大型工程智能信息系统集成内容研究

　　摘要：本文结合大型工程智能信息系统自身特点，对其综合集成进行了较为深入的研究。提出由支撑平台集成、信息集成、技术集成、功能集成、环境集成组成的集成内容模型，并对集成内容进行了较为详细的阐述。
　　关键词：大型工程，智能信息系统，系统集成，环境集成
　　1大型工程智能信息系统
　　大型工程智能信息系统是一个软硬件结合的信息化基础平台，是由软件、硬件、人和组织等要素构成的人机共治系统，能够实现多个智能体信息集成与融合的复杂大系统，也就是“智能—信息—决策”一体化系统。系统对各种工程设施、设备进行信息收集、传输、处理和应用，对人员物资进行科学的调度管理，实现工程信息共享和提供决策支持，以提高工程的监测、控制、管理、保障和快速反应能力。系统可使个体的智能化监控、总体的信息化管理、上层的决策支持相互结合、相辅相成，最大限度地提高工程的综合保障能力。大型工程智能信息系统也可以看作是处理管理与决策信息的信息网络系统和处理现场实时测控信息的控制网络系统的集成体系。信息网络位于上层处理大量、变化、多样的信息，具有高速、综合的特征。控制网络位于中下层，处理实时的、现场的信息，具有协议简单、安全可靠、容错性强等特征。
　　2大型工程智能信息系统特点
　　大型工程智能信息系统一般规模庞大、工艺系统众多、涉及到的设备众多、技术复杂。
　　1）复杂性：大型工程的功能复杂性直接决定了大型工程智能信息系统的复杂性。大型工程智能信息系统的功能子系统众多，且各功能子系统不是孤立运行的，相互之间存在复杂的交互。系统机制中同时并存多种交互作用，如事件间的交互作用、人与系统的交互作用、系统与环境的交互作用等。
　　2）层次性：大型工程智能信息系统由于其功能的划分，系统由不同的功能子系统组成，而子系统由于功能的细化再次分为几个子系统。各个层次的管理、控制粒度也各不相同。
　　3国防工程智能信息化系统的集成内容
　　在工程智能信息系统研制的过程中，最常见的方法是将系统按职能划分成一个个职能子系统，然后逐个研制和开发。显然，即使每个子系统的性能均很好，也不能确保整个系统的优良性能[1]。因此，在系统开发中，要强调各子系统之间的协调一致性和整体性。要达到这个目的，就必须在构造系统时注意对各种子系统进行统一规划，并对各子系统进行综合集成。
　　在相当长的时间内，人们认为只要用计算机实现和模仿现有的管理模式及组织结构，就可以取得系统集成的成功。但最近几年，通过对大量系统集成实例的分析和研究发现，笔者发现原来的集成模式严重忽视了“环境”这一关键要素的集成。目前人们渐渐认识到由于系统的环境及其要素的不断变化，系统集成必须长期规划，系统集成的总目标是全寿命期的全局最优。系统的可扩展性、可升级性和可维护性设计也是系统规划设计的重要组成部分。
　　
　　图1工程智能信息系统集成内容模型
　　工程智能信息系统集成是一种综合集成，集成内容总体概括为支撑平台集成、信息集成、技术集成、功能集成、环境集成。工程智能信息系统集成内容模型如图1所示，模型将环境集成置于中心部位，以突出环境集成的重要性。
　　3.1支撑平台集成
　　支撑平台的集成是指为实现系统的应用需求和功能而必须建立的支撑环境的集成。支撑环境可分为两大部分：一部分是软件开发所需要的开发工具及开发平台；另一部分是用于实现数据处理、传输、存储和组织的基础硬件环境，这是现代信息系统建设过程中必不可少的部分，往往需要投入较多资金[2]。支撑平台的集成难点主要在于，如何使不同的支撑平台之间能够协调一致地工作，使系统整体性能达到最优，使支撑平台的资源得到合理分配。
　　在许多工程智能信息系统建设前，工程中已经进行了不少的网络基础设施建设和投资等。从实际情况考虑，工程智能信息系统的集成工作必须充分考虑利用和保护工程原有的平台资源。这些已有的平台资源也必须根据新建的工程智能信息系统的目标需求进行改造和重组，可能需要购置新设备对原有平台资源进行补充，这也就需要考虑新资源与旧资源协调一致的问题。这些问题都应该在设计过程中被考虑。
　　3.2信息集成
　　信息集成是工程智能信息系统建设的关键，其目标是将分布在工程环境中自治和异构的多处局部数据源中的信息有效地集成，实现各功能子系统间的信息共享。信息集成的难点在于如何在异构分布式数据处理环境下高效地对信息进行组织、调度和共享，同时保持数据的一致性和完整性。要解决好这个问题，合理的数据库设计是必不可少的。
　　工程智能信息系统数据库包括实时数据库和管理信息数据库。数据库系统必须在长期稳定、可靠运行的基础上，能够采集、管理并存储大量的过程数据，并能够方便地支持尽可能多的应用[3]。
　　对信息的集成应按照分层集成的方法进行，即先区域集成后全局集成的方法。区域集成主要解决区域子系统范围内各专业应用子系统领域的信息集成。区域内协作关系密切的各专业应用子系统信息应在这一层集成，采用同一模型表达各子系统的不同数据模式，以便支持区域内各专业应用子系统间频繁而大量的信息交换与共享。全局集成主要是解决各区域子系统间的信息集成与共享，即支持全工程范围内的信息共享与交换。该层次的集成是在区域集成的基础上，经过消除冗余等处理过程而得到的一个用以表达各区域子系统的不同数据模式的统一全局模式，具有分布透明性，这是最关键和复杂的一步。
　　3.3技术集成
　　工程智能信息化系统规模的庞大和构成的复杂决定了系统的设计开发过程中要用到多种多样的技术。如多种系统开发方法、项目管理方法、信息技术等等。开发这样一个大型的系统，必须综合考虑这些技术方法各自的优缺点，有选择的在不同开发阶段针对待开发部分的特点进行技术方法的合理集成，用以实现有效快速的系统开发。
　　
　　图2系统技术集成内容
　　技术的集成可分为三大部分，包括信息技术集成、系统开发方法集成和项目管理方法集成，如图2所示。
　　信息技术的集成内容主要包括：计算机技术、通信网络技术、分布式数据库技术、数据仓库技术、人工智能技术、需求工程、软件工程和软件重用技术等技术的集成。
　　系统开发方法的集成内容主要包括：面向对象方法、结构化方法、原型法、生命周期法、信息工程法、敏捷开发法等的集成。
　　项目管理方法的集成内容主要包括：多维集成、多层次集成、渐进动态集成、主体与客体集成、局部与整体集成等。
　　3.4功能集成
　　对信息的需求决定了对系统功能集成的需求，功能的集成不是原有功能简单的叠加，而是应根据对不同层次信息的具体需求，设计总体集成系统应具备的功能。功能集成的结果奠定了系统集成的框架结构。工程智能信息系统功能集成包括硬件集成和软件集成两部分。
　　硬件集成部分是指各个不同子系统之间，通过相互提供硬件状态反馈节点（一般通过继电器实现）达到信息互换，进而实现功能集成。目前工程中的火灾自动报警及联动控制系统与通风空调系统、高低压配电系统之间的集成较为常见。基于硬件的集成其可靠性高，但集成的深度不够。
　　软件集成部分是系统功能集成的重要组成部分，其异构问题主要表现在网络、操作系统、应用系统的技术平台等方面。与信息集成的异构稍有却别，功能集成不需要过多关注数据的问题，关注的重点是业务逻辑。所以它的关注点是如何提供一个通用访问方式，对功能调用者屏蔽应用系统以下的底层异构，使得调用者感觉就像在自己的系统平台上进行调用一样。
　　软件功能集成一般在业务逻辑层上完成，涉及到应用程序的代码级别，通常是在对象或过程级别上实现。集成处可能只需要简单地使用公开的API就可以访问，也可能复杂到需要用附加代码段来创建新的访问点。此外，功能集成还会面临分布式的问题。远程过程调用曾一度被视为解决分布式问题的最好方法，但目前使用分布式处理中间件已经成为首选方法。
　　3.5环境集成
　　长时间以来，由于人们对环境集成的重要性认识不足，导致环境集成成为系统集成过程中最不被重视或干脆被遗忘的部分。然而，环境集成的作用不容忽视。如若在系统的集成过程中充分的考虑了环境集成部分，不仅对系统的集成工作起到事半功倍的作用，还会对以后系统的运行及维护过程产生积极正面的影响。
　　在实际的系统开发中，软件开发人员在最后系统移交用户时多会发现用户对系统的功能不甚了解，且对系统挑剔多；用户会发现系统的操作太过复杂或计算机专业术语太多；系统硬件调试人员发现不同硬件厂商提供的产品规格各不相同，甚至同一个厂商提供的产品规格也不同。这一系列问题在正视环境集成后，将得到较为理想的改变。
　　
　　图3系统环境集成内容
　　所谓环境集成是指对系统所处的外部大环境进行综合考虑，并根据实际情况将这些外部环境因素进行综合调整及整合，实现最优于系统集成的整合方案。具体到工程智能信息化系统时，环境集成的主要考虑内容如图3所示，主要包括：国家相关信息化建设规划、政策和法规体系；有关工程智能信息化系统建设的规划、政策及相关技术规范；国际信息化发展阶段和趋势；国内外通用标准化体系；信息安全保障体制；人、机集成；信息人才培养现状、方针；用户信息意识、信息能力现状等等。其中人机集成在系统集成中起关键作用[5]。
　　4小结
　　大型工程智能信息化系统建设在我国还处于起步阶段，许多问题正处于探讨之中。为此，笔者结合工程建设和科研的实际情况，提出了上述大型工程智能信息化系统集成内容，供大家参考，以期抛砖引玉、深化认识、促进我工程智能信息化系统的建设发展。
　　参考文献:
　　[1] 李决龙,邢建春.国防工程智能化理论与技术[M],国防工业出版社,2007.
　　[2] 钱学森.论系统工程(增订本)[M].长沙:湖南科学技术出版社,1988
　　[3] 李瑞轩.异构信息集成的查询处理及优化研究[D].华中科技大学计算机应用技术专业博士学位论文,2004.11.
　　[4] 王成光.流程工业大型实时数据库理论、技术与应用[D].浙江大学控制科学与工程专业博士学位论文,2003.
　　[5] 董名垂.CIMS的关键技术是集成[J].中国计算机报.1995(15).

《大型工程智能信息系统集成内容研究》

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