Ch3因特摩智能监控专业技术.docx
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Ch3因特摩智能监控专业技术
第三章因特摩智能监控和和实时管理技术
因特摩（INTEMOR）系统是要实现实时智能监控，对事故进行预报、诊断、分析并提供防范处理措施，对实时信息进行处理，实现实时管理。
因特摩系统是基于因特网的集成分布式结构的智能系统。
INTEMOR这个字是1993年提出来的〔5〕，来自INTElligentMonitoringOn-lineReal-timeSystem，翻译成中文它的意思是“实时在线的智能监控系统”，是一个集成化的开发平台和运行平台，我们称为因特摩，因特网上的摩天大楼。
如其商标所示，因特摩系统的核心技术由三个IC所构成：
第一个IC是IntelligentControl（智能系统和控制），第二个IC是InternetCommunication（因特网及通讯）,第三个IC是IntegratedComputing（集成计算）。
当用户使用了这三个IC技术后，将获得自己的第四个IC：
InternationalCompetitiveness，也就是国际竞争能力。
作为KT（KnowledgeTechnology）技术的典型范例，因特摩系统是第三代的计算机系统，它将智能系统（专家系统、智能搜寻引擎、神经元网络、计算机视觉等）、因特网、通讯、自动化、集成计算、实时数据处理以及数据库结为一体为工业生产和商业服务。
表3-1计算机技术发展的三个阶段
阶段
发展时间
计算自动化技术
主要应用
第一代
1960年代－至今
数据处理自动化
数值计算，自动控制
第二代
1980年代－至今
信息处理自动化
数据库，因特网
第三代
1997－至今
知识处理自动化
知识集成
因特摩智能化实时监控和事故预报防范系统属于第三代的计算自动化技术，它涉及两项处于世界科学研究的前沿：
1、具有因特网、无线通讯、计算机视觉和实时控制功能的专家系统，2、实时生产中的事故预报及处理。
厚积薄发，经过十八年的研究、开发和工业生产现场应用，因特摩智能化实时监控和事故预报系统已经经历了五代技术的更新换代，成为具有先进性和成熟性的知识化软件产品。
3.1为什么要使用因特摩技术
为什么要采用因特摩技术？
我们分四个基本问题来进行叙述，然后再根据实际需要分章节来进行介绍：
为什么需要实时在线
为什么需要实时在线的功能呢？
因为因特摩技术主要用于智能监控和事故预报，因为在生产现场，要获取和处理实时在线的数据。
同时对生产质量的在线控制也需要和实时在线的数据打交道；另外，紧急措施，环境保护等都脱离不了实时在线的功能。
为什么需要智能系统
智能系统是计算机技术中层次比较高的处理技术。
正如前面所谈到的我们要获取和使用人类专家的宝贵经验，为了解决那些非算法、非程序的不良结构的问题，就必须要使用智能系统。
当遇到不确定的和模糊的数据及信息，智能系统是处理这些问题最好的工具。
同时，使用智能系统还可以为用户提供决策支持。
为什么需要超媒体
为什么需要超媒体呢？
超媒体这个字英文叫做Hypermedia，Hyper是超和非线性的意思，media取自多媒体（multimedia）这个词。
超媒体的一个主要特点是非线性收索的查询能力。
比如以唱卡拉OK为例，如果我们使用录像带，就没有非线性搜索的能力，当我们要唱第13首歌时，我们只能去1，2，3，4，5，……,一首一首地去找，一直找到这首歌为止，或者倒过来20，19，18，17，……,进行线性化查找。
假如我们采用光碟，比如AID，VCD，DVD等，就有个一阶非线性查询的功能。
比如在这个光碟中有20首歌，我们要听第13首歌，只需要直接点击“13”就到了第13首歌。
很遗憾，光碟只有一阶非线性，没有二阶非线性。
什么是二阶非线性呢？
在第13首歌里有四段，我们只想听第三段，这是二阶非线性；第三段我们只听最后一句，三阶非线性；最后一句我们只听第5个词，四阶非线性；第5个词我们只想听后半声，这是五阶非线性。
人们在查找文献时需要的是非线性的查询功能。
因特摩系统提供了非线性查询功能，再加上使用多媒体进行显示，就可以把电子文本变成一个超媒体的在线操作手册，并可以在因特网上运行。
为什么需要集成分布的系统结构和功能
集成分布式智能系统是因特摩技术的理论基础。
我们为了实现数据、信息和知识之间的共享，必须采用集成分布式智能系统的结构。
同时为了协调那些错综复杂而又相互冲突的决策，这种决策用微分对策的方法是不能解决的。
1992年我们提出了冲突推理，冲突推理最根本的原因是它不同于对策论。
在对策论里双方是敌对的，关系早已确定。
而在冲突推理中双方的目标是一致的，只不过处理问题的依据不同。
这样的话，用过去基于微分对策的理论是没法解决的。
尤其在我们引进新技术的时候，我们要帮助用户保护过去的投资，也就是说，当新技术引进来的时候，过去购买的设备还能够继续使用。
说到集成，我们特别强调公有知识和私有知识的集成，公有知识就是那些规章制度、操作手册、维护手册等。
而私有知识，也就是人们在操作过程中积累的经验和灵感。
我们要把二者有机地结合起来。
人类智慧的好处是人能灵机应变，会学习，机器智慧的好处是什么呢？
机器不会疲倦，一年365天，每天24小时可以不间断地工作，它不需要工资，也不要劳保，人会疲倦、会遗忘、会紧张，而机器却不会。
因此，我们强调要把人类智慧和机器智慧有机地集成起来，正如我们前面所说的将新发明创造和现有的技术和设备进行集成。
因特摩系统将生产过程计算机实时控制系统（DCS、PLC、SCADA），管理信息系统（MIS）和以及知识集成系统（KIS）结合为一体，用户在生产过程中的安全性、工作效率及经济性将得到极大的提高，并能帮助用户避免丧失有丰富经验的技术和管理人员的私有知识（如个人经验、诀窍等），且能使用户在任何时候、任何地点，获取与使用任何形式的知识与资源。
因特摩系统也使正在使用的设备产品得到再使用，从而保护了用户过去的投资。
因特摩系统具有现代化工业所要求的关键特点：
（1）改进生产的安全性可靠性；
（2）保护环境；（3）提高生产效率和效益；（4）培训员工；（5）容易学会并掌握因特摩系统产品的使用。
由于因特摩的技术、系统设计及产品实施以先进的方法论和哲学为背景，故其产品在安全性及智能性方面都有其独到之处。
3.1.1解决“信息灾难”问题
近年来，各企事业单位在信息技术和自动化设施方面进行了大量投资，获得的经济利益不明显，但却出现了“信息灾难”和使生产现场的工人和管理人员精神压力加大。
这是因为随着企业向信息密集化发展，当实现了数据处理系统和信息处理系统的集成，（如DCS、PLC、SCADA系统和MIS、ERP系统的集成），将出现海量数据和信息，导致“信息灾难”。
现场操作人员将无法有效的观察、处理和使用这些海量数据和信息。
现场操作人员越来越少，但要观察和监控的数据和信息却大量增加。
而且，观察和监控海量的实时数据和信息不适合人类：
操作人员既看不完，也记不住。
尤其在紧急状态和突发事件时，由于紧张、疲劳、疏忽或遗忘，往往导致误操作。
这类烦琐枯燥的工作应该由智能监控计算机（如因特摩系统）来作。
所获得的这些海量数据和信息的价值尚未被充分发现和利用。
因特摩系统将生产过程计算机实时控制系统（DCS、PLC、SCADA），管理信息系统（MIS、ERP）和知识集成系统（KIS）结合为一体，实现“用知识管理信息，用信息管理数据，通过数据控制生产过程和设备”，从而提高生产过程的安全性、工作效率、及经济性。
图3-1三层系统的结构
3.1.2获取、积累和充分使用私有知识
如前所述，知识分为公有知识和私有知识。
公有知识（CommonKnowledge）可通过公有的知识传递方式（如听课，读书）来获取。
私有知识（PrivateKnowledge）却并且非常难获取，往往无法用算法来表示，它包括经实践所获取和积累的经验、灵感、个人的形象及联系渠道等，在实践中发挥着巨大的作用。
在当今的知识经济时代，我们可以看到：
（1）竞争表现为对私有知识的占有和利用程度。
（2）拥有私有知识的专家在短时间内是培养不出来的。
（3）
养不起也养不住这些专家。
（4）在目前状况下，私有知识并不是企业的财富。
（5）个别专家的私有知识毕竟是有限的。
在十几年的科研实践中，我们总结出了一套有效地获取专家知识，把公有知识和私有知识有效地结合起来的方法，并成功地研制出了开发基于因特网的实时智能监控系统的软件工具因特摩，帮助用户获取、积累和充分使用有丰富经验的技术和管理人员的私有知识（如个人经验、诀窍等），且能使用户在任何时候、任何地点，获取与使用任何形式的知识与资源。
由于容易学会并很快掌握因特摩系统，用户可以自己开发、维护和更新知识库及其应用系统。
借助因特摩系统，三个MA（生产自动化、管理自动化和销售自动化）的战略集成得于实现。
图3-2三个MA的战略集成
3.1.3事故预报及防范
报警、故障和事故有着本质的区别：
●目报警（Alarm）指的是操作变量偏离给定值时所发出的信号。
●故障（Fault）有测量信号，而事故（Incident和Accident）往往没有测量信号。
如在汽车行驶中，刹车坏了是一个故障，汽车爆炸了或者车翻了则是一个事故。
●事故具有诱发性、并发性和突发性。
●目前对事故预报的研究非常有限。
因特摩智能监控和事故预报及防范系统是生产安全运行的重要保障，它能随时随地监控生产或是运行的全过程。
在正常状态下，它不向操作人员发出任何信号，而一旦有异常情况出现，无须任何操作，它自动发出警报和事故预报，指导操作人员对事故早期报警做出迅速有效的反应，帮助操作人员分析事故发生的过程和原因以及可能造成的恶果，给出应该采取的步骤和措施，及时对操作人员提出处理建议，给操作人员提供正常操作参考。
使用因特摩实时智能监控及事故预报防范系统，可以获取和积累对事故进行预报的私有知识，逐步把事故预报出来，将事故消灭在萌芽状态。
此外,还可用因特摩系统培训员工应对和处理各种紧急状态和突发事件。
3.1.4状态监测及故障诊断
因特摩系统提供状态监测及故障诊断的功能，其集成分布式智能系统的前向推理机（根据生产条件作出推理结论“生产是否正常？
有无事故隐患？
质量是否最优？
”）针对实时数据及信息进行生产状态监测，一旦事故隐患、设备故障或生产异常状态被因特摩系统所发现，基于事件推理的智能系统将自动启动。
若如知识库中不存在该事件的解答案例，反向推理机将被启动，进行诊断（根据结论“有事故隐患、设备故障或生产异常状态”，找出条件“究竟是哪些生产条件的改变所导致的异常状态？
”），因特摩系统的“实时反向推理启示”窗口还将为现场操作人员提供“与这些异常状态有关的正在渐变的生产条件的相对应的传感器是哪些？
它们的信号值和极限值是多少？
”，其超媒体显示空间将用“私有知识”窗口为操作人员提供处理该异常状态的专家知识提示，用“公有知识”窗口显示由因特摩系统自动从成千上万页的各类手册和规章制度文档中查出的如何处理该异常状态的具体内容。
用因特摩系统对生产过程的运行进行实时智能监控是基于下列考虑：
1.随着企业向信息密集化发展，当实现了数据处理系统和信息处理系统的集成，如DCS、PLC及SCADA系统和MIS、ERP系统的集成，将出现“信息灾难”，即现场操作人员将无法有效的观察、处理和使用这些海量数据和信息。
2.因减员下岗而出现操作人员减少，但要观察和监控的数据和信息大量增加。
3.观察和监控海量的实时数据和信息，应该是计算机的工作，不适合人类；操作人员由于人类因素的问题，也干不好这类烦琐枯燥的工作。
4.从“计划检修”变为“状态检修”，一可提高生产的有效时间，创造新的生产效益；二由于检修周期延长和检修次数减少，从而可减少设备及其备品备件的消耗（尤其在高温高压的连续生产过程中，许多设备及其配件不拆卸不会坏）；
5.由于对生产过程和设备进行实时的状态监测，可及时发现故障或事故隐患，对设备进行检修，从而更好地保护设备，提高操作效能。
6.对生产过程中的环保指标进行监测，减少污染。
过去在状态监测方面开展的工作大多是用常规的计算机监控系统及数据库系统来进行状态监测，往往难以看到成效。
其本质原因在于：
首先不能用数据来管理数据，也不能用信息来管理信息。
其次，数据库系统仅具备查询功能而不能推理，但实时推理是状态监测中所必需的基本功能。
3.1.5建立“实时管理”使ISO9000实用化
过去几年来，在许多企业都在引进、建立和完善现代管理系统，如建立ISO9000系统。
然而，尽管制定出了各种各样的规章制度，把这些规章制度写下来，贴在墙上，压在操作台的玻璃板下，并强迫工人们背会了，但在实际操作中，尤其是紧急事故状态时，工人们由于紧张、疲劳或疏忽遗忘了，做的却是另外一套，使ISO9000难以产生有效的管理效能。
另一方面，我们看到：
花了很多钱所总结编写出来的管理规程，安全规章制度，操作手册，维修手册，培训资料等重要文档，在生产过程中很难也很少有人使用。
1994年，我们根据在加拿大企业实践的切身体会，提出了“把ISO9000付诸于实际”和建立“实时管理”的战略方针。
我们的实践证明：
因特摩系统为ISO9000的实用化提供了一条可行之路。
表3-2实施ISO9000的技术方法
类别
文档系统
效益和技术特点
1
纸的文档
对实时生产用处不大，呆板的，昂贵的
2
电子文档
对实时生产用处不大，呆板的，经济的
3
超媒体文档
对实时生产有一定用处，生动的，经济的
4
智能超媒体文档
智能化的，对实时生产有一定用处，生动的，经济的
5
因特摩系统文档
和实时数据、信息紧密联系，智能化的，对实时生产用处很大，生动的，经济的
3.1.6因特摩系统推动信息化建设
通过将人类智慧与机器智慧相集成，将私有知识和公有知识相集成，把知识集成系统（KIS）和信息处理自动化系统（如MIS和ERP系统）以及数据处理自动化系统（如DCS、PLC和SCADA系统）相集成，因特摩系统体现了诸多的新方法和新功能，在安全生产中发挥出了作用。
由于因特摩系统解决的是企业优先考虑的问题，是“雪里送炭”而非“锦上添花”，故为企业所重视。
根据我们以往的经验，在实施因特摩系统的二次开发过程中，往往会推动企业的信息化建设，从而实现了“信息化带动工业化，知识化推动信息化”,提升企业的科技水平和市场竞争力。
3.1.7应用于科研和教案
因特摩实时智能监控应用系统的研究和开发，由于创新点多，科技起点高，容易申请各类科研经费。
我们提供优秀完善的因特摩技术产品辅之以长期积累的经验以及所总结出的系统开发的方法论，容易出成果。
我们在国内已经有若干成功的案例：
用户在初学阶段，选择一个小的应用问题，使用因特摩开发工具，开展因特摩实时智能监控应用系统的研发工作，可实现3-6-9工程计划（即3人，3个月出样品，6个月出产品，9个月出商品）。
“因特摩系统原理及应用”已经成为一些大学专门为研究生和高年级本科生新开设的一门新课程。
我们为该课程撰写了《因特摩实时在线智能监控和事故预报系统》教材，系统地介绍了因特摩系统的哲学思想、理论、技术和应用，并为该教材配备了大量的中文和英文的教案资料和授课指南，包括饶明教授过去十多年在加拿大阿尔伯达大学为研究生和高年级本科生讲授“智能工程”和“智能控制系统”所创建和总结的多种教案辅助资料和计算机演示光牒。
该课程的教案大纲可参考附件I（234页）。
中加联合研究中心为开设该课程的高等院校提供了优惠价格的因特摩系统产品，供这些学校进行教案、科研、实验、企业技术培训等有关业务活动使用。
因特摩系统产品为该课程提供了内容丰富的教案和实验手段，学生能全面的学习并掌握信息技术和知识处理技术的实际应用方法、设计和计算机编程，获得实际应用的经验，其教案实验内容包括专家系统的设计和编程、复杂数值计算和语言推理的集成，智能超媒体系统的设计和编程，公有知识和私有知识的设计和编程以及集成，因特网和网络系统设计和调试，实时数据获取、处理和显示，实时数据库系统和历史数据库系统的设计和编程，系统集成的设计和编程，具有实际应用背景的实时智能控制系统的设计、编程和调试。
这门课程基于先进的因特摩系统，起点高，实践性强、内容新颖丰富、教案辅助材料充分，在使用过程中受到好评。
有好几个学校将因特摩系统用于大学生的毕业设计，在相当短的时间内开发出了解决企业实际问题的应用系统，其成果获得了企业和学校的赞赏，并在国际学术会议上宣读。
3.1.8集成智能管理信息系统
因特摩集成智能管理信息系统是利用因特摩技术平台开发的管理信息系统。
在这一系统平台上，可以集成多种应用系统，例如，办公自动化系统，财务管理系统，人事管理系统，供销管理系统等。
这些应用系统可以自行开发，也可以直接采用从市场上所购买的应用系统软件等。
因特摩集成智能管理信息系统的功能主要包括：
●提供一个可视化的环境；
●能将静态超媒体信息（文本、图象、图形、动画、声音等）与实时动态数据和信息进行集成，提供智能超媒体链接；
●提供面向对象的专家系统开发工具；
●知识库编程，能方便地获取、处理、存储及表达专家知识；
●支持客户/服务器的计算模式；
●能处理实时数据和信息；
●能把各类不同的软件系统集成在一起；
●
能将人类智慧和机器智慧有机地集成在一起。
图3-3因特摩与其它应用系统集成
因特摩集成智能管理信息系统有专家系统开发工具及运行环境、网络及服务器、数据处理和传输系统，超媒体显示及演播系统组成。
由于具有单元组合式的模块化结构，能很方便地与其他软件衔接，以扩充其功能。
它还能集成其它应用数据库系统（如MIS、OA）构成现代化的多极协调控制。
由于分布式结构能充分发挥局部控制器的作用，上级控制只处理当前最重要的事件，从而整个系统能处理大量的数据，实现在线实时控制。
目前，许多企业和事业单位的生产和管理自动化的程度不高。
分散的部门管理既浪费人力和物力资源，也很难提高产品质量和企业管理水平。
即使有些单位采用了各种管理信息系统，这些系统缺乏有效的集成功能，缺乏专家系统的决策功能，缺乏超媒体显示系统，不过是DIS（DisplayInformationSystem）即显示信息系统，而不是货真价实的管理信息系统MIS（ManagementInformationSystem）。
在这样的DIS系统中，实时生产数据与管理系统不接口，各类应用系统与数据库相互独立，隐藏在大量数据之后的信息关系以及在复杂信息之后的知识关系无法被发掘出来。
这些系统提供给用户的数据和信息只能用简单枯燥的文字、表格和曲线显示，而且系统操作复杂、使用不方便。
在激烈的国际竞争的社会背景下，在复杂的企业管理和生产过程控制中，具有智能性、集成性、超媒体显示等特点的因特摩集成智能管理信息系统，对于各种企事业单位都具有很大的吸引力。
在当今社会信息化，经济国际化的大趋势下，电子商务越来越受到重视。
因特摩集成智能管理系统不仅具有很强的集成和管理功能，而且很容易与因特网链接，为企业获取世界最新信息，有效地宣传自己，进行网上销售和产品服务提供了极大的方便。
下表列出了因特摩系统可能的应用及所涉及的因特摩系统组件：
表3-3因特摩系统的应用及系统组件一览表
应用
因特摩系统的模块组件
多媒体CD－ROM
显示系统
多媒体信息管理系统
显示系统，数据库，服务器，驱动器和数据处理系统，网络安全系统
实时在线智能监控和事故预报
显示系统，驱动器和数据处理系统，知识库创建系统及运行环境，数据库和服务器，网络安全系统
专家咨询
知识库创建系统和运行环境，显示系统，数据库和服务器
由于因特摩系统集成了人工智能、计算机网络、通信、自动化、多媒体、数据库等现代高新科学技术，适用于开发智能化的工业过程信息管理系统，生产过程的实时监控和事故预报系统，设备维护管理自动化，智能化的远程教案及学校管理系统，智能化的远程医疗诊断及医院管理系统，等等。
它还适用于开发广告业务，网上销售和专家咨询等服务。
例如，因特摩远程教案及学校管理系统在职员培训和学校教案及管理方面有着巨大的应用潜力。
该系统集因特网、单位局域网、智能系统、数据库、多媒体、自动翻译、文字及语音识别等技术，使教案工作和教案管理迈向一个新台阶。
学校领导可以通过因特摩网络系统异地实时观摩授课，召开实时网上视频电话会议或教案研讨会。
学生也可以通过该系统接受远距离实时授课，访问因特网信息、使用商品化的教案课件和学校自编资料等资源以及检测自身的学习状况等。
因特摩还为学生的合作学习创造条件。
通过系统的“网上会议讨论”和“网上黑板报”功能，学生可以将自己的问题和建议传送给其他学生。
其他学生可以就此发表见解。
教师通过观察和介入网上讨论，可以及时发现学生的困难，并可立即给予帮助。
由于因特摩系统具有收集实时数据，分析处理数据，多媒体展示数据的功能，它在科学实验中也会有重要应用。
利用适当的传感器，该系统可用来监测实验的进行，收集实验数据，并作出数据分析。
3.2因特摩实时智能监控和事故预报及防范系统的特点和和功能
3.2.1系统特点
因特摩实时智能监控和事故预报及防范系统涉及两项处于世界科学研究前沿的课题：
1、具有因特网通讯和实时控制功能的专家系统；2、实时生产中的事故预报、分析及防范系统功能。
经过十余年的研究、开发和工业生产现场应用，因特摩实时智能监控和事故预报及防范系统已经经历了五代技术的更新换代（见下表），成为具有先进性和成熟性的知识化软件产品。
表3-4因特摩系统发展的主要里程表
代
时间
硬件
操作系统
编程语言
主要特点和新功能
1
85－87
VAX-11
VMS
OPS5，Lisp
符号推理的专家系统
2
87－89
Sun
Unix
C
数值计算，实时专家系统
3
90－93
PC
DOS
C
具有GUI的实时专家系统
4
94－97
PC
Window
C，C++
超媒体的实时集成分布式智能系统，多种推理功能
5
98－至今
PC
WindowsNT/2000
Java，C++,C，Delph
因特网，通讯，数据库，超媒体的实时集成分布式智能系统，计算，混合推理
专家系统是经特别设计的计算机程序，用来复制某一领域专家的推理和决策过程，它是最成功的人工智能应用技术。
今后的企业竞争是知识的竞争，将集中表现为对私有知识的占有和利用的竞争。
专家系统及其相应的使用方法论是获取和使用私有知识的主要技术手段。
由于技术独特，仅拥有专家系统的开发工具，而没有正确使用专家系统的方法论，是不能发挥专家系统的功效和作用的，这就如同拥有武器而又没有与之相应的武艺一样。
由此可见，在当今全球化的经济发展中，迫切需要实用的专家系统及其相应的方法论。
在计算机技术发展史中，我们注意到一些有趣的现象：
商业化的数据库技术大都出现在美国。
像数据库技术一样，专家系统这个开发工具非常有意思，从二十世纪70年代到今天为止，最终能进行商业化应用的专家系统开发工具，，大都出自美国和加拿大。
日本的第五代计算机也是一个典型的例子，它在软件上曾想研究和实现专家系统开发工具，最后也失败了。
欧洲也曾开展过这方面的研究工作，但当出现了PROLOG语言以后也没能继续往下做。
今后，在世界经济的发展中，企业的竞争将表现为对私有知识占有和利用的竞争。
不采用因特摩技术，私有知识就不会为企业所拥有，更不能有效地为生产服务。
纵观北美其他一些商业化的专家系统开发工具，在技术和应用上都没有因特摩系统那么先进和有效，同时，很多技术大都只是工具而没有使用工具的方法。
工具好比是武器，他们研究出了武器而没有研究出使用好武器的武艺。
过去在中国，由于受巴黎统筹会的限制，基本上没有专家系统的开发工具。
很多人声称他们在开发专家系统，可实际上，他们在用C++语言、
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