一、引言
隨著現(xiàn)代制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS，Computer Integrated Manufacturing System)和計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)(CIPS，Computer Integrated Production System)為核心的企業(yè)綜合自動(dòng)化建設(shè)面臨著前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。無論是在模型的精確性、信息的實(shí)時(shí)性以及系統(tǒng)的容錯(cuò)性等方面，都提出了越來越高的要求。計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)(CIPS)，也被稱為連續(xù)流程工業(yè)的CIMS，是一個(gè)集成了多個(gè)功能子模塊的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，通常包括信息管理子系統(tǒng)、CIPS支撐子系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制子系統(tǒng)。企業(yè)通過對(duì)這些功能子系統(tǒng)的集成和利用，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程的全局最優(yōu)目標(biāo)。
信息融合(IF，Information Fusion)技術(shù)開始于20世紀(jì)70年代，早期的應(yīng)用主要在軍事上，一般用于目標(biāo)的檢測、定位、跟蹤和識(shí)別。而隨著工業(yè)系統(tǒng)的復(fù)雜化和智能化，該技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到民用領(lǐng)域，主要應(yīng)用有移動(dòng)機(jī)器人、醫(yī)療診斷、智能交通、智能制造、智能檢測以及目標(biāo)識(shí)別、現(xiàn)代管理等很多領(lǐng)域。信息融合是現(xiàn)代信息處理領(lǐng)域新近崛起的一個(gè)前沿性的研究方向，是針對(duì)一個(gè)系統(tǒng)中包含多種信息源這一問題而展開的一種信息處理方法。它通過對(duì)多類同構(gòu)或異構(gòu)數(shù)據(jù)源的冗余信息和互補(bǔ)信息進(jìn)行綜合（集成或融合），得到被觀測對(duì)象更加精確的評(píng)估，以便對(duì)整個(gè)系統(tǒng)給出正確的判斷和決策。相比于通常的信息處理，信息融合能夠增加信息的維數(shù)和置信度、改進(jìn)系統(tǒng)的探測性能、擴(kuò)展空間和時(shí)間的覆蓋范圍、提高系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性，以及增強(qiáng)系統(tǒng)容錯(cuò)性和魯棒性，達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)勢互補(bǔ)，資源共享，從而提高資源的利用率。
二、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展及其問題
綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是一種基于CIMS及CIPS哲理構(gòu)成的計(jì)算機(jī)化、信息化、智能化、集成化的制造系統(tǒng)。它借助計(jì)算機(jī)硬件、軟件，將企業(yè)主要生產(chǎn)過程中有關(guān)人、技術(shù)和經(jīng)營管理三要素及其信息流和物流有機(jī)地集成并優(yōu)化運(yùn)行，從信息集成的角度來提高企業(yè)的生產(chǎn)和工作效率，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量高、成本低、服務(wù)優(yōu)、環(huán)境好的目標(biāo)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不僅是一個(gè)工程技術(shù)系統(tǒng)，更是一個(gè)企業(yè)整體集成化系統(tǒng)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心是“集成”，其特性主要包括人員、信息、功能集成和技術(shù)集成等。根據(jù)企業(yè)類型不同，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的方式也必然有所不同。通常包括針對(duì)離散機(jī)械制造行業(yè)的CIMS系統(tǒng)和針對(duì)連續(xù)流程生產(chǎn)行業(yè)的CIPS系統(tǒng)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以由工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化、管理信息、生產(chǎn)自動(dòng)化、質(zhì)量保證、故障檢測以及支撐數(shù)據(jù)庫等分系統(tǒng)組成，也可以由上述部分分系統(tǒng)集成組成。
圖1給出了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能構(gòu)成。從圖1可以看出，在各個(gè)功能子系統(tǒng)之間及其內(nèi)部都存在著信息的交換與共享。隨著模型精確性、信息實(shí)時(shí)性及系統(tǒng)容錯(cuò)性方面的標(biāo)準(zhǔn)越來越高，系統(tǒng)處理的信息量也變得日趨龐大，怎樣快速而準(zhǔn)確地處理這些信息以使得企業(yè)做出最好的決策成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的最大問題。具體來說，可以分為以下幾個(gè)方面。首先，在生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)前端用于信息采集的傳感器數(shù)量越來越多，種類也越來越復(fù)雜，通常在數(shù)據(jù)采集的同時(shí)還會(huì)受到不同程度的噪聲干擾。為了能夠準(zhǔn)確而實(shí)時(shí)地處理這些信息，必須尋求新的信息處理技術(shù)；其次，現(xiàn)代企業(yè)都需要使用龐大的數(shù)據(jù)庫作為企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的支撐。這些數(shù)據(jù)庫本身可能屬于不同的類型，例如員工信息數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品特征模型庫和專家知識(shí)系統(tǒng)等，它們存放的位置也不盡相同，如本地?cái)?shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等。處理單個(gè)數(shù)據(jù)庫中的海量數(shù)據(jù)本身就是一件繁雜的事情，更不用說在不同類型和不同存放環(huán)境的數(shù)據(jù)庫之間達(dá)到數(shù)據(jù)共享并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；第三，企業(yè)的決策要求分析人員快速、靈活地將大數(shù)據(jù)量的復(fù)雜查詢以直觀易懂的形式提供給決策人員，便于他們掌握企業(yè)的經(jīng)營狀況，了解市場需求以制訂正確的決策。這對(duì)于傳統(tǒng)的決策支持系統(tǒng)(DSS，Decision Supporting System)無疑是個(gè)挑戰(zhàn)；第四，故障診斷在企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色。
圖1 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能構(gòu)成
三、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的信息融合技術(shù)
1.信息融合模型
針對(duì)信息處理方式及最終的應(yīng)用目的不同，人們提出了多種信息融合模型。圖2給出了一個(gè)典型的信息融合模型。該融合模型按信息融合的層次分為3級(jí)。第一級(jí)為數(shù)據(jù)級(jí)融合，通常是針對(duì)前端傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。第二級(jí)為特征級(jí)的融合，包括對(duì)來自不同信息源信息的綜合判斷與評(píng)估，這一級(jí)的主要特征是需要有相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的支撐。第三級(jí)為決策級(jí)融合，通常也是最高級(jí)別的融合，即根據(jù)前面的融合結(jié)果，使用相應(yīng)的決策算法獲得最優(yōu)的決策。
圖2 信息融合模型
2.生產(chǎn)過程中的傳感器數(shù)據(jù)融合
企業(yè)生產(chǎn)過程的智能化是提高企業(yè)加工效率、確保企業(yè)加工精度以及改善工件表面加工質(zhì)量的有效途徑。生產(chǎn)智能化離不開傳感器。應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)過程的傳感器通常可以分為3類：①應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制過程的傳感器，例如位置傳感器、速度傳感器和角速度傳感器等；②控制系統(tǒng)中用于加工過程控制的傳感器，例如力傳感器、功率傳感器等；③應(yīng)用于生產(chǎn)過程中監(jiān)控及診斷的傳感器，例如振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等。如何根據(jù)傳感器在機(jī)床及機(jī)床加工過程中完成的功能的不同選擇合適的傳感器，合理地使用多傳感器來提高機(jī)床的智能化水平是其中的關(guān)鍵問題。目前多傳感器智能信息融合理論及技術(shù)是解決此問題的有效途徑。
事實(shí)上，從多傳感器獲得的關(guān)于同一對(duì)象的信息，可能是冗余、互補(bǔ)、矛盾的。多傳感器信息融合的基本原理就是充分利用各種信息，將這些信息依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)行有效處理，導(dǎo)出信息之間蘊(yùn)含的關(guān)系，獲得對(duì)象更準(zhǔn)確、更全面的特征描述，從而提高總的傳感器系統(tǒng)的性能，消除單個(gè)或少量傳感器的局限性。
3.基于信息融合的數(shù)據(jù)庫技術(shù)
由于內(nèi)部組織分布的跨地域性特點(diǎn)，因此企事業(yè)所采用的CIMS系統(tǒng)是一個(gè)分布式的多任務(wù)處理系統(tǒng)。由于其CIMS建設(shè)的分階段性，CIMS的子系統(tǒng)之間存在差異和不同，從而使系統(tǒng)具備異構(gòu)的特點(diǎn)。系統(tǒng)的分布性與異構(gòu)性，決定了CIMS的系統(tǒng)集成必須依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)�；贑IMS的系統(tǒng)信息集成框架，按照應(yīng)用層、邏輯層及物理層設(shè)計(jì)。系統(tǒng)有全局和局部知識(shí)庫，分別自適應(yīng)地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、信息析取和知識(shí)管理。
針對(duì)CIMS系統(tǒng)信息孤島的數(shù)據(jù)源和子系統(tǒng)的異構(gòu)性和分布性，使用基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的CIMS系統(tǒng)信息融合方法，以原有數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)。在全局模式與局部模式間進(jìn)行事務(wù)下鉆分解和數(shù)據(jù)知識(shí)上卷融合，集成分布異構(gòu)的ERP/CAD/CAPP/CAM/MRPII/PDM等子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并以市場訂單為數(shù)據(jù)挖掘啟動(dòng)引擎，提高系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)分析與實(shí)時(shí)處理能力，能夠較好地解決CIMS系統(tǒng)的資金流、物流與信息流的集成問題。
4.企業(yè)決策融合
決策支持系統(tǒng)(DSS)是在企業(yè)管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，彌補(bǔ)了管理信息系統(tǒng)的不足，適應(yīng)了人們對(duì)于信息管理向智能化方面的發(fā)展。DSS可以為決策者提供及時(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)的決策信息。但是，傳統(tǒng)的DSS存在許多不足，做出的決策常常可能被有經(jīng)驗(yàn)的決策者一口否定，使決策者對(duì)DSS產(chǎn)生不信任感主要有以下幾方面原因：①?zèng)Q策支持涉及大量歷史數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化司題，在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立決策支持系統(tǒng)只能提供輔助決策過程中的數(shù)據(jù)級(jí)支持，難以求解復(fù)雜的半結(jié)構(gòu)化決策問題；②決策支持系統(tǒng)以集成數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，然而現(xiàn)實(shí)中的數(shù)據(jù)往往分散管理且大多分布于異構(gòu)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，直接的數(shù)據(jù)集成不能產(chǎn)生好的效果；③決策支持系統(tǒng)的建立需要對(duì)數(shù)據(jù)、模型、知識(shí)和接口進(jìn)行集成，數(shù)據(jù)庫語言數(shù)值計(jì)算能力較低，因而采用通常信息技術(shù)建立的決策支持系統(tǒng)其知識(shí)表達(dá)和知識(shí)綜合能力比較薄弱，難以滿足企業(yè)日益提高的決策要求。
計(jì)算機(jī)技術(shù)、專家系統(tǒng)、人工智能以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)向著智能、高效、準(zhǔn)確的方向全面發(fā)展。進(jìn)入90年代后，信息融合技術(shù)的興起，為克服傳統(tǒng)DSS存在的司題提供了技術(shù)上的支持，使DSS的發(fā)展躍上一個(gè)新的臺(tái)階，也為DSS的解決開辟了一條新的途徑�；谛畔⑷诤霞夹g(shù)的DSS具有比較強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能，能夠利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘獲取新的有用的信息。圖3給出了基于信息融合的DSS體系結(jié)構(gòu)。
圖3 基于信息融合的DSS體系結(jié)構(gòu)
四、結(jié)束語
綜合自動(dòng)化系統(tǒng)日趨復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得僅靠傳統(tǒng)的方法難以解決工業(yè)系統(tǒng)的整體優(yōu)化與決策問題。在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的相應(yīng)子系統(tǒng)中引入信息融合技術(shù)，使復(fù)雜的問題在有限的時(shí)間內(nèi)、有限的背景知識(shí)條件下得到更好、更快的解決，從而解決整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化與決策問題。隨著信息與工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，信息融合將會(huì)在企業(yè)綜合自動(dòng)化建設(shè)中獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
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本文標(biāo)題：信息融合技術(shù)在綜合自動(dòng)化ERP系統(tǒng)中的應(yīng)用
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