灭火方案的制定，如果前期提供的信息不能制定出详细的灭火方案，需要返回到第二步以便获取更多的支持信息。灭火的方案是非常明确的、尽可能细化的，如采用何种灭火设备、资源、方案以及希望达到的目标(人件模型的(专家)人)。

(7)人件服务制定城市高楼火灾的灭火方案，灭火方案通过服务端应答表达设备向新型决策系统反馈，如参加决策的专家人(人件)通过音频采集设备下达灭火方案(人件模型的表答设备)。

(8)信息融合处理子系统的中应答转化模块将音频采集器采集到的灭火方案按照协议转成新型决策系统可接受的信息格式，如xml格式的灭火方案的信息格式。

(9)信息增强器将新型决策系统通过信息采集到信息，并没有被选通器选择的信息附加到城市高楼火灾灭火方案中，这些信息对决策流程的后续具有参考作用。

(10)请求端应答表示设备负责将城市高楼火灾灭火方案的相关决策信息反馈给新型决策系统中，并改变决策流程的节点状态的改变。

5结论与展望

本文首先提出了三件融合的新型决策系统模型，解决了传统DSS三域的不足，可实现问题全域覆盖和全域问题必有可行解；其次，给出了人件模型、模型主要模块已经模型运行的过程；最后，以城市突发事件应急处理方案制定为例，详细介绍了人件模型在新型决策系统中的应用过程。

在后续研究中，我们将对新型决策系统人件模型的关键模块(请求/应答转换协议、多通道的信息表示/表达)等进行深入研究，以期实现决策信息多模态转换和自适应的智能信息推送，提高新型决策系统的效率和效能。

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(责任编辑沈蓉)

Research on Humanware Model of Novel Decision System-Oriented

Zhu Xianjun1，Zhou Xianzhong1,2，Wang Youfa1,3,Wang Zhipeng1

(1.School of Management and Engineering,Nanjing University，Nanjing 210093,China;2.Research Center for New Technology in Intelligent Equipment,Nanjing University,Nanjing 210093,China;3.School of Management,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China)

Abstract：Under the network environment，advanced human-computer Interaction(HCI)technology and the development of multimodal information conversion technology is facilitating the development of Decision Support System(DSS)which will step into a new stage of development.Firstly，this paper puts forward three-ware，i.e.，humanware(HW)，software and hardware，integration of Novel Decision System(NDS)model，which extends the three domains of traditional DSS，i.e.，problem’s domain，function’s domain and solution’s space.Secondly，the paper presents the concept of humanware，including(expert)human and interface of representation and expression.Then，it puts forward a new Humanware Model(HwM)，and describes the main functions of the HwM.Finally，an instance shows how the Hw to be used in NDS.Illustration shows HwM is a feasible and effective way，which involves human(expert)into NDS.

Key words:DSS;HCI;NDS;HwM;Hw

基金项目：国家自然科学基金(71171107)，江苏省普通高校研究生科研创新计划(KYLX15_0032)。

收稿日期：2015-09-30

作者简介：朱咸军(1977-),男,江苏建湖人,博士研究生；研究方向：智能信息处理与智能系统,智能决策,人件服务。

中图分类号:E917；C934

文献标识码:A