（机械制造及其自动化专业论文）基于xml的动态质量信息系统的研究.pdf

东南大学博士学位论文 摘要 本文以多品种变批量生产模式为背景，针对该模式下质量信息的特点，提出了动态 质量信息的概念，构建了多维质量信息的立体模型，并搭建了基于x m l 的质量信息流共享 平台。同时，从质量信息的多维结构中提取有效的信息，扩充了质量分析的信息量。另 外，采用基于粗糙集的方法进行信息的约简，从而为解决多品种变批量生产模式下的质 量管理问题提供了新的思路。 本文在国家自然科学基金项目“动态质量信息的x m l 体系建模研究”的资助下，结 合理论研究与实践，主要研究基于x m l 的动态质量信息系统的关键技术及其实现。 首先，本文结合变批量生产模式对质量管理的需求，分析了其质量信息的动态性和 多维性，提出了动态质量信息的概念。并以此为基础，提出基于x m l 的知识和数据相 结合的质量信息表达方法，建立了动态质量信息系统的x m l 模型，实现了动态质量信 息的立体表达，克服了传统质量系统进行统计分析时样本量不足的困难。 其次，提出了基于x m l 的k m l 质量信息知识表达方法，建立了知识与数据相结 台的质量分析模型，实现了不同质量信息系统之间的知识共享，最终实现了开放式的专 家系统结构。并且采用k m l 方法构造了基于粗糙集理论的质量分析模型，实现了动态 质量信息的约简方法，并将其成功地应用于解决半导体测试参数的选择问题中，提高了 半导体测试的生产效率。 最后，将上述理论应用到半导体行业的质量信息系统中，结合江苏长电科技股份有 限公司的现场设备在线监测与生产集中管理项目，主要以半导体器件测试车间的质量信 息为例，开发了原型系统，验证了所提出的动态质量信息系统思想及其系统框架的可行 性。 关键词：质量信息系统，变批量生产，x m l ，粗糙集理论 a b s t r a c t a b s t r a c t a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i co fq u a l i t yi n f o r m a t i o ni nt h em o d eo fs c a l a b l eb a t c h m a n u f a c t u r i n g ，t h ec o n c e p t o f d y n a m i cq u a l i t yi n f o r m a t i o n i sp u tf o r w a r di nt h i sd i s s e r t a t i o n at h r e e dm a t r i xo ft h eq u a l i t yi n f o r m a t i o nf o rt h e p u r p o s eo fd y n a m i cq u a l i t yi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ta n da nx m l b a s e ds h a r e dp l a t f o r mo fe n t e r p r i s eq u a l i t yi n f o r r n a t i o nf l o wa r e c o n s t r u c t e di no r d e rt oe x t r a c tu s e f u li n f o r m a t i o nf r o mt h em u l t i d i m e n s i o ns t r u c t u r eo f q u a l i t yi n f o r m a t i o n t h r o u g hw h i c hq u a l i t ya n a l y s i si n f o r m a t i o ni n c r e a s e sa n di r r e l e v a n td a t a a r ef i l t e r e dw i t ht h em e t h o db a s e du p 0 ur o u g hs e t st h e o r y t h e k e yt e c h n o l o g i e sa n dr e a l i z i n go fd y n a m i cq u a l i t yi n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e do nx m l a r e i n v e s t i g a t e ds u p p o a e db yt h ep r o j e c t s “s t u d yo i l ) 嘲ls y s t e mm o d e l i n go fd y n a m i c q u a l i t yi n f o r m a t i o n ”w h i c h i so n eo f t h en a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o n p r o j e c t s f i r s t ，b a s e do ni n v e s t i g a t i n gt h er e q u i r e m e n t o n q u a l i t ym a n a g e m e n ti nt h es c a l a b l eb a t c h m a n u f a c t u r i n gm o d e ，t h ec o n c e p to fd y n a m i cq u a l i t yi n f o r m a t i o ni sp u tf o r w a r d ，a n dt h e m u l t i - d i m e n s i o n a la n dd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fd y n a m i cq u a l i t yi n f o r m a t i o na r ef i g u r e d o u t t h e naw a yt od e s c r i b et h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nk n o w l e d g ea n dd a t ao nt h eb a s eo fx m l i sp r e s e n t e d ；a l lx m lm o d e la n dt h ef r a m e w o r ko fa d y n a m i cq u a l i t yi n f o r m a t i o ns y s t e ma r e e s t a b l i s h e d w h i c hp r o v i d ea ni n n o v a d v em e t h o df o rq u a i t ym a n a g e m e n t 证t h es c a l a b l e b a t c hm a n u f a c t u r i n gm o d e ，a n do v e r c o m et h ed i 伍c u l t yo f c o l l e c t i n ge n o u g hs a m p l e sw h e n d o i n gs t a f f s t i c a la n a l y s i si nc o n v e n t i o n a lq u a l i t ys y s t e m s e c o n d l y ，a nx m l - b a s e dk m lk n o w l e d g em a r k u pl a n g u a g ei sd e v e l o p e d ；aq u a l i t y a n a l y s i sm o d e l w i t ht h ei n t e g r a d o no f k n o w l e d g ea n dd a t ai se s t a b l i s h e d t h a tm a k ei tp o s s i b l e t h ea c q u i r e dk n o w l e d g ei ss h a r e db e t w e e nt h ed i f f e r e n tq u a l i t yi n f o r m a t i o ns 3 7 s t e m ；a n da n o p e ns t r u c t u r eo fq u a l i t yc o n u 0 1e x p e as y s t e mi se s t a b l i s h e d a ne a s yw a yt oc o p ew i t ht h e m u l t i d i m e n s i o n a la n dd y n a m i cq u a l i t yi n f o r m a t i o ni s p r o v i d e db yt h ek m l b a s e dr o u g h s e t st h e o r ym o d e lo f d y n a m i cq u a l i t yi n f o r m a t i o n t ob em o r es p e c i f i c ，t h i sm o d e ls o l v e s t h ep r o b l e mo fh o wt oc h o o s ep a r a m e t e r si nt h ed y n a t r o n t e s ta n dh e n c et h ep r o d u c t i v i t yo f t h e d y n a t r o n t e s t f i n a l l y , b yi n t e g r a t i n gi t s e l fw i t l lt h ep r o j e c to f f i e l de q u i p m e n to n l i n em o n i t o r i n gw h i c h i s b e i n g c o n d u c t e d b yj i a n g s uc h a n g i i a n g e l e c t r o n i c s t e c h n o l o g yc o ，l t d ，t h e a b o v e m e n t i o n e d t h e o r yi sa 口p l i e d t ot h e q u a l i t yi n f o r m a t i o ns y s t e m i ns e m i c o n d u c t o r i n d u s t r y ap r o t o t y p es y s t e mb yf o c u s i n g o nt h e q u a l i t y i n f o r m a t i o no fd y n a t r o n t e s t w o r k s h o pi sd e v e l o p e d a n dt h ef e a s i b i l i t yo ft h ei d e aa n dt h ef r a m e w o r ko ft h ed y n a m i c q u a l i t y i n f o r m a t i o ns y s t e ma r ev e r i f i e d k e yw o r d s ：q u a l i t y i n f o r m a t i o ns y s t e m ，s c a l a b l eb a t c h m a n u f a c t u r i n g ，x m l ， r o u g hs e t st h e o r y n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文t 扫不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大 学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：丝差邀日 强：p ，印t g 芬 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交 学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保 密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或 部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：握羞迸导师签名：更- m 5 1 e 期：丝丝垄 东南大学博士学位论文 a m a m s c a q c e c i m s c i p c s m a c d d f q d o m d t d e d i e r p i q s k 匝 l p m a t h m l p m m l q f d r s t s a x s g m l s m 皿 s p c t q m u n i c o d e v m v o i c e ) m l w i p w 几 x l i i l l ( x m l x m ls c h e m a x p a t h x q u e r y x s l 专用术语注释表 a g i l em a n u f a c t u r i n g敏捷制造 a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m 先进制造系统 c o m p u t e r a i d e d q u a l i t y计算机辅助质量 c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g并行工程 c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r es y s t e m计算机集成制造系统 c o n t r o la n di n f o r m a t i o np r o t o c o l 控制和信息协议 载波监听多路访问冲突检测协议 d e s i g n f o r q u a l i t y面向质量的设计 d o c u m e n t0 b j e c tm o d e l 文档对象模型 d o c u m e n t t y p e d e f i n i t i o n 文档类型定义 e l e c t r o n i cd a t a i n t e r c h a n g e电子数据交换 e n t e r p r i s er e s o u r c e p l a n 企业资源计划 i n t e g r a t e dq u a l i t ys y g e m集成质量系统 k n o w l e d g em a r k u pl a n g u a g e知识标记语言 l e a np r o d u c t i o n 精良生产 m a t h e m a t i c a lm a r k u pl a n g u a g e 数学标识语言 p r e d i c t i v em o d e lm a r k u pl a n g u a g e 预言模型标记语言 q u a l i t y f u n c t i o n d e p l o y m e n t质量功能配置 r o u g h s e t t h e o r y粗糙集理论 s i m p l e a p i sf o rx m l x m l 简单应用程序接口 s t a n d a r dg e n e r i cm a r k u p l a n g u a g e标准通用标记语言 s y n c h r o n i z e d m u l t i m e d i a i n t e g r a t i o nl a n g u a g e 同步多媒体综合语言 s t a t i s t i c a lp r o c e s sc o n t r o l统计过程控制 t o t a lq u a l 时m a n a g e m e n t 全面质量管理 字符统一编码标准 v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g 虚拟制造 v o i c ee x t e n s i b l em a r k u p l a n g u a g e语音可扩展标识语言 w o r ki np r o c e s s 客户生产过程查询 w i r e l e s sm a r k u p l a n g u a g e无线标记语言 x m l l i n k i n gl a n g u a g ex m l 链接语言 e x t e n z i b l em a r k u p l a n g u a g e可扩展标记语言 ) 。帆模式 x m lp a t hl a n g u a g e x m l 路径语言 x m l q u e r yl a n g u a g ex m l 查询语言 e x t e n s i b l es t y l e s h e e tl a n g u a g e 可扩展样式表语言 i h 东南人学博t 学位论文 第一章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 中国加入w t o 以后，国际业务往来日益增多，电子商务、e r p ( e n t e r p r i s e r e s o u r c e p l a n ，企业资源计划) 、网络化制造、w i f ( w o r ki np r o c e s s ，客户生产过程查询) 将会越 来越普及。新的形势要求质量信息在全球范围内实现网络的集成共享。 但是，消费需求的多样化、个性化使企业面临的市场具有动态性、复杂性等特点， 企业的生产模式由少品种、大批量生产模式转为变批量生产模式。制造模式的转变必然 导致质量需求、质量功能和质量定义本身的内涵与外延都发生了巨大的改变，不同于以 往制造模式下的质量的定义。在复杂多变的市场营销和市场服务中，在变批量生产模式 下，企业面临的质量信息具有信息量大、个性化且动态变化的特点。即针对每一产品所 能获得的质量信息相当有限，体现出个性化的特点；但随着品种的不断增加和变化，质 量信息也不断增加与积累，体现出多样化与动态变化的特点；同样数量的产品，变批量 生产模式要比少品种、大批量生产模式产生更多的质量信息。如何合理存储、组织和共 享企业面临的大量的动态质量信息，如何建立统一的动态质量信息系统是实现质量信息 集成与共享的关键和瓶颈。 在新的形势和新的生产模式下，产品的质量检测指标多、变化快，需要定性与定量 相结合，而且众多影响质量的因素都处于变动之中，其变化规律难以用传统的数据统计 的方法来揭示。如何快速给出不同品种不同批量产品所要求的动态的质量指标，如何从 大量动态质量信息中提取对企业质量控制有用的共性知识，如何解决多渠道多层次的大 量动态质量信息中的矛盾与冲突，都是实现质量信息共事应用的关键问题。 在小批量的生产模式下虽然不存在大量的在统计意义上属于周一空制的质量信息， 但我们认为，不同空间的质量信息存在很大的相关性。 首先，在企业的生产过程中积累了许多历史信息，虽然生产的产品型号可能不同， 质量指标可能不同，外形也可能不同，但只要它们属于同一类产品，必然在一定程度上 存在共性，因此这类产品持续生产所产生的质量信息构成了质量信息在时间上的相关 性。其次，产品在企业内部各个工序中传递，对应的质量信息也在企业内部流动，构成 了质量信息在空间上的相关性，这更是传统上质量控制的重点。第三，任何企业总是处 于供应链中的某一环节，与其相关联的是上游企业和下游企业，上游企业所提供的原材 料必然影响产品的质量，而下游企业所反馈的产品质量情况对本企业的质量改进具有重 要意义，因此在供应链中存在着质量信息链，而质量信息链也构成了质量信息在空间上 的相关性。最后，当前企业之间的协作方式已经向双赢的机制转换，在质量信息方面也 应当实现共享，而生产同类产品的企业都积累了丰富的质量信息，交换这些信息对提高 双方产品的质量都具有借鉴意义，因此同行企业所具有的质量信息同样构成了质量信息 在空间上的相关性。针对少品种、大批量生产模式，传统的质量信息系统着重研究以上 第一章绪论 第一和第二点的相关性，已经可以解决质量管理的主要矛盾。而针对多品种、变批量生 产模式，由于单批产品的生产量有限，无法通过统计方法实现产品的质量控制，因而需 要充分利用以上提到的所有相关性，把质量信息作为个有机整体来研究，而这种相关 性i f 是构成了质量信息整体空间的各个维度，如图卜l 。 图卜1 质量信息的立体结构 在质量信息立体结构中体现了质量信息的多维性的特点。同类产品持续生产所产生 的质量信息构成了质量信息空间的时间维，在供应链中存在的质量信息链构成了质量信 息空间的纵向维，而同行企业所具有的质量信息构成了质量信息空间的横向维。改变传 统质量管理系统中只关注质量信息的某一维度，将其怍为一个有机整体束分析为解决变 批量生产模式下信息量不足的问题提供了新的思路。 由于质量信息在立体结构中存在时间和空间的跨度为了将质置信息作为一个整体 来研究，首先需要一个良好的平台来支撑基于网络的集成共享。而传统的质量信息一般 只建立企业内部的集成结构，无法满足这种需求，因此，需要建立新的体系结构。由于 质量信息在各个维度中存在复杂的关系，并且有些关系是建立在企业之间的，质量信息 是在异构系统中流动的，因此这种新的体系结构要求质量信息有良好的表达方法，支持 异构系统，具有可扩展性，以利于质量信息的扩充和分析。发现规律，为质量决策提供 支持。其次，质量信息包含有大量的数据和知识性信息，单独采用传统的关系数据库的 方法，会造成两者的分离，不利于信息共享和分析，必须寻找将两者相统一的表达方法， 也就要求这种新的体系结构不仅考虑信息的表达，而且必须具有结合知识的处理机制。 总之，质量信息的表达方法要求具有良好的数据存储格式、可扩展性、高度结构化和便 于网络传输等特点。为了满足以上要求，经过研究，我们提出采用x i l i l ( e x t e n s i b l em a r k u 口 l a n g u a g e ，可扩展标记语言) 语言作为质量信息的表达方法，充分运用x m l 语言的数据 表示和数据交换功能。同时，针对动态质量信息系统的复杂性，要求从多维质量信息中 发现规律，需要各种技术和方法的综合应用，特别是多种人工智能方法的结合，这就会 导致各种方法产生的知识的表达、共享以及冲突等问题，因此采用基于瑚l 的知谚 表达 方法，组织各种质量分析和控制的表达规范，最终建立开放的质量控制专家系统。 针对变批量这种新的生产模式。结合以上认识，我们提出了动态质量信息的概念， 并延伸出动态质量信息系统的概念。变批量生产就是种根据被制造产品的品种和批量 变化进行生产系统迅速调整的生产模式，它面向制造任务和生产环境，以快速重排、重 2 东南大学博b 学位论文 复利用，必要时革新系统模块和子系统的方式进行快速调整制造系统，在低成本投资甚 至无投资方式下实现生产过程、生产功能和生产能力的快速改变，以实现产品多品种、 变批量的柔性生产【”。变批量生产是种新型生产运作模式，强调生产过程中被加工对 象的不确定性，包括产品品种的不确定性、产品数量的不确定性。与被加工对象的不确 定性相适应的是变批量生产的设备应该具备柔性，柔性制造系统是变批量生产的必要条 件，但变批量生产不是仅使用柔性制造系统就能很好完成的。由于变批量生产的研究还 远不成熟，研究变批量生产中快速响应批量变化的关键和核心技术具有重要意义。而质 量信息系统作为制造系统中不可缺少的一部分，变批量生产模式下的质量信息系统也成 为变批量生产中的关键和核心技术。根据变批量生产的特点，我们将变批量生产过程中 的质量信息总称为动态质量信息，同时建立动态质量信息系统来满足变批量生产模式对 质量控制的需求。 对动态质量信息本质的深入认识，以及对动态质量信息的表达方法和动态质量信息 系统中质量管理、控制技术的研究，最终建立柔性、开放的质量信息系统，并借助此系 统解决客户服务和生产管理中的相关质量控制、知识提取与冲突消解问题，都是动态质 量信息系统面临的全新课题。动态质量信息系统应当包含动态质量信息的收集、存储、 表达、传递、查询、报表生成等基本功能，以及动态质量信息分析、信息流控制、质量 信息的知识提取、知识表达、质量控制方法等。而质量信息系统是制造系统，特别是先 进制造系统中不可缺少的组成部分和基础。开展动态质量信息系统及关键技术的研究， 对于我国传统制造企业顺利实施先进制造系统，使之在质量保证方面实现网络化、智能 化和柔性化具有重要的理论意义和应用前景。 1 2 国内外研究现状 质量信息系统作为现代先进制造技术与系统的一个重要组成部分，对其研究已经有 较长的时间。随着质量管理经过了质量检验、统计质量管理( s p c ) 、全面质量管理( t q m ) 三个阶段的发展，质量管理思想和理念的深入发展，质量已经拓展到社会各个领域，质 量的概念在不断发展变化，质量管理的要求也在不断提高。质量管理范围的不断扩大， 导致了相关信息的迅速膨胀，传统的质量信息记录方式、传递和处理办法，巴无法满足 现代企业对质量管理工作的需求。随着现代信息技术的不断发展和应用，质量信息的管 理工作也在逐步从手工向计算机辅助管理系统过渡 2 】。质量信息系统大致经历了以下几 个发展阶段： l 、以手工记录方式的质量信息系统。这是最早的质量信息系统，以人工采用卡片、 表格等形式记录质量信息，并以人工的方式来统计、汇总、分析这些记录的质量信息。 由于采用了人工的方法，因此所采集的质量信息置很少，质量信息的处理要求也不高。 2 由计算机辅助的自动化质量信息系统。随着计算机以网络的酱及，质量信息系 统的任务逐渐由计算机来完成，并通过网络来实现集成。1 9 8 5 年，u i r i c hr e m b o l d 等 人首先在 c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y a n ds y s t e m 一书中提 出质量控制的系统观和计算机支持的质量控制系统的递阶结构和功能刚。1 9 8 7 年t u t t l e 总结了已被人们广泛接受的计算机辅助质量( c o m p u t e ra i d e dq u a l i t y ，c a q ) 系统的概 3 笫一帚绪论 念，c a q 系统运用计算机实现质量数据采集、分析、处理、传递的自动亿，实现质量控 制、质量保证、质量管理的自动化。在同年k a p o o r 等人提出了集成质量系统 ( i n t e g r a t e dq u a l i t ys y s t e m ，i q s ) 的概念一j ，他们认为集成质量系统必须覆盖产品 的整个生命周期和企业的各个层次，强调以企业长远质量目标为基础的质量计划。集成 质量系统强调从质量诗划和质量控制观点出发的人的资源的开发，通过闼环的质量控制 器实现企业中与质量有关的过程和资源的控制。c a q 和i q s 在范围和集成的程度上有所 区别，但它们都是在计算机的支持下实现企业质量管理、质量保证和质量控制的自动化， 因此有时统称为自动化的质量系统 5 1 。 3 面向先进制造系统的集成质量系统。市场的变化使以最短的时间开发和生产出 高质量、低成本的产品成为每个企业追求的目标，因而出现了很多适应新情况的先进制 造系统( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，a m s ) ，如c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r es y s t e m ，计算机集成制造系统) 、敏捷制造( a g i l e m a n u f a c z u r i n ，a m ) 、 并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，c e ) 、精良生产( l e a np r o d u c t i o n ，l p ) 、虚拟制造 ( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ) 等。随着这些先进制造系统和技术的出现和发展，质量信息系 统迸入了新的阶段面向先进制造系统的集成质量系统。质量管理的观念和方法又有了 凝的变化，质量控制的范围由制造过程扩展至设计过程乃至整个产品生命周期。露囱质 量的设计( d e s i g nf o rq u a l i t y ，d f q ) 、稳健设计、质量功能配置( q u a l i t yf u n c t i o n d e p l o y m e n t ，q f d ) 和持续改进等理论方法也相继出现并逐渐得到广泛应用。这个阶段 的质量信息系统作为先进制造系统的重要组成部分，主要建立集成的柔性系统，优化的 业务重组，实现智鼹的覆量控制。 先进制造系统中的质量信息系统已成为国内外学术界、企业界、政府相关部门等组 织的研究热点。上世纪9 0 年代以来，在世界范围内出现了研究、开发、实施集成质量 系统的热潮。一些大型企业如美国麦道飞机公司、福特汽车公司均由运行集成质量系统 中取得了经济效益。在中国，随着c i m s 的推广应用，歼发和运行集成质差系统系统已 经成为我国制造企业c i m s 工程必不可少的组成部分。先进制造系统中的质量信息系统 研究主要集中在两个方面：一是先进制造系统的质量集成体系结构的研究；另一方面是 先进制造系统的质量控制关键技术的研究。 质量集成体系结构方面的研究主要集中在建立适合先进制造模式的质量体系结构 的研究。v o s n i a k o sg e o r g e 等人提出了离散型企业质量控制的软件体系结构，全面论述 了质量信息的采集、存储结构、以及质量控目# j j - r 具的使用( 6 】。随着i n t e m e t 的发展以及 敏捷制造概念的蝥及，分布式质量信息系统瓣研究 熟逐步发展起来u - g l 。我们课题缀也 进行了国家高科技发展计划敏捷环境下的远程分布式质量控制系统的研究项目，并已顺 利完成。而先进制造模式下集成质量系统的研究更是吸引了众多的学者和专家【l 仉”】，如 孙造念等人在c i m s 环境下的质量信息系统的研究，苏秦等人在敏捷制造环境下的质量 信息系统的研究，以及丽淑荣等人在并行工程中质量控制的研究。 先进制造系统的质量控制关键技术方面的研究集中在改造传统的质量控制技术以 适应先进制造系统的要求【2 0 - 2 1 】和人工智能在质量控制中的应用1 2 2 训以及各种质量控制 方法的综合应用 3 2 4 7 1 。对于传统的质量控制技术的改造主要集中在s p c 和质量控制图技 4 东南大学博士学位论文 术上，如国内的张公绪等人对多品种、小批量控制图提出了通用图法、相对公差法、固 定样本容量法等新的理论和方法。质量控制中涉及人工智能技术主要有神经网络、遗传 算法、模糊控制方法等，而应用还是集中在s p c 和质量控制图技术的扩展上。而各种质 量控制方法的综合应用也是以上各种方法的综合，主要解决的问题也是多品种变批量或 多品种小批量生产模式中同一参数空间样本数少、整体信息量大而造成的难以进行有效 的质量控制。针对该问题，许多学者提出了基于知识的专家系统以及基于神经网络的基 于数据的分析方法等，但还没有特别有效的办法。 这个问题也是动态质量信息系统面临的核心问题，我们拟建立良好的质量信息体系 结构，为从质量信息的立体结构中提取有用信息搭建平台，从而扩充质量分析的信息量， 并采用基于粗糙集的方法来过滤其中的无关信息，将知识和数据两者有机结合，从而为 解决该问题提供新的思路。 粗糙集理论( r o u g h s e t t h e o r y ) 是一种处理不确定性信息的新型数学工具，是波兰科 学家p a w l a k 在研究信息系统逻辑特性的基础上发展起来的。1 9 8 2 年，p a w l a k 发表了经 典论文r o u g hs e t s ”“，标志着粗糙集理论的诞生，从此，粗糙集理论引起了许多数学家、 逻辑学家、计算机研究人员，特别是人工智能研究人员的兴趣。1 9 9 1 年，p a w l a k 出版 了专著 4 9 1 ，对粗糙集理论的研究成果进行了全面的总结，1 9 9 6 年，国内曾黄鳞也出版 了粗集理论及其应用关于数据推理的新方法中文专著【5 0 l 。 、 采用粗糙集理论作为不精确和不确定性知识的研究工具具有许多优点。粗糙集将知 识认定为不可区分关系的一个簇集，使得知识具有了一种清晰的数学意义，可以使用数 学方法来处理不精确和不确定性知识。粗糙集不需要预先给定某些特征或属性的数量描 述，如统计学中的概率分布、模糊集理论中的隶属度或隶属函数，丽是直接从给定问题 的描述集合出发，通过不可分辨关系和不可分辨类确定给定问题的近似域从而找出该 问题中的内在规律。并且粗糙集还可以和其它方法融合，以迸一步增强其分析不精确和 不确定性知识的能力。 粗糙集理论能有效地处理下列问题：不确定或不精确知识的表达、经验学习并从经 验中获耿知识、不一致信息的分析、根据不确定、不完整的知识进行推理、在保留信息 的前提下进行数据化简、近似模式分类、识别并评估数据之间的依赖关系。 目前，粗糙集理论已经成为人工智能和认知科学中新的研究热点，理论研究与应用 都发展迅速1 5 0 5 7 1 。对粗糙集理论的研究主要集中在数学性质、粗糙逻辑、关系和函数的 近似、模型的拓广、与其它不确定性方法的关系和互补、属性的离散化、核与约简的求 取等领域 5 8 删。其次。研究粗糙集理论与其它不确定性方法的关系和互补等方面，包括 模糊集合、证据理论、人工神经网络以及统计学等t 6 卯1 1 。最后是，也是研究的重点，粗 糙集理论的推广应用。租糙集理论已经在机器学习瞰删、知识获取、决策分析1 9 9 邶4 1 、 专家系统f l0 5 1 、数据挖据 1 0 6 - 0 9 1 、归纳推理f l l o l 、模式识别f l i l 】、信息检索甜、智能控制、 图象处理【1 1 3 1 、故障诊断4 。1 6 】等领域得到了广泛应用。 机器学习是粗糙集理论的一个重要应用领域。对于机器学习，虽然已有不少方法， 如一p 1 5 、a e l 、a e 9 、1 1 ) 3 ，但到目，前为止还没有一种被人们普遍接受的方法和理论。 基于粗糙集理论的机器学习，主要是从数据中获取确定的或不确定的规则，组成知识库， 第一章绪论 形成基于规则的专家系统。基于粗糙集的机器学习还可以发现隐含在数掘中的全部确定 性或可能性的决策规则，而a q l 5 、a e l 、a e 9 、1 1 9 3 ，等学习方法则通过相应的启发式 算法得到这些规则中的一个子集，且只能处理一致的数据集。当样本中含有不完整数据 时，利用基于粗糙集的机器学习结果可以获得满意的分类结果，而利用其它机器学习的 结果不能获得满意的分类。 在今后几年内，租糙集理论有以下几个可能的研究方向： 1 ) 基于粗糙集理论的粗糙逻辑以及不精确推理的研究。该项研究不仅对于知识的 挖掘和表示，而且对于人工智能中的不确定性推理将发挥重要作用。 2 ) 快速、高效的约简算法。约筒算法是粗糙集知识发现的基础，目l j f 还没有一种 十分有效的约简算法。 3 ) 粗糙集w e b 知识发现问题。随着i n t e r a c t 的迅速扩展，w e b 页面的增加，利用 糨糙集进行w e b 知识发现将是今后最重要的课题之。 4 ) 与模糊集方法等其他方法的结合问题。目前有很多知识发现方法，粗糙集如何 与其他方法结合，可能是提高知识发现效率的一种途径。 另外，为了实现知识和数据两者的有机结合，我们采用了基于x m l 的数据和知识 的表达方法。 瓦联网联合组织于1 9 9 8 年2 月批准x m l l 0 为w 3 c 建谢7 1 ，2 0 0 0 年l o 月针对一 些谬误发布了咀。1 0 第二版 1 i s ，2 0 0 2 年l o 月主要针对u n i c o d e ( 字符统一编码) 问 题又发布了x m l1 1 为w 3 c 候选建谢“9 】。x m l 从1 9 9 8 年2 月诞生开始就得到各方肯 定，更在短短两年内迅速崛起，并得到m i c r o s o f t 、o r a c l e 、i b m 等各大公司的全力支持， 竞相开发。x m l 已成为m i c r o s o f t 公司n e t 战略的核心技术，为了推广x m l 的应用甚 至专门建立了w w w b i z t a l k c o r n 网站；而o r a c l e 公司在其o r a c l e9 i 数据库产品中提供了 广泛的x m l 技术支持。 x m l 描述了一类称为v m 文档的数据对象，同时也部分地描述了处理这些数据对 象的计算机程序的行为。x m l 是s o m l ( s t a n d a r do e n e r i cm a r k u pl a n g u a g e ，标准通用 标记语言) 针对应用的一个子集，或者说是s g m l 的一种受限形式。根据定义，x m l 文 档是合乎规范的s g m l 文档。互联弼联合组织( w 3 c ) 龟1 1 建x m l 的目的不仅在于满足不 断增长的网络应用需求，同时还希望确保通过网络进行的交互合作具有良好的可靠性与 互操作性。 x m l 作为可扩展的标记语言有许多优点，具有非常广阔的应用前景，包括电子商 务、政府文档、报表、司法、出版、联合、c a d c a m 、保险机构、医疗、厂商和中介 组织信息交换等领域。n m l 在各专业领域审i 定标准中起了重要作用，如在数学方面提 出了基于x m l 的m a t h m l 语言( m a t h e m a t i c a lm a r l 呷l a n g u a g e ，数学标识语言) 【l 2 0 j 、 在多媒体方面的s m i l 语言( s y n c h r o a i z e d m d t i m e d i a i n t e g r a t i o nl a n g u a g e ，同步多媒体 综合语言) 1 2 1 1v a 及在语音方面的v o i c e x m l 语言( v o i c ee x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ， 语音可扩展标识语言) 1 2 2 - 1 2 3 j 等。在基于x m l 的标准制定方面，国内学者也积极参与， 如参考文献( 1 2 4 墙 立表示地理的符合x m l 标准的g e o m l 语言。 东南大学博b 学位论文 由于具有良好的数据存储格式、可扩展性、高度结构化和便于网络传输等特点，x m l 也广泛应用于w e b 的信息发布【郴刖、数据交换( 啪“ j 、w e b 的数据挖掘”“”9 1 等方面， x m l 已成为各种集成系统，包括先进制造系统在内，首选的信息表示方法f 1 4 m ”“。同时， x m l 在人工智能与专家系统中的知识表示i l 、非机构化产品信息模型1 1 4 ”、虚拟企业 的w e b 数据库应用设计 1 4 8 1 以及基于w e b 的协同设计 t 4 9 】等方面的应用研究也成为研究 热点。参考文献 1 5 0 l 对x m l 在机械工程中的应用前景进行了全面的论述。m i c h a e ld o n n 在参考文献【4 6 j 中提到采用x m l 来表达质量信息，并论证了其可行性及其优点。 总之，先进制造系统中的质量信息系统已成为当今质量领域的研究热点，其发展的 趋势是在企业内部更有效的集成，在企业外部与合作伙伴以及用户更高效的协作和交 流，建立开放柔性有效的集成体系结构，同时采用新的理论和技术解决先进制造系统面 临的质量控制中的关键问题。 1 3 论文研究的主要内容 本课题主要进行动态质量信息系统使能技术的研究，它是国家自然科学基余项目 “动态质量信息的x m l 体系建模研究”的主要内容之一( 项目编号：7 0 2 7 2 0 4 6 ) ，也是 我们课题组已完成的国家高科技发展计划项目“敏捷环境下的远程分布式质量控制系统 的研究”( 项目编号：8 6 3 5 1 1 - 9 4 4 0 1 4 ) 的延续。该课题的研究旨在运用删l 技术解决 质量信息系统中体系结构、数据存储、数据交换以及信息的搜索、表达等问题，同时结 合最新的人工智能技术，采用基于x m l 的知识表达方法，最终建立开放智能的质量信息 系统。它不仅针对变批量生产模式的特点，建立企业的质量集成系统，实现从底层的数 据收集到商层的质量管理的全面集成，而且为解决变批量生产模式中关键质量控制问题 提供有效的技术基础和解决方案。 如前所述，动态质量信息系统是多维的立体结构，是高度柔性、高度复杂和高度集 成的系统，因此动态质量信息系统要求建立新的体系结构。首先，动态质量信息涉及到 质量的历史信息、供应链中质量信息链、同行企业的同类质量信息，质量数据的采集已 延伸到企业的外部，质量信息要求在企业间传递，因此动态质量信息系统需要建立在分 布且异构的网络平台上。其次，动态质量信息系统是针对交批量生产模式的质量信息系 统，而变批量生产具有反应敏捷、产品变化快的特点，因此同样要求动态质量信息系统 的体系结构具有柔性、可动态扩展的特点。最后，动态质量信息系统面对的是海量信息， 如何合理有效的管理这些海量数据，对建立动态质量信息系统的体系结构也提出了新的 挑战。总之，建立动态质量信息系统的开放体系结构是本课题的萋础，也成为研究内容 的重点。 为了有效的解决变批量生产中的质量管理问题，其关键的问题同批产品可获得的质 薰信息量少，无法采用传统的统计