（机械制造及其自动化专业论文）面向业务协作的异构系统集成平台研究及其实现.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 在企业信息化进程中，为了提高企业的竞争力，企业先后兴建了各种各样的应用系统， 各应用系统彼此孤立，不能实现信息共享，形成的“信息孤岛”引起了企业越来越多的关 注，目前企业对e a i ( 企业应用集成) 的需求相当迫切。本文以国家高技术研究发展计划资 助项目“基于本体的面向业务协作的异构系统集成技术研究及应用”( 2 0 0 6 a a 0 4 2 1 5 7 ) 和 浙江省自然科学基金项目“面向业务协作的异构系统语义集成技术研究和应用”( y 10 7 3 6 0 ) 为依托，以企业间业务协作为研究对象，在现有的异构系统集成技术的基础上，研究并实 现了基于本体的企业问异构系统集成技术。论文的主要内容如下： 第一章绪论。首先介绍了课题研究的背景和研究意义，综述了课题的国内外相关研 究现状，并指出目前的异构系统集成方法在制造企业中应用时所遇到的障碍。然后，阐述 了本课题的研究内容，最后介绍了论文的结构。 第二章研究了基于本体的企业问业务协作的机制，提出了业务协作异构问题模型， 并介绍了相关解决技术。在此基础上，提出了异构系统语义集成的理论框架，介绍了理论 框架的层次划分以及各个层次的作用。 第三章研究了业务协作领域本体和企业局部本体的构建方法。在本章节中，着重讨 论如何将企业的知识构建成本体，为实现企业间的语义互操作奠定基础。 第四章研究了基于本体的企业间异构系统互操作机制的实现。分析了实现语义互操 作涉及的关键技术，重点研究了通过本体映射解决语义异构的方法。同时，讨论了在本体 映射基础上的语义转换机制。 第五章介绍了基于本体的异构系统集成平台的实施。说明了集成平台的开发环境和 运行原理，以及平台总体功能模型和各功能模块的实现。 第六章总结部分。对全文的工作进行总结，并对下一步的工作进行了展望。 关键词：业务协作；系统集成；本体建模；本体映射；语义互操作 浙江大学硕士学位论文a b s t i t a c t a b s t r a c t i nt h ep r o c e s so fe n t e r p r i s ei n f o r m a t i z a t i o n ，i no r d e rt oi m p r o v et h ec o m p e t i t i v e n e s s ，e n t e r p r i s e s h a v eb u i l taw i d ev a r i e t yo fa p p l i c a t i o n s h o w e v e r , t h e s ea p p l i c a t i o n sa l ei s o l a t e df r o me a c h o t h e r , a n dc a n ta c h i e v ei n f o r m a t i o ns h a r i n g t h ef o r m a t i o no f ”i n f o r m a t i o ni s l a n d s ”h a sd r a w n i n c r e a s i n g l ya t t e n t i o no fe n t e r p r i s e s w i t ht h es u p p o r tf r o mt h en a t i o n a lh i g h t e c h r & d p r o g r a mo fc h i n a ( n o 2 0 0 6 a a 0 4 z 15 7 ) a n dz h e ji a n gn a t u r a l s c i e n c ef o u n d a t i o n ( n o y 1 0 7 3 6 0 ) ，t h i sp a p e rt a k eb u s i n e s sc o o p e r a t i o na so b j e c t ，b a s e do nt h ee x i s t i n gh e t e r o g e n e o u s s y s t e m si n t e g r a t i o nt e c h n o l o g i e s ，r e s e a r c h e da n di m p l e m e n t e do n t o l o g y b a s e di n t e r - e n t e r p r i s e h e t e r o g e n e o u ss y s t e m si n t e g r a t i o n m a i nc o n t e n t si n c l u d i n g ： c h a p t e ri i n t r o d u c e dt h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo fo u rr e s e a r c h ，a n do v e r v i e w e dt h e r e s e a r c hs t a t u so fr e l a t e dt o p i c s t h e n ，t h ec o n t e n ta n da r c h i t e c t u r eo f t h i st h e s i sw a sd i s c u s s e d c h a p t e ri i s t u d i e dt h eo n t o l o g y - b a s e dm e c h a n i s mf o ri n t e r - e n t e r p r i s eb u s i n e s sc o l l a b o r a t i o n ， a n dp r o p o s e dt h eh e t e r o g e n e o u sp r o b l e mm o d e l b a s e do nt h i s ，ah e t e r o g e n e o u ss y s t e m s i n t e g r a t i o nf r a m e w o r kw a sp u tf o r w a r d c h a p t e r1 1 1s t u d i e dt h ec o n s t r u c tm e t h o d o l o g yo fb u s i n e s sc o l l a b o r a t i o nd o m a i na n de n t e r p r i s e l o c a lo n t o l o g i e s i nt h i ss e c t i o n ，w ef o c u s e do nh o wt ob u i l do n t o l o g i e sf o rs e m a n t i ci n t e g r a t i o n o fb u s i n e s sp r o c e s s e s ，w h i c hl a y st h ef o u n d a t i o nf o ra c h i e v i n gs e m a n t i ci n t e r o p e r a b i l i t y b e t w e e ne n t e r p r i s e s c h a p t e r i vs t u d i e dt h e o n t o l o g y b a s e di n t e r o p e r a b i l i t y m e c h a n i s m a m o n ge n t e r p r i s e h e t e r o g e n e o u ss y s t e m s i nt h i sc h a p t e r , w ea n a l y z e dk e yt e c h n o l o g i e sr e l a t e dt oa c h i e v e s e m a n t i c i n t e r o p e r a b i l i t y , a n d f o c u s e do n r e s o l v i n gs e m a n t i cc o n f l i c t st h r o u g ho n t o l o g y m a p p i n g m e a n w h i l e ，t h es e m a n t i c sc o n v e r s i o nm e c h a n i s mb a s e d0 1 1o n t o l o g ym a p p i n gw a s d i s c u s s e d c h a p t e rvd e s c r i b e dt h ei m p l e m e n t a t i o n o f o n t o l o g y b a s e di n t e g r a t i o np l a t f o r m f o r h e t e r o g e n e o u ss y s t e m s w ei l l u s t r a t e dt h eo p e r a t i n gp r i n c i p l e sa n df u n c t i o n a lm o d e lo ft h e p l a t f o r m ，a sw e l la st h ei m p l e m e n t a t i o no f e a c hf u n c t i o n a lm o d u l e c h a p t e rv is u m m a r i z e st h ew h o l e t h e s i sa n df o r e c a s t sf u r t h e rr e s e a r c hd i r e c t i o n s k e y w o r d s ： b u s i n e s sc o o p e r a t i o n ；s y s t e mi n t e g r a t i o n ；o n t o l o g ym o d e l i n g ；o n t o l o g ym a p p i n g ； s e m a n t i ci n t e r o p e r a b i l i t y m 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：王涛沼乙一 签字日期：如l 。年弓月巧日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：王| 一跨彬l 签字目期：如l d 年弓月岑日 导师签名：【 签字日期：7 彬c 。年) 月厂日 浙江大学硕士学位论文致谢 致谢 在浙江大学两年多的研究生学习期间，是我人生中非常重要的一个成长时期。在此阶 段，我的导师倪益华副教授给予了我悉心的指导与帮助，值此论文完成之际，我首先衷心 地感谢倪益华老师! 从论文的选题到研究方案的制定，从论文提纲到论文撰写，从论文的 多次修改到论文的最终定稿，无不凝结着倪老师的心血。倪老师严谨的治学态度、渊博的 专业学识、勤奋热情的工作态度给我留下了深刻的印象。从倪老师身上，我不仅学到了丰 富的专业知识和做学问的本领，倪老师高尚、严谨、求是的品格更是我可以享用一生的宝 贵财富。 感谢机械制造工程研究所的顾新建教授、周继烈副教授和王正肖副教授，感谢他们在 两年多的时间中对我学习和科研的热情指导。 感谢胡恒杰博士、吕艳博士、代风博士以及刘运通博士，他们在科研过程中给予了我 无私的帮助，他们勤奋好学的态度也给予了我不竭的动力。感谢黄娜莎师妹在项目中给予 我的热情帮助，感谢实验室的兄弟姐妹们，他们是王杨、周伟安、柯敏、李俊、王硕、吴 良科，徐亮，杨景华、宋芳芳等，在于你们朝夕相处的过程中，我度过了快乐而充实的研 究生阶段。感谢寝室的兄弟们，他们是周巨涛、郑乾和吴卓文，在两年多的生活中我们互 相帮助、互相鼓励，在与你们的聊天与争辩中，加深了我很多问题的认识与理解，也明白 了自身的优势与不足。感谢与我一起走过人生青春岁月的研究生同学，我会怀念跟你们一 起吃饭、唱歌和打篮球的快乐时光。 深深感谢我的父母，谢谢他们对我的养育之恩，正是他们默默的支持给予了我前进的 动力。他们的善良、勤劳、朴实的品质深深的影响了我的一生，他们一直以来对我的谆谆 教诲，给了我永往直前、不断拼搏的信心与勇气。在此论文完成之际，我想与他们分享这 份喜悦之情。 最后，衷心感谢所以关心和帮助过我的朋友和同学们，祝福你们。 王海波 2 0 1 0 年1 月于求是园 浙江大学硕士学位论文绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 随着经济全球化趋势加快，以信息技术为代表的高新技术日新月异，对世界各国经济 社会的发展产生了广泛而深刻的影响。经济信息化是推动经济全球化的基础力量，经济全 球化和信息化相互依存、相互促进的趋势越来越明显。我国政府和企业非常重视企业信息 化的建设，到2 0 0 8 年中国制造行业信息化投资总额达到4 3 7 亿元，2 0 0 5 年2 0 0 8 年制造 行业信息化投入年增长保持1 5 , 的增长速度。部分优势企业正在把积极推行企业管理信息 化作为赢得竞争优势的重要举措。虽然我国的企业信息化建设取得了显著进展，但也存在 着不少亟待解决的问题，如信息基础设施不完善，信息资源开发利用不够，系统建设与应 用总体水平仍然不高，系统集成和资源共享水平低等n 1 。 在企业信息化进程中，为了提高企业的竞争力，企业先后兴建了各种各样的应用系统， 各应用系统彼此孤立，不能实现信患共享，形成的“信息孤岛”引起了企业越来越多的关 注，目前企业对e a i ( 企业应用集成) 的需求相当迫切。2 0 0 6 年2 0 1 0 年中国制造行业信 息化应用进入一个新的阶段。随着“十一五”规划的实施，中国制造行业在2 0 0 6 年一2 0 1 0 年这段时间里，中国制造行业信息化将由基础建设向系统整合、业务整合乃至高端应用阶 段发展。有调查显示，7 0 的被调查单位与系统集成商合作过，9 0 , 的被调查者当前比较关 注系统集成，特别是各种业务系统的开发和应用系统的整合集成等。 目前多数企业所面临的最大挑战就是他们的许多i t 异构系统集成性很差。运行业务 的数据库和应用程序是在不同时期部署的，它们来自不同的供应商，使用各不相同的定制 技术，如：e r p 、p d m 、c r m 、0 a 、c a d 等一系列电子商务、电子政务软件和工程应用组件， 但其间却往往缺少关联和通信，导致信息“孤岛”现象严重。这种信息系统构架很难及时 为企业的高层决策提供及时、准确的信息，使企业运行成本居高不下，而且也给企业的开 发人员带来了繁冗的工作拉1 。 制造企业要想生存和发展，必须从原有的业务职能为中心的模式转变到以业务过程为 中心的运作模式b 1 。企业为了适应竞争，必须在缩短交货期、提高运作效率以及敏捷性等 方面有持续显著的改善1 。 为实现企业对市场需求的快速反应和提高企业间业务协作水平，企业的信息系统应满 足以下需求h 1 ： 浙江大学硕士学位论文绪论 企业信息在整个业务协作过程中及时的共享和交互，其中包括企业内部各部门之 间、企业与协作企业之间； 为企业的决策和业务运行提供全面、及时和准确的信息； 企业信息系统要具有足够的柔性来适应不断变化的市场环境，实现快速重构，以 满足业务需求。 目前企业的信息基础设施和系统架构还不能满足上述需求，需要进行以下的改进才能 满足企业间无缝业务协作的需求。主要包括： ( 1 ) 需要有一种方法能使现有的应用程序和数据库适用于新的环境，发挥新作用， 它们之间很多信息和数据相互交叉，甚至重复，需要整合； ( 2 ) 业务协作系统不是单一的软件产品，而是涉及到企业管理各个方面的完整的产 品线或产品族，其中包括p d m 系统、e r p 系统、s c m 系统、c r m 系统等等。需要进行应用 系统的交互和集成； ( 3 ) 市场的不断变化使得决定业务协作软件体系的业务、功能和质量方面的需求总 是处于不断的变化之中，系统体系要具有足够的柔性来适应这种变化。 1 2 课题来源及研究意义 本课题以国家8 6 3 高技术研究发展计划资助项目“基于本体的面向业务协作的异构系 统集成技术研究及应用”( 2 0 0 6 a a 0 4 2 1 5 7 ) 和浙江省自然科学基金项目“面向业务协作的 异构系统语义集成技术研究和应用”( y 10 7 3 6 0 ) 为依托，针对当前企业信息化中企业内大 量遗留系统( 数据库、程序等) 需要整合、不同应用系统( p d m ，e r p 、s c m 、c r m 等) 需 要交互、企业问业务需要紧密协作的现状，以企业业务协作为研究对象，异构系统的集成 为目标，围绕业务协作的异构系统集成提出一套可行的理论和方法。旨在加速企业的业务 过程，使企业更好的适应快速变化的市场。 本论文主要研究涉及面向业务协作的异构系统集成技术、本体建模方法、本体映射方 法、语义互操作机制等，提出了基于本体异构系统集成平台框架结构，并讨论了在此框架 下企业间的业务协作机制，最后开发了异构系统集成平台原型系统，为企业间的面向业务 协作的异构系统集成提供了一套全面的解决方案。基于语义的集成技术具有覆盖面大和基 础性强的特点，有助于从根本上解决异构系统集成的问题。本论文的研究具有重要的理论 意义，为异构系统集成提供了一个新的体系结构和实现方法，同时具有较高工程应用价值。 浙江大学硕士学位论文绪论 1 3 异构系统语义集成研究现状 本课题研究涉及面向业务协作的异构系统集成技术、本体建模方法、本体映射方法、 语义互操作机制等。近年来，国内外的研究机构和大专院校对这些技术进行了广泛而深入 的研究，已取得了较显著的成果。下面对这些技术的国内外发展现状和趋势逐个进行详细 的分析： 1 3 1 异构系统集成总体情况 异构数据源集成是数据库领域的经典问题，尽管目前已经有不少的数据集成方法和相 应的工具投入到实际的应用中，然而由于企业应用系统的复杂性、异构数据源的多样性等 诸多因素的制约，特别是企业新的应用需求，使得企业数据集成过程变得相当复杂。 异构系统集成在硬件、协议和软件等多个层面有着广泛的研究。从软件的角度，可以 按照两种分类方法，一种是按照接口粒度划分，如：方法级集成、过程级集成等。按照这 种方法，我们划分为数据集成和业务过程集成。另外一种方法是按照集成中采用的不同技 术进行划分，如基于c o r b a 、d c o m 、a g e n t 和s o a ( 主要使用w e b 服务技术) 为纯技术一类， 同时使用智能a g e n t ，本体和语义为技术上的另外一类。当然，还有许多其它的集成技术 和方法来研究异构系统的集成。 业务过程集成研究中，工作流是广泛使用的技术，当前许多基于x m l 的工作流规范语 言如x p d l ，b p e l 等可以用来定义业务过程。但是描述过程对象之间的关系的能力有限， 需要功能更强大的匹配机制和语义级的描述语言来支持更高层的抽象，文章b 1 全面介绍了 新一代的w e b s e r v i c e 语义语言一o w l - s 。 基于中间件的集成方法通过消息中间件实现了异种数据库的互连，它最早应用于银行、 海关等商业领域，后来在办公自动化领域得到了广泛的应用，例如e x c h a n g es e r v e r 、 l o t u s n o t e s 等。业务中间件将业务逻辑从应用中剥离出来，使得动态分析和改变业务逻 辑成为可能哺1 。 在w e b 服务方面，尽管提出了u d d i 、w s d l 等技术标准，但仍然存在很多尚待解决的 问题；服务发现、匹配、检索的查全率和查准率较低；服务集成仍然需要人工干预，不能 完全自动化。在c o r b a 、c o m 和e j b 等以跨平台互操作为目标的中间件研究和应用方面， 也同样存在中间件描述、检索和自动化集成等方面的问题n 1 。 代理技术( a g e n t ) 可以将企业应用封装成一个代理，企业间的交互相当于多代理间的 通讯和交流。由于代理本身固有的自治性和分散性，它可以较好地实现应用集成的问题饵1 。 3 浙江大学硕士学位论文绪论 图1 1 描述了各种异构系统集成技术的关系。 不同层次的异构系统集成技术都有自己的最佳应用范围。在企业实践中，异构系统集 成技术有不同的应用层次和集成深度。例如，当两个系统间只是需要数据的同步，并不需 要流程的集成，实时性要求也不高时可采用数据抽取的技术解决数据的分布性和异构性问 题。在企业实践中，往往需要将不同层次的系统集成技术进行综合应用。 空阳 大范围的 资源集成 业务流程 的集成 不同软件 间的集成 单个软件 内的集成 差主翌1 l 织和过广一 程优化l 基于软件 的集成i 平台的集成 基于w e b l 基于网格 l 务的集成l 的集成 基于a g e n t 的集成 基于中问 件的集成 基于软件组 件的集成 基于工作 流的集成 基础准备 系统开发系统部署系统运行 时间维 图1 1 异构系统集成技术的关系 目前国内，p d m c a x e r p 等的集成主要采用系统间的专门接口来实现。这种方法存在 可扩展性差并且构建和维护的成本高等缺点n 1 l a l i tp a t i l 等为实现c a d c a m 数据的语义集成，提出了面向数据融合的产品数据表 示语言p s r l ，采用一对一的映射方法。针对产品设计、制造的集成，利用本体技术提出 了比较完整的解决方案，实现了产品术语的集成l l o 。 c d a r t i g u e s 采用k i f 系统建立统一的中间本体，通过手工定义规则实现不同领域的 本体映射，以及不同应用软件间的信息交换1 。 a m i s 工程采用现有的多种技术来实现软件系统间的自动集成n 2 1 。解决了集成过程中 的语义冲突问题。主要贡献为：捕获并使用语义表示软件系统知识；任务的自动推理。 目前的研究分析认为，异构系统的语义集成需要解决以下三个问题：语义捕获、语义 表示和语义转换。 1 3 2 本体建模方法研究现状 本体的作为一种能在语义层次描述信息系统概念模型的建模工具，近年来受到国内外 大量研究者的关注。本体的开发是一个严格规范化的流程，其建模方法与应用领域密切相 关，目前还没有比较统一的建模方法。比较著名的本体建立方法有：i d e f 5 方法n3 1 、骨架 法n 钔、t o r e 方法n 5 1 以及斯坦福大学开发的七步法“们等本体建立方法。 i d e f 5 ( i n t e g r a t e dd e f i n i t i o nf o ro n t o l o g y1 ) e s c r i p t i o nc a p t u r em e t h o d ，本体 4 浙江大学硕士学位论文绪论 描述获取方法) 是一种用于开发和维护可用的、准确的领域本体的软件工程方法n ，提供 了图表语言和细化说明语言来获取某个领域的知识，并将其形式化为本体。i d e f - 5 提出 的本体构建方法包括以下五个活动：( 1 ) 确定组织和范围( o r g a n i z i n ga n ds c o p i n g ) ；( 2 ) 数据收集( d a t ac o l l e c t i o n ) ；( 3 ) 数据分析( d a t aa n a l y s is ) ；( 4 ) 初始化的本体建立 ( i n i t i a lo n t o l o g yd e v e l o p m e n t ) ：( 5 ) 本体的精炼与确认( o n t o l o g yr e f i n e m e n ta n d v a l i d a t i o n ) 。 爱丁堡大学m i k eu s c h o l d 等人的“骨架”法是其从开发企业本体的经验中产生的，是 一组与企业相关的术语和定义的集合。它提出的本体构建过程如下：( 1 ) 明确本体应用目 标和范围；( 2 ) 本体分析；( 3 ) 本体表示；( 4 ) 本体评价；( 5 ) 本体建立。 t o v e 建模方法是加拿大t o r o n t o 大学企业集成实验室基于在商业过程和活动建模领 域内开发t o v e 项目本体的经验中总结出来的。该方法包括如下几个步骤：( 1 ) 收集应用场 景；( 2 ) 非形式化的本体能力问题提问；( 3 ) 术语的规范化；( 4 ) 能力问题的形式化；( 5 ) 公理的形式化；( 6 ) 完备性定理。当能力问题都被形式化的表述之后，必须定义在什么条 件下这些问题的解决方案是完备的。 七步法是由斯坦福大学医院开发的用于领域本体的构建的方法。其具体的七个步骤分 别是：( 1 ) 确定本体的专业领域和范畴；( 2 ) 考查复用现有知识本体的可能性；( 3 ) 列出 本体中的重要术语；( 4 ) 定义类( c l a s s ) 和类的层次体系( h i e r a r c h y ) ；( 5 ) 定义类的属性； ( 6 ) 定义属性取值的类型、取值范围以及值的个数等；( 7 ) 创建实例。 1 3 3 本体映射研究现状 本体映射是指两个本体存在语义级的概念关联，通过语义关联，实现将源本体的实例 映射到目标本体的过程。本体映射方法为协调不同领域本体的语义差异提供了一种灵活、 动态的解决方案。 目前，在本体映射方面的研究已有许多n 钉“ 。本体映射方法按本体定义模型可以分为： 基于语法的方法；基于概念实例的方法；基于概念定义的方法；基于概念结构的 方法，这四种方法分别参照了本体定义中的不同部分。本体映射按采用的技术可以分为： 基于规则的方法；统计学的方法；机器学习的方法。需要指出的是，一个具体的映 射算法可能是上述多种方法和技术的综合。 代表性的映射方法有： 基于概念实例的方法是指在进行本体映射时利用概念的实例作为计算概念间相似度 浙江大学硕士学位论文绪论 的依据，其典型系统是华盛顿大学开发的g l u e 系统旺们。a n h a id o a n 等人提出了g l u e 系 统，采用机器学习技术对概念的实例进行分类，根据实例在概念中出现的联合概率分布概 率来计算相似性，最后利用领域约束和启发知识创建本体之间的语义映射。 基于概念定义的方法是指进行映射时主要参考了概念名称、描述、属性以及约束等信 息。m a n d r e ar o d r i g u e z 等m 1 提出一种利用概念定义来计算概念间相似度的方法，文中 将概念的定义分成概念的同义词集、概念的语义邻居和概念的独有特征三部分。然后对概 念的这三部分分别进行匹配，最后在加权得到两概念的语义相似度，进而确定其映射关系。 基于结构的相似度计算是在相似度计算方法中参考了概念间的层次结构，如父类和子 类关系信息等。文献睢2 1 在计算概念相似度时，考虑了概念的父类和子类集合的相似度，充 分利用了概念的层次关系中蕴涵的语义信息。 基于规则的方法是指在本体映射中由领域专家定义了一些启发式规则，实际上这些启 发式规则也是抽取自本体的定义和结构信息。k a r ls r u h e 大学的m a r ce h r i g 等n 引在确定 本体映射时制订了1 7 条规则( r 1 - r 1 7 ) ，对于一对实体根据每条规则得到一个相似度值， 然后再对这些值进行综合得到实体的综合相似度。该方法充分利用了本体的信息，具有良 好的匹配效果。 近年来在本体研究中提出了基于本体映射技术实现异构系统集成的理论和方法，有的 提出了整个映射过程的方法，有的重点讨论概念的映射，有的着重分析怎样计算实体类的 相似度等等，但尚存在一些问题。 由于企业各自建立本体的局限性和不同本体之间存在个体丰富性，本体间的语义冲突 也就不可避免地存在着。因而解决不同本体的概念间的语义冲突的本体映射成为本体研究 领域必须解决的一个问题。 本体映射的人工参与可能会提高映射的准确率，但是同样会影响效率，甚至困扰本体 的集成和应用。目前，本体映射需要领域专家的干预，这在较大的本体工程应用中显然是 不现实的。因而怎样实现映射的自动化或半自动化是本体映射研究的努力方向。 本体映射方法中，大多数是采用了多种匹配标准的组合方法这说明单一的标准并不 能提供足够精确的结果。而通过匹配算法的组合，采用多个匹配标准，可以挖掘多方面的 本体信息，从而有效地提高了匹配质量。现有的方法大多数是基于模式信息的，而对于大 量的实例数据却没有考虑。未来的匹配算法除了考虑更有效地利用模式信息外，还应该更 多地挖掘实例数据提供的信息，或者研究一些更有效的这些算法的组合映射方法。 6 浙江大学硕士学位论文绪论 1 3 4 语义互操作研究现状 语义互操作是指计算机能够通过知识体系( 概念、约束、关系、公理的表达) 的参照、 映射或其他方法，理解多个领域的知识表达，并使信息系统具有语义交互的能力语义互 操作作为一种高层的互操作理念，作为一种急待解决的用户需求，成为目前研究的热点之 一。因为实现了语义互操作，将使人和人之间、机器与人之间，甚至是机器与机器之间的 信息可以进行无障碍的交流；而且也可以让机器理解信息的含义。如此实现信息交流和共 享的高度自动化和智能化，使信息交流模式和质量发生彻底的改善和提升。 在文章中，作者介绍了一种利用数据挖掘和本体实现信息系统互操作的新方法。该 方法通过基于本体的逻辑推理实现概念语义在不同空间信息系统之间的转换，利用数据挖 掘技术从候选集合中确定转换集合并将操作的结果返回给用户，从而完成空间信息系统的 互操作。 文章幢钔中指出为了保证数据源之间的互操作性，语义集成是目前企业对异构数据源的 必然要求。作者提出了一种面向企业异构数据源集成的递增式语义模型构建方法。该方法 在保留了本体模型驱动的集成方式的优点的同时，降低了顶层领域本体模型的建立和维护 的难度，弥补了传统的集成方法的不足。 m e m o i r e 5 是华盛顿大学的学者提出的一个框架，其目的是为了解决生物和医学领域 的基于案例推理( c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ) 系统之间的互操作问题。m e m o i r e 为生物医学 领域的案例本体和基于案例的本体提出了一套统一标准的基于网络本体语言( o w l ) 的表 达语言。m e m o i r e 提供了一组用来开发基于案例推理系统的工具，用这组工具开发出来的 系统是与其表达语言相适应的。同时，m e m o i l e 具有可扩展性，它可以应用到各种不同的 生物医学应用的领域、任务和环境中。 文章幢们中讨论了网络时代地理信息系统( g i s ) 的语义集成和互操作的发展趋势和理 论，在分析了各种新技术带来的影响后，文章对本体家族进行了分类，它们分别是：基础 本体、领域本体和应用本体，它们可应用于复杂的分布式系统之间的语义信息的共享和交 换。文章基于本体和l d a p 构建了一个资源管理系统，可以实现地理信息系统之间的语义集 成和语义互操作。 文章幢7 1 阐述了通过将文本中的词语与本体中概念相联系，来缩小基于h t m l 的互联网 和基于r d f 的语义网之间的差距。作者开发了全自动的方法来映射导入的r d f 本体的等价 概念。这些方法允许特定领域本体之间的无缝集成，从而实现不同领域之间基于概念的信 7 浙江大学硕士学位论文 绪论 息检索。 文章乜8 1 提出了一个本体驱动的集成方法称为优先方法( ap r i o r ia p p r o a c h ) 。创新点 是每个参加集成过程的数据源都包括了一个用于定义其数据含义的本体，这种方法能保证 当所有数据源引用一个共享的本体时集成过程的自动化。作者提出了两个集成算法( 1 ) 共 享本体在集成过程中可以扩展；( 2 ) 将局部数据源的实例映射到共享本体上。最后，指出 该理论能够实现用p l i b 本体模型来自动地把电子目录集成到企业工程数据库中。 1 4 目前研究存在的不足之处 近年来，异构系统集成研究的焦点已从解决数据源系统异构、语法异构逐渐发展到致 力于解决数据源语义异构问题。为此，研究者在异构系统集成领域引入了“本体”( o n t o l o g y ) 这种能表达较强概念语义的工具，提出了基于本体的异构系统集成方法。本体作为一种能 在语义层次描述知识的建模工具，在知识工程、数字图书馆、软件复用、信息检索和w e b 上异构信息的处理、语义w e b 等领域得到了广泛的应用 2 9 o 利用本体解决异构系统间互操 作问题已经在地理信息系统和生物医学领域得以实现，而这种基于本体的语义集成由于对 本体模型的依赖性，在国内制造业领域内它的推广存在以下障碍： 大多数制造企业中不存在可用的企业本体模型； 短期内建立一个企业本体模型并不容易； 面向业务协作的异构系统集成缺乏一种语义互操作机制的支持； 目前还没有出现可操作性强的异构系统集成平台。 1 5 论文的研究内容 论文以企业间业务协作为研究对象，在现有的异构系统集成技术的基础上，研究并实 现了基于本体的企业间异构系统集成技术。本文研究了异构系统语义集成所涉及的关键技 术一一本体的建立、本体间的映射、异构系统基于语义的互操作机制等。论文将本体技术 引入到企业间业务协作集成中来解决业务协作过程中语义异构的问题，同时参考了s o a ( 面 向服务架构) 的设计思想，利用w e bs e r v i c e 技术封装数据源，将企业间业务协作中的各种 业务分离成可供复用的服务，这样不仅解决了企业间的系统异构问题，而且实现了企业之 间的松散耦合，提高了业务协作的适应性。同时，使用x m l 作为公共数据模型来描述企业 间的业务协作信息，屏蔽了企业间数据源在语法上的异构；构建了业务协作企业局部本体， 并通过局部本体与领域本体之间的语义映射，屏蔽了企业问数据源在语义层的异构。 8 浙江大学硕士学位论文 绪论 本论文的主要研究内容包括： 1 研究当前异构系统集成所采用的方法和技术 总结当前异构系统集成所采用的方法和技术，分析企业应用系统之间的系统异构、语 法异构和语义异构，提出相应的解决技术。 2 研究基于本体的企业间业务协作集成机制 论文针对企业间业务协作的一个场景：企业a 的信息系统软件发出一个采购订单( x m l 格式) ，通过业务协作集成平台，将采购订单信息转化成企业b 信息系统所能理解的销售订 单信息。分析企业参与业务协作的需求；建立业务协作领域本体和企业局部本体；提出基 于本体的企业业务协作集成的体系结构 3 研究业务协作本体建模方法 研究本体模型的构建方法，建模语言和工具；提出面向业务协作的领域本体和企业局 部本体的建模方法。 4 研究企业问业务协作语义互操作机制 该部分是实现企业业务协作语义集成的核心。提出一种相似度计算方法和映射优化与 决策机制来实现本体间映射，并以此为基础研究企业间业务协作的语义互操作机制的实现。 5 研究基于本体的企业业务协作集成平台的构建 在研究上述关键技术的基础上，设计和实现一个基于本体的企业业务协作集成平台。 并对平台运行机制和各个功能模块的实现进行研究 1 6 论文结构 第一章绪论。首先介绍了课题研究的背景和研究意义，综述了课题的国内外相关研 究现状，并指出目前的异构系统集成方法在制造企业中应用时所遇到的障碍。然后，阐述 了本课题的研究内容，最后介绍了论文的结构。 第二章研究了基于本体的企业间业务协作的机制，提出了业务协作异构问题模型， 并介绍了相关解决技术。在此基础上，提出了异构系统语义集成的理论框架，介绍了理论 框架的层次划分以及各个层次的作用。 第三章研究了业务协作领域本体和企业局部本体的构建方法。在本章节中，着重讨 论如何将企业的知识构建成本体，为实现企业间的语义互操作奠定基础。 第四章研究了基于本体的企业间异构系统互操作机制的实现。分析了实现语义互操 作涉及的关键技术，重点研究了通过本体映射解决语义异构的方法。同时，讨论了在本体 q 浙江大学硕士学位论文绪论 映射基础上的语义转换机制。 第五章介绍了基于本体的异构系统集成平台的实施。说明了集成平台的开发环境和 运行原理，以及平台总体功能模型和各功能模块的实现。 第六章总结部分。对全文的工作进行总结，并对下一步的工作进行了展望。 1 7 本章小结 本章首先介绍了课题的研究背景，说明了基于本体的异构系统集成的重要研究意义。 然后，综述了课题涉及的关键技术的国内外相关研究现状，并指出目前基于本体的异构系 统集成方法在实际应用中存在的不足。最后阐述了本论文所研究的主要内容，并介绍了论 文的章节安排。 1 0 浙江大学硕士学位论文基于本体的企业间业务协作机制 第2 章基于本体的企业间业务协作机制 2 1 业务协作异构问题模型 企业业务协作场景描述：以企业a 与企业b 的采购与销售的业务协作为例，企业a 利用 信息系统x 产生了一个采购订单，通过集成平台将采购订单的信息转换成为企业b 信息系统 y 客户订单所需的信息。如图2 1 所示： 企业a - 一，一采购- 销售业务协作、企业b 图2 1 企业业务协作场景 在企业a 与企业b 的采购一销售业务协作过程中，涉及到协作企业的产品数据，而这些 数据源分布在各个企业的不同应用系统中，企业间不同的应用系统的数据源在结构上存在 很大的差异，数据的存储格式、表达方式都不尽相同，这就形成了数据的异构性。两个企 业的信息系统数据源之间可能存在三个方面的异构b 们： 1 ) 系统异构即数据源所依赖的业务应用系统、数据库管理系统乃至操作系统之间的 不同构成了系统异构。包括硬件存储环境、操作系统和软件环境的异构。 2 ) 语法异构是指不同信息系统对相同信息采用不同的表示格式，如同一日期的不同 表示方式，同一产品的不同表示结构等，该种异构与软件本身的设计有关。 3 ) 语义异构是指不同企业使用信息系统时，对相同或相关数据在含义或解释、用途 方面的不同。由于各个信息系统是独立设计和开发的，在参与集成的信息系统之间可能会 产生各种语义的冲突，例如：使用不同的术语表示同一概念；同一概念在各信息系统中有 着不同的含义。 2 2 异构问题解决技术 在当前的数据集成应用中，大多采用c o r b a 、w e bs e r v i c e 等分布式计算模型来解决 系统异构问题；x m l 以其扩展性、结构性、平台独立性和自描述性等特性成为数据表示和 浙江大学硕士学位论文基于本体的企业间业务协作机制 交换的事实标准，统一使用x m l 来表示和交换企业间的协作信息，同时使用x m ls c h e m a 、 有向图等公共数据模型来解决语法异构问题。这些数据模型虽然能解决异构数据源的语法 异构，但是它们的语义表达能力不强，很难解决数据源之间语义异构问题。要想实现信息 系统的互操作，仅仅数据层面的互操作往往不能尽如人意，迫切需要直接表达和处理信息 “语义”，也就是说不同应用系统必须对隐含的知识实现共同的理解才能真正共享信息， 产生正确的交互和协作。因此，实现企业间无缝的业务协作，就必须实现企业间异构系统 基于语义的集成。 下面将对业务协作集成平台涉及到的解决技术进行简要的介绍。 2 2 1 弛儿 2 2 1 1 】m 简介 x m l ( e x t e n si b l em a r k u pl a n g u a g e ，可扩展标记语言) 是由w 3 c 的x l d l 工作组定义 的d ：“x m l 是s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ，标准通用标记语言) 的子 集，其目标是允许普通的s g m l 在w e b 上以目前h t m l ( 超文本标记语言) 的方式被服务、 接收和处理。x m l 被设计成易于实现，且可实现与s g m l 和h t m l 之间的互操作。” x m l 是一种介于s g m l 和h t m l 之间的语言，它既保持了s g m l 强大的标记功能，同时 又具有灵活性和开放性。x m l 是一种元标记语言，用户可以定义自己需要的标记，具有可 扩展性。 x i v i l 的主要应用于以下几个方面- 数据交换：对于一个应用程序来说，数据交换是最基本的任务。而x l d l 使用自定 义标记存储数据信息，并且存储了各标记之间的关系，如父子、兄弟关系等。这 使得平面文件必须要使用额外数据来存储的信息，可以隐含地保存在x m l 文档的 自身结构中。 跨平台应用开发：x m l 文档不依赖于任何开发语言，各种开发语言都已经实现了 与x m l 的沟通。例如，通过x m l 文档的中间介质作用，可以实现j a v a 开发与c 舞 开发的良好交互。 数据转换：x m l 文档可以通过接口实现与e d i 、f l a tf il e 等文件格式之间的相互 转换。 x m l 是i n t e r n e t 环境中跨平台的，依赖于内容的技术，是当前处理结构化文档信息的 有力工具。目前已被广泛接受并应用于许多领域，煳l 作为一种可扩展的标记语言，已成 1 2 浙江大学硕士学位论文基于本体的企业问业务协作机制 为数据表示和交换的事实标准。在本课题研究的异构数据集成领域，采用x m l 作为实现异 构信息系统之间数据交换的标准。 2 2 1 2 】吡s c h e m a x m ls c h e m a 是对x l d l 文档结构的定义和描述，其主要作用是用来约束x m l 文件，并 验证x m l 文件的有效性。它可以定义x m l 文档中可出现在哪些元素，定义可出现在文档中 的属性以及定义元素和属性的数据类型等。由于x m ls c h