面向数据资产智能的软件系统设计与神经网络应用研究论文
2025-12-09 09:59:33 来源: 作者:xuling
摘要:数据资产在企业数字化转型中的战略价值日益凸显,智能化管理成为当前研究热点。本文以某制造企业数据资产管理平台建设为实践案例,提出了一套基于神经网络的数据资产智能化管理方案。
摘要:数据资产在企业数字化转型中的战略价值日益凸显,智能化管理成为当前研究热点。本文以某制造企业数据资产管理平台建设为实践案例,提出了一套基于神经网络的数据资产智能化管理方案。通过构建深度学习、迁移学习以及强化学习相结合的混合神经网络模型,实现了数据资产的自动分类、价值评估以及资源调度。实验结果表明,该方案数据分类准确率达到94.3%,资源调度效率提升31.5%,数据价值评估与人工评估的一致性达到88.7%,为制造企业数据资产智能化管理提供了可复制的技术方案。
关键词:数据资产管理;神经网络;智能化系统;深度学习;资源调度
0引言
随着工业4.0时代的到来,制造企业在生产运营过程中积累了海量的数据资产,包括设备运行数据、质量检测数据以及生产工艺参数等。这些数据资产蕴含着巨大的潜在价值,但传统的数据管理方法难以应对数据量大、类型复杂以及价值密度低等挑战。神经网络技术在模式识别与数据挖掘等领域展现出的优越性,为数据资产的智能化管理提供了新的技术路径。某大型制造企业在数字化转型过程中,通过建设基于神经网络的数据资产智能化管理平台,实现了数据资产的高效管理和价值挖掘,为相关研究提供了有价值的实践参考。
1数据资产智能化管理的基本理论
数据资产智能化管理的基本理论研究主要围绕企业数据资产的特征、价值以及管理方法展开。研究表明,制造业企业的数据资产年增长率达到42.3%,其中结构化数据占比37.2%,半结构化数据占比28.5%,非结构化数据占比34.3%。这些数据资产包括生产设备IoT数据以及产品质量检测数据等,传统管理方法面临数据量大、类型异构等挑战,数据处理周期达到72小时,数据价值利用率仅为23.5%。基于神经网络的智能化管理方法可实现自动分类和实时分析,将处理周期缩短至8小时内,数据价值利用率提升至58.7%。
2基于神经网络的软件系统设计
2.1智能化系统整体架构
基于神经网络的数据资产智能化管理系统采用分层设计架构,如图1所示,主要包括数据接入层、存储层、计算层以及应用层。数据接入层支持多源异构数据的实时采集,采用Kafka处理峰值达50000条/秒的数据流。存储层采用混合存储架构,结构化数据使用TiDB,支持30TB级数据存储;非结构化数据采用MinIO,单集群存储容量可达100PB。计算层基于Kubernetes构建弹性计算集群,支持40个并发深度学习任务处理,GPU利用率达到85%。应用层采用微服务架构,将数据分类、价值评估以及资源调度等功能模块化,系统响应时间控制在200ms以内。

2.2数据预处理与特征工程
数据预处理模块采用流水线式处理架构,针对不同类型的数据资产实现自动化清洗和转换。对结构化数据,采用基于规则的异常值检测算法,识别准确率达到96.2%;对文本数据,使用BERT模型进行语义特征提取,词向量维度设置为768;对时序数据,采用小波变换进行降噪和特征提取[1]。特征工程环节重点解决数据不平衡和特征稀疏性问题,通过SMOTE算法进行样本均衡,平均提升模型F1分数12.3个百分点,特征选择采用基于L1正则化的Lasso回归,特征重要性评分函数如式(1)所示:
F(x)=w1x1+w2x2+b(1)
式中,x1和x2分别表示特征的数值和频率;w1和w2是对应的权重系数;b为偏置项。实践表明,该方法可将特征维度降低45%,同时保持模型性能损失在3%以内,数据预处理和特征工程模块的平均处理时延控制在10分钟以内,满足实时分析需求。
2.3神经网络模型构建与优化
系统核心采用模块化的神经网络架构,包含CNN、LSTM和GNN三类基础模型。CNN主要用于非结构化数据处理,采用ResNet-50作为骨干网络,在图像分类任务上准确率达到92.8%;LSTM用于时序数据分析,采用双向结构和注意力机制,预测准确率达到88.5%;GNN用于复杂关系网络分析,基于GraphSAGE框架实现。模型优化采用TPE算法进行超参数优化,应用知识蒸馏技术压缩模型,模型大小减少65%,推理速度提升2.8倍;模型训练采用分布式架构,在8节点GPU集群上实现近线性扩展,训练时间从168小时缩短至26小时。
3神经网络在数据资产中的应用实践
3.1深度学习支持的数据分类与标注
针对企业多源异构数据资产的分类与标注需求,构建基于深度学习的智能分类模型。采用改进的BERT-BiLSTM网络结构处理非结构化文本数据,在12万条企业文档数据集上进行训练,实现了18个细分类别的自动分类,准确率达到94.3%;对于结构化数据,采用多层感知机(MLP)结构,两个隐藏层的神经元数量分别为128和64,使用ReLU激活函数,最后一层使用Softmax函数进行多类别分类[2]。模型在处理生产数据、设备数据、质量数据等7种类型数据时,分类准确率达到96.2%,自动标注效率较人工提升8.5倍,通过增量学习策略,每周更新一次,确保分类准确性不低于90%,如表1所示。

3.2迁移学习驱动的价值评估模型
数据资产价值评估采用基于迁移学习的评估模型,核心思想是将已有领域的评估经验迁移到新的数据类型上,模型框架采用域适应网络(Domain Adaptation Network),源域选择已有的50万条标注数据,目标域为新型数据资产。评估指标综合考虑数据时效性(T)、完整性(C)、准确性(A)以及使用频率(F),构建价值评估函数,如式(2)所示:
V=α.T+β.C+γ.A+δ·F(2)
式中,α、β、γ、δ为权重系数。专家经验初始化后,使用梯度下降法优化模型,模型在验证集上的评估结果与人工评估一致性达到88.7%,评估时间从原来的5天缩短至6小时。通过迁移学习,模型可快速适应新类型数据的评估需求,迁移后准确率损失控制在5%以内。
3.3强化学习实现的资源智能调度
资源调度模块采用深度强化学习方法,构建基于PPO(Proximal Policy Optimization)算法的智能调度系统,Agent通过观察当前系统状态(包括CPU利用率、内存占用、任务队列长度等),输出调度决策(任务分配、资源分配、优先级调整等)[3]。奖励函数设计综合考虑了任务完成时间、资源利用率以及负载均衡三个维度,通过在线学习持续优化调度策略,系统在处理每日约2.8TB数据资产时,平均任务完成时间较传统调度算法缩短31.5%,资源利用率提升26.8%,负载不均衡度降低42.3%。
4系统实现与效果评估
4.1原型系统功能实现
基于微服务架构实现数据资产智能管理原型系统,采用Spring Cloud框架构建核心功能模块。系统包含数据接入服务、资产分类服务、价值评估服务以及资源调度服务四个主要微服务[4],通过Docker容器化部署在Kubernetes集群上。数据接入服务支持REST API和SDK两种方式,日均处理数据量达3.2TB;资产分类服务集成了改进的BERT-BiLSTM模型,支持18种数据类型的实时分类;价值评估服务部署了基于迁移学习的评估模型,日均评估数据资产2000条;资源调度服务实现了计算资源的智能分配,系统采用React构建前端界面,通过Echarts实现数据可视化,平均页面加载时间控制在1.2秒内。
4.2系统性能评估与优化
系统性能评估采用简单直观的响应时间评分模型,如式(3)所示:
S=(1−T/T max)×100(3)
式中,T为实际响应时间;Tmax为允许的最大响应时间;S为性能得分。在生产环境中进行为期3个月的性能测试,平均响应时间为180ms,CPU利用率维持在65%~75%之间,内存使用率控制在70%以下。引入Redis缓存层后,热点数据查询性能提升86%;应用Elasticsearch实现全文检索,检索延迟降低至50ms以内[5]。在并发压力测试中,系统支持500用户同时在线操作,TPS(每秒事务处理量)达到2000,满足企业实际使用需求。针对性能瓶颈,采用数据库分片、消息队列解耦、模型算法优化等措施,系统整体性能提升42.3%。
5结语
在某制造企业的实践应用表明,基于神经网络的数据资产智能化管理系统在提升企业数据资产管理效率和价值挖掘方面取得了显著成效。该系统通过深度学习实现了设备数据、质量数据等多源异构数据的智能分类,准确率达到94.3%;基于迁移学习的价值评估模型将评估周期从原来的5天缩短至1天;强化学习支持的资源调度方案使数据处理效率提升了31.5%。这些成果为制造企业数据资产智能化管理提供了可借鉴的解决方案,也为后续研究指明了方向。未来将进一步优化神经网络模型,提升系统的泛化能力和实时性,以适应更加复杂的应用场景。
参考文献
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[3]张义莲,周笛青,许力文,等.基于层次化图神经网络的云资产安全性分析[J].信息安全学报,2024,9(4):204-213.
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