[科普中国]-原理模型

所谓原理模型的综合，是指在抽象化和理想化的条件下，以反映对象的特性和规律的概念系统来描述对象的整体结构的一种综合模型。

典型案例比如，在化学理论中，对于综合完成一个认识分子整体的原理模型来说，必须从概念上明确：首先，分子是由哪些性质不同的原子或原子团和多少原子组成?其次，原子或原子团间以什么方式相互联系和相互作用?原子或原子团的空间排列顺序、方向、角度和距离如何?再次，分子在整体上属于什么结构式?把这些问题的基本概念弄清楚了，一个分子的整体结构的原理模型也就综合完成了。下面，以CnH2n+2的烷烃系列来看，最简单的甲烷分子也决不是1个碳原子和4个氢原子的简单相加，而是一个具有复杂结构的整体。其中碳原子的核外电子排布不是最低和最稳定状态的1S2，2S2，2P1x，2Ply的轨道，而是彼此间发生剧烈的相互作用和相互影响，1个2S电子获得能量跃迁至2Pz轨道上。

↑ │ ↑ 跃 迁 ↑ │ ↑ │ ↑

2Px 2Py 2Px 2Py 2Pz

↑↓ ↑

2S 2S

这样，就发生了一个S轨道与三个P轨道的杂化重叠作用，形成了四个具有新质的SP3杂化轨道。四个SP3杂化轨道的轴在空间的取向即相当于从正四面体的中心伸向四个顶点的方向，键角为109.5o，然后，氢原子的1S轨道又与SP3杂化轨道相重叠，这样，甲烷分子的结构就是一个正四面体的整体结构了。与此相应的甲烷CH4直观模型如下：

原理模型的群体决策支持系统的分析与改进讨论原理模型(DiscussionRationaleModel，DRM）在群体决策支持系统中的应用具有重要意义。以系统化的决策过程为背景，对基于DRM进行了分析，并指出了其不足之处。进一步提出了一种改进方法，将讨论原理模型与多准则决策方法相结合来支持方案的选择，以支持群体决策过程，具有重要的理论和实际意义。1

DRM的概念讨论原理模型(DiscussionRationaleModel，DRM） 在成员之间采取系统化的通信模式，使人们以一种更结构化的、更直接的方式对一些问题交换意见。这种模型对所有讨论要素进行分类，归纳成各种预定义的抽象概念，而各种要素之间的关系也被归类到了一系列预定义的关系中。DRM还可以有效地支持“独白”，因为它提供了一个框架对各种意见进行组织。

基于(DiscussionRationaleModel，DRM）将信息的获取、共享和可视化作为研究重点。不过，从决策的观点来看，DRM在决策过程中对方案选择的支持还是很缺乏的。此外，DRM无法对会议计划的制定和控制进行支持，从而导致DRM对整个会议过程都不能进行控制。这意味着会议可能还是要进行很长时间，而参与者却可能仍然不能取得一致意见。1

DRM的应用基于问题的信息系统（IssueBasedInformationSystemSystem，IBIS）是由（Conklin和Begeman）提出来的一种讨论原理模型，包含了三个基本概念 ，即问题（Lssue）、立场（Position）和论证 （Argu-ment）。它们之间由9种预定义的关系进行关联。一个问题就表示一个决策问题，立场是对问题的反应，或者说是对解决问题的方案进行描述，而论证则对立场进行支持或反对。通常立场都是互相排斥的，必需经过最后的群体综合决策。这三个基本概念相辅相成、互相制约，可以避免讨论过程中偏题现象的发生。而IBIS中的各种关系虽然有助于更好地定义决策问题并产生解决方案，但在实际应用中它们往往又会使讨论内容偏离主题。为了解决这一问题，可以做出相应规定，每当一个问题被另一个问题替换时，就必须初始化一个新的讨论过程。

但是，基于DRM的CDSS还是存在着比较明显的不足之处，那就是缺乏对帮助人们达成一致意见的支持，即不能帮助人们对各种方案进行选择。所以这一类型的系统更多地被看作是一种会议的“前期支持”，用于在讨论过程中减少待讨论问题的不确定性和模糊性。1

对基于DRM的CDSS 的一种改进方法通过应用DRM，明确了要解决的问题，并针对问题产生了各种解决方案（即Position ），从而完成了决策过程的信息阶段和设计阶段。那么接下来就进入了选择阶段，对方案进行分析和评价，并从中选出决策方案。

在群体决策问题中，常包含多个准则，群体各成员需用多准则决策方法来对多种方案进行分析评价和选择。该文提出了一种改进方法，在选择阶段再次运用DRM，并结合适当的多准则决策方法 （MultiCriteriaDecisionMaking，MCDM），来对方案进行评价和选择，以支持整个群体决策过程。这样便在决策过程中两次运用了DRM ，更直接地体现出DRM的合理性和实用性，同时使系统功能更加完善。1

DRM与MCDM 相结合在基于DRM的CDSS中，应进一步增加对选择阶段的支持，对各方案进行评价，选出能解决问题的决策方案，完善群体决策过程。采用多准则决策方法，并且将再次使用DRM 。具体到应用上，就是采用AHP方法的思想，结合IBIS模型来确定评估准则的重要性并对决策方案进行选择。

大部分的决策问题通常要同时考虑到多个准则，有些准则是互补的，而有些准则却可能是直接冲突的，但它们都会对决策问题产生或大或小、直接或间接的影响。根据AHP方法的思想，首先应该针对目标层的问题对准则层中各准则的重要性进行两两比较，得到它们的排序权值，然后再进入到方案层，根据各准则的重要性对决策方案进行两两比较，在此基础上对它们进行排序，选出决策方案。1

基于原理模型的导弹故障诊断系统设计为解决传统诊断系统知识获取难、移植性差的问题，提出了基于原理模型的复杂系统故障诊断方法；以导弹 武器系统结构与行为分析为基础，应用数字逻辑推演方法，建立系统等效仿真模型，利用期望值与观测值之间的 冲突迅速确定最优搜索路径方法，研究高效的系统仿真与推理算法，实现了导弹武器系统故障的快速自动诊断。2

等效仿真模型建立按照故障定位到插件板和弹上仪器的要求，将每一个插件板和弹仪器都看作一个部件，并对其进行等效封装，要求是将复杂的部件内部进行简单化，同时要保证其逻辑关系不变，外部定义其输入IN与输出OUT，输入和输出点的定义位置直接会影响诊断的细致程度，系统通常将输入与输出点定义在设备封装的外围，进而保证故障定位到插件板和弹上单台仪器。2

外部逻辑方程建立外部逻辑方程指各部件等效后的由输入及输出之间构成的逻辑关系，通过中间变量实现各独立部件间约束关 系的传递。外部逻辑方程的建立首先要确立输入点和输出点，可将它们看作中间变量，然后根据各部件之间的逻辑关系构建方程。式中：IN （Qi，j）表示第i个仪器的第l个输入，OUT （Qi，j）表示第i个仪 器的第j个输出，J表示节点向量，Qi表示第i个仪器的内部逻辑矩阵。该式为通用表达式，表示一个输入或多个输入与仪器内部逻辑关系共同决定输出，输入由多个输出和多个节点共同决定，这些条件之间也可能是与、或、非的关系，这要根据实际的逻辑关系来决定。2

内部逻辑方程建立内部逻辑方程指插件板或弹上仪器内部的电路在等效后的若干逻辑方程。部件内部逻辑关系的建立，首先要确定部件内的每一个控制回路、测量回路和工作回路的逻辑关系，再以 逻辑关系为基础建立逻辑方程。构建逻辑方程时，一般以该回路中的器件类为核心，以该器件完成工作的所有条件为逻辑关系的主体，然后以等号将这两者联系起来，如：

Q1 ={Q1（1），Q1（2），…，Q1（n）}

式中：Q1 表示仪器状态，Q1 （k）表示该仪器内部的工作状态。

其物理意义是以回路的工作条件为依据，确定该器件是否正常工作，在建立逻辑方程时，必须严格遵守综合测试中各元件之间的逻辑关系，遍及整个武器系统。2

对于外部不仅仅是逻辑关系，还有数值关系的情况，例如决定电压、电流、频率、脉冲、温度值、电阻值等参数值大小的回路，在逻辑仿真基础上，引进信号参数传递过程，该传递过程可简单的表示为由测量元件，比较元件、中间装置、执行机构及反馈补偿元件构成的基本反馈网络，其中各组成元件可看作是一个等效部件。

其物理意义是以回路的工作条件为依据，确定该器件是 否正常工作，在建立逻辑方程时，必须严格遵守综合测试中各 元件之间的逻辑关系，遍及整个武器系统。

当系统诊断出输出端有问题时，就可能认为与决定该输 出有关的部件有问题，通过反向推理进一步诊断故障部件，这样程序验证时不需要运算仪器内部方程，只需要判断输入或输出，如果需要得到详细结论，可按内部逻 辑方程给出故障原因。2

等效模型封装集成将基础等效模型作为一个功能部件，对其进行等效封装，并保证其逻辑关系不变，外部定义其输入与输出，输入和输 出点的定义位置直接影响诊断的细致程度，根据导弹武器诊断 特点，将输入与输出点定义在设备封装的外围，进而保证诊断定位到插件板和单台仪器设备。将仪器内部的各电路回路形成 的内部逻辑方程提取、组合，整个仪器的内部电路形成一个网 状的互相连接的逻辑方程组，封装后与外部逻辑方程进行逻辑 分析，继而封装成仪器模型；同样，将封装好的仪器加之各 仪 器之间的外部逻辑方程进行系统封装，形成系统模型；如此逐 层嵌套集成，形成导弹武器系统的总模型。2

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学