（电路与系统专业论文）烟草企业生产智能决策支持系统模型关键技术研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

中罔科学技术人学坝卜论文 摘掣 摘要 本文结合合肥烟厂的信息化改造，研制用于烟草制丝生产线的智能决策支持 系统模型，用于指导对制丝生产线的决策控制，以提高烟草企业制丝生产线的信 息化水平，降低烟草企业的生产成本、提高产品的品质，增强企业的竞争力。 本文的主要工作和创新有如下几点： 1 、改进了原来的i d s s 体系结构，加入决策信息模块，同时整合了d s s 管理 系统，使i d s s 更贴近实际应用。针对合烟的实际情况，设计用于烟草企业生产 的i d s s 的各部件。 2 、根据合肥烟厂原有的制丝生产线参数数据库，进行数据清理后，针对烟 草制丝生产线参数，设计数据立方，应用m i c r o s o f ts q ls e r v e ra n a l y s i ss e r v i c e s 作为平台实现，并将数据提供联枫分析处理。同时结合制丝回潮参数，还进行了 聚类、关联性分析等分析，发现这些参数在波动性、参数关联性方面一些对生产 有指导作用的规律。 3 、利用粗糙集理论对烟草制丝生产线的数据进行规则分析。提出一个用于 规则提取的算法：通过决策表的属性约简、属性值约简和规则简化表示，最终提 取出规则。论文对烟草制丝生产线的烘丝段数据进行规则提取，首先提耿出分析 数据建立决策表，然后将数据离散化后，转换为5 个语言值，通过训算，得出比 较符合实际的规则。 4 、根据制丝生产线中关键设备情况，利用加入反馈和延迟的径向基神经i 叫 络建立了烟草制丝生产线等关键设各的仿真模型，用于仿真制丝生产线中关键设 备的生产情况，预测在不同输入参数时的输出参数。通过加料机仿真试验验证， 仿真模型可以较好反映制丝生产线的情况。 5 、结合烟草制丝生产线的控制情况，研究将i d s s 系统应用到实际生产线的 控制，提出了一个基于i d s s 的前馈控制方法，可以较好的解决烟草制丝生产线 生产的产品参数波动等问题。 关键词：智能决策支持系统数据仓库联机分析处理 粗糙集径向基神经网络 ! 里型兰垫查查竺堡! ! 堡苎一i ! 兰 a b s t r a c t t h i st h e s i si sb a s e do nt h ei n f o r m a t i o ns y s t e mr e c o n s t r u c t i o no f h e f e ic i g a r e t t e f a c t o r y ，d e v e l o p i n gt h e i d s sf o rt h et o b a c c os t r i p sp r o d u c tl i n e ，f o rt h ed e c i s i o n m a k i n go f t h et o b a c c os t r i p sp r o d u c tl i n e ，t oi m p r o v et h ei n f o r m a t i o ns i t u a t i o no f t h e t o b a c c os t r i p sp r o d u c tl i n eo fc i g a r e t t ef a c t o r y ，t ol o w e rt h ec o s to ft o b a c c oc o m p a n y a n di m p r o v et h eq u a l i t yo ft h ep r o d u c t ，a n dt oi m p r o v et h ec o m p e t i t i o no fc i g a r e t t e f a c t o r y t h em a i nw o r ka n di n n o v a t i o no ft h i st h e s i si sa sf o l l o w i n g ： 1 w em e n dt h ec o n s t r u c t i o no fi d s s ，j o i n i n gi nt h em o d u l eo fd e c i s i o n m a k i n g ， a n dw ec o n f o r m i t yt h em a n a g es y s t e mo fd s s ，a n dm a k i n gi d s sm o r ee a s y f o rp r a c t i c e a p p l y a c c o r d i n gt o t h ep r a c t i c a ls i t u a t i o no fh e f e ic i g a r e t t e f a c t o r y , w ed e s i g nt h ec o m p o n e n t so f i d s s f o rc i g a r e t t ef a c t o r y 2 a c c o r d i n g t od a t a b a s eo ft h ep a r a m e t e ro ft o b a c c os t r i p sp r o d u c tl i n eo fh e f e i c i g a r e t t ef a c t o r y ，w ec l e a r t h ed a t a ，a n dd e s i g nt h ed a t ac u b ef o rp a r a m e t e ro f t o b a c c os t r i p sp r o d u c tl i n e ，a n du s em i c r o s o rs q ls e r v e ra n a l y s i ss e r v i c e s a sf l a tr o o ft o a p p l y , a n dp r o v i d et h e d a t at oo l a p w eu s et h eh u m i d i t y p a r a m e t e r t od 0a n a l y s i so fc l u s t e ra n d r e l a t i o n s h i p a n df i n ds o m e r u l eo ft h i s p a r a m e t e r i ns t a b i l i z a t i o na n d r e l a t i o n s h i p 3 w eu s er o u g hs e tt oa n a l y s i st h ep a r a m e t e ro ft o b a c c os t r i p sp r o d u c tl i n e w e b r i n go u tt h ea r i t h m e t i ct of i n dt h er u l e ：t h r o u g hr e d u c i n gt h ea t t r i b u t eo f t h e d e c i s i o n r m a k i n gt a b l e ，a n dr e d u c i n g t h ev a l u eo f t h ea t t r i b u t ea n d p r e d i g e s t i n g t h er u l e ，a tl a s tw eg e tt h er u l e t h i st h e s i su s et h ed r y i n gs t r i p ss e g m e n to f t o b a c c os t r i p s p r o d u c tl i n e a se x a m p l et of i n dt h er u l e s ：f i r s t ，w eb u i l da d e c i s i o n m a k i n g t a b l ew i t hd a t af o r a n a l y s i s ，t h e w ed i s p e r s et h ed a t a ， c h a n g i n gt h ed a t ai n t o 5l a n g u a g ev a l u e s ，a tl a s tw eg e tt h ep r a c t i c a lr u l e t h r o u g hc a l c u l a t i n g 4 a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a ls i t u a t i o no ft h ee q u i p m e n to ft h et o b a c c os t r i p s p r o d u c tl i n e ，w eu s er b f n e u r a ln e t w o r kt oe s t a b l i s ht h et o b a c c os t r i p sp r o d u c t l i n es i m u l a t i v em o d e lf o rt h ei m p o r t a n te q u i p m e n to f t h et o b a c c os t r i p sp r o d u c tl i n e ， i i ：! = 里至! 兰垫查叁兰塑! 丝竺 垫望 t os i m u t a t et h es i t u a t i o no ft h ei m p o r t a n te q u i p m e n to ft h et o b a c c os t r i p sp r o d u c t l i n e ，a n df o r e c a s tt h eo u t p u tw i t h t h ed i f f e r e n ti n p u t t h o u g ht h es i m u l a t i n gt e s t ， t h em o d e lc a ns i m u l a t et h ei m p o r t a n te q u i p m e n to ft h et o b a c c os t r i p sp r o d u c tl i n e w e l l ， 5w er e s e a r c hh o wt oa p p l yt h ei d s st ot h er e a lt o b a c c os t r i p sp r o d u c tl i n e ， a c c o r d i n gt h er e a lc o n t r o ls i t u a t i o n w eb r i n go u la f o r w a r df e e dc o n t r o lw a y b a s e do ni d s s ，i tc a ns o l v et h em a i nt r o u b l eo ft h et o b a c c os t r i p sp r o d u c tl i n e k e y w o r d i n t e l l i g e n c ed e c i s i o i l s u p p o r t i n gs y s t e m d a t aw a r e h o u s e o n l i n ea n a l y s i sp r o c e s s i n g r o u g h s e tr b fn e u r a ln e t w o r k l i i 中国科学技术人学烦士论文 第一章绪论 第一章绪论 i 1 决策支持系统发展概况 随羞生产技术的进步，生活节奏的加快，信息处理已经成为了当今世界的一 项主要社会活动。计算机的出现、信息产业的发展为信息处理提供了新的途径。 自从1 9 5 4 年美国工商界首次利用计算机进行了工资管理以来，计算机来协助处 理信息方面得到了广泛地应用，这就导致了管理信息系统的产生。信息系统的发 展始于电子数据处理( e d p ：e l e c t r o n i cd a t ap r o c e s s ) ，经过管理信息系统( m i s ： m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，最后形成决策支持系统( d s s ：d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m ) 。 早在五六十年代，e d p 主要被用来进行单项数据处理和编制报表等事务管 理，主要目的是为了提高工作效率，避免大量计算数据和编制报表等繁杂劳动。 6 0 年代中期，由于对计算机系统与各种任务之间的协调与配合出现新的要求， 这样便形成了m i s 。m i s 主要用来处理模型简单和结构化较强的决策问题，可以 说，m i s 对合理改善信息处理的组织方式和技术手段、提高信息处理的速度、工 作效率和管理水平所做的贡献是不可否认的。7 0 年代开始，随着人工智能( a i ： a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 和计算机技术的发展，高层管理和决策人员面临着 战略决策、发展规划等重大决策问题。它们涉及面广，变化因素多，往往要求及 时反映方案的综合结果，d s s 就是在这种情况下产生的【i 】。 自从m s s c o t tm o r t o n 首先提出决策支持系统( d s s ：d e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m ) 这一术语【2 】，p g w k e e n 和m s s c o t tm o r t o n 首次给出 d s s 的定义距今已有近二十年的历史【3 】。随着决策理论、管理科学、信息技术、 人工智能( a i ) 、尤其是专家系统( e s ) 和知识工程( k e ) 、计算机技术、通讯手 段的进展，d s s 有了很大的发展，并成为信息和决策科学领域里发展最快的研究 分支之一。决策支持系统是一个用系统技术描述动态领域的术语，是信息系统 ( i s ) 经由电子数据处理( e d p ) 和管理信息系统( m i s ) 而形成的最新形式。根 据目前普遍的认识，d s s 被用来支持半结构化和非结构化决策( s e m i s t r u c t u r e d a n du n s t r u c t u r e d d e c i s i o n ) ，允许决策者直接干预并能接受决策者的直观判断 和经验的动态交互式( d y n a m i ca n di n t e r a c t i v e ) 计算机系统【4 】。一般地， 中同科学投术大学坝| j 论文 第一章绪论 d s s 由数据子系统、模型子系统和对话子系统等组成。d s s 是比e d p 和m i s 更高 级的t s ，它以提高决策的有效性为目的，模型单元的存在是d s 8 区别于以往其 它信息系统的一个重要标志。d s s 为信息科学和管理科学工作者提供了这样一个 机会，使二者能够耿长补短地进行合作，并借此解决各自遇到的结构不良的问题。 d s s 的应用发展过程经历了这样几个阶段【5 】： ( 1 ) 7 0 年代初，d s s 刚刚起步，此时的d s s 主要实现辅助管理者对半结构 化问题的决策过程，其主要标志是将交互式技术应用于管理任务。最早在7 0 年 代初由美国m s s c o t tm o r t o n 教授在管理决策系统一文中提出。1 9 7 1 年 到1 9 7 6 年，从事决策支持系统研究的人数逐渐的增多，很多人都把注意力集中 到以下技术设计上：有界推理( b o u n d e dr a t i o n a l i t y ) 、非结构任务 ( u n s t r u c t u r e dt a s k s ) 、组织的信息处理( o r g a n i z a t i o n a li n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g ) 等。 ( 2 ) 7 0 年代中后期，d s s 主要实现支持管理和决策者做出判断，强调的是 “支持过程”( s u p p o r tp r o c e s s ) 而不是“决策过程”( d e c i s i o np r o c e s s ) 。在 这个时期，计算机企业管理应用的重点逐渐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，d s 8 的研究和应用得到了人们普遍的关注和 巨大的发展。 ( 3 ) 7 0 年代末到8 0 年代初，d s s 已普遍流行，此时的d s s 主要注重提高决 策的“有效性”( e f f e c t i v i t y ) 而不是“效率”( e f f i c i e n c y ) 。1 9 8 0 年r m s p r a g u e 提出了决策支持系统三部件结构，即对话部件、数据部件( 数据库和数据库管理 系统) 、模型部件( 模型库和模型库管理系统) 。该结构明确了d s s 的组成，也间 接的反映了d s s 的关键技术：模型库管理系统、部件接口、系统的综合集成、该 结构形式为d s s 的发展起了巨大的推动作用。 ( 4 ) 1 9 8 1 年b o n c z e k 等提出了d s s 三系统结构，即语言系统( l s ：l a n g u a g e s y s t e m ) 、问题处理系统( p p s ：p r o b l e mp r o c e s s i n gs y s t e m ) 、知识处理系统( k s ： k n o w l e d g es y s t e m ) 。该结构在“问题处理系统”和“知识系统”上有很好的特 色，渐渐的把专家系统的知识引入，在一定范围内有着一定的影响，使得d s s 逐渐向智能决策支持系统方向发展。8 0 年代中后期，实用d s s 相继涌现，此时 的d s s 功能已经很强，而且人工智能( a i ：a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 技术， 中罔科学投术人学坝l 。论文 第一帝绪论 尤其是知识工程( k e ：k n o w l e d g ee n g i n e e r i n g ) 和专家系统( e s ：e x p e r ts y s t e m ) 的思想和方法渗透到d s s 领域，此时的d s s 更加注重系统的“柔性” ( f l e x i b i i i t y ) 。 ( 5 ) 最近几年，d s s 则更加强调各种技术的综合运用，而且又先后提出了 群决策支持系统( g d s s ：g r o u pd s s ) ，智能决策支持系统( i d s s ：i n t e l l i g e n e e d s s ) ，分布式决策支持系统( d d s s ：d i s t r i b u t e dd s s ) ，集成式决策支持系统 ( i d s s ：i n t e g r a t e dd s s ) 等更高层次的决策支持系统它们分别适应不同要 求、不同层次决策部门的需要，对于提高各级决策部门的管理水平和控制能力将 会有很大的帮助。 ( 6 ) 在9 0 年代以来，随着数据仓库( d w ：d a t aw a r e h o u s e ) 的发展和广泛 的应用，以及随之发展了联机分析处理( o l a p ：o n l i n ea n a l y t i c a lp r o c e s s i n g ) 技术和数据挖掘( d m ：d a t am i n i n g ) 技术，基于这些技术的d s s 的应用更加广 泛，他们之间的结合也是更加的紧密，各种基于数据仓库和联机分析处理的d s s 的研究成为了研究的热点。数据挖掘( d m ：d a t am i n i n g ) 是在大型数据库中知 识发现( k d d ：k n o w l e d g ed i s c o v e r yi nd a t a b a s e ) 中的一个步骤，它主要是利 用某些特定的知识发现算法，在一定的运算效率的限制内，从数据库中发现出有 关的知识。1 9 9 6 年t e l e c o m m u n i c a t i o n s 杂志评定本年度电信领域的十大热 点技术中，“数据挖掘”是其中之一。1 9 9 8 年的g a r t n e r 报告列举了五项在今后 3 5 年内对工业将产生重要影响的关键技术，其中k d d 和人工智能排名第一， 这份报告将并行计算机体系结构研究和k d d 列入今后五年内公司应该投资的l o 个新技术领域。 随着社会的发展，决策支持系统的发展方向越来越广，但最基本的是群决策 支持系统( g d s s ：g r o u pd s s ) 、分布式决策支持系统( d d s s ：d i s t r i b u t ed s s ) 和智能决策支持系统( i d s s ：i n t e l l i g e n td s s ) 等三个方向【6 】。随着网络的 发展，基于a g e n t 的决策支持系统也是得到了深入的研究。 1 2 、课题研究背景 二十一世纪是信息化、网络化、经济全球化的时代，是知识经济的时代，这 给每一个企业都提供了新的机遇和挑战。我国烟草行业雄厚的财力与信息化程度 中围科学技术大学坝上论文 第一章绪论 的相对落后形成了巨大的反差，就我国的烟草行业整体来讲，信息化建设仍处在 普及和打基础阶段，信息化投资的绝大多数用在基础硬件设施的建设上，软件应 用虽然有所进步，但仍停留在表层。当今国际烟草业正发生巨变，其一个根本特 点是公司之间的兼并重组的步伐加快，强势公司的规模进一步加强。特别是我国 加入w t 0 后，中国经济与世界经济的接轨已是大势所趋。如果国外大型烟草公司 进入中国市场，由于他们丰富的市场经验和大量的市场资金，将对中国烟草企业 形成巨大的压力。面临经营环境和竞争环境变化所带来的机遇和挑战，我国烟草 行业也加快了改革的步伐，试图尽快做精做强，以与外烟一搏。当前大力加强行 业的信息化建设是迅速行业竞争力的一个有效手段，是实现烟草行业稳健发展的 利器。 对于烟草工业集团企业来说，信息化包括生产过程信息化和管理信息化。生 产过程信息化是指利用计算机监控系统，来对制丝、卷接包等生产车间的有关数 据进行实时采集、分析和挖掘，用于指挥和控制生产；管理信息化是指烟草行业 的管理信息系统( e r p m i s ) 、办公自动化系统( 0 a ) 、决策支持系统( d s s ) 、物流 系统、营销系统。如果将两个层面的信息系统结合起来，从生产信息监控到计算 机辅助管理，并通过电子商务平台，衔接各个下属企业，就会形成一个基于供应 链运作的完整有机的集团业务整体。 本文结合合肥烟厂的信息化改造，研制用于制丝生产线的智能决策支持系统 模型，用于指导对制丝生产线决策控制，提高烟草企业制丝生产线的信息化水平， 降低烟草企业的生产成本、提高产品的品质，增强企业的竞争力。 1 3 、本论文主要工作 本文结合合肥烟厂的企业生产指挥计算机辅助决策支持模型系统研究项目， 主要做了一下几个方面的工作： ( 1 ) 提出了一个用于实际生产线控制的i d s s 控制模型，把理论的i d s s 模型用于实际的生产控制，同时明确了该模型的各个部件和功能。针 对于合肥烟厂的实际情况，提出研制方案。 ( 2 ) 通过对合肥烟厂历史的原始生产数据库的整理，清除非f 常的生产参 数记录，设计数据立方，建立了一个基于生产参数管理的数据仓库， 以及进行相应的联机分析处理，可以对在烟草企业制丝生产上采集的 中罔科学技术大学硕 论文 第一章绪论 庞大数据进行分析。同时对清理出的制丝生产线的参数进行数据挖 掘，发现这些参数在波动性和关联性等方面的一些规律。 ( 3 ) 利用粗糙集理论，进行制丝生产线参数规则提取，提出了一个利用粗 糙集理论对制丝生产线上的重要环节的参数进行关联规则分析算法， 发掘出一些隐含在大量数据中的有用的关联规则。 ( 4 ) 根据制丝生产线的具体情况，利用改进的径向基神经网络，加入了反 馈，建立径向基神经网络模型对烟草制丝生产线关键环节进行建模分 析，建立了比较贴近于实际生产的仿真模型，可用于烟草的模拟生产 分析。 ( 5 ) 针对与烟草制丝生产线现今单纯反馈自动控制，并导致制丝生产参数 波动的情况，提出了一个结合i d s s 的前馈控制系统，同时给出了实 现流程。 1 4 、本论文内容安排 本论文共分七章： 第一章绪论，主要介绍d s s 发展概述和本论文基本情况。 第二章介绍d s s 和i d s s 的基本情况、结构部件以及关键技术，改进的i d s s 控制模型。结合合烟的实际特点，确定i d s s 研究内容。 第三章介绍i d s s 中的数据仓库和联机分析处理，并实现了一个基于实际生 产的工业参数的数据仓库和联机分析处理。 第四章介绍基于粗糙集的i d s s 数据挖掘，并从实际的生产数据中挖掘出了 比较符合实际的关联规则。 第五章介绍基于径向基神经网络的i d s s 模型库设计，并实现了一个比较符 合实际生产的仿真模型，可用于生产线的仿真控制。 第六章针对烟草制丝生产线的回潮机等关键环节，提出了具体的基于i d s s 的前馈控制系统实现方案和流程。 第七章简要对本文进行了总结并对进一步研究实用的i d s s 系统进行了展 卑。 中周科学技术夫学坝l 论文 第二章烟哔。企业生产1 d s s 改汁 第二章烟草企业生产i d s s 设计 决策支持系统( d s s ：d e c i s i o ns u p p o r t i n gs y s t e m ) ，是以管理科学、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，支持决策活动的具有智能作用的人机系统。该系统能够 为决策者提供决策所需的数据、信息和背景材料，帮助明确决策目标和进行问题 的识别，建立或修改决策模型，提供各种备选方案，并且对各种方案进行评价 和优选，通过人机交互功能进行分析、比较和判断，为正确决策提供必要的支持。 d s s 的概念是7 0 年代提出的，并且在8 0 年代获得发展。它的产生基于以下 原因；传统的m i s 没有给企业带来巨大的效益，人在管理中的积极作用要得到发 挥；人们对信息处理规律认识提高，面对不断变化的环境需求，要求更高层次的 系统来直接支持决策：计算机应用技术的发展为d s s 提供了物质基础。 2 1 决策支持系统概述 d s s 的概念结构由会话系统、控制系统、运行及操作系统、数据库系统、模 型库系统、规则库系统和用户共同构成【7 】。最简单和实用的三库d s s 逻辑结 构( 数据库、模型库、规则库) 如图2 1 所示。 图2 1 d s s 三库逻辑结构图 d s s 运行过程可以简单描述为：用户通过会话系统输入要解决的决策问题， 会话系统把输入的问题信息传递给问题处理系统，然后问题处理系统开始收集数 中田科学技术大学硕士论义 第二章娲革企业生产i d s s 设汁 据信息，并根据知识机中已有的知识，来判断和识别问题，如果出现问题，系统 叫过会话系统与用户进行交互对话，直到问题得到明确；然后系统开始搜寻问题 解决的模型，通过计算推理得出方案可行性的分析结果，最终将决策信息提供给 用户。 d s s 的技术构成包括： 1 ) 接口部分，也就是输入输出的界面，是人机进行交互的窗口。 2 ) 模型管理部分，系统要根据用户提出的问题调出系统中已有的基本模型， 模型管理部分应当具有存储、动态建模的功能。目前模型管理的实现是通过模型 库系统柬完成的。 3 ) 知识管理部分，集中管理决策问题领域的知识( 规则和事实) ，包括知 识的获取、表达、管理等功能。 4 ) 数据库部分，管理和存储与决策问题领域有关的数据。 5 ) 推理部分，识别并解答用户提出的问题，分为确定性推理和不确定性推 理两大类。 6 ) 分析比较部分，对方案、模型和运行结果进行综合分析比较，得出用户 最满意的方案。 7 ) 问题处理部分，根据交互式会话识别用户提出的问题，构造出求解问题 的模型和方案，并匹配算法、变量和数据等，运行求解系统。 8 ) 控制部分，连接协调系统各个部分，规定和控制各部分的运行程序，维 护和保护系统。此外技术构成还包括咨询部分、模拟部分、优化部分等。 d s s 的主要特点有如下几方面： 1 ) 系统的使用面向决策者，在运用d s s 的过程中，参与者都是决策者。 2 ) 系统解决的f 7 题是针对半结构化的决策问题，模型和方法的使用是确定 的，但是决策者对问题的理解存在差异，系统的使用有特定的环境，问题的条件 也不确定和唯一，这使得决策结果具有不确定性。 3 ) 系统强调的是支持的概念，帮助加强决策者作出科学决策的能力。 4 ) 系统的驱动力来自模型和用户，人是系统运行的发起者，模型是系统完 成各环节转换的核心。 5 ) 系统运行强调交互式的处理方式，一个问题的决策要经过反复的、大量 中同科学技术大学硕卜论文 第二章烟革企业生产i d s s 设计 的、经常的人机对话，人的因素如偏好、主观判断、能力、经验、价值观等对系 统的决策结果有重要的影响。 决策支持系统的开发方法一般采用目标导向法( o b j e c to r i e n t e d ) 和原型 方法( p r o t o t y p i n g ) 相结合的方法。具体步骤是先研制一个个d s s 的技术部件 ( 应用原型法) ，然后按照一般系统的结构和系统生成方法组合成d s s 的开发 工具和开发环境( 应用目标导向法) 。 从开发一个系统的角度来分析，d s s 可以分成三个不同的技术层次：d s s 工 具，即d s s 的基本技术部件；d s s 的生成器，即组织d s s 的通用框架；专用的 d s s ，即针对具体决策问题由d s s 生成器生成的实际应用系统。三个技术层次之 间的关系如图2 2 所示。 图2 2 技术层次关系图 最基层的设计工作由专业软件人员完成，用户是最高层的使用者。从最基 层到中间层的构造过程是系统工程师的任务；中间层是面对d s s 建造者的，中间 层到最高层的设计过程是系统分析设计人员的主要任务。d s s 的开发过程通常 是针对具体目标，分为问题分析、可行性研究、开发方法和开发决策的选择、开 发系统和支持决策五个阶段。在开发过程中，决策者必须参与其中，因为决策 者是系统设计的直接使用者，他的需求就是系统所要达到的目标。 各阶段的基本工作如下： 问题分析阶段。该阶段对所面临的问题进行实际调查和分析，达到明确求解 问题的目标。 可行性研究阶段。依据前一阶段的分析，从实际系统开发在技术方面、可能 性方面、方案的有效性方面，以及经济和社会效益方面来研究确定系统开发的可 能性。 丌发方法和_ 丌= 发策略的确定阶段。该阶段要明确系统开发的组织阃题和采用 何种开发方式进行，并且明确在开发过程中，所采用的工具、方法、手段和具体 实现的途径。开发系统阶段，指开发一个针对实际问题领域的专用d s s ，包括 d s s 结构的确定、建立数据模型知识方法的结构、确定评价标准和指标体系等。 中倒利学技术火学硕：h 仑义 第二章烟草企业生产i d s s 设计 支持决策阶段，指系统丌发完成后的实际运行阶段，包括运行结果分析的方法， 支持决策的形式，以及反映系统运行结果有效和实际效果的信息反馈数据的采集 等。 2 2i d s s 结构组件 智能决策支持系统( i d s s ：i n t e l l i g e n c ed e c i s i o ns u p p o r t i n gs y s t e m ) ， 是人工智能( a i ：a r t i f i c i a li n t e l i g e n c e ) 和d s s 相结合，a i 最诱人、应用 最广、影响最大的成果就是专家系统( e s ：e x p e r ts y s t e m ) ，所以现在所研究 的i d s s 大部分都是在d s s 的基础上集成人工智能的专家系统( e s ) 而形成的。 应用专家系统( e s ：e x p e r ts y s t e m ) 技术，使d s s 能够更充分地应用人类的知 识，如关于决策问题的描述性知识，决策过程中的过程性知识，求解问题的推理 性知识，通过逻辑推理来帮助解决复杂的决策问题的辅助决策系统 8 1 。 i d s s 的概念最早由b o n c z e k 等人于8 0 年代提出，它的功能是，既能处理定 量问题，又能处理定性问题。i d s s 的核心思想是将a i 与其它相关科学成果相 结合，使d s s 具有人工智能。 2 2 i 、i d s s 的结构层次 把a i 技术引人d s s ，主要是通过专家系统与d s s 相结合，在d s s 系统中加 入推理机和规则库。由于在决策过程中，许多知识不能用数据来表示，也不能通 过模型来描述，所以没有固定方式的专门知识和历史经验。i d s s 引人的规则库 可以存储这些知识，为决策提供重要的参考和依据。 i d s s 可以有多种类型的信息库：文本库( t b ) 、数据库( d b ) 、方法库( a b ) 、 模型库( m b ) 和规则库( r b ) 。其中文本库存储的是大量的自然语言书写的文 档；数据库中存放的是事物关键因素的字段形式；模型库中存放的是反映信息本 质关系的各种模型；规则库存放的是知识的最精炼的形式。从最初未加工的数 据到经过加工的信息再到提炼出的知识，信息的这种演变关系被称为“演进链”。 中圈科学技术人学硕l j 论文 第二审烟草企业生产i d s s 设计 渍进链 二= = 二= = 二= = 二二二= = = = 二= j 图2 3i d s s 的框架结构图 依照系统层次的观点，i d s s 从技术上可以划分为三个层次： 1 ) 应用层，直接面向i d $ s 的使用者。在该层，决策者可以根据自己的需要， 确定i d s s 的状态和约束。决策者通过用户接口进行系统对话，输入相关信息， d s s 则通过信息转换理解用户请求和命令，并进行系统推理运算，将结果通过输 出界面反映给用户。整个过程对用户是透明的。 2 ) 控制协调层，面向i d s s 的总设计师。其基本单元是系统中餐库的控制协 调模块，系统工程师通过各库的标准接口来建立它们之间的联系。 3 ) 基本结构层，面向专业程序设计人员。专业程序设计人员通过该层对各 库进行具体的实现，具体到定义各库的组织结构、通信方式等，以完成各库的内 部管理和外部通信任务。 2 2 2 、i i ) s s 的特点 i d s s 有以下几个特点 9 1 ： 1 ) 基于成熟的技术，容易构造出实用系统； 2 ) 充分利用了各层次的信息资源； 3 ) 基于规则的表达方式，使用户易于掌握使用： 4 ) 具有很强的模块化特性，并且模块重用性好，系统的开发成本低； 5 ) 系统的各部分组合灵活，可实现强大功能，并且易于维护； 6 ) 系统可迅速采用先进的支撑技术，如a i 技术等。 2 2 3 1 d s s 结构 决策支持系统主要由人机交互与问题处理系统( 由语言系统和问题系统组 中田科学技术人学坝士论文 第一二章烟草企业生产i d s s 设计 成) 、模型库系统( 由模型库管理系统和模型库组成) 、数据库系统( 由数据库 管理系统和数据库组成) 等组成。专家系统主要有知识库、推理机和知识库管理 系统三者组成。决策支持系统和专家系统集成为智能决策支持系统，可以用下面 的结构图表示： 图2 4i d s s 结构图 智能决策支持系统充分发挥了专家系统以知识推理形式解决定性分析问题 的特点，又发挥了决策支持系统以模型计算为核心的解决定量分析问题的特点， 充分找到定性分析和定量分析的有机结合，使得解决问题的能力和范围得到一个 大的提高。 i d s s 的核心是知识和知识处理【l o l 。决策中用到的知识总是和特定应用领 域相关，不同的领域对知识的表示和处理具有不同的特点，不同智能决策方法有 其特点和适用范围，方法的综合成为提高系统决策能力的重要途径。如机器学习 理论、神经网络、模糊逻辑、遗传算法与专家系统的结合，定性与定量方法的结 合，传统的偏好模型与专家系统技术的结合，专家系统与数据库系统的结合等， 形成具有更好智能行为的混合智能系统，己经成为i d s s 中知识系统研究的主要 领域【1 1 】。 智能决策支持系统的具体集成结构形式如下图所示： 中困科学技术大学倾士论文第二章炯革企业生产i d s s 设计 一囝一 惶 一陆蕊i 豇 l 理系统l 口 一圈- 图2 5i d s s 中d s s 和e s 结合图 i d s s 中d s s 和e s 的结合主要体现在三个方面： ( 1 ) d s s 与e s 的总体结合：由集成系统把d s s 和e s 有机结合起来( 即将 两者一体化) 。 ( 2 ) k b 和m b 结合：模型库中的数学模型和数据处理模型作为知识的一种 形式，即过程性知识，加到知识推理过程中去。 ( 3 ) d b 和动态d b 的结合：d s s 中的d b 可以看成是相对静态的数据库，它 为e s 中的动态数据库提供初始数据，e s 推理结束后，动态d b 中的结果再送回 到d s s 中的d 8 中去。 2 2 4 、智能决策支持系统的关键技术 智能决策支持系统的关键技术包括以下几个方面： ( 1 ) 建模技术 建模技术是交互建模决策系统的关键技术。建模技术是一般先选择合适于实 际问题的模型，按该模型的数学结构建立该问题的数学方程，即确定模型的参数 ( 方程的系数和常数等) ，编制实际问题的模型程序。 ( 2 ) 模型库系统 模型库系统是决策支持系统的核心部件。目前，还没有完整的理论和开发方 法，市场上也没有成熟的产品。模型库系统的建立是决策支持系统体现特色的关 键技术。 ( 3 ) 接口技术 中同科学技术人学硕i ：论文 第二章烟草企业生产i d s s 设计 “综合”、“模型”、“数据”是决策支持系统三大组成部件，它们是各自 独立的部件，又要进行综合集成。必须解决好各部件之间接口问题，才能把它们 有机的组合起来。 随着计算机软件技术的发展，在这方面已经有比较成熟的商业接口软件产 品，这为决策支持系统开发提供了有利的条件。 ( 4 ) 知识推理 知识库和推理机是专家系统的核心，知识推理是专家系统的关键技术，也是 智能决策支持系统的关键技术。 ( 5 ) 系统综合集成技术 智能决策支持系统是“综合、模型、数据、知识”四个部件组成的。如何将 他们有机的组织起来形成一个实际的智能决策支持系统，关键在于系统综合集成 技术。 ( 6 ) 系统快速原型开发技术 为了是决策支持系统在系统级上实现程序的自动生成，需要利用系统快速原 型开发技术，它是新的关键技术。这些关键技术也是目前i d s s 研究的重点和热 占 目o 2 3 合烟制丝生产线i d s s 设计 2 3 i 合烟制丝生产线概况 合肥烟厂中作为烟厂主体部分的车间的自动控制，也是整个烟厂的自动控制 最重要的部分，可以分为6 个部分：制丝中控、动力车间中控、香料配制控制、 辅料l g v 中控、条烟输送控制、卷接包控制。 1 、制丝中控主要是维持制丝工段的正常生产，以及对制丝生产的过程进行 监视控制，以保证在制品的质量。同时对工艺数据和产量数据进行控制，提供相 应的量报表。目前分为六段进行监控，分别为：白肋线、叶片处理段、叶丝处理 段、梗预处理段、梗丝处理段、储丝与掺配段。 2 、动力中控主要是对维持全厂正常生产和工作的所有能源器件进行监控。 目前分为以下几个系统：供水系统、真空系统、空压系统、蒸汽系统、制冷系统、 电量系统、空调系统、除尘系统。 3 、香料制配控制主要是对制丝生产所需要的香精香料进行调配控制，并通 中阿科学技术大学醐卜论文 第一二章烟草企业生产i d s s 设计 过管道和制丝工段的加香加料机实现制丝的加香加料。但因配方的保密性要求系 统相对孤立。 4 、辅料l g v 中控的作用是在上位计算机的调度和管理下，指挥l g v 车辆完 成一系列的作业如托盘运输、辅料补给运输等，解决一系列的问题如计算机与计 算机之间的通讯和调度、上位计算机和下位l g v 控制器之间的通讯、命令的管理 与分配、l g v 与l g v 之间的交通管理等，并在这一自动化过程中保持较高的作业 精度和作业效率。 5 、条烟输送控制通过传感器反馈信息，保证烟条流量均匀，防止流量扩大， 以及堵塞引起的烟条的破损。 6 、卷接包控制主要提供卷接包机组的生产数据与设备状态数据的采集及平 均重量数据分析，支持决策生产。 通过上述的自动控制，合肥烟厂的生产自动化已经达到十分高的水平，极大 的提高了生产效率，带来了良好的经济效益。但是作为自动化生产的一个总体， 必须有一个比较全面、集中的系统对自动化生产的各个部分进行协调和管理，以 最大限度的提高生产的效率。 2 3 2 合烟制丝生产线问题 目前就制丝生产线来说主要存在以下几个问题： 数据不够规范。各计算机应用系统相对独立，没形成一个完整的、网络 化、智能化的计算机信息系统，以及规范化、标准化的基础管理数据，基本上是 各做各的基础数据收集、录入、整理及应用。同一个数据源，在不同的录入途径 中，往往由于统计截止时间不统一，或应用目的不同，或统计过程中的错报、漏 报、计算错误，或录入过程中录入错误等等因素，造成各业务之间相关数据有误 差。 生产计划的制定不科学合理。根据烟草企业的生产特点，卷烟生产计划 的科学合理性主要应体现在：在实现连续均衡生产的前提下，应尽量减少卷烟生 产，尤其是制丝工序的换牌次数，以便减少非工艺性损耗，提高烟丝生产质量。 由于受管理手段的制约，各类信息不能及时有效地传送到制造中一1 1 , ，因此在制定 计划时缺少足够的信息支持，往往优先考虑生产的均衡性，而对计划的优化缺乏 中田科学技术人学硕卜论义 箱_ 二章烟草企业生产 d s s 设汁 研究。对生产过程的掌握也不全面及