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  • 在进行企业的生产系统设计时
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    2021-07-04 21:05:53

    一、信息和信息化的概念

    1. 信息

    1. 维纳(Norbert Wiener):信息就是信息,既不是物质也不是能量,但信息可转换为物质或能量。

    2. 香农(Claude E.Shannon):信息就是不确定性的减少。(引入热力学概念“熵”。),单位为比特。

    3. 哲学界:信息是事物普遍联系的方式。

    4. 其它:信息是事先不知道的报导。

    信息和材料、能源共同构成了国民经济和社会发展的三大战略资源,它们在一定的条件下可以互相转换。

    2. 信息化概念

    信息化是从工业社会到信息社会的演进与变革。

    信息化的主体是全体社会成员(政府、企业、团体和个人),时域是一个长期过程,空域是经济和社会的一切领域,手段是先进社会生产工具。

    3. 信息化对组织的意义

    组织的结构创新:如虚拟企业、虚拟社区。

    组织的管理创新:实施电子政务、建立电子政府、建立电子社区以提升管理水平。

    组织经营创新:利用信息化将经营和管理融为一体。

    造就信息化的人才队伍:三类人才(IT 专业人才,业务人才,专家型人才)。

    4. 信息化需求

    信息化需求包含3个层次,即战略需求、运作需求和技术需求

    1. 战略需求。组织信息化的目标是提升组织的竞争能力、为组织的可持续发展提供一个支持环境。从某种意义上来说,信息化对组织不仅仅是服务的手段和实现现有战略的辅助工具;信息化可以把组织战略提升到一个新的水平,为组织带来新的发展契机。特别是对于企业,信息化战略是企业竞争的基础

    2. 运作需求。组织信息化的运作需求是组织信息化需求非常重要且关键的一环,它包含三方面的内容:一是实现信息化战略目标的需要;二是运作策略的需要。三是人才培养的需要。

    3. 技术需求。由于系统开发时间过长等问题在信息技术层面上对系统的完善、升级、集成和整合提出了需求。也有的组织,原来基本上没有大型的信息系统项目,有的也只是一些单机应用,这样的组织的信息化需求,一般是从头开发新的系统。

    二、信息系统战略规划(ISSP)

    信息系统战略规划(Information System Strategic Planning,ISSP)是从企业战略出发,构建企业基本的信息架构,对企业内、外信息资源进行统一规划、管理与应用,利用信息控制企业行为,辅助企业进行决策,帮助企业实现战略目标。

    ISSP 方法经历了三个主要阶段,各个阶段所使用的方法也不一样。

    1. 第一个阶段(以数据处理为核心)

    主要以数据处理为核心围绕职能部门需求的信息系统规划,主要的方法包括:

    (1)企业系统规划法(BSP)–CU 矩阵:自上而下识别系统目标,自下而上设计信息系统,对组织机构的变动具有适应性。

    (2)关键成功因素法(CSF):找实现目标的关键信息集合,从而确定开发优先次序。

    (3)战略集合转化法(SST):把战略目标看成“信息集合”,把战略目标转变成信息系统的战略目标。

    2. 第二个阶段(以企业内部管理信息系统为核心)

    主要以企业内部管理信息系统为核心,围绕企业整体需求进行的信息系统规划,主要的方法包括:

    1. 战略数据规划法(SDP)
    2. 信息工程法(IE)
    3. 战略栅格法(SG)
    3. 第三个阶段(以集成为核心)

    在综合考虑企业内外环境的情况下,以集成为核心,围绕企业战略需求进行的信息系统规划,主要的方法包括:

    1. 价值链分析法(VCA)
    2. 战略一致性模型(SAM)

    三、信息系统的生命周期

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    开发阶段

    1. 总体规划阶段:是系统开发的起始阶段,以立项阶段所做的需求分析为基础,明确信息系统在企业经营战略中的作用和地位,指导信息系统的开发,优化配置并利用各种资源,包括内部资源和外部资源,通过规划过程规范或完善用户单位的业务流程。一个比较完整的总体规划应当包括信息系统的开发目标、总体结构、组织结构、管理流程、实施计划、技术规范

    2. 系统分析阶段:目标是为系统设计阶段提供系统的逻辑模型,内容包括组织结构及功能分析、业务流程分析、数据和数据流程分析及系统初步方案

    3. 系统设计阶段:根据系统分析的结果设计出信息系统的实施方案,主要内容包括系统架构设计、数据库设计、处理流程设计、功能模块设计、安全控制方案设计、系统组织和队伍设计及系统管理流程设计。

    4. 系统实施阶段:是将设计阶段的成果在计算机和网络上具体实现,即将设计文本变成能在计算机上运行的软件系统。由于系统实施阶段是对以前全部工作的检验,因此用户的参与特别重要

    5. 系统验收阶段:通过试运行,系统性能的优劣及其他各种问题都会暴露在用户面前,即进入了系统验收阶段。

    四、政府信息化与电子政务

    1. 电子政务业务模型

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    电子政务注意包括三个应用领域:

    1. 政务信息查询:面向社会公众和企业组织,为其提供政策、法规、条例和流程的查询服务;

    2. 公共政务办公:借助互联网实现政府机构的对外办公,例如申请、申报等,提高政府的运作效率,增加透明度。

    3. 政府办公自动化:以信息化手段提高政府机构内部办公的效率,如公文报送、信息通知和信息查询等。

    2. 电子政务分类(应用模式)

    与电子政务相关的行为主体主要有三个,即 政府、企(事)业单位及公民

    1. 政府对政府(G2G)(Government To Government):指政府上下级之间、不同地区和不同职能部门之间实现的电子政务活动,包括国家和地方基础信息的采集、处理和利用,例如人口信息、地理信息、资源信息等;政府之间各种业务流程所需要采集和处理的信息,例如,计划管理、社会经济统计等;政府之间的通信系统,包括各种紧急情况的通报、处理和通信系统。

    2. 政府对企业(G2B)或 B2G (Government To Business):是政府向企业提供的各种公共服务,主要包括政府向企事业单位发布的各种方针、政策、法规和行政规定,即企事业单位从合法业务活动的环境,包括产业政策、社保等各种规定;政府向企事业单位颁发的各种营业执照、许可证等。

    3. 政府对公民(G2C)或 C2G(Government To Citizen):实际上是政府面向公众所提供的服务。首先是信息服务,例如让公众知道政府的规定、办事程序、主管部门等,以及各种关于社区公安和水、火等于公共安全有关的信息等,还包括户口、各种证件的管理等政府提供的各种服务。

    4. 政府对公务员(G2E)(Government To Employee):是指政府与政府公务员即政府雇员之间的电子政务,也有学者称为内部效率效能电子政务模式。是政府机构通过网络技术实现内部电子化管理(如 OA 系统等)的重要形式,也是 G2G、G2B、G2C 的基础。G2E 主要是利用 Intarnet(企业内部网)建立有效的行政办公和员工管理体系,提高政府工作效率和公务员管理水平服务。

    五、企业信息化与电子商务

    1. 企业资源计划(ERP)

    ERP的发展过程:

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    ERP 的结构

    ERP 是将企业所有资源(企业三大流**:物流、资金链、信息流**)进行集成整合,全面一体化管理的管理信息系统。

    包括三方面:生产控制(计划、制造)、物流管理(分销、采购、库存管理)和财务管理(会计核算、财务管理)。这三个系统本身就是一个集成体,它们相互之间有相应的接口,能够很好地整合在一起。

    ERP 系统的主要功能模块:

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    ERP的三个理解层次

    1. 管理思想:他是管理思想的变革。

    2. 软件产品:不是直接买来就用,需要个性化的开发与部署。

    3. 管理系统:存在众多的子系统,这些子系统有统一的规划,是互联互通的,便于事前事中监控。

    ERP的 5 个计划层次

    1. 经营计划:经营计划是企业总目标的具体体现,企业的高层决策者根据市场调查和需求分析、国家有关政策、企业资源能力和历史状况、同行竞争对手的情况等有关信息,制定经营计划。

    2. 生产计划大纲:是根据经营计划的生产目标制定的,是对企业经营计划的细化,用以描述企业在可用资源的条件下,在一定时期中的产量计划。生产计划大纲在企业决策层的三个计划中有承上启下的作用,一方面它是企业经营计划和战略规划的细化,另一方面它又用于指导企业编制主生产计划,指导企业有计划地进行生产

    3. 主生产计划:是对企业生产计划大纲的细化,说明在一定时期内的如下计划:生产什么,生产多少和什么时候交货。

    4. 物料需求计划:是对主生产计划的各个项目所需的全部制造件和全部采购件的网络支持计划和时间进度计划。它根据主生产计划对最终产品的需求数量和交货期,推导出构成产品的零部件及材料的需求数量和需求时期,再导出自制零部件的制作订单下达日期和采购件的采购订单发送日期,并进行需求资源和可用能力之间的进一步平衡。

    5. 能力需求计划:是对物料需求计划所需能力进行核算的一种计划管理方法。旨在通过分析比较 MRP 的需求和企业现有生产能力,及早发现能力的瓶颈所在,为实现企业的生产任务而提供能力方面的保障。

    6. 车间作业计划:在 MRP 所产生的加工制造订单的基础上,按照交货期的前后和生产优先级选择原则以及车间的生产资源情况(如设备、人员、物料的可用性、加工能力的大小等),将零部件的生产计划以订单的形式下达给适当的车间。

    2. 客户管理 CRM

    客户关系管理(CRM)系统将市场营销的科学管理理念通过信息技术的手段集成在软件上,能够帮助企业构建良好的客户关系。在客户管理系统中,销售自动化是其中最为基本的模块,营销自动化作为销售自动化的补充,包括营销计划的编制和执行、计划结果分析等功能客户服务与支持 是CRM系统的重要功能。目前,客户服务与支持的主要手段有两种,分别是呼叫中心和互联网。CRM系统能够与ERP系统在财务、制造、库存等环节进行连接,两者之间虽然关系比较独立,但由于两者之间具有一定的关系,因此会形成一定的闭环反馈结构。

    CRM 理念将客户看作资产;客户关怀是中心,目的是与客户建立长期和有效的业务关系,最大限度地增加利润;核心是客户价值管理,提高客户忠诚度和保有率。

    CRM 的功能

    1. 客户服务:CRM 的关键内容。

    2. 市场营销:包括商机产生、商机获取和管理、商业活动管理和电话营销等。

    3. 共享的客户资料库:它把市场营销和客户服务连接起来。

    4. 分析能力:CRM 的一个重要方面在于它具有使客户价值最大化的分析能力。

    CRM 具备的要素

    1. 畅通有效的客户交流渠道(触发中心)。在通信手段极为丰富的今天,能否支持各种触发手段与客户进行交流,是十分关键的。

    2. 对所获信息进行有效分析(挖掘中心)。采用数据挖掘和商业智能等技术对收集的信息进行分析。

    3. CRM 必须能与 ERP 很好地集成。作为企业管理的前台,CRM 的市场营销和客户服务的信息必须能及时传达到后台的财务、生产等部门,这是企业能否有效运营的关键。

    CRM 实现过程的三方面工作

    1. 客户服务与支持,即通过控制服务品质以赢得顾客的忠诚度,例如,对客户快速准确的技术支持、对客户投诉的快速反应、对客户提供产品查询等;

    2. 客户群维系,即通过与顾客的交流实现新的销售,例如,通过交流赢得失去的客户等;

    3. 商机管理,即利用数据库开展销售,例如,利用现有客户数据库做新产品推广测试,通过电话或电子邮件促销调查,确定目标客户群等。

    CRM通过将人力资源、业务流程与专业技术进行有效的整合,最终为企业涉及到客户或者消费者的各个领域提供了完美的集成,使得企业可以更低成本、更高效率地满足客户的需求,并与客户建立起基于学习性关系基础上的一对一营销模式,从而让企业可以最大程度提高客户满意度和忠诚度。

    CRM系统的主要模块包括销售自动化、营销自动化、客户服务与支持、商业智能。

    3. 供应链管理 SCM

    SCM 理念:强强联合,整合与优化“三流”信息流-需求信息流、供应信息流,资金流,物流),打通企业间“信息孤岛”,严格的数据交换标准。将制造商、供应商、分销商、零售商,在计划(策略性)、采购、制造、配送、退货等各方面联系起来。

    信息流分为

    1. 需求信息流:如客户订单、生产计划、采购合同等

    2. 供应信息流:如入库单、完工报告单、库存记录、可供销售量、提货发运单等

    4. 产品数据管理 PDM

    PDM 理念:用来管理所有与产品相关信息和与产品相关的过程。

    PDM 发展阶段:配合 CAD–>产品数据管理–>产品协同商务。

    PDM 核心功能

    1. 数据库和文档管理;
    2. 产品结构与配置管理;
    3. 生命周期管理和流程管理;
    4. 集成开发接口

    5. 商业智能 BI

    BI 的过程

    1. 需求分析
    2. 数据仓库建模
    3. 数据抽取
    4. 建立 BI 分析报表
    5. 用户培训和数据模拟测试
    6. 系统改进和完善

    BI 的主要技术

    1. 数据仓库
    2. 数据挖掘
    3. 联机分析(OLAP)

    数据仓库

    数据仓库的特点:面向主题;集成的;相对稳定的(非易失的);反映历史变化(随着时间变化)。数据仓库形成过程包括:

    1. 数据源进行数据预处理 ETL(数据抽取、请理、装载、刷新)

    2. 数据仓库存储—数据集市

    3. 数据分析,OLAP 服务器

    4. 数据展现—查询工具、报表工具、分析工具、数据挖掘工具

    数据挖掘

    方法:

    1. 决策树(构建树结构进行分析)

    2. 神经网络(类似统计学中的判别、回归、聚类等功能)

    3. 遗传算法(三个基本过程:繁殖(选择)、交叉(重组)、变异(突变))

    4. 关联规则挖掘算法(关联规则是描述数据之间存在关系的规则)

    分类:

    1. 关联分析:挖掘出隐藏在数据间的相互关系。

    2. 序列模式分析:侧重点是分析数据间的前后关系(因果关系)。

    3. 分类分析:为每一个记录赋予一个标记再按标记分类。

    4. 聚类分析:分类分析法的逆过程。

    6. 决策支持系统 DSS

    分类

    1. 结构化决策:指对 某一决策过程的规则进行确定性描述与建模,以适当的算法产生决策方案,并能从多种方案中选择最优解;

    2. 非结构化决策:决策过程复杂,不可能用确定的模型和语言描述其决策过程,更无所谓最优解。

    3. 半结构化和非结构化决策一般用于企业的中、高级管理层。一般来说,决策往往不可能一次完成,而是一个迭代的过程。

    组成

    决策支持系统(Decision Support System,DSS)是辅助决策者通过数据、模型和知识,以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统。它是 MIS 向更高一级发展而产生的先进信息系统。它为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境,调用各种信息资源和分析工具,帮助决策者提高决策水平和质量。但是,DSS 不可以代替决策者。

    DSS 基本结构主要由四个部分组成,分别是数据库子系统、模型库子系统、推理部分和用户接口子系统

    7. 业务流程重组 BPR

    BPR 是对企业的业务流程进行根本性的再思考和彻底性的再设计,从而获得可以用诸如成本、质量、服务和速度等方面的业绩来衡量的显著性的成就。

    基本原则:以流程为中心的原则,团队管理原则(以人为本),以客户为导向的原则

    过程:项目的启动,拟定变革计划,建立项目团队,分析目标流程,重新设计目标流程,实施新的设计,持续改进,重新开始。

    基于 BPR 的系统规划:战略规划,流程规划,数据规划,功能规划,系统实施。

    8. 业务流程管理 BPM

    BPM 是一种以规范化的构造端到端的卓越业务流程为中心,以持续的提高组织业务绩效为目的的系统化方法。

    PDCA 闭环的管理过程:明确业务流程所欲获取的成果,开发和计划系统的方法,实现以上成果;系统地部署方法,确保全面实施;根据对业务的简称和分析以及持续的学习活动,评估和身材所执行的方法。并进一步提出计划和实施改进措施。

    流程管理包含三个层面:规范流程、优化流程和再造流程。

    BPM 与 BPR 区别

    BPM 与 BPR 管理思想最根本的不同就在于流程管理并不要求对所有的流程进行再造。构造卓越的业务流程并不是流程再造,而是根据现有流程的具体情况,对流程进行规范化的设计。

    六、企业门户

    1. 企业网站:注重单向信息传递,缺互动。

    2. 企业信息门户(EIP):把各种应用系统、数据资源和互联网资源统一集成到企业门户之下。强调增强了互动。

    3. 企业知识门户(EKP):企业网站的基础上增加知识性内容。

    4. 企业应用门户(EAP):实际上是对企业业务流程的集成。它以业务流程和企业应用为核心,把业务流程中功能不同的应用模块通过门户技术集成在一起。

    5. 企业通用门户:集以上四者于一身。

    七、企业应用集成

    1. 层次划分的集成方式

    1. 表示集成(界面集成)

      把各应用系统的界面集成起来,统一入口,产生“整体”感觉。

    2. 数据集成

      数据集成是应用集成和业务过程集成的基础。把不同来源、格式、特点性质的数据在逻辑上或物理上有机地集中,从而为企业提供全面的数据共享。ETL、数据仓库、联邦数据库都可视为数据集成。

    3. 控制集成(功能集成、应用集成、API 集成)

      业务逻辑层次集成,可以借助于远程过程调用或远程方法调用、面向消息的中间件等技术。

    4. 业务流程集成(过程集成)

      进行业务流程集成时,企业必须对各种业务信息的交换进行定义、授权和管理,以便改进操作、减少成本、提高响应速度。

    5. 消息集成

      适用于数据量小、但要求频繁地、立即地、异步地数据交换场合。

    6. 共享数据库

      实时性强、可以频繁交互,数据的交换属于同步方式。
      它通常将应用程序的数据存储在一个共享数据库中,通过制定统一的数据库模式来处理不同应用的集成需求。共享数据库为不同的应用程序提供了统一的数据存储与格式定义,能够在一定程度上缓解数据语义不一致的问题,但无法完全解决该问题。在共享数据库集成中,多个应用程序可能通过共享数据库频繁地读取和修改相同的数据,这会使数据库成为一个性能瓶颈。共享数据库集成方式的一个重要限制来自外部的已封装应用,这些封装好的应用程序只能采用自己定义的数据库模式,调整和集成余地较小

    7. 文件传输

      适用于数据量大、交换频度小、即时性要求低的情况。

    2. 基于集成模式(集成技术)的集成方式

    1. 面向信息的集成
      为应用提供透明的信息访问服务,通过实现异种数据库系统之间数据的交换、互操作、分布数据据管理和共享信息模型定义(或共享信息数据库的建立),使集成平台上运行的应用、服务或用户端能够以一致的语义和接口实现对数据(数据库、数据文件、应用交互信息)的访问与控制。

    2. 面向过程的集成
      强调处理不同应用系统之间的交互逻辑,与核心业务逻辑相分离,并通过不同应用系统之间的协作共同完成某项业务功能。

    3. 面向服务的集成
      只使用面向服务的体系结构的业务交互的综合计算实体。面向服务的集成通过允许组织提供现有应用中锁定的功能,作为可再用服务,来处理集成原有不可变多种系统的问题。

    3. 基于组织范围的集成方式

    1. 企业内部的信息集成
      按集成内容,企业内部的信息集成一般可分为以下四个方面:

      1. 技术平台的集成
        系统底层的体系结构、软件、硬件以及异构网络的特殊需求首先必须得到集成。这个集成包括信息技术硬件所组成的新型操作平台,如各类大型机、小型机、工作站、微机、通信网络等信息技术设备,还包括置入信息技术或者说经过信息技术改造的机床、车床、自动化工具、流水线设备等新型设施和设备。

      2. 数据的集成
        为了完成应用集成和业务流程集成,需要解决数据和数据库的集成问题。数据集成的目的是实现不同系统的数据交流与共享,是进行其他更进一步集成的基础。数据集成的特点是简单、低成本,易于实施,但需要对系统内部业务的深入了解。
        数据集成是对数据进行标识并编成目录,确定元数据模型。只有在建立统一的模型后,数据才能在数据库系统中分布和共享。数据集成采用的主要数据处理技术有数据复制、数据聚合和接口集成等。

      3. 应用系统的集成
        应用系统集成是实现不同系统之间的互操作,使得不同应用系统之间能够实现数据和方法的共享。它为进一步的过程集成打下了基础。

      4. 业务过程的集成
        对业务过程进行集成的时候,企业必须在各种业务系统中定义、授权和管理各种业务信息的交换,以便改进操作、减少成本、提高响应速度。业务流程的集成使得在不同应用系统中的流程能够无缝连接,实现流程的协调运作和流程信息的充分共享。

    2. 企业外部的信息集成

      企业外部的信息集成主要包括以下两个部分:

      1. 通过门户网站和互联网实现公众、社会团体、社会和客户的互动,实现企业内外部信息资源的有效交流和集成;
      2. 通过与合作伙伴信息系统的对接,建立动态的企业联盟,发展基于竞争合作机制的虚拟企业,重塑企业的战略模式和竞争优势。

    3. 集成平台

    集成平台是支持企业集成的支撑环境,包括硬件、软件、软件工具和系统,通过集成各种企业应用软件形成企业集成系统。由于硬件环境和应用软件的多样性,企业信息系统的功能和环境都非常复杂,因此,为了能够较好地满足企业的应用需求,作为企业集成系统支持环境的集成平台,其基本功能主要有:

    1. 通信服务

      它提供分布环境下透明的同步/异步通信服务功能,使用户和应用程序无需关心具体的操作系统和应用程序所处的网络物理位置,而以透明的函数调用或对象服务方式完成它们所需的通信服务要求。

    2. 信息集成服务

      它为应用提供透明的信息访问服务,通过实现异种数据库系统之间数据的交换、互操作、分布数据管理和共享信息模型定义(或共享信息数据库的建立),使集成平台上运行的应用、服务或用户端能够以一致的语义和接口实现对数据(数据库、数据文件、应用交互信息)的访问与控制。

    3. 应用集成服务

      它通过高层应用编程接口来实现对相应应用程序的访问,这些高层应用编程接口包含在不同的适配器或代理中,它们被用来连接不同的应用程序。这些接口以函数或对象服务的方式向平台的组件模型提供信息,使用户在无需对原有系统进行修改(不会影响原有系统的功能)的情况下,只要在原有系统的基础上加上相应的访问接口就可以将现有的、用不同的技术实现的系统互联起来、通过为应用提供数据交换和访问操作,使各种不同的系统能够相互协作。

    4. 二次开发工具

      二次开发工具是集成平台提供的一组帮助用户开发特定应用程序(如实现数据转换的适配器或应用封装服务等)的支持工具,其目的是简化用户在企业集成平台实施过程中(特定应用程序接口)的开发工作。

    5. 平台运行管理工具

      它是企业集成平台的运行管理和控制模块,负责企业集成平台系统的静态和动态配置、集成平台应用运行管理和维护、事件管理和出错管理等。通过命名服务、目录服务、平台的动态静态配置,以及其中的关键数据的定期备份等功能来维护整个服务平台的系统配置及稳定运行。

    八、扩展

    1. 企业信息化不包括:组织机构变革

    2. 实行企业信息资源集成的前提是对企业历史上形成的企业信息功能的集成,其核心是对企业内部和外部信息流的集成

    3. 管理科学的核心就是应用科学的方法实施管理,按照市场发展的要求,对企业现有的管理流程重新整合,从作为管理核心的财务、资金管理,向技术、物资、人力资源的管理,并延伸到企业技术创新、工艺设计、产品设计、生产制造过程的管理,进而扩展到客户关系管理、供应链的管理乃至发展电子商务,形成企业内部向外部扩散的全方位管理。 企业信息化注重企业经营管理方面的信息分析和研究,信息系统所蕴含的管理思 想也可帮助企业建立更为科学规范的管理运作体系,提供准确及时的管理决策信息。

    4. 企业信息化一定要站在企业规划基础之上,以企业战略规划为基础建立的企业管理模式是建立企业战略数据模型的依据。

    5. 参与电子商务的实体有4类:顾客、商户、银行及认证中心

    6. 运用信息技术进行知识的挖掘和业务流程的管理是企业信息化建设的重要活动。

    7. 系统工程的诞生让自然科学和社会科学中有关的思想、理论和方法根据总体协调的需要联系起来,综合应用,并利用现代电子计算机,对系统的结构、要素、信息和反馈等进行分析,以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制等目的。

      霍尔三维结构是由逻辑维、时间维和知识维组成的立体空间结构。

      1. 逻辑维
        运用系统工程方法解决某一大型工程项目时,一般可分为七个步骤:

        1. 明确问题
        2. 建立价值体系或评价体系
        3. 系统分析
        4. 系统综合
        5. 系统方案的优化选择
        6. 决策”决策就是管理“,”决策就是决定“,人类的决策管理活动面临着被决策系统的日益庞大和日益复杂。
        7. 制定计划有了决策就要付诸实施,实施就要依靠严格的有效的计划。
      2. 时间维
        对于一个具体的工作项目,从制定规划起一直到更新为止,全部过程可分为七个阶段:

        1. 规划阶段。即调研、程序设计阶段,目的在于谋求活动的规划与战略;
        2. 拟定方案。提出具体的计划方案。
        3. 研制阶段。作出研制方案及生产计划。
        4. 生产阶段。生产出系统的零部件及整个系统,并提出安装计划。
        5. 安装阶段。将系统安装完毕,并完成系统的运行计划。
        6. 运行阶段。系统按照预期的用途开展服务。
        7. 更新阶段。即为了提高系统功能,取消旧系统而代之以新系统,或改进原有系统,使之更加有效地工作。
      3. 知识维

        系统工程除了要求为完成上述各步骤、各阶段所需的某些共性知识外,还需要其他学科的知识和各种专业技术,霍尔把这些知识分为工程、医药、建筑、商业、法律、管理、社会科学和艺术等。各类系统工程,如军事系统工程、经济系统工程、信息系统工程等。都需要使用其他相应的专业基础知识。

    8. IETF集成服务(Intsery)工作组根据服务质量的不同,把玩temat服务分成了三种类型:

      1. 保证质量的服务(Guaranteed services):对带宽、时延、抖动和丢包率提供定量的保证。

      2. 控制负载的服务(Controlled—load services):提供一种类似于网络欠载情况下的服务,这是一种定性的指标。

      3. 尽力而为的服务(Best-Effort):这是Internet提供的一般服务,基本上无任何质量保证。

    9. 基于javaEE平台的基础功能服务构建应用系统时,JDBC、JCA和Java IDL可用来集成遗产系统。

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    李婧婧 

     安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801

    摘要: 通过对大型化工企业能耗情况和现有能源管理模式的分析,系统地介绍了能源管理系统的设计,主要包括能源数据集成、能源系统实时监控、能源管理软件开发和能源优化调度等,然后介绍了某大型氯碱企业能源管理系统的实施与应用情况。通过系统实现,在确保生产工艺流程平稳运行的前提下,实现企业能源系统的在线监控、集中管理与优化调度,从而有效地提高企业能源管理水平和能源利用效率,为单体设备、各生产装置和整个企业的多方位节能提供充分支撑。

    关键词:能源管理系统;化工企业;信息系统

    1 能源管理系统的设计

    化工企业使用的能源种类多,品位高低不等,主要的能源介质和载体包括燃料、电力、热能载体、耗能物流以及化学能输入和化学能输出等。尽管不同类型企业各种能源介质的比重不同, 但燃料、蒸汽和电力仍然是化工企业消耗的主要能源。除了采用新工艺、新设备,减低动力能耗、加强保温除垢之外,建立能源管理体系和建设能源管理系统是实现管理节能的两个重要手段,同时促进系统能量的综合利用。 例如,实施热电联产和采用变频技术可降低电耗,运用控制(APC)技术可挖掘装置生产潜能、降低单位产品能耗。 系统通过能源计划、能源监控、能源平衡、统计分析等多种手段,准确掌控企业能源,使节能工作责任明确,降低能耗,提高效益。

    系统的建设目标是:实现对各种能源介质和重点耗能设备的实时监控、控制、优化调度和综合管理,及时了解和掌握各种能源介质的生产、使用以及各种能源管网、关键耗能设备的运行工况,做到科学决策和调度指挥,确保生产与能源系统的安全、可靠、经济和有效运行。主要工作内容包括:完善能源计量仪表、自动化系统和网络系统,实现能源数据采集和能源系统实时监控;在实时数据库和关系数据库的支撑下,综合集成生产与能源系统各种相关信息,实现集能源计划、实绩、统计、考核和报表等多方位能源管理并挖掘企业节能潜力;在准确预测能源系统产耗存变化的基础上,通过建立能源系统优化调度模型,自动给出能源优化调度建议和方案,实现重要能源介质的优化调度和事前管理,在保证能源管网和设备安全的前提下,提高二次能源的回收率和利用效率,使得能源系统运行达到安全、经济和合理的目标。图1给出了系统整体功能架构设计。

    系统的基本功能架构包括: 

    (1)“适合实用”的能源数据采集网络 

    在现有基础上,按可靠性、冗余性和可实现性要求完善各级能源计量网络和化工企业的一、二级和重要的三级能源测量点及数据采集平台;借助企业已有数据采集网络基础,建立“适合实用”的能源数据采集网络系统,适应未来能流和物流高度集成的需求。 

    (2)“高度集成”的能源综合监控中心 

    覆盖与节能减排息息相关的各种信息,主要包括:各动力介质系统信息、固体燃料系统信息、炉窑、耗能设备和耗电设备信息、质量安全环保信息、生产关键信息、能源质量信息、能源计量数据等。涉及一、二级能源计量数据、重要的三级计量数据、生产关键数据。 集成实时监控、状态监视、历史趋势查询、安全设备质量报警、实时报表等监控功能,并将集成能源预测、能源管网模拟和能源优化调度等功能; 在与生产管理系统集成的基础上,实现管控一体化。 

    (3)“事前管理、事中监督、事后考核”为主线的能源管理平台 

    系统将实现从计划、调度、操作运行到统计、考核整个事务流的闭环管理。 做到“事前管理、事中监督、事后考核”。

    事前管理 

    与生产管理系统集成,获取生产相关信息, 并通过建立各工序各能源介质单耗模型,给出各工序各能源介质的生产和消耗计划, 实现“事前静态管理”;与能源优化调度系统集成,获取实时能源产耗预测信息和优化调度建议,实现“事前动态管理”。 

    事中监督 

    通过计划实绩管理、 调度运行管理、关键耗能设备管理和质量环保管理,实时跟踪计划执行情况和现场运行状况,在线动态调整能源平衡,实现能源管网和能源设备的在线监督;通过统计分析管理提供的强大数据挖掘和分析工具,对影响系统运行的各个影响因素进行对比关联分析, 准确指导在线能源调整和调度,优化能源生产工况。 

    事后考核 

    通过能源的统计分析管理、计量结算管理、考核管理和报表管理,及时获取能源定额和计划的执行情况、能源成本的变化情况、能源平衡的具体情况、能源设备的运行情况、能源质量环保和安全情况等, 在系统中严格按照公司管理流程和规定,对超额和节能现象进行奖惩,通过考核制度的严格执行,督促各相关单位节能减排的持续改善。

    (4)“准确可靠”的能源预测、平衡与优化调度 

    模型通过采集、监控和分析基础能流数据,建立能源预测与优化调度模型,对主要能源介质的生产和消耗进行准确预测,对主要能源介质管网进行在线动态模拟计算,给出重点能源介质优化调度方案,通过能源介质产、存、耗的动态平衡和优化调度,提高能源平衡水平和能源介质利用效率,实现节能减排增效目标。

    4 安科瑞工业能耗系统介绍

    安科瑞企业能源管理平台采用自动化、信息化技术和集中管理模式,对企业的生产、输配和消耗环节实行集中扁平化的动态监控和数据化管理,监测企业电、水、燃气、蒸汽及压缩空气等各类能源的消耗情况,通过数据分析、挖掘和趋势分析,帮助企业针对各种能源需求及用能情况、能源质量、产品能源单耗、各工序能耗、重大能耗设备的能源利用情况等进行能耗统计、同环比分析、能源成本分析、用能预测、碳排分析,为企业加强能源管理,提高能源利用效率、挖掘节能潜力、节能评估提供基础数据和支持。

    4.1 系统结构

    4.2 应用场所

    钢铁、石化、冶金、有色金属、采矿、医药、水泥、煤炭、物流、铁路、航空工业、木材、化学原料以及机电设备、电器产品、工器具制造等。

    4.3 系统功能

    4.3.1 可视化展示

    展示企业各类能耗总量、折标值、能源成本、能源消耗趋势、分项能耗占比、区域能源消耗对比,以及当前天气情况、污染情况,并三维展示企业重要工艺或工段的能源消耗动态。

    4.3.2 实时监控

    对企业各点位的能源使用、报警等情况进行实时的监控。以便企业用户能够实时的监测各个点位的运作情况,同时能更快速有效的掌握点位的报警。

    4.3.3 变压器监控

    展示各电压器的负载情况,从而可以为变压器配备情况进行科学合理的规划。通过各种运行参数状态下用电效能的对比分析,找出较佳运行模式。根据较佳运行模式调整负载,从而降低用电单耗,使电能损失降低。

    4.3.4 用能统计

    从能源使用种类、监测区域、生产工艺/工段时间、分项等维度,采用曲线、饼图、直方图、累积图、数字表等方式对企业用能统计、同比、环比分析、实绩分析,折标对比、单位产品能耗、单位产值能耗统计,找出能源使用过程中的漏洞和不合理地方,从而调整能源分配策略,减少能源使用过程中的浪费。

    4.3.5 产品/产值单耗

    与企业MES系统对接,通过产品产量以及系统采集的能耗数据,在产品单耗中生成产品单耗趋势图,并进行同比和环比分析。以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺,从而降低能耗。

    4.3.6 绩效分析

    对各类能源使用、消耗、转换,按班组、区域、产线、工段等进行日、周、月、年、指定时段绩效统计按照能源计划或定额制定的绩效指标进行KPI比较考核,帮助企业了解内部能效水平和节能潜力。

    4.3.7 能耗预测

    通过对企业生产工艺、生产设备等的能耗使用情况进行分析,建立能耗计算模型,根据人工智能算法对数据和模型进行修正,对未来企业能耗趋势进行预测分析,为节能提供有效的决策依据。

    4.3.8 运行监测

    系统对区域、工段、设备能源消耗进行数据采集,监测设备及工艺运行状态,如温度、湿度、流量、压力、速度等,并支持变配电系统一次运行监视。可直接从动态监测平面图快速浏览到所管理的能耗数据,支持按能源种类、车间、工段、时间等维度查询相关能源用量。

    4.3.9 分析报告

    以年、月、日对企业的能源利用情况、线路损耗情况、设备运行情况、运维情况等进行多方面的统计分析,让用户多方面了解系统的运行情况,并为用户提供数据基础,方便用户发现设备异常,从而找出改善点,以及针对用能情况挖掘节能潜力。

    4.3.10 事件报警

    持续监测设备和系统运行,对通讯失败、数据异常、定额超限、工艺参数异常越限、设备异常或故障进行报警,提醒企业注意和查找问题,并形成报警日志。

    4.3.11 移动端支持

    APP支持Android、iOS操作系统,方便用户按能源分类、区域、车间、工序、班组、设备等不同维度掌握企业能源消耗、效率分析、同环比分析、能耗折标、用能预测、运行监视、异常报警等。

    4.4 现场设备选型

    5 结语

    目前,能源管理系统正逐步在大型化工企业推广应用,是化工行业通过“两化”深度融合促进节能减排的具体体现。尽管各家企业的基础条件不同,生产与经营管理存在差异,在系统的建设广度和深度上可能存在差异,但是国家工信部对于工业企业能源管理中心建设项目的基本目标和功能已做了明确的要求。 因此,本文在总结浙江中控软件技术有限公司在实施能源管理中心项目经验的基础上,结合化工企业的特点,按系统建设目标和功能要求,设计了能源管理系统的功能架构,并给出应用案例,希望能对化工行业能源管理中心建设起到推动作用。

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  • 简介 整体解决方案 和利时经过22年的发展,已经形成的从控制层到...在生产执行层,我们可以提供久经行业考验的实时数据库和生产执行系统,为提高企业的管理效益,提升自动化水平和信息化水平,提供了有力的工具和..
    1. 简介
      1. 整体解决方案

    和利时经过22年的发展,已经形成的从控制层到制造执行层的整体解决方案。并能够最终与企业的ERP系统无缝集成,形成企业真正一体化的解决方案。

    在控制层,我们可以提供先进、成熟的控制系统,提供操作员仿真培训系统和先进控制解决方案,帮助用户实现安全、稳定的生产,提高生产效益;培训熟练的操作人员,进行工艺优化;提供先进控制技术,解决复杂控制问题。

    在生产执行层,我们可以提供久经行业考验的实时数据库和生产执行系统,为提高企业的管理效益,提升自动化水平和信息化水平,提供了有力的工具和手段。

    标准、规范的EPR接口,为MES和ERP的顺利对接提供了保证,为从PCS到EP三层实现信息流、业务流的统一提供了条件。

    整体解决方案功能架构及各种方案所解决的问题如图1所示:

    图1:和利时整体解决方案功能结构

    整体解决方案系统架构图如图2所示:

     

    图2:整体解决方案系统架构

     

     

    1. MES简介
      1. MES定义

    MES(Manufacturing Execution Systems),制造执行系统。位于上层的企业资源计划系统ERP与底层的工业过程控制系统PCS之间的面向厂(车间)级的管理信息系统。它以生产制造为核心,以提高整个企业的生产经营效益为目的。

    MES是通过传递信息,对从订单下达到产品完成的整个生产活动进行优化;MES依靠及时、准确的数据对工厂活动进行指导、启动、响应和报告;MES对条件变化的迅速响应,以及对减少非增值活动重视,使其能够提高工厂的生产效率,提高产品质量;MES可以提高生产价值的回报率,保障及时交货能力,保持合理库存量,加快库存周转,提高现金流转效率;MES双向地提供整个企业生产活动以及供应链的关键信息。

      1. MES作用及功能

    制造执行系统(MES)弥合了企业计划层和生产车间过程控制层之间的间隔,是制造过程信息集成的纽带。MES通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产,同时也为敏捷制造企业的实施提供了良好的基础。MES在企业生产整体优化中起到两方面的作用:一是把业务计划的指令传达到生产现场;二是收集生产过程中大量的实时数据并将生产现场的信息处理和上传。

    根据MESA对MES的定义,MES的11个功能主要包括:1.生产资源分配与监控;2.作业计划和排产;3.工艺规格标准管理;4.数据采集(装置在线连接采集实时数据和各种参数信息,控制系统接口,生成生产数据记录、质量数据、绩效信息、台帐累计);5.作业员工管理;6.产品质量管理;7.过程管理(过程控制、APC、基于模型的分析与模拟、与外部解析系统接口);8.设备维护;9.绩效分析;10.生产单元调度;11.产品跟踪。

      1. MES效益分析

    MES实施可以为企业带来丰厚的经济效益,如下表所示:

     

    定性分析

    定量分析

    • 减少/消除数据录入时间

    降低至30%-70%

    • 提高数据完整性

    提高95%以上

    • 减少生产数据统计工作

    80%的工作量减少

    • 减少书面作业损失

    平均降低了56%

    • 缩短制造周期

    缩短25%-45%

    • 降低库存量

    降低12%

    • 减少在制品(WIP)

    平均减少了24%

    • 提高产品质量

    产品缺陷平均降低了18%

    • 提高员工工作绩效

    工作绩效提高20%

    这组数据主要来自一些早期实施MES的公司,已经为MESA International的研究所证实。另外,MES还有助于企业减少加班,加快产品产出,增加生产的灵活性和灵敏性,以及降低成本。

    1. 生产企业MES解决方案
      1. 总体框架

    HOLLiAS MES系统自上向下分为五个层次:用户整合层、分析系统层、应用子系统层、生产管控平台层和数据中心层。如下图所示:

    HOLLiAS MES总体框架图

    1. 系统层次结构说明
    1. 用户整合层:通过统一的门户,采用灵活严格的权限设置,使企业内外的用户都能在这个平台上进行业务操作,实现全面的协作。
    2. 分析系统层:整合企业的所有有效信息,为管理层提供决策支持。
    3. 应用子系统层:基于SOA模式,由HOLLiAS MES的标准应用模块组成,可以根据企业需求灵活配置。
    4. 生产管控平台层:由应用建模平台、工作流平台、系统运行平台组成,是整个系统的核心组成部分和运行基础,该平台具有开放性和可扩展性,能满足企业不断扩展的业务需求。
    5. 生产数据中心层:由数据采集总线、实时数据库、分析数据库、数据访问服务组成。
    1. 适合中国国情的先进生产管理系统
    1. 以精益生产为核心管理思想
    2. 以ISA95标准为设计指导
    3. 以生产过程实时信息为基础
    4. 贯通计划层/执行层/控制层的管控一体化
    5. 实现物流、资金流和信息流的三流合一
    6. 支持基于跨地域、多行业的集团化管理模式
    7. 全方位的企业模型管理
    1. 基于SOA的先进技术平台
    1. 平台化:系统基于SOA的平台化设计,集应用建模系统、工作流系统、实时数据系统、系统运行于一体
    2. 先进性:采用最先进的软件技术,包括SOA技术、WEB技术、XML技术、中间件技术、软件组件技术等
    3. 安全性:系统具有全面的涵盖控制系统、生产数据、网络系统的安全性。特别是系统操作上提供了三级授权机制,即功能权限、操作按钮权限、数据权限,控制用户对功能、数据看全部、本部门或本人的数据记录,充分保证控制系统的安全性
    4. 可靠性:系统平台可靠、稳定,系统架构设计合理,具有断点续传功能,提供数据备份和离线查询,保证系统平台的可靠性达到99.99%
    5. 开放性:系统具有良好的扩充性。向下与DCS、PLC、SCADA等过程控制系统集成;向上系统具有统一平台,与ERP、CRM和SCM等应用系统集成,功能模块可根据客户需要灵活配置、扩充;对外系统提供XML开放性标准接口,方便与第三方软件如ERP、OA等集成。
    6. 分布式:完美的分布式应用部署和分布式数据管理,支持负载平衡,满足集团化企业的管理需求。
    7. 集成性:实现与生产自动化设备的集成;系统各模块有效集成,实现了数据的高度共享;先进的SOA服务模式,为有效集成第三方服务提供了保障
    8. 积木式结构:系统采用先进的SOA架构,就像积木每块积木就是一个服务组件,实现应用随需而变。

    1. 灵活的一体化设计
    1. 一体化设计: 一体化、规范化设计,实现平台化,工作流系统、建模系统、应用系统平台均具有规范化的接口,可独立运行,也可实现无缝集成
    2. 灵活性:提供灵活的“随需应变”策略,支持业务规则和界面的灵活配置。建模系统可按照用户需求建立用户业务模型,并将用户模型自动转化到应用平台上运行,根据业务需求变化快速重构系统
    3. 国际化设计:支持多语言灵活切换
    4. 易用性:建模系统保障了界面友好、风格统一,支持功能界面的任意字段作为查询条件、作为排序规则,操作方便
    5. 产品化设计:系统总结多年行业项目实施经验和企业自动化经验,提供了具有特色的实时信息系统
    6. 个性化设计:系统背景、样式、首页自启动内容提供个性化配置,用户可根据个人喜好定制
    7. 快速实施:系统“随需应变”的灵活性保障了实施的快速响应和服务质量
      1. 数据库设计
        1. 实时数据库设计

    HOLLiAS Bridge实时数据库的主要功能包括实时生产数据的采集、存贮、管理与查询。目前,单套实时数据库可以管理多达20 万点的实时数据,配合先进的历史数据压缩算法可以保存达10年以上的历史数据(保持时间与点数和数据存放空间有关);提供统一的配置管理,系统调试、安装好后,可以通过管理工具在单台机器上维护整个系统。支持开关量、模拟量、日期时间型、字符串、二进制等11种点类型;采集器支持网络隔离装置,数据单向传输,保证控制系统的安全;趋势分析功能提供实时和历史趋势查看功能,并能对多点或单点多时间段的数据进行对比分析;实时流程图提供实时流程图查看功能,图形方式查看,数据与生产现场同步变化,坐在办公室里就能随时了解生产状况;数据导出功能可以按照用户的定义,把部分历史数据导出到关系数据库中,轻松实现生产报表;丰富的、可扩展的设备接口,有效集成多种异构的协议与控制设备,目前提供的数据采集接口支持:OPC 协议、Modbus协议、CDT协议等,而且通过实时库接口API,可以很容易的针对特定系统接口进行定制开发;提供计算采集器,可以对原始数据进行计算,将计算结果作为新的点值写回到实时库中;开放的二次开发接口,能根据用户需要定制新的应用。

    实时数据库架构图

    1. 实时数据库性能指标:

    序号

    内   容

    性能指标

    1

    服务器容量

    最大支持20万点

    2

    数据存储时间

    大于10年

    3

    Web客户端用户数

    无限制,由网络及服务器负载决定

    4

    DCS接口机数

    无限制,由网络容量决定

    5

    数据采集更新周期

    0.001~30s用户可自定义

    6

    实时数据吞吐量

    ≥105位号/秒

    7

    年运行时间

    长期运行

    8

    数据类型

    整型、浮点型等10种

    9

    数据计算能力

    提供虚拟计算功能

    10

    系统最大画面数

    没有限制

    11

    画面支持汉字系统

    采用UNICODE编码:名称与描述等支持多国语言

    12

    报表及打印功能

    可定时或用户随时调用打印

    13

    可扩展性

    通过二次开发接口,灵活扩展系统功能

     

    1. 功能模块构成:
    1. 实时数据库:整个系统的核心,提供数据的压缩、存储、查询、管理等功能。
    2. 接口API:二次开发接口
    3. 管理工具:对实时库进行配置管理的工具
    4. 各种采集器:底层设备接口,从不同的控制系统中采集数据
    5. 离线日志和离线数据:系统调试、诊断工具
    6. 服务管理器:管理实时库系统中的服务,配置启动参数
    7. 流程图:实时现场模拟图查看
    8. 趋势:实时和历史趋势对比分析
    9. 报警:超限报警及报警统计
        1. 关系数据库设计

    关系数据库采用微软的SQL SERVER数据库,它是当前应用最广、技术最成熟的一种数据库,也是目前各类数据库中最重要、最流行的数据库。在紫金铜业能源管理系统中,关系数据库的主要功能是:

    • 为系统提供统一的数据源;
    • 保证数据的一致性和准确性;
    • 为重要数据的后续应用提供保障;

     

      1. 数据采集
        1. 控制系统数据采集方式

    自动化控制系统DCS/PLC具有标准的数据通讯协议,其数据采集方式是使用一台计算机作为数据采集网关机,通过数据采集网关机实现实时数据库服务器和控制系统的连接,具体连接方式为:

    DCS/PLC操作员站安装数据通讯接口服务软件OPC Server,增加一块网卡,设置成与DCS/PLC不同网段,通过网线将DCS/PLC操作员站连接到数据采集网关机,距离远的需通过光纤连接。数据采集网关机会将采集到的数据送到实时数据库中。

    数据采集网关的目的在于减低操作站负荷,网关的存储转发功能,使得当网络故障时,过程数据存储在网关机。当网络恢复后,网关机自动将本地数据存储到实时数据库。这保证了数据不丢失。由于网关具有隔离控制网与管理网的作用,具有更高的安全性,保证控制系统的运行安全。

    控制系统采集图

        1. 智能仪表数据采集方式

    改造后的水表或者二、三级电表是具备通讯接口的智能仪表,根据所具备的通讯接口类型采用不同的采集方式:

    如果所要采集的智能仪表所具备的通讯接口采用的是能够进行远距离传输的通讯协议(如以太网的TCP/IP),则直接通过相应的通讯线路传送到数据采集服务器上,由数据采集服务器实现数据采集。

    如果所要采集的智能仪表所具备的通讯接口采用的是不适合远距离传输的信号(如RS485、RS422、RS232等),则可以采用通讯转换模块设备进行协议转换实现数据的采集,然后将转换后得到的数据进行通讯转换,转换为TCP/IP等适合远距离传输的通讯协议,再通过相应的通讯线路传送到数据采集服务器上,由数据采集服务器上的数据协议转换软件进行数据协议的转换,实现数据的采集。

    具备通讯接口的仪表均通过RS485通讯方式进行数据通讯,因此可直接采用通讯转换模块设备进行协议转换实现数据的采集,然后将转换后得到的数据进行通讯转换,转换为TCP/IP等适合远距离传输的通讯协议,再通过相应的通讯线路传送到数据采集服务器上,由数据采集服务器上的数据协议转换软件进行数据协议的转换,实现数据的采集。

    这种仪表数据采集的方式如下所示:

    智能仪表采集图

     

        1. PLC数据采集方式

    PLC数据采集分为两种情况:一种情况是有上位机,这样可以通过上位机的SCADA系统进行数据采集,数据采集方式同控制系统一样;第二种情况是没有上位机,这样就需要从PLC通讯端口直接进行数据采集,数据采集方式与智能仪表数据采集方式类似。

        1. 电气系统数据采集方式

    电气保护系统具有标准的数据通讯协议,其数据采集方式是使用一台计算机作为数据采集网关,通过数据采集网关实现实时数据库服务器和电气系统的连接,具体连接方式:

    通过在电气通讯柜选择一空余通讯口,通过串口通讯线连接到数据网管机上用于传输过程数据。每个数据采集点配置一对光纤收发器,一个连接数据采集网关,一块连接接入交换机。

    这里增加数据采集网关的目的在于减低操作站负荷,网关的存储转发功能,使得当网络故障时,过程数据存储在网关机。当网络恢复后,网关自动将本地数据存储到实时数据库。这保证了数据不丢失。由于网关具有隔离控制网与管理网的作用,具有更高的安全性,保证控制系统的运行安全。

    电气系统采集图

        1. 数据采集与数据矫正

    和利时MES系统通过数据采集和数据校正建立工厂实时/历史数据库,统一企业内部不同供应商提供的硬件平台,进行实时数据采集、存储和发布,向应用系统提供生产现场的各种基础数据。实现现场能源数据的实时/历史趋势记录,实现能源指挥中心对各生产工艺环节的生产和设备的过程可视化。对分布的实时历史数据进行计算(基于时间段的累积、求平均、求最大最小值、状态分析统计等)。

    能源数据采集系统是将生产现场的DCS(PLC)控制系统、能源计量仪表等现场工艺、监测数据通过数据接口(数据通讯协议或者硬件数据采集模块)由网关进行数据采集,并单向传递给实时数据服务器,以特定的压缩算法保存在MES实时库中。同时通过STS(实时库到实时库)数据传输服务将实时数据传送到公司实时数据库中,实现公司对各生产厂的实时安全、生产过程监控。

    实时生产数据采集的原理构架如下图。图中,实时数据通过网关接口以UDP 数据包的形式发送到管理网络,管理网中的前端工作站直接对实时数据包进行解析来反映给各级管理者;实时数据服务器接收到数据包后,对其进行分析、计算,并定期存储至数据库中。

    由于实际控制系统的复杂性和不可避免的干扰,造成数据采集系统采集到的实时的数据不可避免的存在误差。因此在使用相关数据进行决策和分析前,必须进行数据校正。数据校正功能是剔除和修正不合理的数据,添加一些未测变量,能有效提高数据质量为系统数据分析和决策提供可靠性保障。数据校正包括:

    数据追加:当由于网络、网关故障等问题造成网关机无法及时读取时,需要进行实时数据追加,保证实时数据的连续性。如果是网关到现场系统(设备)数据读取正常,到服务器间出现故障导致无法及时将实时数据写入实时库中,则数据采集程序会将未写入实时库的数据暂存在网关上,当故障恢复后,采集程序自动向实时库中追加暂存的实时数据。

    数据追加示意图

    数据修改:当现场仪表、变送器等出现故障(或收到干扰)导致控制系统数据异常时,可以将已经读取到实时库中的实时数据进行修改,保证实时数据的准确性。

    数据采集与矫正表现出以下特性:

    1. 数据采集的正确性和及时性

    数据采集系统采集的实时数据应与控制系统数据一致且基本同步,采集频率为1秒,且更具实际数据要求能够自定义采集频率(自定义的采集频率为正整数秒)。

    1. 具有良好的数据压缩性

    数据采集系统支持多达20万点的实时数据采集,历史数据库把实时数据以文件形式进行存储保存,数据保存时采用了先进高效的数据压缩算法,通过逻辑压缩和物理压缩两级压缩保证了极高的数据压缩比。可以很好保证有效合理的数据存储及快速查询。

    1. 开放的数据接口

    实时数据库提供开放的API数据接口,使用户可以直接访问历史数据。同时,可以通过数据导出定义器等工具直接将实时数据实时导入到关系库中,便于统计分析。

    实时数据库具有功能强大的STS(实时库到实时库)数据传递服务,可以方便的将各个分厂的实时数据在保存到分厂实时数据库的同时传递到公司实时数据库,从而实现在公司层面上进行可视化的数据监控和分析。

    1. 系统安全性

    数据采集系统稳定性高,可以确保7×24小时不间断运行。由于需要通过网络连接多套控制系统,因此采取网关加双网卡用不同IP地址段的形式将各个控制系统网络相互隔离保证控制系统之间不产生相互干扰,确保各控制系统的IP地址、机器名不冲突不重复,保证制系统安全。

     

      1. 网络架构

     

    网关机:负责从各个DCS或PLC中采集数据,送到实时数据库中;同时充当管理网络与控制网络之间的网关。采集器与实时数据库之间的网络出现问题时,数据会先保存在网关机上,当故障网络恢复正常时,保存在网关机上的数据会自动上传到实时数据库服务器上,保证所采集数据的完整性。

    数据库服务器:负责存储生产数据,用于数据展示。并对数据进行初步处理。负责保存配置数据和MES系统的历史数据

    应用服务器:为各个软件模块提供服务。

    WEB服务器:负责进行各种功能模块以及MES与ERP、OA接口服务的运行,并把系统的结果进行发布,通过WEB服务器,客户端通过浏览器的方式进行对MES系统进行访问。

    1.  功能模块介绍

    1.1.       实时监控

    1.1.1.   实时流程图监测

    以系统流程图的方式实时监测生产线参数,管理者在办公室就能实时了解整个企业不同控制系统和整个企业生产现场的实际情况。如出差在外,通过Internet在任何地方亦可实时访问。

    生产工艺监控

     

    生产过程监控(一)

     

    生产过程监控(二)

    能源监控

     

    蒸汽管网图一

    蒸汽管网图二

    电力监控

    关键设备监控

    对关键设备(比如闪速炉、转炉、阳极炉、SO2风机、制氧空压机、膨胀机、动力汽轮发电机等)的运行状态、运行性能、实时能耗进行监控。

     

    重要设备监控

    安环监控

    对影响能源安全的因素实现实时监控,对能源转换及使用过程的放散实时监控。

     

    危险源监控图

     

     

    安全环保监测

    安全保卫监控

    对重大危险源及关键工段的视频监控集成至能源管理平台,以便故障发生时及时调用视频监控信息,了解现场情况,做出准确决策。

     

    视频监控图 

    1.1.2.  流程图回放

    通过流程图回放功能,综合分析某一生产数据或某些生产数据对其它数据的影响。

     

    1.1.3.   实时趋势与历史趋势

    查看某项指标的变化趋势,便于相关人员对分布于不同PLC和DCS系统的关键历史数据的进行对比分析,对关键技术指标做出科学、合理的调整,以提高产品质量、提高生产效率、提高产品的竞争能力。

    对重要的生产和工艺参数,不同工序的生产数据,客户可以进行数据整合组态,可组态在一张趋势画面上进行对比、分析。可同时在一张趋势画面上进行多点趋势对比分析。

    历史趋势,客户可以选择任意历史时间段,采集周期,进行查看历史趋势。

     

    1.1.4.   报警

    对关键数据超限报警或组合条件报警。用表格的方式将报警的触发条件和参数输入到报警数据库中,包括开关量变位报警、模拟量的实时数据报警、偏差报警、变化率报警等声光报警。

    模拟量报警参数设置包含:报警值的高限、高高限、低限、低低限等报警,对报警确认方式有手工确认和自动确认两种。

    重要工艺参数报警

    1.1.5.   实时报表

    报表查询功能模块能够实现企业的生产报表查询功能,包括日报查询和班报查询功能,报表的种类和样式由报表组态软件灵活设置。系统提供各种来自于各种工业现场的统计功能。

    1.2.       生产计划

    提供对主生产计划、作业计划、需求计划等的全面管理,包括多种生产计划的制定、调整、执行、跟踪和归档。

    生产计划包括中长期(年/季)生产计划、月生产计划。生产计划信息可以由ERP系统转入,也可以由生产调度中心录入/维护。

    作业计划是企业生产计划的具体执行计划,系统通过多级多层次的生产作业计划管理,将厂级生产计划转化成车间级、工序级的生产调度计划,并将计划细化分解到作业工位,实现精细化生产作业计划管理。作业计划级别包括:厂级、车间级、工序级;层次包括:生产作业计划、车间作业计划、工序作业计划。

    系统包括对投入、产出、进度、物料、能源、设备、人员等多种生产要素需求计划的全面管理。

     

    主要功能

    l 生产计划、作业计划的制定、追加或调整

    l 由生产计划生成物料需求计划、能源需求计划

    l 生产计划由年度到季度、由季度到月度的分解

    l 精细化、多层次作业计划管理,包括生产作业计划、车间作业计划、工序作业计划

    l 批次生产作业计划管理

    1.3.       生产调度

    调度指挥系统根据公司生产目标(计划)以及生产过程中的原料、产品、质量、设备、公用工程等多方面的信息,下达生产调度指令、安全指令的执行情况并进行监督、检查,结合现场工艺状况形成新的生产指挥调度信息,记录生产情况,纠正执行中的偏差,就具体问题召开部门内部及跨部门和单位的生产协调会议,发出通知通报,实现组织,协调,平衡,指挥,督办的作用,使生产制造活动稳定持续进行。

     

    1)调度值班日志

    值班人员要详细记载值班情况,做好交接班记录。交接班内容为:

    1.  领导指示及执行情况。

    2.  本班生产计划完成情况。

    3.  本班运行中出现的问题以及处理的经过和结果。

    4.  设备的运行情况。

    5.  下一班工作的重点及建议。

     

    生产调度台帐

     

    调度日志

    2)调度巡查

    依据调度管理制度等,值班调度以现场巡检、调度室关键部位24小时电视监控、电话询问及事故时的现场指挥实施对生产过程的调度协调工作,并及时记录巡检、督查情况,为及时、准确协调生产和考核提供依据,并根据需要生产:调度巡查记录表、调度巡查考核表等报表。

    3)调度会议及督办事项

    调度系统会议,是掌握生产情况,研究措施,解决问题,发挥计划、协调、平衡、指挥职能的重要途径。目的是为分析和应对市场变化、找出产生产工作中存在的不足,提出解决方案,统一思想及行动,最终使各类问题能够得以及时解决落实,确保产运销平稳、有序、健康、持久的运行。会议质量的好坏直接关系到调度系统功能的有效发挥,决定着整体运营的质量和效果。

    调度会议及督办模块要求对调度会议的相关内容做详细的记录,能灵活方便的查询,并对会议要求督办的事宜进行跟踪监控,保证会议成果落到实处。

    4)调度指令

    调度在进行调度协调指挥时,将做到调度指令的下发、接收和执行情况反馈构成闭环调度管理系统;调度系统对调度指令将通过本系统下发、传达到相应岗位;用于创建及发送调度指令。调度指令本身可以是一段文本(此时,调度指令也可以通过短息平台发送到相关人员的手机中),也可以通过附件方式传送文件来提供更详细的信息。

     

    调度指令到达提醒

    通过使用消息机制,当一个调度指令创建并发送后,系统会通过多种方式提示该调度指令的接收用户,以保证调度指令下达的及时性。

    调度指令查看和确认

    用于调度指令的接收用户查看调度指令的详细信息,并可信息回复或直接确认该调度指令。系统记录每个接收用户查看调度指令的时间、回复信息以及确认时间。调度指令的发送用户可查看各接收用户对该调度指令是否已查看、是否已确认以及具体的时间等。

    调度指令查询

    所有调度指令的下发将被记录;系统提供多种方式的调度指令信息列表供用户查看检索,包括未确认调度指令列表、发送列表、接收列表等。系统提供查询工具供用户进行自定义查询,用户可根据调度指令的发送时间、发送用户、接收用户、标题与正文内容等多种条件进行组合查询。

    5)调度交接班

    实现调度日志的交接班。

     

    6)事故记录

    对各种安全或非安全事故做详细的记录,并对事故的处理情况进行跟踪监控。

     

    7)调度预案

    通过深入整合安全生产各类调度资源,建设调度应急数据库,当遇到停电、停水、停气,出现重大质量事故、工艺事故、设备事故、人身伤亡等事故时或异常生产时,调出相应的调度预案,启动调度预案执行,并将需要执行的预案信息发通过短信平台发送到相关人员的手机上。调度应急数据库包括应急队伍数据库、应急资源数据库和预案数据库。调度预案文档需要龙蟒集团相关人员整理。

    1.4.       生产统计

    收集各类生产过程数据,提供基于报表的对于原料、中间产品、产成品、消耗、装置与设备运行、重要过程参数等项目生产数据统计、发布、查询功能,对生产计划进行跟踪和比对,反应生产运行情况,使管理人员及时全面地了解企业的生产运营情况,为考核提供依据,为生产决策提供支持。

    系统提供报表生成工具,用户可根据自己的需要定义/生成自己的报表,加入报表库,像系统报表一样进行管理使用。

    1.5.       能源管理

    通过建立网状能源计量体系,全面监控企业能源消耗及管网运行情况,实现能源监测和计量自动化,达到信息共享、自动数据处理和分析的目标。通过能源的管理和考核,挖掘节能潜力,提高能源利用率,促进企业节能降耗增效。

     

    主要功能

    l 建立企业的能源计量网络,提供直观、便捷的能源管理模式

    l 对企业内部水、电、气、汽等能源资源进行管理,监控生产运行能源的产耗

    l 与生产调度系统密切结合,完成生产与能源的协调管理,合理利用资源、节约能源

    l 提供能源需求预测与计划,接收管理层下发的能源计划,通过对计划与实际的能源产耗的比对,寻找节约能源途径

    l 灵活的能源表损、管损平衡策略,可对任意能源计量点设置平衡策略

    l 对企业能源产耗成本、能源产耗定额进行管理

    l 实时监控产品能源单耗、各工序能耗、大耗能设备的能源利用

    1.6.       设备管理

    针对企业主要生产设备从购置计划、到货、使用、保养、维护到报废整个生命周期各个阶段的有关信息进行收集、整理、分析,实时监控设备运行状态,建立设备台帐,将设备的日常维护、运行、点巡检、润滑、维修等都纳入到系统,使设备的动、静态信息能集中到一个平台进行管理。

     

    主要功能

    l 实时监控设备运行状态,直观显示所有设备的运行状态、运行参数,并可切换到相应设备的工艺画面

    l 设备购置申请与到货验收

    l 建立完整、规范的设备档案,及时维护设备台帐,记录设备静态信息和动态信息

    l 建立定期点检、巡检、润滑操作规程,实现预防性设备维护,保障生产的连续安全运行

    l 建立设备管理的知识库,全面记录设备的维护、维修、检查、事故与故障处理信息

    l 设备调拨与报废

    l 特种设备管理

    l 备品备件管理

    1.7.       质量管理

    基于全面质量管理的思想,为企业建立完整的检化验标准体系,通过对产品整个价值链的质量管理,包括从原材料检验、中间品检验到产成品检验的全程质量控制和跟踪,记录完整的质量数据,跟踪质量变化,通过历史数据分析对可能产生的质量问题进行预警,确保产品的质量稳定和品质合格。

     

    主要功能

    l 建立质量检验规范和标准

    l 自动生成各类检化验报告

    l 对产品从采购、生产到出厂全生命周期的各环节进行严格检验并按批次记录,实现全方位质量跟踪追溯

    l 品质评判

    l 各类质量分析图表

    l 过程能力指数计算

    l 基于计量和计数的统计过程控制

    1.8.       安环管理

    安全、环保生产是企业生产管理的重中之重,从管理制度建立、员工安全生产培训、安全预案建立以及事故处理,都需要进行梳理流程规范化。安环管理是通过对生产现场的实时监控(包括生产数据危险源监控火灾报警视频监控安全巡防环保数据监控),实时了解各生产单位的生产情况,避免违规作业,确保安全生产。并通过生产数据报警在调度中心和相关领导的计算机中显示、报警,,通过应急预案,指挥相关人员采取相应的措施,从而保证设备、人身的安全。

    危险源监控:通过对生产运行中的危险物料和危险装置进行实时数据检测,当这些易燃易爆及毒害物料的泄露时,系统展现声音报警,同时结合视频监控摄像头信息,并通过调度平台系统通知相关人员,采取对应的应急预案高效快捷的发生的事故进行处理。

     

    安全应急预案:通过深入整合安全生产各类应急资源,编制和管理各级应急预案和重大危险源应急预案,建设应急数据库,在报警时打开相应的应急预案(在事故发生时调出相应的应急预案),启动安全预案执行,并将需要执行的安全预案信息发通过短信平台发送到相关人员的手机上。安全应急数据库包括应急队伍数据库、应急资源数据库和预案数据库。

     

     

    1.9.       绩效管理

    以生产统计为基础,定义企业生产相关的关键绩效指标(KPI),检测这些指标的实际值与期望值的吻合程度,并将被考察指标的实际值与期望值的差异以直观的形式展现给用户,为各生产部门的班组、人员绩效考核和企业的综合绩效分析提供依据。

     

    主要功能

    l 多层绩效指标体系的定义,包括指标的编码、名称、计量单位、计算方式、统计类别等基本属性的设置以及该指标关联的参数点和计算公式

    l 数据源的定义,即定义指标的数据来源及访问方式

    l 指标查询和分析

    1.10.权限管理及WEB发布

    n  对MES功能模块进行发布,供客户端通过IE浏览器进行访问。并可以通过外网固定IP地址及路由器等设备实现互联网访问。

    n  通过权限设置,让不同的人员访问不同的内容,以实现分级管理

    发布后,各分厂和公司领导、相关部门都可能通过IE浏览器,看到相关信息,各种权限根据公司具体的管理进行设定。

     

     


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  • 自然语言处理与企业对话系统设计

    千次阅读 2022-03-16 17:29:45
    本文分享的主题分为两个部分,第一部分内容是关于企业级对话系统的简介,第二部分探讨对话系统和自然语言处理技术结合的领域。 1. 企业对话系统 我们首先来介绍一下企业级对话系统。谷歌的 CEO 桑达尔 16 年曾...

    原创:晏茜
    资料来源:李俊

    本文分享的主题分为两个部分,第一部分内容是关于企业级对话系统的简介,第二部分探讨对话系统和自然语言处理技术结合的领域。

    1. 企业对话系统

    我们首先来介绍一下企业级对话系统。谷歌的 CEO 桑达尔在 16 年曾发表言论,人工智能将通过各式各样的智能助手来改变我们的生活方式。现在,智能助手切实存在于日常生活的方方面面。举个简单的例子,以前,我们在获取城市的交通拥堵的情况最主要的方式是我们的交通广播,而现在我们可以通过各式各样的 APP 准确的获取所在城市的实时交通情况,这是属于智能助手的具体应用。

    在当前自然语言处理和人工智能技术取得重大进步的前提下,Chatbot 机器人是比较有意义的。艾瑞咨询的研究报告显示,对用户而言,他们对于 Chatbot 的关注点中,排在第一位的是 24 小时的服务。不管各行各业,如果他的电话服务中心(call center)全部采用人力去维护或者提供 24 小时的服务,其实对他的成本消耗是非常大的。而如果我们的机器人足够智能化,它就可以代替人力提供 24 小时的服务,从而降低了成本。从这个角度来讲,它产生的收益是显而易见的,也是符合消费者当前的预期或消费者对于交互的需求的。

    消费者对于 Chatbot 机器人的能力要求中,排在第二位的是及时的回复,排在第三的是能够直接回答一些比较简单的问题,排在第四的是比较友好的或比较容易的沟通,排在第五的是能快速的处理一些投诉,排在第六的是优质的客户体验。

    从这些角度可以反观到,我们在构建 Chatbot 机器人的时候,应该从哪些方面进行提升?

    据 2021 年第一季度发布的数据统计,63% 的顾客能够接受线上沟通的方式,也就是说,63% 的顾客愿意和机器人进行沟通。大概有 80% 的公司,愿意使用 Chatbot 机器人。大概有 50% 的企业,愿意在他们的用于 APP 开发的成本中,增加对于 Chatbot 的研发投入。如果我们开发的 Chatbot 机器人足够优质,那么,它带来的对于整个行业或者整个技术环境的人力成本的缩减将可达到 80 亿美元的数额。

    这组数据足以说明,Chatbot 在未来是比较有发展前景的。近年来,很多自媒体都在唱衰人工智能的落地,但是如果我们仔细去了解这个行业,或者说去了解一些企业的业务情况和需求的时候,我们可以发现其实整个人工智能的落地,特别是我们今天要讨论的自然语言处理的推荐和对话,在我们日常的工作环境中其实是有很多的应用场景的。而且推荐这种表现形式也是可以放在对话环境里面去做的。所以,对话系统是整个 AI,特别是自然语言处理落地的非常典型的场景。

    对话系统的类别

    对话系统到底是怎样分类的呢?一般而言,我们可以从两个维度划分,一个是从任务的类型,另一个是从应用的领域进行划分。如果从任务的类型进行划分,我们可以将对话系统分成任务型和 QA 型,以及闲聊型。闲聊型一般不会有上下文的联系,单轮即可实现,QA 型一般是可以一次性解决的交互,比如顾客想询问怎么退货,或者怎么办信用卡,任务型一般会涉及到多轮的交互,比如我想定一个闹钟,那么我告诉我的智能助手或者机器人我的诉求,它会反过来问你,你想定哪一个时间。第二个维度是按照应用的领域来划分,也可以分为两类,一是开放域,开放域也就是没有特定的应用场景。第二个是垂直领域,比如电商领域中负责婴儿产品的机器人,负责金融领域的机器人,负责交通的机器人等等。

    举两个例子,第一个例子是京东的机器人,第二个是智能助手。许多公司都有自己的 OA 系统。OA 系统一般以弹窗的形式存在,点击会弹出一个对话界面,在对话界面可以问一些常见的问题,比如,怎么报销,出差补助怎样计算等一类问题。相对来说,这种对话机器人是比较容易实现的,它集成了任务型和 QA 型的对话能力,比如,如何补签到这种通过一轮交互就可以直接给出答案的 QA 型,还有订机票的任务型对话的应用场景,比如我们想订机票,机器人可能会反问你,你想订机票的日期和时间,某些公司还有专门的订票系统,当你输入订机票的指令时,它并不会返回答案,而是直接返回一个菜单,你可以通过点击菜单,链接到公司的订票系统进行机票的预定。

    上图演示了基于知识图谱的 QA 型对话系统,图中姚明这一节点有很多的属性,比如他和王治郅是队友,他是上海交大经济与管理学院毕业的学生,他的出生年月日,他的身高,他曾为哪个 NBA 球队效力等。作者已将该知识图谱作为免费开源使用的资源,我们可以通过这种图形化的界面去访问,也可以调免费提供的 API,访问地址如下:

    https://www.ownthink.com/knowledge.html

    以上对话进一步展示了 QA 型对话系统的应用场景。

    KB-QA 是基于知识库的问答。KB 即 Knowledge Base,是指知识库是以表单的形式来做存储的。KG 即Knowledge Graph,上图所示的图谱就属于 Knowledge Graph 的存储方式。无论哪种方式,只要你的后端都是以结构化后的数据作为引擎,或者引擎的一部分的,你都可以把它叫做 KB-QA。

    Text-QA 是指给你一篇文章,再给你一个问题,这个问题往往是基于这篇文章来问的,那么你的答案就是根据这篇文章得到的答案。你的答案要么是从文章里面去截取的,要么就是你希望算法能理解这篇文章,然后再去做文本的生成,这是两种不同处理的技术方向。那么如果它是提取的,我们就可以采用抽取式的算法来实现,如果它是生成的,我们可以采用 NLG(自然语言生成)的一些技术来实现它。

    AnyQ 是百度开源的问答系统框架。AnyQ 的基本的框架来自于上图。这个架构分成两级,分别叫做粗排和精排,也可以叫做召回层和排序层。

    上图展示了 AnyQ 框架的每一个子模块所包含的功能块。

    当我们的问题出现之后,需要经过问题的分析与处理,那么分析与处理包括哪些内容呢?比如词性标注、NER 等,然后再进入检索层,那么检索层怎样来实现检索呢?有两个方面,右边是 FAQ 的 query 对去做最基本的检索,左边有孪生网络来训练的判断句子相似度的工具,也可以帮你去做检索。Matching 层,也就是精排的这一层,也是基于语义的孪生网络,可以通过不同的语义相似度,比如 BM25、余弦相似度,最终返回你的答案。这是 AnyQ 的最基本的一个流程。这一套流程其实可以复用到很多的场景里面。

    阅读理解是在工业领域和我们的工作中应用最少的,因为它对于训练数据的要求太高了,可能在一些自然语言处理的比赛中会经常有阅读理解的场景,但是,当你真正走入工作岗位中,很少或几乎没有哪个公司想要在他的生产环境中使用阅读理解算法。阅读理解算法的可控性差,它的使用很可能会给企业带来一些法律上或业务上的风险,所以很多公司都不太愿意把这样的不成熟的技术放在他的生产环境中。阅读理解算法也是一个研究的重点或难点。因为构建一个机器人最理想的状态是它能够像人一样,我们给它一篇文章,它能够理解这篇文章,并做出对应的回复,这是我们整个人工智能或者说计算机科学的比较高的目标了。做学术的同学可以更多地去关注阅读理解算法的领域。当然,阅读理解算法在工业领域或我们的工作岗位上也并不是完全不可用的,我们也可以换个角度去使用它,比如,我们在去做检索或推荐的时候其实是可以使用的。举个例子,我们开发一个写作助手,或者写作提示,如果我输入了一段话,接下来该说什么,写作助手可以根据前文的这些输入,然后结合阅读理解算法生成一些候选的文本提供给用户选择。这样的方式丰富了它的应用的场景。

    2. Chatbot 与自然语言处理的结合点

    第二部分的内容会讨论 Chatbot 和自然语言处理技术的结合点。

    一个好的机器人应该具备哪些自然语言处理的技术呢?它应具备像人一样去理解我们的问题的能力,同时它也应当具备可扩展的能力,也就是说,当你在训练的时候,你给它的可能是比较标准的数据,但是当用户的语言发生改变,这个时候它应该也能比较灵活的去处理这样的变化。所以,这其实就要求机器人的自然语言理解模块必须具备一定的泛化能力。

    我们一般理解的机器人的终端都是通过文字输入的方式,而其实也有很多场景是通过语音的交互来实现的,也就是说我们先要做预案,然后通过语音识别解析成文字,得到文字之后,我们再通过一些工具把它转成语音,这种应用主要是针对一些中老年的用户人群。

    以上流程图展示了语音交互的的过程。从语义的解析,到自然语言理解部分,再到对话管理模块,然后对话管理模块再指导语言生成,最后从语言转成录音。

    首先问题出现,通过 ASR 也就是语音识别技术得到文字“我要定云海肴中关村店”,通过问题的分析和自然语言理解,我们能得到说话人的意图是预定饭店,地址在中关村,以及餐馆的名字是云海肴,我们首先要定一些槽位,槽位怎么理解呢?就是你除了告诉机器人餐厅的地点和名字,还要告诉机器人有多少人就餐,什么时间来用餐,你的联系电话是多少,在这里槽位至少是这五个必备信息。当我们输入了“我要定云海肴中关村店”这句话,我们的意图已经可以被判别到了,还告诉了机器人饭店的名字,还有地点,那么用餐的时间,你的电话号码以及用餐的人数是多少,这三个信息还没有。这个时候就要靠我们的对话管理模块,当我们的的这些槽位没有填充的时候,机器人就会不断的去询问你,你的电话号码是多少,有多少人用餐,以及用餐的时间。当我们把所有的槽位都填充好了之后,就可以执行我们的action了。这个action可以采用语言生成的方式去生成答案,也可以采用模板的方式来申请答案,再通过文字转语音,获取答案列表。这是整个语音交互全流程的实例。

    此处贴取了两段代码。首先导入 spacy 这个包,然后再去做分句,你输入了一段话,它可以自动的去提取一些实体,比如这里输入“Amazon is investing $1,000,000 in Africa”,亚马逊在非洲投资了 100 万美元,这里机构名是亚马逊,投入的金额是 100 万美金,地点是非洲,机器人比较完备的把这些信息提取出来,这就是实体提取的过程。我们可以把实体的提取作为自然语言理解中的槽位的提取,也就是 NER 的技术。当然,在中文领域,也有一些这样的工具,比如哈工大开源的一个组件LTP也能实现这样一些最基本的功能。

    这里给大家补充一下模板的知识。只要做过这方面的工作,你就会发现规则是比当前任何模型在大部分场景都更有效的。那么模板的方式怎样来实现呢?其实这个问题可以作为一个开放的问题,因为模板的实现方式是多种多样的。

    举例来说,此处的模板是按照关键词来实现的,假设语句中出现了关键词,那么我们就可以把它匹配上,假设没有出现这些关键词,那么就相当于没有匹配上,我们的分数就会很少。那么都出现了关键词的情况下,我们如何来突出它们的相关性呢?除了把模板中的内容提取出来,其余的辅助词可以帮助我们做对应的减分。假如我们的模板语句是“我喜欢吃火锅”,一名用户输入了“我喜欢吃火锅”,而另一名用户输入了“我喜欢吃广州的火锅”,那么“我喜欢吃火锅”对比“我喜欢吃广州的火锅”,很明显前者与我们问题库中的语句是更相近的,也可以说是一模一样的。那么如果我们的模板只配了“我喜欢吃火锅”,你就会发现“我喜欢吃火锅”和“我喜欢吃广州的火锅”两句话都是可以完全匹配上的,但是很明显“我喜欢吃广州的火锅”是有文字的冗余的,它输入了更多的无效的信息。这个时候我们可以基于模板进行设计,首先从模板里面提取出关键词,然后针对剩余的辅助词去做相应的减分,每多出现了一个词,我们就减去0.1分,那么这个时候我们就会发现,基于以上逻辑,“我喜欢吃火锅”的分数会比“我喜欢吃广州的火锅”的分数高,那么在精排的时候,我们就可以把“我喜欢吃火锅”排在前面,这就是一个简单的模板匹配的使用场景。

    在模板的关键词中我们还要考虑一些同义词,我们可以在关键词里面去维护我们的同义词,这样在模板中去引用关键词的时候,它可以自动的去映射它的同义词关系,这个时候就可以解决这样一类的问题。同样,我们还可以在问题构建的时候去维护它的一些相似问题和关联问题。

    Chatbot 有一定的局限性,比如,冷启动问题,不能像人一样灵活,或者在一个任务中,它跳出了另一个任务。当前,我们的 Chatbot 比较难去解决这些比较复杂的场景,但是大部分的场景,比如一般的 QA 或者说一般的资讯类任务,我们的自然语言处理技术或者 Chatbot 机器人在这些场景上的技术还是比较成熟的。

    以上是关于自然语言处理与企业对话系统设计的相关内容,欢迎批评指正。

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    千次阅读 2019-01-02 11:05:30
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    万次阅读 多人点赞 2020-12-19 10:11:33
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    万次阅读 多人点赞 2019-04-15 22:33:47
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    万次阅读 多人点赞 2019-01-08 16:52:39
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    千次阅读 多人点赞 2020-12-02 18:32:24
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空空如也

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在进行企业的生产系统设计时