烟草生产决策支持系统的设计与研究

摘要:当前烟草行业卷烟制造企业的生产控制系统中普遍存在的硬体较强而软体不足,从而做不到实时自动控制与管理之现状。为此,在对烟草生产过程与工艺深入分析与研究的基础上,发现通过构建烟草生产的决策支持系统可以很好的解决上述问题,并对烟草生产决策支持系统进行了设计和研究。

关键词:烟草;生产;决策支持系统

中图分类号:TS46 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)09-2258-03

The Design and Study about the IDSS Model for the Cigarette Factory Produce

YE Wei-quan1,2, WANG Li3, ZHUANG Zhen-quan1

(1.Department of Electron Science and Technology, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China; 2.Anhui China Tobacco Industry Corporation, Hefei 230088, China; 3.Anhui Tobacco Corporation, Hefei 230022, China)

Abstract: It is ubiquitous that the cigarette produce cortrol system has the strong hardware with the weak software, so it can not cortrol and manage about the cigarette produce in time. We design and develop the IDSS of the cigarette produce on analyse and study the process and technics of produce. The IDSS may be conduce to solve the forenamed problem.

Key words: tobacco; produce; decision support system

1 系统研究的意义与背景

当前我国烟草行业具有一定规模的卷烟制造企业的制丝生产过程大都引进了集散控制系统或可编程控制器进行控制,再用微机或工业PC进行管理。虽然控制与管理都上了一个新台阶,但总的来讲,计算机只是取代了常规仪表,其发挥的作用是极为有限的。

那如何充分挖掘其潜力呢?其中一个重要的方法就是充分发挥信息技术在生产控制中的优势,从提高控制的精度、稳定度与智能化入手,开发适合中国烟草企业的生产过程控制与管理辅助决策支持系统(DSS: Decision Support System)。同时生产决策支持系统对于烟草生产这种流线型的加工过程非常适用,可为烟草企业降低生产成本并带来可观的效益。

综上所述,目前国内烟草行业总体上在生产过程控制与管理方面尚未有DSS方面的应用,尤其是在制丝过程在线过程控制与管理方面的智能决策与优化方面几乎处于空白的状态。总之,以降低烟草企业的生产成本、提高产品的品质,增强企业的竞争力为出发点,从制丝生产过程的智能控制与优化管理入手,研制面向烟草企业的生产过程控制与管理辅助决策支持系统,具有巨大的经济效益和广阔的应用前景。

2 决策支持系统的定义

DSS的概念是70年代提出的[1],并且在80年代获得发展。它的产生基于以下原因:传统的MIS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DSS提供了物质基础。

目前关于决策支持系统尚未有一个非常权威与统一的定义,通常认为决策支持系统是以管理科学、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。

3 决策支持系统的结构、特点及开发方法

DSS的结构主要由会话系统、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[1]。最简单和实用的三库DSS逻辑结构(数据库、模型库、规则库)如图1所示。

DSS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,系统通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。

DSS的主要由以下几部分构成:

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来完成的。

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。

DSS的主要特点有如下几方面:

1)系统的定位是面向决策的支持,其作用是为决策者提供决策的依据与参考。

2)系统解决的问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。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。

3)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、大量的、经常的人机对话,人的主观偏好、能力、经验、价值观等因素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(Object Oriented)和原型方法(Prototyping)相结合的方法。具体步骤是先应用原型法研制一个个DSS的技术部件,然后应用目标导向法按照一般系统的结构和系统生成方法组合成DSS的开发工具和开发环境。

从系统开发的角度分析,DSS可分为三个技术层次:最基层(即DSS的基本技术部件)、中间层(即组织DSS的通用框架)和最高层(即针对具体决策问题由DSS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所示。

图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DSS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。 DSS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。

开发方法和开发策略的确定阶段。该阶段要明确系统开发的组织问题和采用何种开发方式进行,并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DSS,包括DSS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。支持决策阶段,指系统开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。

4 烟草生产DSS研究思路

前面已简单介绍了DSS的意义、结构、特点及开发方法,这里我们从烟草企业制丝生产过程控制与管理着手,结合烟草企业的实际,研究与分析烟草生产智能决策支持系统的规划、设计及实现等方面的问题。

我们的研究思路是全面规划,重点突破,由点到线,最终将研究结果进行系统集成,构建烟草企业生产过程控制与管理决策支持系统模型,为卷烟生产过程控制与决策提供技术支撑。具体来说就是将整个生产过程分成制丝、卷接、动力能源等几大生产控制系统,针对每一生产控制系统再进行分解,抓住主要生产与工艺流程进行重点研究与设计,最后再进行整个系统的整体优化与完善,整个研究思路如图3所示。

图3 研究总体思路

5 烟草生产DSS模型的规划、设计与实现

5.1 烟草生产DSS模型的规划与设计

我们根据烟草生产特点并结合人工智能技术设计出一个DSS原型系统,可用于生产的实时监控、模拟仿真与研究等方面。图4就是我们根据烟草生产过程控制与管理的特点研制的烟草生产DSS原型系统架构图。采集的生产数据存放于一专门的数据库系统中,通过清理形成数据仓库,在数据库和数据仓库的基础上运用神经网络进行建模与仿真[2-3],利用在线联机分析(OLAP)和数据挖掘(DM)对数据进行挖掘和分析。通过DSS信息系统进行人机交互和控制,将产生的规则、知识、模型等应用于生产决策与控制。

5.2 烟草生产DSS模型的实现

前面已经说了整个研究思路是按照全面规划,重点突破,由点到线,最终将研究结果进行系统集成,构建烟草企业生产过程控制与管理智能决策支持系统模型。这里就遵循这一思路,以制丝生产线为具体研究对象研究如何实现IDSS。

针对当前烟草制丝生产的特点与实际情况,整个制丝生产DSS原型系统的研究技术路线采用四步走方式实现:

1)数据清理与数据规范,建立标准而规范的数据库。

2)对制丝生产关键工艺与设备的过程控制进行系统的模型研究。

3)对制丝生产关键工艺参数优化进行深入的研究。

4)对制丝生产IDSS原型系统进行全面的研究并进行系统集成。

6 展望与建议

我们结合合烟实际情况研制的企业生产指挥计算机辅助决策支持原型系统在烟草生产中具有重要的作用和广阔的应用前景。通过对该系统的应用与推广,可以在提高产品质量稳定性与感官质量的同时降低生产成本,提高企业对生产资讯的管理能力,增强企业对生产信息的获取及反应处理能力,提升企业的整体工作效率和核心竞争力。

参考文献:

[1] 陈文伟.决策支持系统及其开发[M].北京:清华大学出版社,2000.

[2] Martin T.Hagan,Howard B.Demuth,Mark H.Beale.神经网络设计[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3] 闻新,周露,李翔,等.MATLAB神经网络仿真与应用[M].北京:科学出版社,2003.