（检测技术与自动化装置专业论文）企业智能决策支持系统idss的研究与设计.pdf

天津科技大学预十论文 摘要 决策支持系统( d s s ) 主要针对管理信息系统无法提供有效决策支持这一缺陷而 提出。随着数据仓库、联及分析处理、数据挖掘技术以及应用平台的不断发展，开 发新一代的决策支持系统d s s 已成为企业信息系统建设的热点。与此同时，由于i n t e m e t 的普及和发展，企业信息门户( e n t e r p r i s ei n f o m a a t i o np o r t a l ) 的提出，信息网络化战略在当今 的企业竞争中更显突出。2 e e 作为目前业界领先、成熟、完整的工业标准，为决策支持系 统的实现提供了一个理想平台。 本文从目前企业尤其是钢铁冶金企业对决策支持的需求出发，结合现今决策支 持系统的发展现状，提出了以数据仓库为基础，基于j 2 e e 的企业智能决策支持系 统i d s s ，以满足企业对不断剧增的海量数据进行有效分析的迫切要求，辅助企业做 出科学正确的决策。本文主要围绕数据仓库和j 2 e e 相关技术的研究，对企业智能 决策支持系统i d s s 的设计进行探讨，在设计的基础上，给出本i d s s 原型的设计 和实现方案，为i d s s 系统的开发提供一个参考示例。 关键字：决策支持系统，数掘仓库，数据挖掘，j 2 e e ，m v c 架构，决策树 天津科技大学硕士论文 a b s t r a c t d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( d s s ) i sp u tf o r w a r dw i t h o u tt h ee f f e c t i v es u p p o r to n d e c i s i o n m a k i n gp r o v i d e db ym a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m ( m i s ) w i t h t h e d e v e l o p m e n t o fd a t a w a r e h o u s e 、o l a p 、d a t a m i n i n ga n d a p p l i c a t i o np l a t f o r m ， d e v e l o p i n gn e w d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m b e c o m e st h e h o t s p o to ft h ee n t e r p r i s e i n f o r m a t i o ns y s t e mc o n s t r u c t i o n a tt h es a l n et i m e ，e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o np o r t a li s p u t f o r w a r d ，i n f o r m a t i o n n e t w o r k s t r a t e g y b e c o m e sm o r e i m p o r t a n t i nt h e c o m p e t i t i o n b e t w e e n e n t e r p r i s e s b e c a u s eo ft h e p r e v a l e n c e a n d d e v e l o p m e n t o fi n t e m e t ，a sa l e a d i n g 、m a t u r e 、i n t e g r a li n d u s t r ys t a n d a r da tp r e s e n t ，j 2 e ep r o v i d e a p e r f e c tp l a t f o r m f o rt h er e a l i z a t i o no fd s s t h i sp a p e ri n t r o d u c e sai n t e l l i g e n t d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( i d s s ) b a s e do i lj 2 e e a n dd a t a w a r e h o u s e ，a c c o r d i n g t o e n t e r p r i s e se s p e c i a l l ym e t a l l u r g ye n t e r p r i s e s r e q u i r e m e n to fd e c i s i o ns u p p o r ta n dt h er e s e a r c ho fd s s sd e v e l o p m e n ts t a t u sa tt h e p r e s e n tt i m e t h i si d s ss y s t e m sa i mi s t oh e l pe n t e r p r i s ea n a l y s ee f f e c t i v e l yt h eg r e a t c a p a c i t yd a t aw h i c h i sb e i n gi n c r e a s e dr a p i d l y , t h e na s s i s te n t e r p r i s em a k es c i e n t i f i ca n d r i g h td e c i s i o n a se s s e n t i a lc o n t e n t s ，i tp r o v i d e sad e s i g no f l d s sb a s e d o nt h er e s e a r c h o fd a t aw a r e h o u s ea n dj 2 e et e c h n o l o g y , a n dd e s c r i b et h ed e s i g n i n ga n dr e a l i z a t i o no f i d s s p r o t o t y p ew h i c h a f f o r dar e f e r r e n c ef o ri d s s sd e v e l o p i n g k e y w o r d s ：d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，j 2 e e ，d a t aw a r e h o u s e d a t am i n i n g ，m v cf r a m e w o r k ，d e c i s i o nt r e e 天津科技大学硕上论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着计算机技术和网络技术的不断发展，企业对于自身的信息网络化要求日益紧 迫，许多大型流程制造企业纷纷投入大量人力、物力和财力，构建企业级或集团级的 信息化系统，即现代集成制造系统( c d “s ) ，并以此为手段促进企业在激烈的市场竞争 中的应变能力和创新能力。比如就钢铁冶金企业的c d “s 信息化建设来说，近十年来， 钢铁企业面临的市场竞争环境发生了巨大的改变，客户对钢材的品种、规格( 如板材 的宽度、厚度、镀层，规柳l 生能指标等) 需求越来越多样化，对产品的质量和交货期 要求也越来越高。而传统的钢铁企业工艺过程的”惯性”较大，因此如何适应对产品需 求的多样化，这是十分严峻的挑战。为此，大多数钢铁冶金企业为适应竞争的需要， 在全球生产制造集成化和信息化的潮流带领下开始实施先进的生产与经营管理模式和 现代集成制造系统( c d v i s ) ，在企业乃至整个行业的技术改造和管理自u 新中起到了很好 的效果，并造就了批具有较强竞争力的钢铁企业，比如：韩国的浦项、日本的新日 铁、加拿大的 d 0 凤c o 和中国的宝钢等等。对于钢铁企业来说，从企业高层领导的宏观 决策到岗位工人的具体操作，其基本组织方式可分为五级，即：决策级、管理级、车 间调度级、过程控制级、设备控制级。相应地，可以同样对其信息化应用进行划分， 如下图所示 1 ： 图卜1 钢铁冶金企业信息化构成图 这四个层次的信息化之中l l l 3 面向生产过程控制，强调的是信息的时效和准确 性；l 4 企业管理级面向业务管理，强调的是信息的关联和可管理性；l 4 决策支持级 面向辅助决策，强调信息的挖掘和可分析性。其企业信息化的基础和主要内容( 对应 第一章绪论 于表3 1 ) ，如下表所使示： 1 层次 主要应用主要功能应用举铡 实现企业数据共享和管n c - v , n 系 l 1 l , 牺i t l 网络架构e t h e r n e t ，a t m 等企业主干网 统集成的硬件基础 采, f f i p l c 完成轧机a p c 及澳磕 l 2 击靳出自动旧l c p c s ) 生产设各自动控师就化测厚测宽等轧制线上的工艺操作控 制 某钢厂采用工业计算胡飙宽厚板车 生产佃u 勘行监控、生产实时数据问的生产作业、实绩管理和物料跟踪： l 3 生产控制系统0 皿s ) 采集整理和归档 ( 1 ) 加热炉本体( 2 ) 加热炉后( 3 ) 轧 机区( 4 ) 剪切区 客户订单管理、采购与库存管理、典型的应用有：宝钢的蝗体产销系统 “ 企业资潦h 划系统4 珉p ) 生产计戈i 营理、财务管理等 以及s a p 、j d e 等 供应链计划与管理系统需求管理、询单应答、计翘i 与作业 a s p e n t e c h 等公司的钢铁行业供 k 应链解决方案以及i 2 、 ( s c m ) 排程优化 m a n u g i s t i c s 的相关解决方案 s i e b e l , s a p 等公司推出的系绕 l 4 客户关系管理系统k l t h 由 客户、市场、服务管理辅助工具 目前铜铁行业应用不多 k 电子商务系统( e 、b u s i i l e s s ) 在线采购、销售与协作 东方钢铁，w w w e s t e e l ，c o r l l 等 对业务数话进行i 窑弼、分析、提炼， 宝钢应用s a s 系统进行数路挖橱、 l 4 决饿支持系钰d s s ) 为企业管理者提供有价值的决饿 分析和提炼 参考 表1 一i 钢铁企业信息化建设的述要内容 当然，随着c d d s 几十年的理论和实践发展，它的系统结构已经逐步摆脱了完全 按照物理层次划分并配置系统的传统模式，朝着种更加简单合理的综合模式发展。 如下图l - 2 所示。新的结构并没有改变企业信眦的主要内容，而是从整合角度把d s s 、 e b 、c 跚、s c m 等系统向下集成到e r p 。不过，对于企业而言，是实施整合的e r p 还是仅 实施d s s 、e b 、c 刚、s c m 、非整合的e r p 中的某个系统，得具体根据该企业的实际需求 及企业状况而定。 2 天津科技大学顶十论文 图1 - 2c i i v l s 系统结构图 在企业c i m s 信息化建设中，许多完成了d s s 、e r p 、s a n 系统的企业发现缺少把s 系 统的支撑，上层系统很难用来指导生产实际，另一方面，原来一些提供e r p 解决方案的 公司也意识到了e r p 年d p c s 之间存在断层。为了全面实n c i m s 的建设，单纯依靠提高设 备控制的自动化水平和增强企业管理并不自獬决全部问题，在设备和过程控制与企业 上层系统之间存在着生产过程监控管理体化的功能需求，即要实现6 lp c s 层的毫秒和 秒级信息到上层的日、周、月级信息之间的转换和沟通，以填补传感器n e r p 等系统之 间的“沟壑”，完成过程信息与管理信息的双向集成，这就焉驷s 系统的功能，如图i 一3 所示。 2 时间轴 国1 3 峦业硅产孽镑位程简回 从图中可以看出，i v i e s 系统的主要任务是一方面将p c s 系统中的生产实际状况经 过分析和汇总，提取和收集有关生产个方面的重要信息，实现从生产实对数据库到数 据集市、数据仓库的数据转换：另一方面将上层系统中产生的控制和决策信息及指示 转化为生产实际操作数据并交p c s 系统完成 2 。 通过把s 系统，企业数据库中可以积累海量的生产数据，从而企业自g 够根据需要 对这些数据进行数据清洗和抽取，为企业上层系统b i 冲或d s s 提供进行有效分析和决 策支持的数据基础。因此，在忸s 的上层构建企业决策支持系统将能够使企业管理人 员更加容易和准确的掌握企业的生产状况，基于企业各项生产数据与指标做出科学判 断与预测，并且把决策结果反馈j 孰伍s 系统从而指导实际生产。 近来，随着数据仓库、联机分析处理、数据挖掘技术以及应用平台的不断发展和 3 第一章绪论 完善，新一代决策支持系统d s s 的开发已成为企业信息系统建设的热点。就企业信息 系统建设而言，制造企业积累了大量生产数据，越来越多的企业希望能从这些历史数 据中挖掘“宝藏”。而能够完成这项工作的正是d s s ，它通过使用灵活报表、随机查询、 o l a p ( 在线分析处理) 和数据挖掘等工具，为企业的生产决策提供依据。 一方面，由于基 于i n t e m e t i n t r a n e t 的w 曲技术的飞速发展，企业的信息一体化的 发喂趋势不可避免。企业信息门户r 嘶s ei n f o r m a t i o np o r t a l ) 的提出，信息战略在当 今的企业竞争中更显突出。重组、兼并后的企业对内对外需要新的信息系统解决方案， 以满足跨越网络进行的分布式及异构系统的要求。另一方面企业对系统智能化程度的 要求越来越高，如何在已建成和即将建成的大量信息系统基础上，将各系统的信息有 效的集成，并向用户提供高质量、高智能化的服务，将是摆在学术界、软件行业以及 企业本身面前的一大技术难题。 一个具有高度的灵活性、良好的交互性和可扩展性的d s s ，应该具有能够有效平 滑地集成和升级企业的遗产系统，能够为企业不同层次的决策者提供不同授权方式的 统一、安全的应用界面，具有高速、大量信息和复杂处理的能力，能够帮助决策者建 立决策时的信息模型，具有丰富的前端数据展现等特点。 j 2 e e 作为目前业界领先、成熟、完整的工业标准，正为两者的统一和实现提供了 一个理想平台，基于此，本课冠着手于基于j 2 髓平台的企业智能决策支持系统s s 的 研究与设计的工作，以目前的代表智能化信息决策的数据挖掘技术的实现为重心，对 目前基 = w e b 的智能决策支持系统的的开发进行有益的探讨。 该d s s 是i g 立m v l z s 基础之上的信息系统，它能够为i v i e s 中质量管理、设备故障 诊断、库存管理、成本管理等模块提供决策支持功能，比如就m e s 中的质量管理而言， m e s 将各个生产过程中产品信息收集整理到相应的数据集市当中，再从不同生产过程 的数据集市中提取产品质量相关的重要决策支持信息到质量管理数据仓库。质量部门 的技术员通过决策支持系统对质量管理数据仓库中各个不同处理过程的信息进行分析 和提炼，这包括决策支持系统的多维能力使分析员能从时间因素，产品因素，处理类 型等不同的角度进行分析、其数据挖掘能力使分析员能从庞大复杂的数据分析中得出 影响产品质量的原因等，依此进行制造过程的精密控制。结果很多潜在的问题能被陕 速确定并解决，同时生产过程中的各种参数不断地被优化调整以证高质量的输出。目 前这方面做的较好的是宝钢利用s a s 软件开发出决策支持系统来对生产数据进行数据 挖掘、分析和提炼，其最终收到了优化资源、提高产品质量、降低库存成本等效果。 本课题除了提出i d s s 的框架设计外，重点在于对体现i d s s 智能化的数据挖掘工具 进行设计与实现。鉴于目前的商用数据挖掘工具都是基于c s 的二层结构，很难与现有 的基于w e b 的决策支持系统进行集成，比如s a s 的泖i b m 的i n t e l li g e n tm i n i n g 以及 s p s s 的c l e m e n t i n e ，在每个客户机上都要装e 庞大的客户端软件，对于企业而言费用高 昂，且统一配置不方便。因此本系统的数据挖掘工具基于j 2 e e ，实现了与基于w e b 的决 策支持系统的整合，方便了企业客户端的配置。 天津科技大学硕士论文 另外本系统采用j 2 e e 的s t r u t s 架构，实现了m v c ，具有跨平台，安全稳定性、 可伸缩性、复用性、可移植性、可维护性好等优势，对当前的d s s 的发展和实施有一 定参考意义。 1 2 决策支持系统概述 决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m d s s ) 是2 0 世纪7 0 年代初由美国 的m s s c 嘣m o r t o n 在管理决策系统一文种首先提出的，是7 0 年代发展起来的 新型交叉学科，是以信息管理、运筹学、控制论和行为科学等为基础，以计算机技术 和信息技术为手段，以解决半结构化问题为目的智能化管理信息系统。它综合利用大 量数据，有机组合众多模型( 数据模型、数据处理模型及图形模型等) ，通过人机交互， 辅助各级决策者多角度地对事物及其运行过程进行分析、评价和判断，达到辅助决策的 目的。 1 2 1 决策支持系统概念 上个世纪5 0 年4 ( 中期，电子计算机开始应用于企业管理，主要用它进行电子数据 处理e l e c t r o n i cd a t ap r o c e s 由g ，简称e d p 和报表编制。在这个时候，计算机还没有涉及 企业的管理决策活动，随着) p 的应用，人们逐渐发现e d p 进行的数据处理却是孤立 的，它不能与其它工作进行信息交换和资源共享，任务之间的协调能力较差，它并没 有为企业带来预期的效益。为了保证一个企业整个工作协调一致，就有必要对一个企 业或一个机关的信息进行整体分析和系统设计。因此，6 0 年代初期出现了管理信息系 统的概念，管理信息系统( m i s ) 是个由人、计算机等组成的，能进行管理信息的 收集、传递、储存、加工、维护和使用的系统。m i s 能够实测企业的各种运行情况， 利用过去的数据预测未来，利用信息控制企业行为，帮助企业实现其规划目标，能够 解决企业的一些结构化问题。因此s 能够把孤立的、零碎的信息变成一个比较完 整的、有组织的信息系统，不仅解决了存放的冗余问题，而且大大提高了信息的效能。 但是，m i s 只能帮助管理者对信息做表面上的组织和管理，而不能把信息的内在规律 更深刻地挖掘出来为决策服务。于是人们自然期望种全新的用于管理的信息系统， 它在某种程度上可以克服以上缺点，为决策者提供一种切实可行的帮助。7 0 年代初期 国际上在讨论管理信息失败原因的基础上由m s s c o t tm o r t o n 教授提出了“管理决策 系统”的概念，出现了决策支持系统的雏形，7 0 年代中期n 8 0 年代初期，计算机企业 管理应用的重点逐渐开始由事务性处理转向企业的管理、控制、计划和分析等高层次 决策制定方面，随之对决策支持系统的研究和应用也逐渐广泛起来。【4 1 所谓决策，是指人们未来达到一定的目标而决策行动方案并付诸实施的过程。决 策是领导者的基本职能，无论行政管理、科学管理或是企业的经营管理活动，都贯穿 5 第一荦绪论 看一系列的决策。 h e r b e r la s i m o n 教授将决策分成三种类型： ( 1 ) 结构化决策指决策问题本身明确、清楚，解决问题的方法与步骤也比较程式化， 只要具备数据便可以按照比较固定的步骤与算法加以解决。对于这类决策问题，通常 可以借助常规的模型与方法去处理，并从中可以得至最优或子最优的解答。 ( 2 ) 非结构化决策指决策问题本身是不明确的、不清楚的，解决问题的方法与步骤 也不是有规律可遵循的。对于这类决策问题很难建立模型，决策方案主要凭直觉或经 验而判断产生。 ( 3 ) 半结构化决策指介于e 述两种类型之间的决策问题，这个中间状况的决策问题 就是决策支持系统要解决的问题。对于这类决策问题可以设法建立模型，但是不可能 从这些模型中产生最优的决策方案，仍需要决策者进行最终的判断及选择方案。 作为尚在发展、还需不断完善的应用系统即理论体系，决策支持系统到目前为止 没有一个学术界公认的定义，主要存在三种，分别是r i - i s p r a c l u e 和e d c a r l s o n 的定 义、p g w k e e n 的定义以及s s m i t t r a 的定义。虽然定义有差异，但是可以从d s s 基 本特征来把握它： 3 】 对准决策者经常面幅的结构化程度不商，说明不够充分的问题，帮助决策者进行决 策，而不是代替他们，为了提高决策的效能而不是提高组织的管理效率。 把传统的数据管理技术和模型技术以及分析技术相结合。 具有很强的人机交互功能。便于使用，充分发挥管理人员在决策j 立程中盼作用。 系统强调针对环境以及用户决策方法改变的灵活性和适应性。 可以认为，决策支持系统是综合利用各种数据、信息、知识，特别是模型技术，为 了提高决策效能，辅助各级决策者解决半结构化决策问题的人机交互系统 决策支持系统的理论及其技术的发展与许多学科有关，它涉及到计算机软件和硬 件、信息论、人工智能、信息经济学、管理科学、行为科学等领域。这些学科的相互 交叉构成了它的理论基础。决策支持系统由是一种开放的技术，一般来说，只要是面 向计算机并且能给管理人员提供决策支持的技术，都能将它转化成为决策支净系统的 技术。 ( 1 牖息论 信息论是从运用信息的角度出发，把系统开作是基于信息的获取、传送、加工、 处理而实现其有目的的行动的理论。决策支持系统在运行中的通信、控制、反馈等离 不开信息论所提供的分析方法。决策支持系统实质上是一类信息处理系统，而这些信 息主要是半结构化或非结构化的，因此处理起来有相当大的难度。 ( 2 ) ； 算机技术 决策支持系统的实坝需要计算机作为它的支持条件，计算机软件、硬件水平是决 策支持系统发展的制约因素。软件发展的基本方向不仅要面向专业的程序员，而且要 面向非技术用户；在硬件方面，存储量、运行速度、卫星光缆等通讯传输设施，则成 6 天津科技大学硕士论文 为实现决策支持系统的物质基础。也正是由于分时系统、交互式终端、微处理器、先 进的软件、第四代计算机语言的出现等，力使决策支持系统逐渐由理论便成为现实。 ( 3 ) 管理科学与运筹学 管理科学是运用统计学、运筹学钟的基本原理，通过建立数学模型和进行计算机 仿真，给管理者提供科学决策依据；运筹学则是直用数学方法，如数学规划、排队论、 决策论等，在环境约束条件下，合理调配人力、物力、财力等资源，使实际系统有效 的运行。运筹学还可以用来预测发展趋势，制定行动规划或优选可行方案等。尽管管 理科学与运筹学主要针对的是结构化的阀题，但决策支持系统的开发和研制仍离不开 管理科学和运筹学所提供的模型。 ( 4 ) 人工智能 由计算机来表示和模拟人类智能活动( 如判断、识别、理解、学习、规划和问题 求解等) 的人工智能技术，给决策支持系统的发展注入了新的活力。将人工智能，诸 如专家系统、逻辑推理和模糊控制、自然语言的处理、神经网络技术、自学习控制、 遗传算法等与决策支持系统进行有机的结合，将是决策支持系统发展为智能决策支持 系统的必由之路。 1 2 2 决策支持系统的体系结构 传统决策支持系统基本上是由对话部件、模型部件、数据骞擀三大部分组成的有 机整体，目的是要达到科学决策的作用。 对话部件把用户的要求转变成计算机内部可执行的形式，并完成人机交互功能， 该部分需要完成对模型部件和数据部件的控制、调用和运行。 模型部件主要有模型库和模型痒管理系统组成。模型分为数学模型( 以数学结构 为基础，以数值计算为特征的模型) 、知识推理模型( 以专家的定性知识和推理机相结 合的专家系统模型) 、数据处理模型( 以非数值计算为特点的数据处理模型是以数据库 为核心语言的数据管理和处理的模型) 、图形和报表等形象模型( 对用户能直观显示， 增加入机友好的表现模型) ，以及其他模型。模型库包括方法( 目前解决待定问题已成 熟的标准方法) 和组合模型( 由多个模型组合而成，能解决更复杂的实际问题) 。模型 库管理系统是实现对模型的管理和运行，对模型的管理又包括对模型字典库的管理和 对模型文件的管理。这些都是由模型的特点丽形成的。 数据部件主要是数据库和数据库管理系统。它是管理信息系统的核心。同样，它 也是决策支持系统的重要组成部分。它以提供数据的形式为辅助决策起定的作用。 但是，它更多的是为模型提供数据，提供的数据库除完成数据计算以外，还要帮助完 成非数值处理功能，从丽扩大了模型运行的功能，增加决策效果。3 、4 1 从软件组织的角度而言，传统决策支持系统有多种系统结构方案，以适应各种不 同的决策问题。 7 第一章绪论 1 三角式系统结构 图1 - 4 三角式系统结构 如图1 4 所示，三角式系统结构把决策支持系统的三大部件组成一个三角式的网 络结构。在这种系统结构中，用户通过对话部件直接与数据部件和模型部件对话，查 询和操作数据库，运行模型以获得结果；数据部件根据对话部件传送信息，对数据进 行查询，然后把结果经由对话部件返回给用户；模型部件或者经过对话部件从用户获 得参数，或者直接从数据部件中获取数据，并且在模型运行后，或者将结果通过对话 部件返回给用户，或者传送给数据部件以便继续处理，或者作为其他模型的输入参数。 三个部件彼此之间有直接的联系，并且两两之间具有互相通信的接口。 2 串联式系统结构 。 r r lr 1 用户叫对话部件j 叫模型部件i 叫数据部件f 图1 - 5 串联式系统结构 如图l 一5 所示，串联式系统结构把决策支持系统的三大部件串联在_ 起。对话部件 不在与数据部件有直接联系，它与数据部件之间的信息或数据传送都要通过模型管理 部分来转达。这样的结构虽然增加了些模型管理的功能，但是省去了一套接口，使 系统更加简单，并且更加易于开发和维护。 3 熔合式系统结构 图1 - 6 熔台式系统结构 如图1 6 所示，熔合式系统结构将数据部件静合在模型部件中，二者之间互不独立， 没有明显的接口。数据库和模型库的维护及管理都统地由一个数据库管理系统来实 现，而模型管理则负责模型的建立、选择、拼接、组合、运行控制以及数据库接1 ：3 的 转换。当用户通过对话部件与数据部件进行联系时，需要通过一种特殊的模型，该模 型的功能就是将对话部件的信息传递给数据部件，反之也可以将数据传递回对话部件。 这种系统结构虽然比较简单，效率比较高，但是可移檀眭差，例如当数据库管理系统 更新时，会影响到每个模型。 4以数据库为中心的系统结构 天津科技大学硕士论文 用户 r 模 模犁管弹掊口 型 f 珊耐擀 h 管 型 j 数据库管理系统i 麾 l 网 理 图1 7 以数据库为中心的系统结构 如图1 7 所示，以数据库为中心的系统结构比熔合式结构增加了一个“模型管理接 口”，由这个接口部分把各种具体数据库管理系统的功能转换成为一个统一的标准调用 接口，供各个模型使用，从而避免了模型对具体数据库管理系统的依赖，解决了熔合 式结构可移植性差的问题。 5 四库三功能的系统结构 决策支持系统一般由 、机交互系统、数据库管理系统和模型库管理系统三个基本 部件构成，而四库三功能的系统，如图1 _ 8 所示，就是在系统结构中引入了知识库管理 系统和方法库管理系统( 它针对的信息主体是基于知识、方法( 或规则) 的管理由于 增加了知识库及其相应的推理系统) ，使得该系统具备了初级智能。 就目前而言，四库三功能的结构应用最为广泛，它实质上是个三层结构，包括 用户对话层、应用层( 前台) 和核心层( 后台) 。用户对话层即是其系统机构图中的 、机交互界面，它主要用于用户和系统之间的“通话”。向应用层传递用户提出的问 题，在问题得到系统的解答之后将结果反馈给用户。应用层包括信息服务、科学计算 和决策咨询三个供能模块，这一层的主要任务是解决用户提出的问题，系统维护功能 也在这一层完成。杨心层包括数据库、模型库、知识库和方法库，数据库为应用层存 放数据和读取数据，模型库提供系统完成决策咨询所需要的各种模型，知识库提供一 些知识规则，提供的知识规则主要用来解决不能用数学模型解决的问题，知识库加入 到决策支持系统中从而使决策支持系统的功能大大增强，特别是在解决非结构化问题 方面。方法库实质上是存放模型算法的仓库，为了结构形式的简化，人们常常将模型 库和方法库的内容放在个库中，称为模型库。 9 第一章绪论 图卜8 四库三功能的系统结构图 6 ，智t e d s s 的系统结构 i 一。顽綦磊蠢一j 图1 _ 9 智能d s s 的系统结构 如图l 一9 所示。这是1 9 8 1 年b o n c z 黼出的d s s 三系统结构，该系统将人工智能 和专家系统引入了d s s 领域。专家系统是定性分析辅助决策，它和以定量分析辅助决 策的决策支持系统结合，为d s s 的发展起了很大的推动作用。智能决策支持系统是决 策支持系统发展的一个新阶段。 随着市场竞争的加剧和信息社会需求的发展，由数据库、模型库和知识库为杨心 的传统决策支持系统越来越不适新的要求。其规模受到限制不能访问或以快速方式访 问大型数据存储器或有高度标准结构的数据。传统的数据库作为数据管理手溉主要用 于事务处理。其数据缺乏组织性，大多数以原始数据的形式存储滩以转化为有用的信愚 效率低下，对分析处理的支持不t t 4 人满意。以往的多数d s s 只能停留在演示阶段，灵活 性和可用性差，不实用，未能进入大规模工业工程实践。三库很难形成有机结a 容易形 成数据孤岛。而且d s s 在实际匣用开发过程中暴露出许多问题，主要有以下3 个方面： ( i ) d s s 使用的数据库 产品质量历史数据记录 产品质量实时数据纪录 产品质量标准数据 第三帝 d s s 的应用、卜台 2 3 2 主题的选取 主题是一个在较高层次上的数据综合、归类的标准，是数据仓库的组织核心。每 个主题对应于一个客观的分析领域。面向主题的数据组织形式，即是分析对象数据 的一个完整的、一致性描述。 根据以上对数据的分析，确定质量数据集市的五个主题，分别为： 质检原始记录数据 全线质量跟踪数据 工艺卡标准数据 轧钢反废数据 以下列出若干主题应包含的内容： 质检原始记录数据 金相组织质量信息：检验人、规格、规格描述、钢种等 力学性能质量信息：规格代码、技术标准、炉号、布氏硬度、顶段冷等 连铸坯低倍质量信息：中间裂、中心裂、中心偏析、中心疏松、钢种描述等 轧材低倍质量信息：一般疏松、轴心晶间裂文、钢种描述 化学成分质量信息：t i 、s b 、c u 、s n 、p 等 结晶器拉速质量信息：二冷水三段水流速、拉速、三级炉号、四级炉号等 综合判定结果信息：钢种描述、化学成分判定、低倍判定、金相判定等 工艺卡标准数据 炼钢工艺卡标准数据：编制、c c l e a f 出钢温度m a x 、c c 2 e a f 出钢温度m a x 、 m i n 、c c l l f 结束温度m a x 、c c l l f 结束温度m i n 等 连铸工艺卡标准数据：保护渣型号、编制、边列、拉速1 4 0 、拉速1 5 0 、拉 速1 8 0 、拉速3 0 0 等 2 3 3 逻辑结构设计 在逻辑结构设计阶段，要进行的工作主要有： 分析主题域，确定要加载的主题； 确定粒度层次划分； 确定数据分割策略； 表示各类数据之间的关系。 主题载数据集市中都是有一组关系表实现。主题的实现依然是基于关系数据 库的。在具体实现中，一个主题可以划分为多个表，主题只是一个逻辑的概念。 粒度是数据仓库的重要概念。粒度分为两种形式，第一种粒度是对数据仓库中 2 4 天津科技人学硕士论文 的数据的综合成高低的一个度量，它既影响数据仓库中的数据量的多少，也影响数 据仓库所能回答询问的种类。粒度越小，细节程度越高，综合程度越底，回答询问 的种类就越多，必然造成数据仓库中的数据大量堆积，效率十分低下；反之，粒度 的提高将会提高查询效率。另一种特殊形式的粒度是样本数据库，它是以一定的采 样率从细节档案数据或轻度综合数据中抽取的一个子集。同通常意义的粒度不同， 样本数据库的粒度级别不是根据综合程度的不同来划分的，而是根据采样率的高低 来划分的，采样粒度不同的样本数据库可以具有相同的综合级别。 分割是数据仓库的另一个重要概念。它是指数据分割到各自的物理单元中去 以便能分别处理，以提高数据处理效率。数据分割可选择按日期、地区和业务领域， 也可按自定义分割标准，分割之后，小单元内的数据相对独立，处理起来更快，更 容易。 基于关系表的数据存储方式是将数据仍放在关系型数据库当中。这些表间有维 表和事实表之分，依据元数据的管理来构成多维数据库形式。这种组织方式又可分 为星型模型和雪花型模型。星型模型是以事实表居中央，从每个维表中抽取关键字 构成事实表的关键字，因此事实表与维表示放射状连接。雪花型模型是对星型模型 的扩展，它为维表增加了层次，使这个数据仓库的层次更加清晰，逻辑关系更加明 白，但同时增加了系统的复杂程度，降低了通用性。 2 3 4 物理模型的设计及数据仓库的实现 进行数据仓库物理设计，要全面了解所选用的数据库管理系统，了解数据环境、 数据的使用方式、数据规模以及响应的时间要求等，在构建数据仓库时，可采用数 据仓库专用的构建工具如o r a c l e 的o w b 等，根据数据模型的设计，在底层数据平 台服务器及数据集市服务器上创建相应的物理数据库，然后根据前面设计好的表结 构，用e rw i n 、p o w e rd e s i g n e r 或o w b 等工具创建相关的表。 开发若干组数据抽取、转换、装载( e t l ) 程序，用于将行业的业务应用系统的 数据及其它可用数据源中的数据进行抽取、清洗和转换后，将清洁数据装入到数据 平台，并从数据平台装载到各数据集市中。将e t l 程序按正确的逻辑流程设置为自 动调度，使整个e t l 过程无需人工干预，这样数据平台及数据集市中就会不断周期 性的自动获得追加来的新数据，以后只要用户的商业模型不变，这一过程就无需做 改动。 第三章i d s s 的廊用平台 3 1j 2 e e 平台技术 第三章i d s s 的应用平台 在过去几年，随着i n t e r n e t 和近期电子商务的快速增长，企业的信息资源现在变 得更为重要。这种向信息经济的过渡使得许多企业重新考虑他们最基本的业务实 践。为了保持在竞争中的领先性，企业必须采用新技术以迅速的满足现代社会的需 要，这是企业最好的利用其信息资产的最佳途径。更重要的是，采用这些新技术使 之与原有的老系统结合起来工作，已经成为大多数企业的最主要的要求之一。 对于这种业务实践的转移感受最深的领域之一是应用程序的开发阶段。在过去 的几年中，人们在应用程序开发方面投入的资金和时间都在缩小，而建立复杂业务 处理的需求却在增长。但是，这些都是开发者必须克服的障碍，另外还必须要满足 下列要求： 编程效率 可靠性和可用性 安全性 可扩展性 集成性 这些问题都不是企业应用程序开发者新遇到的，但是采用一种综合而经济的方 式解决这些问题仍然是问题的关键。为了减少费用，快速设计和开发企业级的应用 程序，s u n 公司提出了j a v a2p l a t f o r m ，e n t e r p r i s ee d i t i o n ( j 2 e e ) 的技术其目的就 是使这些技术难题简化，提供了一个基于组件的方法来设计、开发、装配和部署企 业级应用程序。开发者不仅可以比以前更快地发表对市场的新的解决方案，而且开 发的独立于平台的基于组件的j 2 e e 解决方案不再受任何提供商的产品和应用程序 编程界面( a p i s ) 的限制。提供商和买主都可以自己选择最合适于它们的商业应用和 所需技术的产品和组件【1 5 】。 j 2 e e 是一种技术规范，它定义了整个标准的应用开发体系结构和一个部署环 境。它规范和简化多层分布式企业应用系统的开发和部署。在这个体系结构中，应 用开发者的注意力集中在封装商业逻辑和商业规则上，一切与基础结构服务相关的 问题和底层分配问题等企业开发中所涉及的所有系统级问题，如内存管理、多线程、 资源分布和垃圾收集等由应用程序容器或者服务器来处理，从而使得开发人员可以 集中精力编写代码来表达企业应用的商业逻辑和表示逻辑，提高开发工作的效率； 甚至从属于事务、持久化、安全等方面的应用组件的运行时属性都可以使用高度灵 活的声明方法在部署环境中定制( 一般采用x m l ) 。由于基于规范的各j 2 e e 平台之 间具有良好的兼容性，因此基于j 2 e e 的应用系统灵活且易于移植和重用，j 2 e e 应用 天津科技大学硕士论文 系统无需或只需进行少量的代码修改就可以部署在不同厂家的服务器上。 j 2 e e 平台提供了一个多层分布式应用程序模型，见图3 一l 所示。这也就意味着 应用程序的各个部分能够运行在不同的设备上。j 2 e e 结构中分别定义了客户层 ( c l i e n tt i e r ) 、中问层( m i d d l et i e r ，由一个或多个子层组成) 和用来提供现存信息 系统的各种服务的后端系统层。客户端可以支持各种客户类型，即包括公司防火墙 内部和外部的用户。中间层通过w e b 层的w e b 容器来支持客户服务，并通过e j b 层 的e j b 容器支持业务逻辑组件服务。企业信息系统层( e i s ) 能够通过标准a p i 的方 法来支持对现存信息系统的访问。【1 5 a i e n tt 时fm i d d l et i e r：e i $ t i e r 图3 1j 2 e e 体系结构图 在j 2 e e 基于组件的开发模式中，其中心是容器的概念。容器是提供特定组件服 务的标准化运行时环境。通过这些组件，可以在任何j 2 e e 平台上得到所期望的服务。 例如所有j 2 e ew e b 容器都提供响应客户请求、执行请求处理、以及将结果返回至 客户的运行时支持。此外，容器还提供了一种用来在汇编或部署是选择应用程序行 为的机制。通过部署描述文件的使用( 一种x m l 格式的文本文件) ，组件在部署时 能够配置为一个特定的容器环境，而不是组件代码。这些在部署时能够配置的特性 还包括安全性检查、事务控制以及其他管理功能。 j 2 e e 总共有4 9 不同类型的容器： 应用程序容器；管理独立的j a v a 应用程序 a p p l e t 容器：为a p p l e t 提供一个执行环境 w e b 容器：管理w e b 组件，女l ：l s e r v l e t 和j a v a 务器页面( j s p ) 企业级容器：管理e j b 容器 j 2 e e 平台由一整套服务( s e r v i c e s ) 、应用程序接口( a p i s ) 和协议构成，它 对开发基于w e b 的多层应用提供了功能支持，下面对j 2 e e 中的1 4 中技术规范进行简 第二三章i d s s 应用平台 单的描述。 ( 1 ) e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) j 2 e e 技术之所以赢得媒体广泛重视的原因之一就是e j b 它们提供了一个框架来 开发和实旆分布式商务逻辑，由此很显著的简化了具有可伸缩性和高度复杂的企业 级应用的开发。e j b 规范定义了e j b 组件在何时如何与它们的容器进行交互作用。容 器负责提供公用的服务，例如目录服务、事务管理、安全性、资源缓冲池以及容错 性。但这里值的注意的是，e j b 并不是实现j 2 e e 的唯一途径。正是由于j 2 e e 的开放 性，使得有的厂商能够以一种$ e j b 平行的方式来达到同样的目的。 ( 2 ) j d b c ( j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) j d b ca p i 为访问不同的数据库提供了一种统一的途径，像o d b c - - 样，j d b c 对丌发者屏蔽了一些细节问题，另外，j d b c 对数据库的访问也具有平台无关性。 ( 3 ) j a v as e r v l e t s s e r v l e t s 是一种小型的j a v a 程序，它扩展了w e b 服务器的功能。作为一种服务器的 应用。当被请求时开始执行，这千n c g ip e r l 脚本很相似。s e r v l e t s 提供的功能大多与 j s p 类似，不过实现的方式的不同。j s p 通常是大多数h t m l 代码中嵌入少量的j a v a 代码，而s e a l s 全部由j a v a 写成并且生成h t m l 。 ( 4 ) j s p ( j a v a s e r v e rp a g e ) j s p 页面由h t m l 代码和嵌入其中的j a v a 代码所组成。服务器在页面被客户端所 请求以后对这些j a v a 弋码进行处理，然后将生成的h t m l 页面返回给客户端的浏览 器。 ( 5 ) j a v a 消息服务j m s ( j a v am e s s a g es e r v i c e ) j m s 是用于和面向消息的中间件相互通信的应用程序接口( a p l ) 。它既支持点 对点的域，又支持发布订阅( p u b l i s h s u b s c r i b e ) 类型的域，并且提供对下列类型 的支持：经认可的消息传递，事物型消息的传递，一致性消息和具有持久性的订阅 者支持。 ( 6 ) j a v a 命名和目录服务接口j n d i j a v a 命名和目录服务接口j n d i ( j a v an a m i n ga n dd i r e t o r yi n t e r f a c e ) a p i 被用于 执行名字和目录服务。它提供了一致的模型来存取和操作企业级的资源如d n s 和