基于機器學習的煉化企業(yè)智能程度自動化評價方法

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)是國家基礎行業(yè)之一,通過數(shù)字化、信息化建設,可實現(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準,盡管煉化企業(yè)的智能轉(zhuǎn)型已取得一定進展,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)智能程度評價方法,確定煉化企業(yè)智能等級,通過評價信息變化情況,找出煉化企業(yè)智能化發(fā)展的不足,進一步提高煉化企業(yè)現(xiàn)代化水平,具有重要意義[2-3]。

現(xiàn)階段,企業(yè)智能程度評價相關研究較為成熟,通過評價指標體系,體現(xiàn)企業(yè)智能化水平,表示各個領域的智能方法和智能系統(tǒng)應用效果。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體系,實現(xiàn)企業(yè)智能程度評價[4-5]。本文結(jié)合現(xiàn)有的研究理論,提出基于機器學習的煉化企業(yè)智能程度自動化評價方法。

1 基于機器學習的煉化企業(yè)智能程度自動化評價方法設計

1.1 基于機器學習的煉化企業(yè)智能程度自動化評價指標體系構(gòu)建

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

調(diào)查各個領域的智能技術(shù)和信息系統(tǒng)使用狀況,從價值角度出發(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、人工干預減少程度[7-8]。記錄10個業(yè)務領域調(diào)查數(shù)據(jù),獲得企業(yè)智能評價指標相關數(shù)據(jù)。至此完成基于機器學習的煉化企業(yè)智能程度自動化評價指標體系構(gòu)建。

1.2 計算煉化企業(yè)智能程度自動化評價指標權(quán)重

賦予企業(yè)智能評價指標權(quán)重,評價指標重要程度。設同一等級的企業(yè)智能評價指標分別為i、j,構(gòu)建指標判斷矩陣C表達式為

(1)

其中,n為企業(yè)智能評價指標數(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cij為1,稍重要時cij為3,明顯重要時cij為5,強烈重要時cij為7,極端重要時cij為9,稍不重要時cij為1/3,明顯不重要時cij為1/5,強烈不重要時cij為1/7,極端不重要時cij為1/9[9]。計算矩陣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,計算偏離一致參數(shù)D的公式為

(5)

引入矩陣C的隨機一致參數(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]。計算矩陣C的一致比率d,公式為

(6)

(7)

(8)

第i項下一級指標熵值pi計算式為

(9)

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

(10)

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

(11)

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

1.3 自動化評價煉化企業(yè)智能程度

計算煉化企業(yè)智能程度評價值,劃分企業(yè)智能程度等級。由企業(yè)智能評價指標,組成評價因素集U={u1,u2,…,un}。由指標權(quán)重,建立權(quán)重集W={w1,w2,…,wn}。根據(jù)煉化企業(yè)智能建設實際情況,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、部分建成、建成但需完善、已完善。設第i項指標對評語集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對應的評語集元素賦值,作為第i項指標的評語值riq,構(gòu)成同一等級的指標評語矩陣R,公式為

(12)

企業(yè)智能程度評價值f計算式為

f=W·R

(13)

2 煉化企業(yè)智能評價實例分析

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

2.1 數(shù)據(jù)來源

預處理石化公司調(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)預處理流程

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

2.2 石化公司智能程度評價

表1 智能評價二級指標權(quán)重計算結(jié)果

表2 智能評價一級指標權(quán)重計算結(jié)果

2.3 實驗結(jié)果分析

該石化公司智能程度的最終評價值為79.9,位于第4個評價區(qū)間。公司智能水平處于集成級,表示公司完成了智能化準備工作,已經(jīng)建成與公司競爭力相關的信息系統(tǒng),實現(xiàn)10個業(yè)務領域信息系統(tǒng)的集成,向集成實施轉(zhuǎn)變,評價結(jié)果與公司實際情況相符。由各個指標評價值可知,石化公司的數(shù)字化建設水平較低,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)字化建設設施。

3 總結(jié)

此次研究將機器學習作為評價指標之一,設計一種煉化企業(yè)智能程度自動化評價方法,定義企業(yè)智能化建設水平。但此次設計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,通過灰色關聯(lián)法,進一步提高評價結(jié)果的借鑒意義和參考價值。