钢铁工业泛在信息匹配推送服务体系及其实现方法研究

摘要

钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业，带动着机械设备制造、汽车、建筑等诸多行业发展，在工业发展建设中具有战略地位。2014年我国钢铁工业生产的中厚板、棒材等粗钢产量占全球粗钢产量的49.5％，然而我国制造业所需要的汽车用高强度钢等高端钢产品仍然依赖进口。随着世界经济的发展和环境问题的突出，现代钢铁工业所处的制造环境正朝着市场需求客户化、制造工艺绿色化、制造技术智能化和制造过程服务化等方向发展，整个钢铁冶金环境处于泛在信息环境下，其制造系统正由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，钢铁企业要在当前硬件条件下提高高端钢成材率，需要通过信息化的手段实现绿色制造和智能制造。信息化是促进钢铁工业服务化转型的重要因素，信息服务是信息化制造的重要支撑。因此，探索钢铁工业信息服务模式，完善基于泛在信息网络的钢铁工业信息服务关键技术体系成为研究的重点。
　　论文针对钢铁工业生产工艺过程来料信息、设备信息、工艺信息、生产任务信息等泛在信息利用率低而制约钢铁工业制造效率、产品质量提高、以及产品成本和资源消耗降低等问题，建立一种钢铁工业泛在信息匹配推送服务理论与方法体系，以解决钢铁生产过程中不易发现有价值信息、用户需求信息与相关信息匹配困难以及所挖掘信息推送到用户节点时存在的匹配及传送效率低等问题。根据钢铁工业泛在信息匹配推送服务的需求，分析钢铁工业信息流，构建一种钢铁工业泛在信息空间模型，提出钢铁工业泛在信息匹配推送服务的概念，建立其体系结构，从信息关联关系发现、服务匹配以及信息传送路径规划等方面研究钢铁工业泛在信息匹配推送服务的部分实现方法。
　　(1)根据钢铁工业泛在信息匹配推送服务需求，分析钢铁工业流程特性，将钢铁工业流程分为连续段、混合段和离散段，分别研究其信息流特点，依据信息空间理论和企业信息模型构建的基本原则，从信息X-横向集成、Y-纵向集成和Z-端到端集成三个维度，构建钢铁工业泛在信息空间，并设计了基于泛在信息空间的钢铁工业生产工艺过程管控模型。
　　(2)分析钢铁工业泛在信息匹配推送服务的内涵，在此基础上提出一种钢铁工业泛在信息匹配推送服务体系结构，包括服务过程、服务功能、服务资源、服务信息和服务组织，并探讨了钢铁工业泛在信息匹配推送服务相关关键技术，如:信息感知与描述、信息关联关系发现、信息匹配与传送路径规划、信息匹配推送服务QoS评价技术等。
　　(3)为发现有价值的信息匹配推送服务资源，描述钢铁工业泛在信息多样性、模糊性和层次性等特征，分钢铁工业信息模糊层次建立、计算各结点概化权重、确定加权层次模糊规则、WGF-AP算法生成等四个步骤设计适合钢铁工业泛在信息特点的加权模糊层次Apriori关联规则挖掘(WGF-AP)算法，并进行算法对比及性能整体测评。
　　(4)为提高信息匹配推送服务效率，提出钢铁工业泛在信息匹配推荐方法以及信息传送路径规划方法。提出一种钢铁工业泛在信息混合加权推荐信息匹配方法。根据资源的不同特性，采用不同的推荐方法进行推荐，确定推荐优先级，形成综合推荐结果，并根据用户的专业背景、工作部门、兴趣程度、认知程度进行推荐选择，实现推荐信息资源匹配。在基本蚁群算法的基础上，提出一种基于优化的蚁群算法的信息传送路径规划方法，为进一步提高优化蚁群算法的收敛性并减少迭代次数，引入遗传算法，设计一种基于蚁群遗传优化算法的路径规划方法，从传送延时、通信成本、信息丢失率三方面进行蚁群遗传优化算法验证。
　　(5)以某钢铁企业冷轧带钢表面缺陷信息匹配推送服务为例，建立冷轧带钢表面缺陷信息空间模型及其匹配推送服务体系，设计冷轧带钢表面缺陷信息关系发现及匹配推送服务方案，结合现场采集的冷轧带钢表面缺陷信息，运用所提出的WGF-AP算法，编写VC++程序，对冷轧带钢表面缺陷信息建立原因与缺陷的层次关系、计算概化权重、生成WGF-AR规则，发现缺陷原因及其关联关系，进一步验证WGF-AP算法的有效性;用Eclipse软件进行混合加权推荐的信息匹配算法编程，实现WGF-AP运算得到的关联信息资源与多级用户需求的匹配;运用MATLAB进行匹配结果所处信息节点到信息需求者所处信息节点的三维路径规划仿真，并分析其最优适应度。
　　论文研究是国家自然科学基金“基于虚拟工艺特征模型及自适应稀疏编码的冷轧带钢表面缺陷识别研究(NO.51174151)”以及湖北省重大科技创新计划“冷轧薄板表面缺陷在线检测关键技术研究与系统开发(NO.2013AAA011)”的重要组成部分。论文研究成果为钢铁工业实现泛在智能提供一种有效的信息匹配推送服务管理战略模式，对于提高钢铁企业的生产决策和管理水平具有参考价值，为钢铁工业泛在信息匹配推送服务研究提供理论和方法基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．1．1 现代钢铁工业面临的制造环境

1．1．2 信息化制造-现代钢铁工业的主要发晨趋势之一

1．2 国内外相关研究现状综述

1．2．1 钢铁工业信息化现状

1．2．2 泛在信息、泛在网络及智能制造

1．2．3 信息匹配推送服务研究现状

1．2．4 研究现状总结

1．3 研究目标与内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 本章小结

第2章 钢铁工业泛在信息空间模型

2．1 钢铁工业工艺流程分析

2．2 钢铁工业信息流

2．2．1 工艺过程信息源

2．2．2 连续段工艺过程信息流

2．2．3 混合段工艺过程信息流

2．2．4 离散段工艺过程信息流

2．3 钢铁工业泛在信息空间模型

2．3．1 泛在信息空间理论基础

2．3．2 钢铁工业泛在信息空间概念模型

2．3．3 基于泛在信息空间的钢铁工业生产工艺过程管控模型

2．4 本章小结

第3章 钢铁工业泛在信息匹配推送服务体系结构

3．1 钢铁工业泛在信息匹配推送服务内涵

3．1．1 钢铁工业泛在信息匹配推送服务定义

3．1．2 钢铁工业泛在信息匹配推送服务特点

3．1．3 钢铁工业泛在信息匹配推送服务方式

3．2 钢铁工业泛在信息匹配推送服务体系结构

3．2．1 泛在信息匹配推送服务过程

3．2．2 泛在信息匹配推送服务功能

3．2．3 泛在信息匹配推送服务资源

3．2．4 泛在信息匹配推送服务信息

3．2．5 泛在信息匹配推送服务组织

3．3 钢铁工业泛在信息匹配推送服务的关键技术

3．3．1 泛在信息感知与描述技术

3．3．2 泛在信息关联关系发现技术

3．3．3 泛在信息匹配及传送路径规划技术

3．3．4 泛在信息匹配推送服务QoS评价技术

3．4 本章小结

第4章 钢铁工业泛在信息关联关系发现方法

4．1 钢铁工业泛在信息关联问题描述

4．1．1 钢铁工业泛在生产信息关联多样性

4．1．2 钢铁工业泛在工艺信息关联模糊性

4．1．3 钢铁工业泛在信息关联层次性

4．2 钢铁工业泛在信息关联规则挖掘方法

4．2．1 关联规则挖掘算法分析

4．2．2 关联规则挖掘WGF-AP算法设计

4．3 WGF-AP算法性能测试

4．4 本章小结

第5章 钢铁工业泛在信息匹配推送服务方法

5．1 钢铁工业泛在信息匹配推荐方法

5．1．1 问题描述

5．1．2 信息匹配推荐算法对比

5．1．3 钢铁工业泛在信息匹配推荐算法设计

5．2 钢铁工业泛在信息传送路径规划方法

5．2．1 问题描述

5．2．2 信息路径规划算法对比

5．2．3 钢铁工业泛在信息传送路径规划算法设计

5．2．4 蚁群遗传优化算法性能分析

5．3 本章小结

第6章 钢铁工业泛在信息关联关系发现及匹配推送服务案例分析

6．1 冷轧带钢表面缺陷信息空间及其匹配推送服务体系

6．2 冷轧带钢表面缺陷信息关系发现及匹配推送服务

6．2．1 信息关系发现及匹配推送服务方案

6．2．2 基于WGF-AP算法的冷轧带钢表面缺陷信息关联关系发现

6．2．3 面向冷轧带钢表面缺陷信息的匹配推荐

6．2．4 基于蚁群遗传优化算法的信息传送路径规划

6．2．5 结果分析与讨论

6．3 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 论文主要工作

7．2 论文主要创新点

7．3 研究展望

致谢

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表论文目录

攻读博士学位期间取得专利

攻读博士学位期间的科研项目