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y 6 5 4 28 9 在役压力容器缺陷数据库与评定决策支持系统研究 机械工程专业 研究生尹凯锋指导教师龙伟屠恒章 决策支持系统是以管理学、运筹学、控制论和行为科学为基础，以计 算机技术、仿真技术和信息技术为手段，针对半结构化的决策问题，为决 策者提供必要的数据、信息和各种决策方案，并进行分析、比较、评价、 筛选和判断，为正确决策提供必要支持。该系统能有效地利用过去二十多 年来的检验检测技术数据、资料和使用经验，准确地了解、掌握其现状及 今后一个时期内的使用安全性，提高使用、管理、检验、修理及更新等各 个环节的可靠度，提高对缺陷的评定与判别的自动化、智能化，实现对实 际危及安全性的危害缺陷进行有效判别、有效提取、有效处理，对更加有 效地预防事故的发生具有十分重要的意义。 本文主要在含缺陷在役压力容器的评定流程与技术路线、缺陷评定决 策支持系统的需求分析和功能模型、缺陷评定决策支持系统的设计与实现 等方而进行了研究。完成了以下工作： 1 以断裂力学、塑性力学、金属疲劳等学科为理论基础，研究了在常 规评定中采用失效评定图的技术路线，在高级评定中采用e p r i 的工程优化 方法，并创新地提出了凹坑缺陷压力容器塑性极限载荷分析方法，实现对 含缺陷在役压力容器的分析评定。 2 采用传统的需求描述方法、结构优化方法和面向对象的描述方法， 完成系统的需求分析，并根据系统的功能活动及其联系，建立决策支持系 统及数据库系统的功能模型。 3 采用模块化的思想、自上而下的策略设计系统结构，通过过程细节 的层次精化开发程序，通过功能分解的宏观声明直至形成程序设计语言开 发系统层次结构，逐步实现软件的结构简化、可靠性提高和易于维护管理。 关键字：压力容器数据库决策支持系统 端潴蕈 t h er e s e a r c ho np r e s s u r ev e s s e ld e f e c t s d a t a b a s ea n da s s e s s i n gd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m m a j o r ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g g r a d u a t es t u d e n t ：y m k a i f e n gt u t o r ：l o n g w e i ，t uh e n g z h a n g d e c i m o ns u p p o r ts y s t e m ，w h i c hi sb a s e do nm a n a g e r i a ls u b j e c t ， o p e r a t i o n a lr e s e a r c h ，c y b e r n e t i c sa n db e h a v i o r a ls c i e n c e ，w h i c hi s w i t ht h ec o m p u t e rt e c h n i q u e ，i m i t a t i o nt e c h n i q u ea n di n f o r m a t i o n t e c h n i q u e ，t oc o u n t e r t h es e m i s t r u c t u r a ld e c i s i o n p r o b l e m ，m a y p r o v i d en e c e s s a r yd a t a ，i n f o r m a t i o na n dk i n d so fd e c i s i o ns c h e m e s f o rd e c i d e r ，m a yp r o c e e dt oa n a l y z ep r o b l e m ，t oc o m p a r e ，t oe v a l u a t e p r o b l e m ，t oc h o o s ea n dj u d g e ，a n dp r o v i d et h er i g h td e c i s i o nw i t h n e c e s s a r ys u p p o r t t h ea s s e s s i n g d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m o nt h e p r e s s u r ev e s s e ld e f e c t s ，w h i c hw i l a v a i l a b l yu l i z et h et e c h n j q u e d a t e s ，m a t e r i a l sa n dt h ee x p e r i e n c eb y t h et e s ta n de x a m i n a t i o ni n t h eu s eo ft h ep a s sm o r et h a nt w e n t yy e a r s ，w h i c hw i l la c c u r a t e l y u n d e r s t a n dt h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dt h eu s a g es a f e t yi nt h ec o m i n g p e r i o d s i no r d e rt o i m p r o v et h er e l i a b i l i t yo nu s i n g ，m a n a g i n g ， e x a m i n i n g ，m e n d i n ga n dr e n e w i n ge t c ，w h i c hm a yi m p r o v et h ea u t o m a t i c a n di n t e l l i g e n tl e v e lo fa s s e s s i n ga n dj u d g i n gt od e f e c t s ，w h i c hw i l l r e a l i z et h ev a l i dd i s t i n g u i s h i n g ，t h ev a l i dd r a w i n ga n dt h ev a l i d h a n d l i n g t ot h ed a n g e r o u sd e f e c t so fi m p e r i l i n gt h es a f e t y ，i s s i g n i f i c a n tt op r e v e n tm o r ea v a i l a b l yt h ea c c i d e n tf r o mo c c u r r i n g t h et h e s i sm a i n l yp r o c e e d e dt or e s e a r c ho nt h ea s s e s s i n gp r o c e s s a n d t h e t e c h n i q u e r o u t et ot h e s e r v i c i n gp r e s s u r e v e s s e l s c o n t a i n i n gb l e m i s h ，o n t h eb l e m i s ha s s e s sd e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m sr e q u i r e m e n ta n a l y s i s a n df u n c t i o nm o d e l ，o nt h eb l e m i s h a s s e s sd e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m sd e s i g n a n dr e a l i z a t i o n e t c 2 c o m p l e t e dw o r k sa r ea sb e l o w ： 1 t h e o r e t i c a l l yb a s e do nb r e a km e c h a n i c s ，p l a s t i c i t ym e c h a n i c s m e t a lf a t i g u e e t c ，i tm a d eas t u d yo ft h et e c h n i q u er o u t ei nw h i c h t h el o s te f f e c t i v e n e s sa s s e s s d i a g r a mw a sa d o p t e di n t h er o u t i n e a s s e s s ，o ft h ee n g i n e e r i n go p t i m i z a t i o nm e t h o d i nw h i c ht h ee p r l w a sa d o p t e di nt h eh i g h l e v e la s s e s s ，a n da d v a n c e dc r e a t i v e l yt h e a n a l y s i sm e t h o do ft h ec a v ep i tb l e m i s hp r e s s u r ec o n t a i n e rp l a s t i c l i m i tl o a d ，a n dr e a l i z e dt h ea n a l y s i sa n da s s e s so fs e r v i c i n gp r e s s u r e v e s s e lc o n t a i n i n gb l e m i s h 2 a d o p t i n gt h et r a d i t i o n a lr e q u i r e m e n td e s c r i b e sm e t h o d ，t h e s t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o n sm e t h o da n dt h ed e s c r i b i n gm e t h o dt of a c e t oo b j e c t ，it c o m p l e t e dt h et h es y s t e m sr e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，a n d e s t a b l i s h e dt h ef u n c t i o nm o d e lo ft h ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ma n d d a t a b a s e s y s t e m ，a c c o r d i n gt o t h es y s t e f fsf u n c t i o na c t j v i t ya n d it sc o n t a c t 3 a d o p t i n gt h em o d u l a rt h o u g h ta n dt a c t i c sf r o mt o pt ob o t t o m t od e s i g ns y s t e m sc o n t r u c t u r e ，b yw a yo ff i n i n gt h ea d m i n i s t r a t i _ v e l e v e lo ft h ep r o c e s sd e t a il st od e v e l o p et h ep r o c e d u r e ，b ym e a n so f t h e m a c r o s c o p i c s t a t e m e n to ff u n c t i o n r e s o l v i n gu p t o f o r m i n g p r o c e d u r ed e s i g nl a n g u a g et od e v e l o pt h es y s t e m sa d m i n i s t r a t i v e l e v e lc o n s t r u c t i o n ，t or e a l i z eg r a d u a l l yt h es o f t w a r e sc o n s t r u c t i o n s i m p l i f i c a t i o n ，t h er e l i a b i l i t yi m p r o v e m e n t a n dm a i n t e n a n c e m a n a g e m e n te a s i l y k e yw o r d ：p r e s s u r ev e s s e l d a t a b a s ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m 3 i ! g 川大学丁程硕士学位论文 1 绪论 本章主要阐述了数据库系统和决策支持系统的基本概念、结构、国内外研究 应用情况和发展趋势；介绍了课题来源、研究意义和主要内容。 1 1 数据库系统 数据库技术是一门研究如何科学的组织、存储、管理和应用数据及如何高效 的检索和处理数据的科学。它是目前信息系统的基础和核心部分。 1 1 1 数据库系统概述 数据库系统是指一个计 算机存储记录的系统，该系统 的甘标是存储信息并支持用 户检索和更新所需要的信息。 数据库系统包括四个部分：数 据、硬件、软件和用户 1 】o 数据库的结构简图如图 1 1 所示。 图1 1 数据库结构简图 ( 1 ) 数据 数据库中的数据是对现实世界的抽象而形成的，反映现实世界的相关信息。 数据实际上就是描述世界的符号记录。全部数据可以存储在一个数据库中，也可 以分散在不同数据库中存放。数据库中的数据既是集成的，又是共享的。 ( 2 ) 硬件 硬件指的是系统所有的物理设备。包括计算机及其所有的外围设备控制计算 机i o 的物理设备。 ( 3 ) 软件 在物理数据库和数据库系统的用户之间有一层，即软件层，被称为数据管理 系统( d b m s ) ，所有访问数据库的请求是由d b m s 处理的。用户对数据库的操作， 如增加、删除、检索和更新数据都是由d b m s 所提供的。d b m s 提供的基本功能 为用户屏蔽了物理层的细节，提供了在硬件层上观察数据库的高级别的方式，并 支持用户用这种方式表达操作请求( s o l 操作) 。 列t l ；k 学工程硕上学位论文 在整个系统中，d b m s 是最重要的软件部分，但并彳i 唯一，还包括其他软件。 ( 4 ) 用户 三类用户：应用程序员，负责编写数据库应用程序；最终用户，从联机工作 站或终端与系统交互；数据库管理员或简称为d b a ，负责创建实际的数据库以及 执行需要实施各种决策的技术控制。 1 1 2 数据库系统的体系结构 为了对数据库结构和功能有一个全面的认识，首先建立一个框架结构，用于 描述般数据库的概念，并解释特定数据库的结构。 数据库的体系结构可以分为三层：内模式、概念模式和外模式吐数据库体系 的三层结构如图1 2 所示。 用户a l用户a 2用户b 1用户b 2 由数 据库 管理 员进 行维 护 用户界面 围12 数据库系统的三层体系结构 ( 1 ) 内模式( 存储模式) ：数据的物理存储方式； 内部视图是整个数据库的底层表示，它由内模式来描述。内模式是数据库物 理结构和存储结构的描述，不仅定义各种存储记录，而且说明存在什么索引，存 储记录如何表示，存储记录是处在什么物理队列等等。 内模式采用内部数据定义语言来描述 ( 2 ) 外模式( 用户模式) ：用户所看到的数据视图； 外模式是单个用户的数据视图。它是数据库用户看见和使用局部数据的逻辑 四川大学工程硕士学位论文 结构和特征描述。一个数据库可以有多种模式，不同用户的应用需求不同，则它 们的外模式的描述就存在差异。 外模式是保证数据库安全的有效措施，因为用户只能看见和访问所对应外模 式中的数据，而其余数据是不可见的。 ( 3 ) 概念模式( 公共逻辑模式) ：介于前两者之间的间接层次。 概念视图表示数据库全部的信息内容，其形式要比数据的物理存储方式抽象 一些。概念视图是由概念模式定义的，更接近实际数据，而不像某个用户看到的部 分数据。 ( 4 ) 映像 除了三级模式本身，数据库的体系结构中存在一定的映像关系既撇式内 模式间的映像和外模式概念模式的映像。 概念模式内模式的映像定义了概念视图和存储的数据库的对应关系；说 明了概念记录和字段在内部层次上如何表示。 外模式概念模式间的映像定义了特定的外部视图和概念视图的对应关 系 3 1 。 11 3 数据库系统国内外应用情况及其发展趋势 当前，国内外数据库f i 场上流行的主要数据库产品有：o r a c e 、m i c r o s o f ts q l s e r v e r 、s y b a s ea s e 、i 踟d b 2 、m i c r o s o f ta c c e s s 和v i s u a lf o x p r o 等产品， 它们各以自己特有的功能在数据库市场上占有一f 托艺地。其中除了m i c r o s o f t a c c e s s 属于桌面型数据库之外，其它均属于关系型数据库。m i c r o s o f ts o l s e r v e r 是一种典型的具有客户机服务器体系架枸的关系型数据库管理系统，它使用了 t r a n s a c t s q l 语句在服务器和客户机之间传递请求和回应。m i c r o s o f ts o ls e r v e r 可以在许多操作系统e 运行，具有可靠性、可 申缩性、可用性和可管理性等特点， 为用户提供完整的数据库解决方案。m i c r o s o f ts o ls e r v e r 是与w i n d o w s x p 2 0 0 0 n t 完全集成的，并且利用了w i n d o w s 的许多功皆】。 数据库技术发展十分迅速，出现了许多新的发展方向。例如各种支持特殊领 域应雕要求的数据库技术，如空间数据库、时态数据库、演绎数据库、模糊数据 库等等；又如对数据分散及不同数据库互联的需求推动了分布式数据库、联邦数 据库及数据库集成技术的发展；多媒体和网络技术的应用推动了多媒体数据库和 网络数据库的发展；联机分析的需求引起了数据仓库和数据挖掘技术的发展。此 四川大学工程硕士学位论文 外，随着硬件技术的提高，并行数据库也成为数据库技术的重要发展方向之一。 1 2 决策支持系统 上世纪7 0 年代初诞生的决策支持系统( d s s ，d e c i s i o ns u p p o r d n gs y s t e m ) ， 缘起于计算机在商业和管理领域的大规模应用，随着相关科学技术的发展，决策 支持系统的技术和方法，基本概念和结构都有了重大的发展和长足的进步。 1 2 1 决策支持系统概述 决策支持系统( d s s ) ，是以管理科学、运筹学、控带十论和行为科学为基础， 以计算机技术、仿真技术和信息技术为手段，针对半结构化的决策问题，支持决 策活动具有智能作用的人机系绑。该系统能够为决策者提供必要的数据、信息 和各种资料，确立决策目标并进行问题识别，创建或修改决策模型，提供各种决 策方案，并进行评价和筛选，通过人机交互功能进行分析、比较和判断，为正确 决策提供支持。 决策支持系统的概念是由学者p e t e rg k e e n 弄蹴i c b i a e s s c o t tm o r t o n 等人在 上t 鲎纪7 0 年代首先提出，至今没有统一的定义。 k e e r p 丰i s c o t tm o r t o n 认为：决策支持系统是“决策”( d ) 、“支持”( s ) 、“系 统”( s ) 三者的统一，即通过不断发展的计算机技术建立的系统( s y s t e m ) ，逐渐扩 展支持能力( s u p p o r t ) ，达到更好的辅助决策( d e c i s i o n ) 。 r h s p r a q u e $ 1 】e d c a r l s o n i z 彬e 3 ( ：决策支持系统是种基于计算机的 系统，帮助决策者利用数据和模型去解决半结构化问趔q 。 b e 妊r tc r e i m a r 肌贝赫唠 策支持系统和建模仿真建立密切联系，他认为：“决 策支持系统具有一种交互的特别分析能力，使管理者能够尽量完全和精确的对问 题进行仿真和模型化，允许试验不同的假设与方梨”。” 虽然关于决策支持系统有不同的理解和描述，但是具有几个基本的特征： ( 1 )处理非结构化和半结构化的问题： ( 2 )系统与数据库查询功能和模型分析技术相结合，用于解决决策中的实 际问题； ( 3 )系统具有灵活性，适应性和可扩展性，能够适应环境和用户决策方法 的变化： ( 4 )系统具有友好的人机交互方式，支持用户的有效决策。 四川大学工程硕士学位论文 122 决策支持系统的体系结构 传统上的决策支持系统是三库结构：数据库、模型库和方法库，向智能化方 向发展后形成了四库机构：数据库、模型库、方磋嫜和知识库【8 j 网。 那么决策支持系统包含多个子系统：数据库管理系统d b m s ( d a t ab a s e m a n a g e a n e n ts y s t e m ) ，模型库管理系统m b m s ( m o a e l b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) ，方 法库管理系统m e b m s ( m e t h o db a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) ，知识库管理系统 k b m s ( k n o w l e d g eb a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) , 人机交互系统d g m s ( d i a l o g u e g e n e r a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 。 典型结构如图1 3 所示： 模型和方法既有联系又有区别，模型是方法面向具体决策的组织，一个模型 可以只有一个方法，也可以包含多个方法。方法是基于运筹学和仿真技术的算法， 是构成模型的基础。”模型和方法在管理上可以统一起来，可以通过高效的编程 语言来实现，如c c + + 、v i s u a lb a s i c 、j a v a 等等。随着决策支持相关技术的发 展，决策支持系统的结构会发生新的变化。 1 2 3 决策支持系统国内外研究应用情况及其发展趋势 决策是一个复杂的过程，包含如下过程：分析睛况，发现问题和规律；制定决 策方案以解决问题；选择最优方案；控制和监督方案执行等相联系的各阶段。 四川大学丁程硕士学位论文 d s s 发展成为既具有m i s 能力，也具有为各个层次的管理者提供决策支持的能力。 它能为解决半结构化决策问题提供支持，将逐步达到为非结构化决策问题提供支持。 可见，d s s 是具有广阔发展前途的科学领域。 我国在2 0 世纪8 0 年代初开始了管理信息系统的研制。到8 0 年代中期( 1 9 8 6 年) ，由于微型机的大规模推广，m i s 的开发已经深入各个领域和大中小型企事业， 我国各行各业对m t s 的价值和意义认识已清楚。同时，在这个基础卜，开始兴起对 决策支持系统的探讨。但是，在研制d s s 的过程中，d s s 的进展并不大，分析主要 原因有四条：( 1 ) 模型库的概念比较模糊，对模型的表示形式、模型库的组织缺乏研 究。( z ) 建立模型库管理系统更是经验不足。( 3 ) 如何解决好模型库和数据库的接 口技术不清楚。单模型的运行只琏接相关的数据文件，而与数据库没有关系。模型 存取数据库中的数据就成了d s s 的新问题。( 4 ) 如何控制模型的运行，以及如何能 实现多个模型的组合运行，这是d s s 的关键问题。由于以上原因，致使决策支持系 统的研究在8 0 年代末只停留在理论分析和探讨上【。 国内应用d s s 的典型实例，如，1 9 8 5 年由上海交通大学和昆明工学院研制的 “s i m i 玎乙港口能力规划系统”，用于港口规划，可实现动态模拟；t 9 8 6 年由清华大 学研制的“m d d s 一海运优化调度系统”，用来帮助海运部门合理调动船只，使得在 完成货运计划时总成本最低，并尽可能缩短货运时间；1 9 8 6 年由华中理工大学自动 化系研制的“m a s 一智能型资源分配与货物调运系统”，用来对铁路部门进行各种资 源的分配和调运的优化分析；国防科技大学先后于1 9 9 0 年和1 9 9 5 年研制的 “g f k d - - d s s 决策支持系统工具”和“d m - - i d s s p 分布式多媒体智能决策支持系 统平台”，并已应用于“松毛虫智能预测系统”等多个智能决策支持系统以及军事决 策支持系统的开发。 国外d s s 的研制工作已经有二十多年的历史，无论是理论还是应用都取得了较 大的进展。典型实例，如，由美国e x e c u c o m 系统公司研制的i f p s ( i n t e r a c t i v e f i n a n c i a lp l a n n i n gs y s t e m ) 是一个会话式财务计划系统，用来辅助经理进行讨戈4 与决 策。它使用种类似茨语的对话式语占，能够回答“如果是”之类的 问题，可以很灵活地适用企业组织结构与管理方法的改变，能够根据不同的模型进 行模拟、预测、风险分析、统计加工等。已广泛用于中高层管理决策，很受用户欢 迎；由美国航空公司研制的a a i m s ( a na 1 1 a b 咀c a l i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t s y s t e m ) 是一个用于支持计划财务及其他管理工：作的系统该系统储存了大量历史的与当前 的经营数据，可以进行各种计划最优化、效益分j 昕计翅顾测等工作；由世界银行研制的 6 四川大学工程硕士学位论文 b e s s ( b a s i c e c o n o m i c s i m u l a t i o n s y s t e m ) 是一个基础经黝系统。它主要用于宏 观部门经济模型的研究： 作。 近年来，计算机在多媒体技术、可视化技术、网络技术等领域获得的成功极大 地推动了决策支持水平的提高，智能化是决策支持系统的一个重要的发展方向。发 展特点：( i ) 决策支持系统与网络技术的结合。如，群体决策支持系统( g r o u p d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m , g d s s ) 和分布式决策支持系统嘶b i i t e d d 醯i o n s u p p 嘣s y s t e m ， d d s s ) 等等。( 2 ) 决策支持系统与其他信息系统的结合。如，和企业资源计划( e r p ， e n t e r p r i s e r e s o c ep l 砌妇囝系统的结合，和地理信息系统( g i s ，g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ) 的结合等等。( 3 ) 决策支持系统的综合性、智能化和柔性化。决 策支持系统具备更好的柔性，容易修改、可扩充、适应性强、灵活自由。此外d s s 与人工智能的专家系统技术相结合，构成智能决策支持系统( i d s s ，i n t e l l i g e n t d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m ) ，更好的智能特性也成为d s s 重要的发展方向之一。 1 3 课题来源、研究意义和研究i 勾容 1 3 1 课题来源 总装备部赢属部队所属的几百台在用压力容器，材质分为1 6 m n 、2 0 g 、 1 8 m n m o n b 、1 5 b l o v n 等多种类别。这些压力容器的设计，制造、安装、使用基本 上是在基地建设初期或“文革”期问完成的。在二十多年对其定期检验的过程中， 发现在原建造质量上存在不安全隐患。尤其是随着使用时间的延长，其中很多容 器已超期服役，安全问题更加突出。如何有效的利用过去二十多年中的检验检测 技术数据、资料和经验积累，较为准确地了解、掌握其现状及今后一段时期内的 使用安全性，同时使安全评定客观、公正，有效地杜绝 为因素影响，实班在用 压力容器安全的危害性缺陷的有效判别、有效提取、有效处理，提高对缺陷的评 定与判别的自动化、智能化，更加有效地预防事故的发生，在使用、管理、检验、 修理、改造及更新等各个环节更加科学合理，建立在役压力容器缺陷数据库及评 定决策支持系统就十分必要。 在这种背景下，总装备部压力容器检测中心根据上级赋予的工作职责，开展 了在役压力容器缺陷数据库及评定决策支持系统研制课题论证案”“。，于2 0 0 2 年经总装备部主管部门批准立项。作者作为该研究课题组长，负责组织完成了课 题的总体方案和研究目标的设计工作。课题由总装备部压力容器检测中心和四川 大学制造科学与工程学院合作完成。本论文是在课题研究的基础上撰写完成的。 四川大学工程硕士学位论文 1 32 研究意义 作为“十五”期间总装备部压力容i 蹦佥测中心有关在用压力容器的主要研究 课题之一，主要解决在用压力容器检验检澳9 所获得的大量检验检测数据的有效管 理以及针对实际危及在用压力容器安全的危害性缺陷的有效判别、有效提取、有 效处理问题，从而为决策提供科学依据。完成本课题研究，可以全面科学管理总 装直属部队在役压力容器所有检修信息，通过决策支持系统对信息的分析和处理 从而作出智能判别，为在役压力容器的安全、合理地使用、管理、检验、修理、 改造、退役报废、更新提供决策参考依据，可以获得显著的经济效益。 1 3 3 研究内容 在役压力容器缺陷数据库与决策支持系统的主要研究内容： ( 1 ) 完成缺陷数据库基本结构的设计，并能够根据实例数据进行调试； ( 2 ) 完成决策支持系统的基本结构研究，并按基本实例完成系统的人机界面设 计和系统软件编制。即完成初步的数据库管理系统、模型厍管理系统与人机交互系 统的研究，完成形式为研制阶段总结报告和软件系统。 ( 3 ) 完成气动中心所属在役压力容器缺陷数据的入库安装调试与使用说明书的 编写；对决策支持系统的智能化功能进行研究，完善系统功能，并编写使用说明书。 完成形式为总结报告、智能化软件管理系统和使用说明书。 2 数据库与决策支持系统的相关支撑技术 多样性和多变性是决策支持系统的基本特点。它涉及了多领域的学科技术，本 章主要讨论系统开发所需的必要的相关支撑技术，如数据库技术、模型技术、专 家系统、决策树、集成技术和人机交互技术等等。 2 1 数据库相关技术 数据库系统是d s s 重要的组成部分，是信息存储、处理的基础。数据库技术 的发展经历了层次模型、网状模型以及关系模型数据库三个发展阶段，其中关系 模型数据库的出现是数据库发展的巨大进步，我们正是采用这种模型完成缺陷数 据库的结构设计和缺陷数据库管理系统的软件设计。 四j i l 大学工程硕十学位论文 这里将介绍一些先进的数据库相关技术：如数据库开发的各种技术、数据仓 库和数据挖掘等等。 2 11 数据库开发技术 为了设计出合理数据库结构和整体框架，这里介绍基本的数据库开发技术。 1 数据库模型( d a t a b a s em o d e l ) 数据模型是数据库系统的数学形式框架，用来描述数据的一组概念和定义， 包括数据的静态动态特征和数据的完整性约束。 为了准确地表达现实世界的数据特征，往往针对不同场合或不同目的，采用 不同的方法描述数据特征和数据结构，一般有以下几种。 ( 1 ) 概念数据模型( c o n c e p t u a l d a t a m o d e l ) ，这是面向数据库用户的现实世界的 数据模型，与具体的数据库管理系统d b m s 无关。 ( 2 ) 逻辑数据模型( l o g i c a l d a t a m o d e l ) ，这是用户从数据库看到的数据模型， 使具体的d b m s 支持的数据模型，比如网状数据模型、层次数据模型、关系数据 模型和面向对象数据模型。 ( 3 ) 物理数据模型( p h y s i c a ld a t am o d e l ) ，这是描述数据在存储介质上的组织结 构的数据模型，不仅和d b m s 相关，还和操作系统和硬件相关。 2 数据库语言( d a l a b a s ei a n g u a g e ) 数据库用户通过d b m s 提供的数据语言存取数据，对数据进行查淘、插入、 删除、修改以及数据库模式的定义、修改等。d b m s 提供的语言用于对数据库的 操作，成为数据库语言。数据库语言包括数据定义语言、数据操纵语言( 也称为 查询语言) 和数据控制语言 目前，应用最为广泛的是关系数据库，其语言也有许多种，这里讲述标准化 的关系数据库语言s q l ( s 眦- t u r e q u e r y l a n g u a g e ) 。 s q l 语言是1 9 7 4 年由i b m 公司s a nj o s e 研究中心提出并得到迅速发展，因 此成为关系数据库语言的国际标准，现在已经广泛应用到各种关系数据库管理系 统中，如s q l s e r v e r 、o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o r m i x 等。它具有说明性语言的特点， 接近自然语言，易学易用。 3 数据库的设计过程 数据库的设计一般分为四步：需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计， 其基本过程如图5 3 所示。 四川大学工程硕士学位论文 信自嚣荫。l = 一 、 一。：0 。：i l ll l 需求分析说明书 l x _ ：i e一一“t 。j 。l d b m s l 数据库概念模式 l d b m s 特性 相关睦蠹。i ；嫩；i - ；隳躲。i i ：薯i i i ；卜一 1 娜一f j 一。j 。目4 $ m 鑫褰蝶鞘苎 1 e 。 ，一 i数据库物理模式 图53 数据库的设计过程 在数据库设计的整个过程中，需求分析和概念设计可以独立于任何的数据库 管理系统( d b m s ) ，而逻辑设计和物理设计则与具体的数据库管理系统密切相关。 ( 1 ) 需求分析。设计一个数据库，首先必须确认数据库的用户和用途，为数据 库的概念设计、逻辑设计和物理设计奠定基础。 ( 2 撇设计。在需求分析的基础上，用概念模型，如e r 模型，表示数据及 其相互问的联系，产生反映用户信息需求和处理需求的数据库概念模式。 ( 3 ) 逻辑设计。将数据库概念模式，转换成以d b m s 的逻辑数据模型表示逻辑 模式。数据库逻辑设计的目标是：满足用户的完整性和安全性要求，能在逻辑级 上高效率地支持各种数据库事务的运行。 ( 4 ) 物理设计。根据数据库的逻辑和概念模式、d b m s 及计算机系统所提供的功 能和施加的限制，设计数据库文件的物理存储结构、各种存取路径、存储空间的 分配、记录的存储格式等。 21 2 数据仓库与决策支持 传统数据库在联机事务处理( o i t p ) 中获得了巨大成功，但是对管理人员的 决策分析要求却无法满足，这样在数据库基础上产生了能够满足决策分析需要的 数据环境数据仓库( d 砒d a t a w a r e h o u s e ) 。 1 数据仓库的定义 w _ h 1 i l i e t o n 是数据仓库概念的创始人。他提出：“数据仓库是面向主题的、集 成的、稳定的、不同时间的数据集合，用以支持经营管理中的决策过程刚。”数据 o 列j i l 大学工程硕士学位论文 仓库是现代信息技术的新焦点，提供集成化和历史化的数据；集成种类不同的应 ，胃系统：它从历史和发展的角度来组织和存储数据，以供信息化和分析化处理使 用。 2 数据仓库的基本特征 数据仓库有四个最主要的特征： ( 】) 面向主题性( s u b j e c t - o r i e n t e d ) 与传统数据库的面向应用性相对应，数据库的所有数据都是围绕一个主题组 织和展开的。主题是一个较高管理层次上的对信息系统中的数据综合归类形成的 分析对象。例如缺陷评定的各种方法可以成为决策分析的主题，缺陷数据库的所 有数据都是围绕这一主题分析展开的。 ( 2 ) 数据集成性( k n t e g v t e a ) 原始数据与适合d s s 分析的数据差别很大，数据进入数据仓库之前需要进行加 工与集成。这就需要把数据源中的数据单位、字长和内容统一“起来，并且消除同 名异义、异名同义等等矛盾之处，实现原始数据从面向应用到面向主题的转变。 ( 3 ) 数据稳定性( n o n v o l a t i l e ) 数据仓库的数据不是联机处理数据，因此是极少或根本不更新的。 ( 4 ) 数据时变| 生( t i m ev m a n t ) 数据应该随时间推移而发生变化，因此，数据仓库能够不断获取实际工程中的 变化数据，并能增加到数据仓库中去。作为缺陷评定的基础数据需要长期的保留， 因此数据仓库的数据时限远远长于传统数据库的数据时p 铲”。 3 数据仓库的体系结构 与传统的数据库结构类似，数据仓库的数据模型有三层：高级模型，即 e r d ( e n f i t y - r e l a l i o n s h i pd i a g r a m , 实体关系图) ；中级模型，即d i s ( d a t a i t e ms e t ，数据 项集合) ；低级模型，即数据物理模重卿。 数据仓库系统由三部分组成：数据仓库( d d 、数据仓库管理系统( d w m s ) 和 数据仓库工具。结合本课题的工程实际情况，一个完整的数据仓库系统，由数据 定义部分、数据获取部分、数据管理部分、数据仓库、数据存取与分析部分以及 各种管理和应用工具所组成，其结构如图2 2 所示。 四川大学工程硕士学位论文 q 用户 图2 2 数据仓库的体系结构 21 3 数据挖掘与决策支持 传统数据库系统只是对数据库已有数据进行存取，其隐藏于数据后的重要信 息是对数据整体特征的描述，对决策过程十分重要。因此由于实际工程的需要，“数 据库中的知识发 目n o w l 。d 薛d i s c o v e r y i nd a t a b a s e ，k d d ) ”也称为数据挖掘a i a m i n i n g ) 迅速发展起来。 1 数据挖掘的定义 l = _ a y y a a 、p i a t e t s k y - s h a p i r o 和s r n y t h 对k d d 的定义为：“k d d 足个非平凡 过程，从数据库中识别有效的、新颖的、有潜在用处的最终可理解模式吲。” 2 数据挖掘技术的应用 数据挖掘的应用过程一般要经历确定挖掘对象、数据准备、建立模型、数据 挖掘、结果分析和应用等多个阶段，需要采用多种数据挖掘方法，应用发现关联 规则，从而达到预定的描述和决策目标。 21 4 数据仓库和数据挖掘的结合决策支持的新技术 数据仓库用于数据组织和存储，为决策支持服务：而数据挖掘是为了用户需 要，对数据库和数据仓库的数据进行分析，发现隐含的有用信息，供用户使用。 两者之间彼此相互联系，当集成到同一系统中去时，能有效的提高系统的决策支 持能力，如图2 3 所示。 四川大学工程硕士学位论文 图23 数据库仓库与数据挖掘技术的结合用于决策支持 策用，_ 1 2 。2d s s 模型技术 模型是决策支持系统的核心，而模型技术是d s s 的关键技术。d s s 的模型构件 主要功能是为了决策者通过推理、比较、选择来分析解决整个工程问题。 2 21 模型概念 模型是能够接受一定输入，并对输入信息进行分析处理，最后输出处理结果 的结构。可见，模型的三要素是输入、输出与分析部分。模型的主要任务是对客 观事物的抽象。 模型千变万化，有不同的分类方法。对于缺陷评定支持系统而言，模型具有 函数过程化的特点，利用数学符号和公式描述模型的动态求解过程。它由变量、 参数、约束条件、各种数学算法所组成，用于接受可变化的输入数据，并进行分 析处理后输出数据。 2 2 2 模型建立 通过类比或抽象的手段建立模型称为建模。建模有两种方式：自顶向下，逐 步求精或者自底向上，综合集成。 模型的建立过程如下： ( 1 ) 决策问题分析：根据决策目标，约束条件和数据来源确定问题的求解思路 和求解方案。 ( 2 ) 决策问题描述：根据问题分析结论，确定所要建立的数学模型的结构和性 质。对于复杂模型进行分解和组合。 ( 3 ) 确定决策参数和约束条件：考虑主客观因素确定规则推理所需的参数类型 四川大学丁程硕士学位论文 和约束条件。 ( 4 ) 决策模型的建立：完成模型的初步设计，包括名称、描述方式、各种变量 和参数、使用范围和条件等等，然后开发源程序并制定出使用手册。 建模过程是一个不断完善和修改的过程，直到符合系统设计要求，让决策人 满意为止。 22 3 模型管理 模型库由模型所构成，而决策支持系统是以模型库来驱动的。为了对模型库 进行管理和控制，需要建立类 | ；l 数据库管理系统d b m s 的模型库管理系统m b m s 。 模型库管理系统是将模型库与外部分离统一进行管理的系统，其主要功能是 对模型的创建、存储、访问和运行鲫。有关它的概念、结构和设计在以后章节中 进行更深入的讨论。 2 3 专家系统( e s ) 专家系统( e ) 辨垃s y 螂n ) 能够使计算机具有人类专家那样解决问题的能力，它 作为人工智能技术的重要分支，为d s $ 提供有效的理论和方法。 2 1 1 专家系统的橱日念 专家系统( e