CIPS实施工作的瓶颈问题与关键技术

第六章章CIPS实施工工作的的瓶颈颈问题题与关关键技技术6.1人的问问题企业实实施CIPS不仅是是通过过解决决单纯纯的技技术问问题的的途径径，而而是通通过人人、技技术与与经营营三方方面综综合集集成的的途径径来取取得成成功的的(1)人在CIPS实施过过程中中起到到了决决定性性作用用哲理、、全局局过程程的生生产经经营模模式、、组组织机机构(2)人在生产产过程中中起到了了核心作作用自动化技技术应用用水平及及人们对对它的认认识程度度人的创造造性工作作(3)人在CIPS系统中的的地位涉及到社社会的、、经济的的、有关关人的行行为及心心理的、、文化的的等多方方面问题题，这些些方面可可能成为为CIPS系统实施施工作的的瓶颈。。2022/10/241CIMS和CIPS技技术与应应用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；；2022/10/242CIMS和CIPS技技术与应应用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2022/10/243CIMS和CIPS技技术与应应用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：越是高层的的信息其数数据量越少少，但它包包含的信息息知识量越越大，其模模式越表现现为定性描描述的知识识表示；层层次越低的的信息其包包含信息量量越简单、、直观，数数据量越大大，其模式式越表现为为基于定量量描述的数数值形式。。信息层次结结构要求对对象模型呈呈现相应的的分层结构构：较低层的信信息模型趋趋向与采用用传统的基基于数值计计算的微分分或差分方方程等模式式表达，过过程较高层层次的模型型则趋向于于采用定性性的符号描描述模型表表达过程的的行为特性性，不同层层次的知识识表达方法法相应于多多样性和层层次性的信信息处理的的需要。e)管理、控制制任务的通通常是多目目标、多约约束的命题题2022/10/244CIMS和和CIPS技术与应应用6.2.2系统协同的的问题由一系列完完成特定任任务和目标标子系统集集成而成的的复杂系统统，具有分分布性（时时间上的分分布、空间间上的分布布或功能上上的分布））的特点。。限于知识、、能力、处处理速度、、信息、资资源等因素素以及待求求解问题的的规模、复复杂性造成成的实现困困难，在CIPS系统增强系统性性能(快速性、可可靠性、智智能程度、、完成质量量)、有效地利用用资源(信息、知识识、物理装装置等)，个体间的的协作是必必然的。通过并行性性提高任务务的完成率率通过共享资资源（信息息、专门知知识、物理理装置等））扩大完成成任务的能能力范围通过备份任任务，采用用不同的方方法去完成成指定任务务，以提高高完成任务务的可能性性及可靠性性通过避免任任务间有害害的相互作作用,减少任务间间的冲突2022/10/245CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用系统统协协同同的的四四种种协协作作类类型型水平平协协作作(horizontalcooperation)由于于能能力力、、知知识识处处理理、、速为提高对综合问题求解的结果的可信度，可以基于系统不同个体的独立解决问题的能力，采用不同的信息与知识或不同的信息处理机制获得问题的结果，通过个体之间的相互作用，最终获得高可靠性的结果。2022/10/246CIMS和CIPS技术术与应用系统协同的问问题(续)(2)树型协作(treecooperation)系统中高层的的功能系统或或人/群体依据下层层获得的结果果做出进一步步处理工作。。(3)循环协作(recursivecooperation)为了求得问题题的结果，系系统的个体之之间相互依赖赖，往复协作作。(4)混杂协作(hybridcooperation)整个系统在某某些级上采用用水平协作的的类型，而在在系统整体上上又是树型协协作或循环协协作类型，或或整体上采用用水平协作类类型而局部上上采用树型或或循环协作类类型。2022/10/247CIMS和和CIPS技术术与应应用系统的的两种种协作作形式式CIPS系统内内主要要存任务共共享各系统统相互互协作作，分分担各各子任任务的的处理理负荷荷，而而且当当一个个单元元的任任务太太重而而无法法完成成时，，它将将把任任务分分解，，让其其它单单元承承担并并完成成。结果共共享系统内内的各各单元元相互互传递递并共共同利利用根根据不不同观观点方方法所所得出出的有有关总总体问问题得得部分分结果果，通通过相相互交交换部部分暂暂时得得结果果相2022/10/248CIMS和和CIPS技术术与应应用系统协协同的的关键键技术术问题题-冲突的的消解解资源冲冲突、、目标标冲突突、结结果冲冲突-CSCW(ComputerSupportedcooperativeWork)理论与与应用用-群件技技术-分布式式智能能控制制理论论和方方法、、MAS多智能能体MultiAgentSystem、移移动智智能体体mobileAgentSystem-人-人、人人-机系统统2022/10/249CIMS和和CIPS技术术与应应用6.2.3控制制、、决决策策与与管管理理集集成成问问题题CIPS系统统本本质质上上是是一一类类混混杂杂（（Hybrid）系系统统:离散散事事件件系系统统和和连连续续时时间间系系统统的的混混合合，，分分布布参参数数和和集集中中参参数数的的混混合合，，符符号号系系统统与与数数值值系系统统的的混混合合，，模模糊糊系系统统和和精精确确系系统统的的混混合合，，定定量量系系统统与与定定性性系系统统混混合合。。信息息和和数数据据获获取取与与处处理理系统统的的控控制制、、决决策策依依赖1.过程程数数据据的的预预处处理理技技术术数据据变变换换、、数数据据校校正正、、滤滤波波等等预预处处理理手手，，将将真真实实信信号号从从含含有有噪噪声声的的混混合合信信号号分分离离出出来来2022/10/2410CIMS和CIPS技技术与应应用数据校正正问题(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(DataReconciliation)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)2022/10/2411CIMS和CIPS技技术与应应用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2022/12CIMS和CIPS技术术与应用数据变换数据变换影响响过程模型的的精度和非线线性映射能力力以及数值优优化算法的运运行结果。包包括标度(Scaling)、转换和权函函数三各方面面标度对工业过程中中出现的工程程单位不同或或数值数量级级相差较大的的测量数据，，利用合适的的因子进行标标度，避免因因为计算机字字长而丢失有有用信息或引引起算法的不不稳定。转换包括直接转换换和寻找新变变量代替原变变量，通过转转换可有效地地降低原对象象的非线性特特性(如对数转换)。权函数实现对变量动动态特性的补补偿，使稳态态模型实现对对过程动态估估计成为可能能。2022/10/2413CIMS和和CIPS技术与应应用2.过程数据的的软测量技技术软测量技术术的理论根根源是20世纪70年代Brosillow提出的推断断控制。把把自动控控制技术与与生产工艺艺过程知识识有机结合合起来，应应用计算机机技术对生生产过程中中一些难于于测量或不不能测量的的重要变量量(主导变量)，选择另外外一些容易易测量的变变量(辅助变量或或二次变量量)，通过构成成某种数学学关系来推推断和估计计，以软件件来代替硬硬件(传感器)功能。过程ud1d2yθy–主导变量；；θ–可测的辅助助变量d1–可测扰动；；d2–不可测扰动动；u–控制变量2022/10/2414CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用软测测量量系系统统结结构构测量量数数据据预处处理理模模块块简单单机机理理模模型型软测测量量模模型型长期期校校正正模模块块初始始模模型型在线线校校正正模模型型历史史数数据据模型型参参数数修正正的的模模型型参参数数历史史数数据据化验验数数据据2022/10/2415CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用软测测量量模模型型(1)机理理方方法法基于于物物料料平平衡衡、、能能量量平平衡衡、、动动量量平平衡衡、、相相平平衡衡、、传传热热传传质质等等基基本本动(2)经验方法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2022/10/2416CIMS和CIPS技技术与应应用软测量模模型(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2022/10/2417CIMS和和CIPS技术术与应应用3.复杂过过程数数据处处理技技术不同信信息控控制与与决策策层次次之间间的信信息表表达、、传递递、通通讯和和融合合处理理机制制，混混杂信信息的的变换换、信信息与与数据据的压压缩、、信息息特征征的提提取与与恢复复、信信息与与数据据的挖挖掘。。复杂工工业对对象模模型化化(1)模型化化方法法白箱方方法、、灰箱箱方法法、黑黑箱方方法(3)分层系系统信信息模模式的的非同同态性性导致致系统统模型型形式式的复复杂化化(2)模型化化的精精度和和模型型的适适应性性2022/10/2418CIMS和和CIPS技术与应应用基于模型的的控制和基基于知识的的控制(1)基于模型的的控制技术术实例：预预测控制技技术的产生生并不是理理论发展的的需要，而而首先是工工业实践向向控制提出出的挑战。。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)2022/10/2419CIMS和CIPS技术术与应用A)预测控制的基基本构成i)预测模型根据对象的历历史信息和未未来的输入预预测其未来的的输出(动态行为)。模型的功能状态方程传递函数阶跃响应脉冲响应非线性模型……….渐近稳定的线线性对象，非非参数模型ii)滚动优化通过优化控制制算法，追求求某一性能指指标的最优来来确定未来的的控制作用。。性能指标构造造通常基于对对象输出在未未来采样点上上跟踪某一期期望轨迹的方方差为最小；；控制能量最最小而同时保保持输出在某某一给定的范范围等有限时段的滚滚动优化，优优化不是一次次离线进行，，而是反复在在线进行2022/10/2420CIMS和CIPS技术术与应用预测控制的基基本构成(续)iii)反馈校正闭环控制算法法(不仅基于模型型，同时利用用实际输出的的反馈值)。基于优化性能能指标确定了了一系列未来来的控制作用用后，为了防防止模型失配配或环境的干干扰引起的控控制效果与理理想状态的偏偏离，通常的的作法不是把把求得的控制制作用序列逐逐一全部实施施，而只是实实现本时刻的的控制作用，，到下一采样样时刻，首先先检测对象的的实际输出，，并利用它对对基于模型的的相应预测值值进行修正，，在进行新的的优化。2022/10/2421CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用B)动态态矩矩阵阵控控制制算算法法(DMC)i)预测测模模型型对于于渐渐近近稳稳定定的的对对象象，，动动态态信信息息可可近近似似用用单单位位阶阶跃跃响响应应的的采采样样参参数数构构成成有有限限集集合合描描述述：：根据据线线性性系系统统的的比比例例叠叠加加性性质质，，可可以以利利用用上上述述的的阶阶跃跃响响应应模模型型参参数数预预测测对对象象在在未未来来时时刻刻的的输输出出值值。。在k时刻刻控控制制作作用用有有一一增增量量时时，，在在其其作作用用下下未未来来深深刻刻的的输输出出在M个连连续续的的控控制制增增量量u(k),……,u(k+M-1)的作作用用下下未未来来时时刻刻输输出出值值(B-1)(B-2)(B-3)2022/10/2422CIMS和和CIPS技术术与应应用预测模模型（（单位位阶跃跃响应应）2022/10/2423CIMS和和CIPS技术术与应应用ii)滚动优优化动态矩矩阵控控制算算法(续1)在每一一时刻刻k，M个连续续的控控制增增量u(k),……,u(k+M-1)(控制时时域)，使被被控对对象在在其作作用下下未来来P个时刻刻(优化时时域)的输出出预测测值尽可能接近近给定的期期望值w(K+i),i=1,……,P，规定MP，PN，同时考虑虑控制增量量变化不能能过分剧烈烈的要求构构成优化性性能指标为为：(B-4)在不考虑约约束的情况况下，求在在预预测模型(B-3)下使性能指指标(B-4)最小的优化化问题2022/10/2424CIMS和CIPS技技术与应应用基于模型型的预测测控制Referencek+Mk+PProcessModelPredictionfuturepastInput2022/10/2425CIMS和CIPS技技术与应应用模型输出出反馈校校正2022/10/2426CIMS和CIPS技术术与应用基于模型的预预测控制机制制2022/10/2427CIMS和CIPS技术术与应用动态矩阵控制制算法(续2)以向量的形式式改写(B-3)、(B-4)(B-5)其中：(B-6)其中：2022/10/2428CIMS和和CIPS技术与应应用动态矩阵控控制算法(续3)(B-5)代入(B-6)(B-7)求极值的必必要条件：：得到：仅将控制作作用序列中中即时控制制质量构成成控制作用用施加给对对象：(B-8)(B-9)其中：(B-10)表示取首元元素运算控制向量202229动态矩阵控控制算法(续4)iii)反馈校正k时刻将控制制u(k)加于对象，，相当于在在对象得输输入端加了了一个幅值值为u(k)的阶跃激励励，根据(B-2)可以计算在在控制作用用下未来时时刻的输出出预测值：：(B-11)经移位处理理，可以作作为k+1时刻的初始始预测值进进行新的优优化计算。。但是由于于实际过程程中存在模模型失配、、环境干扰扰等因素，，由(B-11)得到到的的预预测测值值肯肯定定偏偏离离实实际际值值，，需需要要利利用用实实时时检检测测信信息息进进行行反反馈馈校校正正：：构造造输输出出误误差差：：(B-12)采用用对对e(k+1)加权权的的方方式式对对输输出出的的预预测测值值进进行行修修正正(B-13)2022/10/2430CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用模型型输输出出反反馈馈校校正正2022/10/2431CIMS和CIPS技技术与应应用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：2022/10/2432CIMS和CIPS技技术与应应用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。2022/10/2433CIMS和和CIPS技术术与应应用动态矩矩阵控控制对象控制预测校正2022/10/2434CIMS和和CIPS技术与应应用C)多变量系统统的动态矩矩阵控制设被控对象象有m个控制输入入，p个输出，假假定已测得得每一输出出yi对每一输入入uj的阶跃响应应aij(t)，则模型向向量表达为为：(C-1)i)预测模型考虑uj有一个增量量uj(k)时,yi在未来N个时刻的输输出预测值值：(C-2)2022/10/2435CIMS和和CIPS技术与应应用多变量动态态矩阵控制制算法(续1)在uj依次有M个增量uj(k),……,uj(k+M)时,yi在未来P个时刻的输输出预测值值：(C-3)2022/10/2436CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用多变变量量动动态态矩矩阵阵控控制制算算法法(续2)根据据线线性性系系统统的的叠叠加加性性质质处处理理系系统统输输出出yi受到到u1,……,um共同同作作用用时时的的情情况况：：(C-4)u1,……,um从k时刻刻起起均均变变化化M次时时，，共共同同作作用用时时的的情情况况：：(C-5)为了了简简洁洁化化，，记记：：2022/10/2437CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用多变变量量动动态态矩矩阵阵控控制制算算法法(续3)则可可得得到到一一般般的的多多变变量量系系统统的的预预测测模模型型：：(C-6)(C-7)2022/10/2438CIMS和CIPS技术术与应用多变量动态矩矩阵控制算法法(续4)ii)滚动优化在不考虑约束束的情况下，，可以求得全全部控制增量量：(C-8)(C-9)2022/10/2439CIMS和CIPS技术术与应用多变量动态矩矩阵控制算法法(续5)即时控制增量量：(C-10)(C-11)(C-12)(C-13)2022/10/2440CIMS和CIPS技术术与应用iii)反馈校正多变量动态矩矩阵控制算法法(续6)(C-14)(C-15)2022/10/2441CIMS和和CIPS技术术与应应用D)动态矩矩阵控控制的的参数数设计计(i)采样周周期T(ii)优化时时域P，控制制时域域MP：稳定定性(鲁棒性性)、动态态快速速性M：优化化变量量的个个数，，在P确定的的情况况下，，M越小，，越难难保证证输出出在各各采样样点紧紧密跟跟踪期期望值值，所所得到到得性性能指指标也也就越越差。。(iii)误差权权矩阵阵Q和控制制权矩矩阵(iv)校正矩矩阵H直接可可调得得运算算参数数，仅仅在对对象受受到未未知干干扰或或存在在模型型失配配造成成预测测输出出与实实际输输出不不一致致时才才起作作用，，而对对控制制的动动态响响应没没有明明显的的影响响2022/10/2442CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用E)有约约束束的的多多变变量量动动态态矩矩阵阵控控制制二次次规规划划问问题题，，非非线线性性规规划划方方法法2022/10/2443CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用F)预测测控控制制技技术术在在工工业业过过程程的的应应用用PrimaryControlProcessingUnitPrimaryControlProcessingUnitPrimaryControlProcessingUnitPrimaryControlProcessingUnitMPCMPCMPCMPCModelBasedOptimizerProductionSchedulerHierarchyinproductionplantcontrolofacontinuousproductionsite2022/10/2444CIMS和CIPS技技术与应应用预测控制制的工业业应用00.20.40.60.811.21.41.61.82x10414001402140414061408141014121414141614181420MeasuredthroattemperaturetimeTemperature(0C)00.511.522.53probabilitydensityfunctionprobabilitydensityCpk=0.96024681012Cpk=0.96Cpk=4.3024681012Cpk=0.96Cpk=1.6EconomicbenefitStandardControlModelPredictiveControlwithoutoptimizationModelPredictiveControlwithperformanceoptimization2022/10/2445CIMS和和CIPS技术与应应用(2)基于知识的的控制技术术智能控制理理论与方法法的研究-模糊控制技技术-人工神经网网络-专家系统2022/10/2446CIMS和和CIPS技术与应应用工况监测和和过程故障障诊断技术术干扰和异常常事件的发发生尽管基于性性能优良的的控制系统统的基础上上，但是生生产过程的的运行仍离离不开操作作人员经常常性的干预预，以预防防操作工况况的恶化。。(1)工况监测正常操作工工况的统计计学模型过程对象的的反应机理理模型操作经验和和专业知识识…………..集成化方法法过程的监视视、评估操作的指导导化工过程的的动态仿真真技术2022/10/2447CIMS和CIPS技术术与应用(2)故障检测和诊诊断(FaultdetectonanddiagnosticsFDD)故障(Fault)系统至少一个个特性或参数数出现了较大大的偏差，超超出了可以接接受的范围，，系统性能明明显低于正常常的水平，难难于完成系统统预期的功能能。故障检测和诊诊断(FDD)根据系统症候候，确定是否否发生了故障障，确定故障障的种类，故故障发生的部部位，并确定定故障的大小小以及故障发发生的时间故障检测和诊诊断(FDD)工作环节故障建模按照先验信息息和输入输出出关系，建立立系统故障的的数学模型，，作为故障诊诊断的依据。。2022/10/2448CIMS和CIPS技术术与应用(5)故障的评价与与决策判断故障的严严重程度及其其对诊断对象象的影响和发发展趋势，针针对不同的工工况采取不同同的措施。故障检测和诊诊断(续1)(2)故障检测从可测量或不不可测量变量量的估计中，，判断被诊断断系统是否发发生了故障。。(3)故障分离在检测出故障障后，给出故故障源的位置置，区别出故故障原因是执执行器、传感感器、被控对对象或者是特特大扰动。(4)故障辨识在分离出故障障后，确定故故障的大小、、发生时刻及及其时变特性性。2022/10/2449CIMS和和CIPS技术术与应应用故障检检测和和诊断断(续2)性能指指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2022/10/2450CIMS和和CIPS技术术与应应用故障检检测和和诊断断(续3)故障诊诊断的的方法法2022/10/2451CIMS和和CIPS技术术与应应用综合自自动化化系统统集成成优化化与决决策理理论与与方法法本质上上是有有约束束、多多目标标、多多自由由度的的优化化与决决策，，所追追求的的往往往不是是单一一的最最优指指标，，而是是多种种要求求经过过协调调后的的综合合结果果。追求求一一个个““精精确确的的””最最优优的的工工作作点点方方式式来来实实现现优优化化与与决决策策策策略略满意意的的过过程程操操作作工工况况区区域域，，立立足足于于滚滚动动优优化化机机制制仅靠靠传传统统““自自主主型型””控控制制决决策策的

个命题显得力不从心通过人－机协同工作方式，发挥人与计算机各自的特长，将人直觉思维

能力与计算机学习能力相结合，可以减少系统的搜索空间，使复杂的问

题在有限的时间内，有限的背景知识条件下得到解决，共同解决优化与

决策复杂命题。2022/10/2452CIMS和CIPS技技术与应应用2022/10/2453CIMS和CIPS技技术与应应用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；2022/10/2454CIMS和和C数据仓仓库(DW)2022/10/2455CIMS和和CIPS技术与应应用知识发现(KDD)与数据挖掘掘(DM)KDD(KnowledgeDiscoveryinDatabase)是从大量的数数据信息中中获取正确确、新颖、、有潜在应应用价值和和最终可被被理解的模模式的非平平凡过程。。DM(DataMining)是KDD综合过程中中的一个具具体但却是是关键的步步骤，DM是从数据中中提取模式式的过程。。数据挖掘是是KDD最核心的部部分，是采采用机器学学习、统计计等方法进进行知识学学习的阶段段。模式式按按功功能能可可分分有有两两大大类类：：预预测测型型（（Predictive）模模式式和和描描述述型型（（Descriptive）模模式式。。预测测型型模模式式:根据据数数据据项项的的值值精精确确确确定定某某种种结结果果的的模模式式。。描述述型型模模式式：：对对数数据据中中存存在在的的规规则则做做一一种种描描述述，，或或者者根根据据数数据据的的相相似似性把把数数据据分分组组。。2022/10/2456CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用六种种具具体体的的DM模式式(1)分类类模模式式分类类模模式式是是一一个个分分类类函函数数（（分分类类器器）），，能能够够把把数数据据集集中中的的数数据据项项映映射射到到某某个个给给定定的的类类上上。。分分类类模模式式往往往往表表现现为为一一棵棵分分类类树树，，根根据据数数据据的的值值从从树树根根开开始始搜搜索索，，沿沿着着数数据据满满足足的的分分支支往往上上走走，，走走到到树树叶叶就就能能确确定定类类别别。。(2)回归模式回归模式的函函数定义与分分类模式相似似，它们的差差别在于分类类模式的预测测值是离散的的，回归模式式的预测值是是连续的。(3)时间序列模式式时间序列模式式根据数据随随时间变化的的趋势预测将将来的值。受监督模式提提取过程，在在建立模式前前数据的结果果是已知的，，建立这些模模式时，使用用一部分数据据作为样本，，用另一部分分数据来检验验、校正模式式。2022/10/2457CIMS和和CIPS技术术与应应用(4)聚类模模式聚类模模式把把数据据划分分到不不同的的组中中，组组之间间的差差别尽尽可能能大，，组内内的差差别尽尽可能能小。。六种具具体的的DM模式(续)(5)关联模模式是数据据项之之间的的关联联规则则。(6)序列模模式序列模模式与与关联联模式式相仿仿，而而把数数据之之间的的关联联性与与时间间联系系起来来。为为了发发现序序列模模式，，不仅仅需要要知道道事件件是否否发生生，而而且需需要确确定事事件发发生的的时间间。模式建建立前前结果果是未未知的的，模模式的的产生生不受受任何何监督督。2022/10/2458CIMS和和CIPS技术术与应应用决策支支持系系统(DSS)的理论论和方方法2022/10/2459CIMS和和CIPS技术与应应用(1)决策支持系系统的产生生和发展决策人们在日常常工作和生生活中做出出的选择和和决定事务处理系系统(TransactionProcessingSystemTPS)20世纪50年代,电子计算机机作为信息息处理工具具，广泛用用于政府、、企业等场场合进行信信息的收集集、存储、、加工和整整理。（财物、生生产统计））等业务的的数据处理理，减轻人人的工作负负担，提高高工作效率率。决策支持系系统(DecisionSupportSystemDSS)2022/10/2460CIMS和CIPS技技术与应应用管理信息息系统(ManagementInformationSystemMIS)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(DecisionSupportSystemDSS)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。面向决策问题题，基于交互互式计算机系系统帮助决策策使用数据和和模型，解决决半结构化和和非结构化的的问题2022/10/2461CIMS和CIPS技术术与应用决策趋于困难难和复杂由于技术进步步，可选用的的方案增多决策失误的代代价可能很大大(连锁反应)决策所需的信信息可能难以以获取必须迅速作出出决策计算机决策策支持快速计算克服人类处处理和存储储中认知能能力的限制制减少费用，，减少专家家群体的规规模技术支持(数据库、多多媒体、数数据处理)质量支持(更多方案，，评价、分分析、仿真真)竞争支持企业过程再再造工程2022/10/2462CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用(2)决策策支支持持系系统统的的组组成成数据库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2022/10/2463CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用计算算机机决决策策支支持持系系统统的的基基本本部部件件人机机接接口口(对话话系系统统/语言言系系统统)数据据库库(数据据库库管管理理系系统统)模型型库库(模型型库库管管理理系系统统)知识识库库(知识识库库管管理理系系统统)方法法库库(方法法库库管管理理系系统统)LS问题题处处理理系系统统PPS数据据库库模型型库库知识识库库KS用户户2022/10/2464CIMS和和CIPS技术术与应应用(3)DSS的功能能(1)人机协协同作作用的的系统统(2)支持决决策、、辅助助决策策，不不是代代替决决策者者(3)由用户户主导导进行行决策策分析析(4)可以对对组织织的各各层次次(高层、、中层层、基基层)进行决决策支支持(5)主要支支持半半结构构化决决策，，能支支持结结构化化决策策，在在一定定程度度上支支持非结构构化决决策。。(6)较高的的使用用灵活活性、、适应应性和和灵活活性(7)较好用用户友友好性性，非非计算算机专专业人人士使使用(8)提高工工作效效能而而非提提高效效率(9)作用不不全是是提供供决策策结论论，是是在支支持过过程中中提高高决策策者的的洞察察力和和决策策水平平2022/10/2465CIMS和和CIPS技术术与应应用(4)DSS的相关关技术术领域域(1)过程专专业技技术(2)管理科科学、、运筹筹学与与系统统工程程(3)计算机机技术术(数据库库、编编程语语言、、操作作统)(4)人工智智能(5)行为科科学2022/10/2466CIMS和CIPS技术术与应用(6)企业生产与管管理过程计算算机决策支持持案例分析(A)炼油生产工艺过过程2022/10/2467CIMS和CIPS技术术与应用(B)生产经营决策策活动的特点点(i)范围广、跨度度大从决策的范围围：有例行的(如生产计划、、生产调度等等)、非例行的(如企业发展规规划、经营决决策等)从决策的跨度度：时间跨度度有短期的(几天)、中期的(月、季、年等等)和长期的(几年、十几年年)；空间跨度，，有燃料油生生产系统、润润滑油生产系系统和石蜡生生产系统。(ii)涉及的因素多多要考虑到各种种内部的、外外部的多种因因素。-生产系统有关关(生产装置、油油罐、产品、、工艺流程、、生产成本等等等)，-国家计划、市市场需求等经经营环境有关关(原油、产品品品种、价格、、供给／需求求量等等)。2022/10/2468CIMS和和CIPS技技术术与与应应用用(iii)决策策的的好好坏坏对对企企业业的的经经济济效效益益(iv)突发发性性的的决决策策活活动动增增加加(C)生产产经经营营决决策策活活动动的的类类型型(a)制订订企企业业生生产产发发展展规规则则企业业的的发发展展规规则则确确定定企企业业今今后后生生产产的的发发展展方方向向，，根根据据确确定定的的企企业业发发展展目目标标制制订订企企业业发发展展规规划划，，选选择择合合理理的的工工艺艺流流程程(包括括确确定定新新建建装装置置、、规规模模、、和和原原来来工工艺艺流流程程的的衔衔接接、、装装置置配配套套、、产产品品选选择择、、原原油油选选择择等等等等)，寻寻求求达达到到目目标标的的最最佳佳方方案案。。2022/10/2469CIMS和CIPS技术术与应用(b)制订企业年、、月生产计划划、库存计划划在系统外部给给出的约束条条件和系统内内部固有的约约束条件下，，最大限度地地增加企业的的利润。年生产计划在原油供应量量一定，国家家指令性指标标和市场情况况基本确定的的情况下，在在保证国家计计划的完成、、满足市