文档介绍：2017/11/12
CIMS和CIPS技术与应用
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第六章 CIPS实施工作的瓶颈问题与关键技术
人的问题
企业实施CIPS不仅是通过解决单纯的技术问题的途径,而是通过人、技术与经营三方面综合集成的途径来取得成功的
(1) 人在CIPS实施过程中起到了决定性作用
哲理、全局过程的生产经营模式、组织机构
(2) 人在生产过程中起到了核心作用
自动化技术应用水平及人们对它的认识程度
人的创造性工作
(3) 人在CIPS系统中的地位
涉及到社会的、经济的、有关人的行为及心理的、文化的等多方面问题,这些方面可能成为CIPS系统实施工作的瓶颈。
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集成的技术方面问题
综合自动化面临的挑战
a) 工业过程复杂性
过程对象特性复杂
对象的特性和反应机理十分复杂,精确的机理建模日益困难,所得的模型往往具有非线性、分布参数、时变、时滞和不确定性
基于解析数值计算和单一形式的模型(参数化的数学模型)很难刻画系统的真实运动状态,需要采用多种多样的描述方式的描述模型来反映生产过程的真实系统的行为和状态,支持不同层次、不同要求的控制目标
动态系统还具有多时间标度,有时还会发生动态突变;
环境的复杂性
系统常常处于不确定的环境中,扰动频繁,且常常是不可测量的;
任务的复杂性
完成监督、预测、控制、安全保护、经济、最优等目标;
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综合自动化面临的挑战(续1)
b) 关联性
控制对象一般是多变量的系统,生产的规模庞大,生产装置的操作存在着强关联
c) 信息复杂性
信息获取存在问题
在许多的场合下,关键变量不可测量,导致信息的不完全;
信息模式复杂
信息往往呈现定量、半定量、定性语义的模式,不同深度不同层次地反映实际系统,提供关于系统不同模式的信息知识。
传感器和执行器分布于过程之中,信息量庞大
信息通常受到噪声的干扰,有效的信息的获得较为困难
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综合自动化面临的挑战(续2)
d) 知识及其表达的多样性和复杂性
信息模式的多样性客观上造成了系统信息层次结构的形成:
越是高层的信息其数据量越少,但它包含的信息知识量越大,其模式越表现为定性描述的知识表示;层次越低的信息其包含信息量越简单、直观,数据量越大,其模式越表现为基于定量描述的数值形式。
信息层次结构要求对象模型呈现相应的分层结构:
较低层的信息模型趋向与采用传统的基于数值计算的微分或差分方程等模式表达,过程较高层次的模型则趋向于采用定性的符号描述模型表达过程的行为特性,不同层次的知识表达方法相应于多样性和层次性的信息处理的需要。
e) 管理、控制任务的通常是多目标、多约束的命题
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系统协同的问题
由一系列完成特定任务和目标子系统集成而成的复杂系统,具有分布性(时间上的分布、空间上的分布或功能上的分布)的特点。
限于知识、能力、处理速度、信息、资源等因素以及待求解问题的规模、复杂性造成的实现困难,在CIPS系统增强系统性能(快速性、可靠性、智能程度、完成质量)、有效地利用资源(信息、知识、物理装置等) ,个体间的协作是必然的。
通过并行性提高任务的完成率
通过共享资源(信息、专门知识、物理装置等)扩大完成任务的能力范围
通过备份任务,采用不同的方法去完成指定任务,以提高完成任务的可能性及可靠性
通过避免任务间有害的相互作用,减少任务间的冲突
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系统协同的四种协作类型
水平协作(horizontal cooperation)
由于能力、知识处理、速度、资源利用等因素的限制,单独的个体(人/机构,子系统)都不具有解决全局问题的能力,将全局问题分解成子问题后交给适当的个体采用协同工作的方式分别去完成,获得求解综合问题的能力。
为提高对综合问题求解的结果的可信度,可以基于系统不同个体的独立解决问题的能力,采用不同的信息与知识或不同的信息处理机制获得问题的结果,通过个体之间的相互作用,最终获得高可靠性的结果。
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系统协同的问题(续)
(2) 树型协作(tree cooperation)
系统中高层的功能系统或人/群体依据下层获得的结果做出进一步处理工作。
(3) 循环协作(recursive cooperation)
为了求得问题的结果,系统的个体之间相互依赖,往复协作。
(4) 混杂协作(hybr