CIMS和CIPS技术与应用课程6

1、2022/10/12CIMS和CIPS技术与应用1 第六章 CIPS实施工作的瓶颈问题与关键技术6.1 人的问题 企业实施CIPS不仅是通过解决单纯的技术问题的途径，而是通过人、技术与经营三方面综合集成的途径来取得成功的 (1) 人在CIPS实施过程中起到了决定性作用 哲理、全局过程的生产经营模式 、组织机构(2) 人在生产过程中起到了核心作用 自动化技术应用水平及人们对它的认识程度人的创造性工作 (3) 人在CIPS系统中的地位 涉及到社会的、经济的、有关人的行为及心理的、文化的等多方面问题，这些方面可能成为CIPS系统实施工作的瓶颈。 2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用2

2、6.2集成的技技术方面面问题6.2.1综合自动动化面临临的挑战战a)工业过程程复杂性性过程对象象特性复复杂对象的特特性和反反应机理理十分复复杂，精精确的机机理建模模日益困困难，所所得的模模型往往往具有非非线性、分布参参数、时时变、时时滞和不不确定性性基于解析析数值计计算和单单一形式式的模型型（参数数化的数数学模型型）很难难刻画系系统的真真实运动动状态，需要采采用多种种多样的的描述方方式的描描述模型型来反映映生产过过程的真真实系统统的行为为和状态态，支持持不同层层次、不不同要求求的控制制目标动态系统统还具有有多时间间标度，有时还还会发生生动态突突变；环境的复复杂性系统常常常处于不不确定的的环境中

3、中，扰动动频繁，且常常常是不可可测量的的；任务的复复杂性完成监督督、预测测、控制制、安全全保护、经济、最优等等目标；2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用3 综合自动动化面临临的挑战战(续1)b)关联性控制对象象一般是是多变量量的系统统，生产产的规模模庞大，生产装装置的操操作存在在着强关关联c)信息复杂杂性信息获取取存在问问题在许多的的场合下下，关键键变量不不可测量量，导致致信息的的不完全全；信息模式式复杂信息往往往呈现定定量、半半定量、定性语语义的模模式，不不同深度度不同层层次地反反映实际际系统，提供关关于系统统不同模模式的信信息知识识。传感器和和执行器器分布于于过程之之中，信信

4、息量庞庞大信息通常常受到噪噪声的干干扰，有有效的信信息的获获得较为为困难2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用4 综合自动动化面临临的挑战战(续2)d)知识及其其表达的的多样性性和复杂杂性信息模式式的多样样性客观观上造成成了系统统信息层层次结构构的形成成：越是高层层的信息息其数据据量越少少，但它它包含的的信息知知识量越越大，其其模式越越表现为为定性描描述的知知识表示示；层次次越低的的信息其其包含信信息量越越简单、直观，数据量量越大，其模式式越表现现为基于于定量描描述的数数值形式式。信息层次次结构要要求对象象模型呈呈现相应应的分层层结构：较低层的的信息模模型趋向向与采用用传统的的基于

5、数数值计算算的微分分或差分分方程等等模式表表达，过过程较高高层次的的模型则则趋向于于采用定定性的符符号描述述模型表表达过程程的行为为特性，不同层层次的知知识表达达方法相相应于多多样性和和层次性性的信息息处理的的需要。 e)管理、控控制任务务的通常常是多目目标、多多约束的的命题2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用5 6.2.2系统协同同的问题题由一系列列完成特特定任务务和目标标子系统统集成而而成的复复杂系统统，具有有分布性性（时间间上的分分布、空空间上的的分布或或功能上上的分布布）的特特点。限于知识识、能力力、处理理速度、信息、资源等等因素以以及待求求解问题题的规模模、复杂杂性造成

6、成的实现现困难，在CIPS系统增强系统统性能(快速性、可靠性性、智能能程度、完成质质量)、有效地利利用资源源(信息、知知识、物物理装置置等)，个体间间的协作作是必然然的。通过并行行性提高高任务的的完成率率通过共享享资源（信息、专门知知识、物物理装置置等）扩扩大完成成任务的的能力范范围通过备份份任务，采用不不同的方方法去完完成指定定任务，以提高高完成任任务的可可能性及及可靠性性通过避免免任务间间有害的的相互作作用,减少任务务间的冲冲突2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用6 系统协同同的四种种协作类类型水平协作作(horizontalcooperation)由于能力力、知识识处理、速

7、度、资源利利用等因因素的限限制，单单独的个个体（人人/机构，子子系统）都不具具有解决决全局问问题的能能力，将将全局问问题分解解成子问问题后交交给适当当的个体体采用协协同工作作的方式式分别去去完成，获得求求解综合合问题的的能力。为提高对对综合问问题求解解的结果果的可信信度，可可以基于于系统不不同个体体的独立立解决问问题的能能力，采采用不同同的信息息与知识识或不同同的信息息处理机机制获得得问题的的结果，通过个个体之间间的相互互作用，最终获获得高可可靠性的的结果。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用7 系统协同同的问题题(续)(2)树型协作作(treecooperation)系统中高高

8、层的功功能系统统或人/群体依据据下层获获得的结结果做出出进一步步处理工工作。(3)循环协作作(recursive cooperation)为了求得得问题的的结果，系统的的个体之之间相互互依赖，往复协协作。(4)混杂协作作(hybrid cooperation)整个系统统在某些些级上采采用水平平协作的的类型，而在系系统整体体上又是是树型协协作或循循环协作作类型，或整体体上采用用水平协协作类型型而局部部上采用用树型或或循环协协作类型型。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用8 系统的两两种协作作形式CIPS系统内主主要存在在任务共共享(Tasksharing)、结果共共享(Result

9、 sharing)两种协作作形式：任务共享享各系统相相互协作作，分担担各子任任务的处处理负荷荷，而且且当一个个单元的的任务太太重而无无法完成成时，它它将把任任务分解解，让其其它单元元承担并并完成。结果共享享系统内的的各单元元相互传传递并共共同利用用根据不不同观点点方法所所得出的的有关总总体问题题得部分分结果，通过相相互交换换部分暂暂时得结结果相互互协同工工作。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用9 系统协同同的关键键技术问问题-冲突的消消解资源冲突突、目标标冲突、结果冲冲突- CSCW(ComputerSupported cooperative Work)理论与应应用-群件技术术

10、-分布式智智能控制制理论和和方法、MAS多智能体体MultiAgentSystem、 移动动智能体体mobileAgentSystem-人-人、人-机系统2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用10 6.2.3控制、决决策与管管理集成成问题CIPS系统本质质上是一一类混杂杂（Hybrid）系统:离散事件件系统和和连续时时间系统统的混合合，分布布参数和和集中参参数的混混合，符符号系统统与数值值系统的的混合，模糊系系统和精精确系统统的混合合，定量量系统与与定性系系统混合合。信息和数数据获取取与处理理系统的控控制、决决策依赖赖于获取取数量众众多，性性质各异异的定量量、半定定量、定定性语义义

11、的不同同模式、不同深深度及不不同层次次的过程程信息。数据信信息常常常因受工工业噪声声、传感感器精度度、传感感器故障障以及检检测技术术技术手手段等因因素的影影响，不不够精确确、不一一致、不不完整，有些信信息不能能以定量量的形式式表达。1.过程数据据的预处处理技术术数据变换换、数据据校正、滤波等等预处理理手，将将真实信信号从含含有噪声声的混合合信号分分离出来来2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用11 数据校正正问题(1)随机误差差的处理理数字滤波波方法利用信号号与噪声声随自变变量改变变的频率率不同将将真实信信号与噪噪声分离离。高通通滤波、低通滤滤波、数数据平滑滑等数据协调调(Data

12、Reconciliation)技术根据由物物料平衡衡和能量量平衡等等方程建建立起来来的精确确数学模模型，以以估计值值和测量量值的方方差最小小为目标标，构造造估计模模型，为为测量数数据提供供一个最最优估计计，以及及时准确确地检测测误差的的存在，近而剔剔除或补补偿其影影响。(2)显著误差差的处理理a)基于理论论分析可可能导致致显著误误差的因因素并进进行相应应处理b)基于硬件件冗余，借助不不同的测测量手段段对同一一过程变变量进行行测量，通过结结果比较较来识别别显著误误差。c)基于测量量数据的的统计特特性进行行检验(统计假设设检验、残差分分析、广广义似然然法、贝贝叶斯、主元分分析法)2020-02-1

13、0CIMS和CIPS技术与应应用12 数据协调调化工过程程测量的的基本模模型可以以表示为为： 其中：为被测变变量测量量值；为被测变变量真实实值；代表测量量误差。 其中：是测量数数据的估计是测量误误差的方方差是未测向向量的估计值值2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用13 数据变换换数据变换换影响过过程模型型的精度度和非线线性映射射能力以以及数值值优化算算法的运运行结果果。包括括标度(Scaling)、转换和和权函数数三各方方面标度对工业过过程中出出现的工工程单位位不同或或数值数数量级相相差较大大的测量量数据，利用合合适的因因子进行行标度，避免因因为计算算机字长长而丢失失有用信信息或

14、引引起算法法的不稳稳定。转换包括直接接转换和和寻找新新变量代代替原变变量，通通过转换换可有效效地降低低原对象象的非线线性特性性(如对数转转换)。权函数实现对变变量动态态特性的的补偿，使稳态态模型实实现对过过程动态态估计成成为可能能。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用14 2.过程数据据的软测测量技术术软测量技技术的理理论根源源是20世纪70年代Brosillow提出的推推断控制制。把把自动控控制技术术与生产产工艺过过程知识识有机结结合起来来，应用用计算机机技术对对生产过过程中一一些难于于测量或或不能测测量的重重要变量量(主导变量量)，选择另另外一些些容易测测量的变变量(辅助变量

15、量或二次次变量)，通过构构成某种种数学关关系来推推断和估估计，以以软件来来代替硬硬件(传感器)功能。过程ud1d2yy 主导变量量； 可测的辅辅助变量量d1可测扰动动；d2不可测扰扰动；u 控制变量量2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用15 软测量系系统结构构测量数据据预处理模模块简单机理理模型软测量模模型长期校正正模块初始模型型在线校正正模型历史数据据模型参数数修正的模模型参数数历史数据据化验数据据2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用16 软测量模模型(1)机理方法法基于物料料平衡、能量平平衡、动动量平衡衡、相平平衡、传传热传质质等基本本动力学学方程(2)经验方法

16、法系统辩识识用用测量数数据直接接求取模模型的方方法参数估计计根根据既定定的模型型结构由由测量数数据确定定参数的的方法a)基于状态态估计的的方法Luenberger观测器、Kalman滤波器b)基于回归归分析的的方法最小二乘乘法、主主元回归归法、部部分最小小二乘法法(PLS)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用17 软测量模模型(续)(3)基于人工工智能方方法a)人工神经经元网络络b)模糊技术术2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用18 3.复杂过程程数据处处理技术术不同信息息控制与与决策层层次之间间的信息息表达、传递、通讯和和融合处处理机制制，混杂杂信息的的变换、信息

17、与与数据的的压缩、信息特特征的提提取与恢恢复、信信息与数数据的挖挖掘。复杂工业业对象模模型化(1)模型化方方法白箱方法法、灰箱箱方法、黑箱方方法(3)分层系统统信息模模式的非非同态性性导致系系统模型型形式的的复杂化化(2)模型化的的精度和和模型的的适应性性2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用19 基于模型型的控制制和基于于知识的的控制(1)基于模型型的控制制技术实例：预预测控制制技术预测控制制技术的的产生并并不是理理论发展展的需要要，而首首先是工工业实践践向控制制提出的的挑战。现代控制制理论(基于状态态空间的的分析设设计方法法、最优优性能指指标的设设计理论论)取得空前前成果但但仍

18、面临临巨大挑挑战：i)现代控制制理论的的基点是是对象精精确的数数学模型型ii)工业对象象的结构构、参数数和环境境都具有有很大的的不确定定性(鲁棒性/最优性)iii)工业控制制中必须须考虑到到控制手手段的经经济性，对工业业控制计计算机的的要求不能能太高(简易性/实时性)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用20 A)预测控制制的基本本构成i)预测模型型根据对象象的历史史信息和和未来的的输入预预测其未未来的输输出(动态行为为)。模型的功功能状态方程程传递函数数阶跃响应应脉冲响应应非线性模模型.渐近稳定定的线性性对象，非参数数模型ii)滚动优化化通过优化化控制算算法，追追求某一一性能指指

19、标的最最优来确确定未来来的控制制作用。性能指标标构造通通常基于于对象输输出在未未来采样样点上跟跟踪某一一期望轨轨迹的方方差为最最小；控控制能量量最小而而同时保保持输出出在某一一给定的的范围等等有限时段段的滚动动优化，优化不不是一次次离线进进行，而而是反复复在线进进行2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用21 预测控制制的基本本构成(续)iii)反馈校正正闭环控制制算法(不仅基于于模型，同时利利用实际际输出的的反馈值值)。基于优化化性能指指标确定定了一系系列未来来的控制制作用后后，为了了防止模模型失配配或环境境的干扰扰引起的的控制效效果与理理想状态态的偏离离，通常常的作法法不是把把求

20、得的的控制作作用序列列逐一全全部实施施，而只只是实现现本时刻刻的控制制作用，到下一一采样时时刻，首首先检测测对象的的实际输输出，并并利用它它对基于于模型的的相应预预测值进进行修正正，在进进行新的的优化。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用22 B)动态矩阵阵控制算算法(DMC)i)预测模型型对于渐近近稳定的的对象，动态信信息可近近似用单单位阶跃跃响应的的采样参参数构成成有限集集合描述述：根据线性性系统的的比例叠叠加性质质，可以以利用上上述的阶阶跃响应应模型参参数预测测对象在在未来时时刻的输输出值。在k时刻控制制作用有有一增量量时，在在其作用用下未来来深刻的的输出在M个连续的的控制

21、增增量u(k),u(k+M-1)的作用下下未来时时刻输出出值(B-1)(B-2)(B-3)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用23 预测模型型（单位位阶跃响响应）2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用24 ii)滚动优化化动态矩阵阵控制算算法(续1)在每一时时刻k，M个连续的的控制增增量u(k),u(k+M-1)(控制时域域)，使被控控对象在在其作用用下未来来P个时刻(优化时域域)的输出预预测值尽可能接接近给定定的期望望值w(K+i), i=1,P，规定MP，P N，同时考考虑控制制增量变变化不能能过分剧剧烈的要要求构成成优化性性能指标标为：(B-4)在不考虑虑约束的

22、的情况下下，求在在预预测模型型(B-3)下使性能能指标(B-4)最小的优优化问题题2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用25 基于模型型的预测测控制Referencek+Mk+PProcessModelPredictionfuturepastInput2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用26 模型输出出反馈校校正2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用27 基于模型型的预测测控制机机制2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用28 动态矩阵阵控制算算法(续2)以向量的的形式改改写(B-3)、(B-4)(B-5)其中：(B-6)其中：2020-02-1

23、0CIMS和CIPS技术与应应用29 动态矩阵阵控制算算法(续3)(B-5)代入(B-6)(B-7)求极值的的必要条条件：得到：仅将控制制作用序序列中即即时控制制质量构构成控制制作用施施加给对对象：(B-8)(B-9)其中：(B-10)表示取首首元素运运算控制向量量2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用30 动态矩阵阵控制算算法(续4)iii)反馈校正正k时刻将控控制u(k)加于对象象，相当当于在对对象得输输入端加加了一个个幅值为为u(k)的阶跃激激励，根根据(B-2)可以计算算在控制制作用下下未来时时刻的输输出预测测值：(B-11)经移位处处理，可可以作为为k+1时刻的初初始预测

24、测值进行行新的优优化计算算。但是是由于实实际过程程中存在在模型失失配、环环境干扰扰等因素素，由(B-11)得到的预预测值肯肯定偏离离实际值值，需要要利用实实时检测测信息进进行反馈馈校正：构造输出出误差：(B-12)采用对e(k+1)加权的方方式对输输出的预预测值进进行修正正(B-13)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用31 模型输出出反馈校校正2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用32 动态矩阵阵控制算算法(续5)其中：为校正后后的输出出预测向向量为校正向向量在k+1时刻，时时间基点点的变动动，k+1时刻的初初始预测测值可以以通过移位获得得，构造造移位阵阵：2020

25、-02-10CIMS和CIPS技术与应应用33 动态矩阵阵控制算算法(续6)k+1输出初始始预测值值为：(B-14)基于(B-14)又可以像像上述以以k时刻为基基点的方方法进行行k+1时刻的优优化计算算，反复复在线进进行。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用34 动态矩阵阵控制对象控制预测校正2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用35 C)多变量系系统的动动态矩阵阵控制设被控对对象有m个控制输输入，p个输出，假定已已测得每每一输出出yi对每一输输入uj的阶跃响响应aij(t)，则模型型向量表表达为：(C-1)i)预测模型型考虑uj有一个增增量uj(k)时,yi在未来N

26、个时刻的的输出预预测值：(C-2)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用36 多变量动动态矩阵阵控制算算法(续1)在uj依次有M个增量uj(k), , uj(k+M)时,yi在未来P个时刻的的输出预预测值：(C-3)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用37 多变量动动态矩阵阵控制算算法(续2)根据线性性系统的的叠加性性质处理理系统输输出yi受到u1, , um共同作用用时的情情况：(C-4)u1, , um从k时刻起均均变化M次时，共共同作用用时的情情况：(C-5)为了简洁洁化，记记：2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用38 多变量动动态矩阵阵控制算算法

27、(续3)则可得到到一般的的多变量量系统的的预测模模型：(C-6)(C-7)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用39 多变量动动态矩阵阵控制算算法(续4)ii)滚动优化化在不考虑虑约束的的情况下下，可以以求得全全部控制制增量：(C-8)(C-9)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用40 多变量动动态矩阵阵控制算算法(续5)即时控制制增量：(C-10)(C-11)(C-12)(C-13)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用41 iii)反馈校正正多变量动动态矩阵阵控制算算法(续6)(C-14)(C-15)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用4

28、2 D)动态矩阵阵控制的的参数设设计(i)采样周期期T(ii)优化时域域P，控制时时域MP：稳定性性(鲁棒性)、动态快快速性M：优化变变量的个个数，在在P确定的情情况下，M越小，越越难保证证输出在在各采样样点紧密密跟踪期期望值，所得到到得性能能指标也也就越差差。(iii)误差权矩矩阵Q和控制权权矩阵(iv)校正矩阵阵H直接可调调得运算算参数，仅在对对象受到到未知干干扰或存存在模型型失配造造成预测测输出与与实际输输出不一一致时才才起作用用，而对对控制的的动态响响应没有有明显的的影响2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用43 E)有约束的的多变量量动态矩矩阵控制制二次规划划问题，非线性

29、性规划方方法2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用44 F)预测控制制技术在在工业过过程的应应用Primary ControlProcessing UnitPrimary ControlProcessing UnitPrimary ControlProcessing UnitPrimary ControlProcessing UnitMPCMPCMPCMPCModel Based OptimizerProduction SchedulerHierarchyinproductionplantcontrol of acontinuousproduction site2020-02-10

30、CIMS和CIPS技术与应应用45 预测控制制的工业业应用00.20.40.60.811.21.41.61.82x 10414001402140414061408141014121414141614181420Measured throat temperaturetimeTemperature (0C)00.511.522.53probability density functionprobability densityCpk = 0.96024681012Cpk = 0.96Cpk = 4.3024681012Cpk = 0.96Cpk = 1.6EconomicbenefitStandar

31、dControlModelPredictive ControlwithoutoptimizationModelPredictive Controlwithperformanceoptimization2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用46 (2)基于知识识的控制制技术智能控制制理论与与方法的的研究-模糊控制制技术-人工神经经网络-专家系统统2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用47 工况监测测和过程程故障诊诊断技术术干扰和异异常事件件的发生生尽管基于于性能优优良的控控制系统统的基础础上，但但是生产产过程的的运行仍仍离不开开操作人人员经常常性的干干预，以以预防操操作工

32、况况的恶化化。(1)工况监测测正常操作作工况的的统计学学模型过程对象象的反应应机理模模型操作经验验和专业业知识.集成化方方法过程的监监视、评评估操作的指指导化工过程程的动态态仿真技技术2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用48 (2)故障检测测和诊断断(Faultdetectonand diagnosticsFDD)故障(Fault)系统至少少一个特特性或参参数出现现了较大大的偏差差，超出出了可以以接受的的范围，系统性性能明显显低于正正常的水水平，难难于完成成系统预预期的功功能。故障检测测和诊断断(FDD)根据系统统症候，确定是是否发生生了故障障，确定定故障的的种类，故障发发生的部

33、部位，并并确定故故障的大大小以及及故障发发生的时时间故障检测测和诊断断(FDD)工作环节节故障建模模按照先验验信息和和输入输输出关系系，建立立系统故故障的数数学模型型，作为为故障诊诊断的依依据。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用49 (5)故障的评评价与决决策判断故障障的严重重程度及及其对诊诊断对象象的影响响和发展展趋势，针对不不同的工工况采取取不同的的措施。故障检测测和诊断断(续1)(2)故障检测测从可测量量或不可可测量变变量的估估计中，判断被被诊断系系统是否否发生了了故障。(3)故障分离离在检测出出故障后后，给出出故障源源的位置置，区别别出故障障原因是是执行器器、传感感器、

34、被被控对象象或者是是特大扰扰动。(4)故障辨识识在分离出出故障后后，确定定故障的的大小、发生时时刻及其其时变特特性。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用50 故障检测测和诊断断(续2)性能指标标检测灵敏度及时性漏报率误报率诊断分离能力故障辩识的准确性2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用51 故障检测测和诊断断(续3)故障诊断断的方法法2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用52 综合自动动化系统统集成优优化与决决策理论论与方法法本质上是是有约束束、多目目标、多多自由度度的优化化与决策策，所追追求的往往往不是是单一的的最优指指标，而而是多种种要求经经过协调调

35、后的综综合结果果。追求一个个“精确确的”最最优的工工作点方方式来实实现优化化与决策策策略满意的过过程操作作工况区区域，立立足于滚滚动优化化机制仅靠传统统“自主主型”控控制决策策的方法法解决工工业系统统的整体体优化与与决策这这个命题显显得力不不从心通过人机协同同工作方方式，发发挥人与与计算机机各自的的特长，将人直直觉思维维能力与计计算机学学习能力力相结合合，可以以减少系系统的搜搜索空间间，使复复杂的问问题在有限限的时间间内，有有限的背背景知识识条件下下得到解解决，共共同解决决优化与与决策复杂杂命题。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用53 2020-02-10CIMS和CIPS技术

36、与应应用54 6.2.5信息的综综合利用用问题生产过程程信息的的巨大存存储量拙劣的数数据分析析、挖掘掘，综合合利用能力数据仓库库(DW)支持管理理决策过过程的、面向主主题的、集成的的、稳定定的、不不同时间间的数据据集合。存储面向向管理应应用与综综合分析析的集成成化和综综合性信信息，从从历史的的角度描描述系统统结构和和状态的的变化，要求采采用能够够反映时时间维特特征的数数据结构构基于传统统的面向向业务的的数据库库或外界界数据库库作为数数据源，经过提提炼、加加工、汇汇总和归归一化整整理，生生成符合合数据应应用语义义规范要要求的数数据集合合；支持多种种复杂的的数据应应用和综综合性的的管理决决策分析析

37、；2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用55 数据仓库库(DW)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用56 知识发现现(KDD)与数据挖挖掘(DM)KDD(Knowledge DiscoveryinDatabase)是从大量的的数据信信息中获获取正确确、新颖颖、有潜潜在应用用价值和和最终可可被理解解的模式式的非平平凡过程程。DM(Data Mining)是KDD综合过程程中的一一个具体体但却是是关键的的步骤，DM是从数据据中提取取模式的的过程。数据挖掘掘是KDD最核心的的部分，是采用用机器学学习、统统计等方方法进行行知识学学习的阶阶段。模式按功功能可分分有两大大类：预预

38、测型（Predictive）模式和和描述型型（Descriptive）模式。预测型模模式:根据数据据项的值值精确确确定某种种结果的的模式。描述型模模式：对数据据中存在在的规则则做一种种描述，或者根根据数据据的相似似性把数据据分组。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用57 六种具体体的DM模式(1)分类模式式分类模式式是一个个分类函函数（分分类器），能够够把数据据集中的的数据项项映射到到某个给给定的类类上。分分类模式式往往表表现为一一棵分类类树，根根据数据据的值从从树根开开始搜索索，沿着着数据满满足的分分支往上上走，走走到树叶叶就能确确定类别别。(2)回归模式式回归模式式的函数数定

39、义与与分类模模式相似似，它们们的差别别在于分分类模式式的预测测值是离离散的，回归模模式的预预测值是是连续的的。(3)时间序列列模式时间序列列模式根根据数据据随时间间变化的的趋势预预测将来来的值。受监督模模式提取取过程，在建立立模式前前数据的的结果是是已知的的，建立立这些模模式时，使用一一部分数数据作为为样本，用另一一部分数数据来检检验、校校正模式式。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用58 (4)聚类模式式聚类模式式把数据据划分到到不同的的组中，组之间间的差别别尽可能能大，组组内的差差别尽可可能小。六种具体体的DM模式(续)(5)关联模式式是数据项项之间的的关联规规则。(6)序列

40、模式式序列模式式与关联联模式相相仿，而而把数据据之间的的关联性性与时间间联系起起来。为为了发现现序列模模式，不不仅需要要知道事事件是否否发生，而且需需要确定定事件发发生的时时间。模式建立立前结果果是未知知的，模模式的产产生不受受任何监监督。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用59 决策支持持系统(DSS)的理论和和方法2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用60 (1)决策支持持系统的的产生和和发展决策人们在日日常工作作和生活活中做出出的选择择和决定定事务处理理系统(TransactionProcessing SystemTPS)20世纪50年代,电子计算算机作为为信息

41、处处理工具具，广泛泛用于政政府、企企业等场场合进行行信息的的收集、存储、加工和和整理。（财物、生产统统计）等等业务的的数据处处理，减减轻人的的工作负负担，提提高工作作效率。决策支持持系统(DecisionSupportSystemDSS)2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用61 管理信息息系统(Management Information SystemMIS)20世纪60年代，计计算机系系统在全全面掌握握组织内内部信息息流通与与处理的的基础上上，合理理组织信信息处理理方式，生成各各种报表表。提高信息息处理的的效率能能力，工工作的协协调一致致性决策支持持系统(DecisionSup

42、port SystemDSS)20世纪70年代，计计算机系系统在信信息分析析基础上上，根据据主客观观情况作作出判断断和选择择。面向决策策问题，基于交交互式计计算机系系统帮助助决策使使用数据据和模型型，解决决半结构构化和非非结构化化的问题题2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用62 决策趋于于困难和和复杂由于技术术进步，可选用用的方案案增多决策失误误的代价价可能很很大(连锁反应应)决策所需需的信息息可能难难以获取取必须迅速速作出决决策计算机决决策支持持快速计算算克服人类类处理和和存储中中认知能能力的限限制减少费用用，减少少专家群群体的规规模技术支持持(数据库、多媒体体、数据据处理)质

43、量支持持(更多方案案，评价价、分析析、仿真真)竞争支持持企业过程程再造工工程2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用63 (2)决策支持持系统的的组成数据库DB模型库MB数据库管理系统DBMS模型库管理系统MBMS对话管理系统DGMS用户2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用64 计算机决决策支持持系统的的基本部部件人机接口口(对话系统统/语言系统统)数据库(数据库管管理系统统)模型库(模型库管管理系统统)知识库(知识库管管理系统统)方法库(方法库管管理系统统)LS问题处理理系统PPS数据库模型库知识库KS用户2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用65 (3)

44、DSS的功能(1)人机协同同作用的的系统(2)支持决策策、辅助助决策，不是代代替决策策者(3)由用户主主导进行行决策分分析(4)可以对组组织的各各层次(高层、中中层、基基层)进行决策策支持(5)主要支持持半结构构化决策策，能支支持结构构化决策策，在一一定程度度上支持持非结构化化决策。(6)较高的使使用灵活活性、适适应性和和灵活性性(7)较好用户户友好性性，非计计算机专专业人士士使用(8)提高工作作效能而而非提高高效率(9)作用不全全是提供供决策结结论，是是在支持持过程中中提高决决策者的的洞察力力和决策策水平2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用66 (4)DSS的相关技技术领域域(

45、1)过程专业业技术(2)管理科学学、运筹筹学与系系统工程程(3)计算机技技术(数据库、编程语语言、操操作统)(4)人工智能能(5)行为科学学2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用67 (6)企业生产产与管理理过程计计算机决决策支持持案例分分析(A)炼油生产工工艺过程程2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用68 (B)生产经营营决策活活动的特特点(i)范围广、跨度大大从决策的的范围：有例行的(如生产计计划、生生产调度度等)、非例行的(如企业发发展规划划、经营营决策等等)从决策的的跨度：时间跨跨度有短短期的(几天)、中期的的(月、季、年等)和长期的的(几年、十十几年)；空间

46、跨跨度，有有燃料油油生产系系统、润润滑油生生产系统统和石蜡蜡生产系系统。(ii)涉及的因因素多要考虑到到各种内内部的、外部的的多种因因素。-生产系统统有关(生产装置置、油罐罐、产品品、工艺艺流程、生产成成本等等等)，-国家计划划、市场场需求等等经营环环境有关关(原油、产产品品种种、价格格、供给给需求求量等等等)。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用69 (iii)决策的好好坏对企企业的经经济效益益影响很很大(iv)突发性的的决策活活动增加加(C)生产经营营决策活活动的类类型(a)制订企业业生产发发展规则则企业的发发展规则则确定企企业今后后生产的的发展方方向，根根据确定定的企业业发展目目标制订订企业发发展规划划，选择择合理的的工艺流流程(包括确定定新建装装置、规规模、和和原来工工艺流程程的衔接接、装置置配套、产品选选择、原原油选择择等等)，寻求达达到目标标的最佳佳方案。2020-02-10CIMS和CIPS技术与应应用70 (b)制订企业业年、月月生产计计划、库库存计划划在系统外外部给出出的约束束条件和和系统内内部固有有的约束束条件下下，最大大限度地地增加企企业的利利润。年生产计计划在原油供供应量一一定，国国家指令令性指标标和市场场情况基基本确定定的情况况下，在在保证国国家计划划的完成成、满足足市场需需求、工工艺条件件要求的的前提下下，确定定一个能能获