基于機(jī)器學(xué)習(xí)的煉化企業(yè)智能程度自動化評價(jià)方法

沈勇, 刁俊武, 曹曉紅

(1.中海油信息科技有限公司,智能制造(惠州)分公司,廣東,惠州 516086;2.中海油惠州石化有限公司,廣東,惠州 516086)

0 引言

煉化企業(yè)是國家基礎(chǔ)行業(yè)之一,通過數(shù)字化、信息化建設(shè),可實(shí)現(xiàn)煉化行業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。智能程度成為煉化企業(yè)數(shù)字化、信息化變革的衡量標(biāo)準(zhǔn),盡管煉化企業(yè)的智能轉(zhuǎn)型已取得一定進(jìn)展,但仍存在一些問題,包括信息資源利用落后、管理體制不完善等。因此,研究煉化企業(yè)智能程度評價(jià)方法,確定煉化企業(yè)智能等級,通過評價(jià)信息變化情況,找出煉化企業(yè)智能化發(fā)展的不足,進(jìn)一步提高煉化企業(yè)現(xiàn)代化水平,具有重要意義[2-3]。

現(xiàn)階段,企業(yè)智能程度評價(jià)相關(guān)研究較為成熟,通過評價(jià)指標(biāo)體系,體現(xiàn)企業(yè)智能化水平,表示各個領(lǐng)域的智能方法和智能系統(tǒng)應(yīng)用效果。從智能功能和智能方法兩個方面出發(fā),制定智能化水平評價(jià)體系,實(shí)現(xiàn)企業(yè)智能程度評價(jià)[4-5]。本文結(jié)合現(xiàn)有的研究理論,提出基于機(jī)器學(xué)習(xí)的煉化企業(yè)智能程度自動化評價(jià)方法。

1 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的煉化企業(yè)智能程度自動化評價(jià)方法設(shè)計(jì)

1.1 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的煉化企業(yè)智能程度自動化評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

選取煉化企業(yè)智能程度自動化評價(jià)指標(biāo),選擇企業(yè)智能評價(jià)指標(biāo),遵循系統(tǒng)性原則、定量定性原則、可比性原則、可行性原則、獨(dú)立性原則等[6]。

調(diào)查各個領(lǐng)域的智能技術(shù)和信息系統(tǒng)使用狀況,從價(jià)值角度出發(fā),分析生產(chǎn)力水平提升程度、能源效率提升狀況、備品備件完整性、人工干預(yù)減少程度[7-8]。記錄10個業(yè)務(wù)領(lǐng)域調(diào)查數(shù)據(jù),獲得企業(yè)智能評價(jià)指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)。至此完成基于機(jī)器學(xué)習(xí)的煉化企業(yè)智能程度自動化評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建。

1.2 計(jì)算煉化企業(yè)智能程度自動化評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

賦予企業(yè)智能評價(jià)指標(biāo)權(quán)重,評價(jià)指標(biāo)重要程度。設(shè)同一等級的企業(yè)智能評價(jià)指標(biāo)分別為i、j,構(gòu)建指標(biāo)判斷矩陣C表達(dá)式為

(1)

其中,n為企業(yè)智能評價(jià)指標(biāo)數(shù)目,i∈[1,n]、j∈[1,n]。cij表示i比j的重要性等級,同等重要時(shí)cij為1,稍重要時(shí)cij為3,明顯重要時(shí)cij為5,強(qiáng)烈重要時(shí)cij為7,極端重要時(shí)cij為9,稍不重要時(shí)cij為1/3,明顯不重要時(shí)cij為1/5,強(qiáng)烈不重要時(shí)cij為1/7,極端不重要時(shí)cij為1/9[9]。計(jì)算矩陣C每行cij的乘積Ui公式為

(2)

(3)

(4)

引入矩陣C的最大特征值B,計(jì)算偏離一致參數(shù)D的公式為

(5)

引入矩陣C的隨機(jī)一致參數(shù)Q,對于1～9階的判斷矩陣分別取參數(shù)Q值為0.00、0.00、0.58、0.90、0.12、1.24、1.32、1.41、1.45[10]。計(jì)算矩陣C的一致比率d,公式為

(6)

(7)

(8)

第i項(xiàng)下一級指標(biāo)熵值pi計(jì)算式為

(9)

引入差異性系數(shù)1-pi,系數(shù)越大,判定指標(biāo)重要程度越高[11-12]。下一級的企業(yè)智能評價(jià)指標(biāo)熵權(quán)hi計(jì)算式為

(10)

將最高級指標(biāo)作為一個類k,求取下一級指標(biāo)差異性系數(shù)1-pi的和gk,計(jì)算最高級指標(biāo)熵權(quán)Hi公式為

(11)

其中,S為最高級指標(biāo)數(shù)目。取層次權(quán)重和熵權(quán)的平均值,得到企業(yè)智能評價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重wi。至此完成煉化企業(yè)智能程度自動化評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算。

1.3 自動化評價(jià)煉化企業(yè)智能程度

計(jì)算煉化企業(yè)智能程度評價(jià)值,劃分企業(yè)智能程度等級。由企業(yè)智能評價(jià)指標(biāo),組成評價(jià)因素集U={u1,u2,…,un}。由指標(biāo)權(quán)重,建立權(quán)重集W={w1,w2,…,wn}。根據(jù)煉化企業(yè)智能建設(shè)實(shí)際情況,建立評語集V={v1,v2,…,v6},賦值{90,80,70,60,50,40},將煉化企業(yè)智能程度劃分為6個評價(jià)等級,定義企業(yè)智能制造階段水平,分別表示無概念、概念規(guī)劃、智能建設(shè)、部分建成、建成但需完善、已完善。設(shè)第i項(xiàng)指標(biāo)對評語集V的隸屬度為{ti1,ti2,…,ti6},選擇最大隸屬度maxtiq,q∈[1,6]。將隸屬度tiq對應(yīng)的評語集元素賦值,作為第i項(xiàng)指標(biāo)的評語值riq,構(gòu)成同一等級的指標(biāo)評語矩陣R,公式為

(12)

企業(yè)智能程度評價(jià)值f計(jì)算式為

f=W·R

(13)

2 煉化企業(yè)智能評價(jià)實(shí)例分析

選取惠州某石化有限公司作為實(shí)例分析對象,該企業(yè)自2009年開始進(jìn)行智能化建設(shè),先后引入ERP信息系統(tǒng)和OA信息系統(tǒng)。智能化建設(shè)前,2008年約為60萬年利潤;智能化建設(shè)后,直到2021年,其年利潤約為2600萬。說明在該公司進(jìn)行智能化建設(shè)后,市場響應(yīng)能力和生產(chǎn)效率得到提升,智能化建設(shè)后利潤明顯提高。

2.1 數(shù)據(jù)來源

預(yù)處理石化公司調(diào)研數(shù)據(jù),具體流程如圖1所示。

圖1 企業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)預(yù)處理流程

利用圖1具有自適應(yīng)性的CART分類器,分類數(shù)據(jù)屬性,找出調(diào)研數(shù)據(jù)中的指標(biāo)數(shù)據(jù)。

2.2 石化公司智能程度評價(jià)

表1 智能評價(jià)二級指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

表2 智能評價(jià)一級指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

該石化公司智能程度的最終評價(jià)值為79.9,位于第4個評價(jià)區(qū)間。公司智能水平處于集成級,表示公司完成了智能化準(zhǔn)備工作,已經(jīng)建成與公司競爭力相關(guān)的信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)10個業(yè)務(wù)領(lǐng)域信息系統(tǒng)的集成,向集成實(shí)施轉(zhuǎn)變,評價(jià)結(jié)果與公司實(shí)際情況相符。由各個指標(biāo)評價(jià)值可知,石化公司的數(shù)字化建設(shè)水平較低,信息分析效果、管理水平、監(jiān)測水平有很大提升空間,公司應(yīng)明確數(shù)字化水平所處地位,找到具體原因,改善數(shù)字化建設(shè)設(shè)施。

3 總結(jié)

此次研究將機(jī)器學(xué)習(xí)作為評價(jià)指標(biāo)之一,設(shè)計(jì)一種煉化企業(yè)智能程度自動化評價(jià)方法,定義企業(yè)智能化建設(shè)水平。但此次設(shè)計(jì)方法仍存在一定不足,在今后的研究中,會找到下一階段智能化建設(shè)的努力方向,引入灰色信息的多層次模糊系統(tǒng),加入多個模糊因素,通過灰色關(guān)聯(lián)法,進(jìn)一步提高評價(jià)結(jié)果的借鑒意義和參考價(jià)值。