（系统工程专业论文）跨企业协作平台中本体自适应演化框架与实现.pdf

摘要 如今全球的制造业环境下，制造业业务竞争日趋激烈，并且变化迅速。不同 语言、不同文化背景、不同知识表达习惯以及制造业术语本身不确定性，都给沟 通和理解制造业信息造成了困难。所以，共享的制造业信息为人、计算机和 i n t e r n e t 搭建了桥梁。近年来，本体技术已经越来越注重解决知识共享问题。 本体是能够以一种显式、形式化的方式来表示语义，提高异构系统之问的互操作 性，促进知识共享。 制造业本体是建立在制造业领域内，包含基本概念、关系、实例、公理和函 数集合的本体，可以作为制造业信息的存储。对于制造业本体，由于业务领域( 如 设计、制造、销售、采购、物流等) 的变化、共享概念模型( 上下文语义) 的变 化等，会导致本体不断变化，在这种协同环境下，为了达到本体的有效性和一致 性，就要建立一种制造业本体演化机制。 本文主要以制造业中的铸造业为例，建立较为详细的制造业本体库，在此基 础上，为达到本体的有效性和一致性，针对该本体库的变化过程，提出一种基于 用户评价的本体演化和评价方法。本文主要做了以下几方面工作： 第一，构建了制造业本体。制造业本体作为一种概念化的说明，可采用框架 体系对制造业知识中客观存在的概念和关系进行描述。并且对该本体进行存储和 查询。本体可以存储存入到本体信息库中。当用户使用本体数据时，可以通过本 体查询模块对本体信息库进行操作，浏览或查询需要的本体数据。 第二，设计了基于用户评价的本体演化系统。首先，协同制造环境下业务本 体设计是否合理，是否能够实际应用，需要对其进行评价。本体的用户评价机制， 目前尚无通用的本体评价标准方法，对于评定本体的方法有很多标准。本文对于 制造业本体的构建，设定了相关本体的评价标准。然后，用户对本体进行评价， 目的是通过本体的修正和演化，保证本体的正确性、准确性和完整性。最后，本 体根据出现的变化和由这些变化引起的本体一致性问题的自适应变更，即本体演 化。它是一个动态的过程，包括技术性的，管理的一系列行为来对本体进行变更， 从而有效的满足组织的客观需求和用户的需要。 关键词：语义w e b ，本体，制造业本体库，用户评价，本体演化 a b s t r a c t a b s t r a c t a l t h o u g ht h eg l o b a lm a n u f a c t u r i n g e n v i r o n m e n t ，m a n u f a c t u r i n go p e r a t i o n s i n c r e a s i n g l yc o m p e t i t i v ea n dr a p i d l yc h a n g i n g d i f f e r e n tl a n g u a g e s ，d i f f e r e n tc u l t u r a l b a c k g r o u n d s ，d i f f e r e n tk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o nc u s t o m a r yt e r ma n dm a n u f a c t u r i n g i t so w nu n c e r t a i n t i e s ，b o t hc o m m u n i c a t i o na n du n d e r s t a n d i n go ft h ed i f f i c u l t i e s c a u s e db yt h em a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o n t h e r e f o r e ，t h es h a r i n gm a n u f a c t u r i n g i n d u s t r yi n f o r m a t i o nm a n n e r , t h ec o m p u t e ra n di n t e m e th a v eb u i l tt h eb r i d g e i n r e c e n ty e a r s ，o n t o l o g yh a sb e c o m ei n c r e a s i n g l yf o c u s e do nt e c h n o l o g yt os o l v et h e i s s u eo fk n o w l e d g es h a r i n g o n t o l o g yi sa ne x p l i c i to r d e rt ob ea b l et o ，f o r m a lw a yt o e x p r e s ss e m a n t i c s ，h e t e r o g e n e o u ss y s t e m si m p r o v ei n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e n ，a n d p r o m o t ek n o w l e d g e - s h a r i n g m a n u f a c t u r i n go n t o l o g ya l es e tu pi nt h em a n u f a c t u r i n gs e c t o ri nt h ef i e l d ， i n c l u d i n gb a s i cc o n c e p t s ，r e l a t i o n s ，i n s t a n c e s ，a x i o m sa n dac o l l e c t i o no fo n t o l o g y f u n c t i o n ，c a nb eu s e da st h em a n u f a c t u r i n go fi n f o r m a t i o ns t o r a g e o n t o l o g yf o rt h e m a n u f a c t u r i n gs e c t o r ，a st h eb u s i n e s sa r e a s ( s u c ha sd e s i g n ，m a n u f a c t u r e ，s a l e s ， p r o c u r e m e n t ，l o g i s t i c s ，e t c ) c h a n g e s ，s h a r e dc o n c e p t u a lm o d e l ( c o n t e x ts e m a n t i c ) c h a n g e sw i l ll e a dt oe v e r - c h a n g i n go n t o l o g y ，i nt h i sc o l l a b o r a t i v ee n v i r o n m e n t ，i n o r d e rt oo n t o l o g yt oa c h i e v ee f f e c t i v e n e s sa n dc o n s i s t e n c y ，i ti sn e c e s s a r yt os e tu pa m a n u f a c t u r i n go n t o l o g ye v o l u t i o nm e c h a n i s m t h ep a p e rm a i n l yu s e st h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yi nd i ec a s t i n ga se x a m p l ea n d b u i l d sad e t a i l e do n t o l o g yl i b r a r ys y s t e m o nt h i sb a s i s ，i tp r o p o s e sam e t h o df o r u s e r - b a s e de v a l u a t i o no n t o l o g ye v o l u t i o nd i s c u s s e d i nt h i sp a p e r , w ew i l la r g u et h e k e yi s s u e so f t h er e s e a r c ho ft h e s et o p i c s ： f i r s t ，h a sc o n s t r u c t e dt h em a n u f a c t u r i n go n t o l o g y m a n u f a c t u r i n go n t o l o g ya sa c o n c e p t u a l i z a t i o no ft h en o t e ，t ob eu s e di nt h ef r a m e w o r ko f t h es y s t e mo fo b je c t i v e k n o w l e d g eo nt h em a n u f a c t u r i n gs e c t o ra n dt h ee x i s t e n c eo ft h ec o n c e p ta n dt h e r e l a t i o n s h i pd e s c r i b e d a n do n t o l o g yc a l ls t o r ea n dq u e r y w h e nu s e ru s i n go n t o l o g y d a t a ，h e s h ec a l lo p e r a t eo n t o l o g yi n f o r m a t i o nl i b r a r y ，v i e wo rq u e r yt h ed a t ab y o n t o l o g yq u e r ym o d u l e i i 垒皇! 皇竺壁一 _ _ 一 s e e o n d ，d e s i 皿o fau s e r - b a s e de v a l u a t i o no f o n t o l o g ye v o l u t i o ns y s t e m f i r s to f a 1 1 m ec o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r i n g e n v i r o n m e n tb u s i n e s so n t o l o g yd e s l g n 1 s r e a s o n a b l e “c a ni np r a c t i c a la p p l i c a t i o n s ，n e e d t ob ee v a l u a t e d u s e ro n t o l o g y e v a l 吼t i o nm e c i l a m s m ，t h e r ei sn ou n i v e r s a lm e t h o do fo n t o l o g ye v a l u a t i o nc r i t e n a m e t h o d sf o ra s s e s s i n go n t o l o g yh a sal o to fs t a n d a r d s t h i s a r t i c l er e g a r d i n gt h e m a i l u f a c t l j r i n gi i l d u s t d ，m a i no n t o l o g y sc o n s t r u c t i o n ，h a se s t a b l i s h e d t h er e l a t e dm a i n o n t o l o g ye v a l u a t i o nc r i t e r i a a n d ，t h eu s e ro f t h eo n t o l o g yt oe v a l u a t et h ep u r p o s eo 士 m ea d o p t i o no ft h ea m e n d m e n ta n dt h ee v o l u t i o no fo n t o l o g y ，o n t o l o g yg u a r a n t e e c o 盯e 咖e s s ，a c c u r a c ya n dc o m p l e t e n e s s f i n a l l y ，t h eo n t o l o g yi n a c c o r d a n c ev v l t n c 眦g e sa n dt h e s ec h a n g e sc a u s e db yt h eo n t o l o g yc o n s i s t e n c yp r o b l e m o fa d a p t l v e c h a n g e s t h a ti s ，o n t o l o g ye v o l u t i o n i ti s ad y n a m i cp r o c e s s ，i n c l u d i n gt e c h n i c a l ， m a n a g e n l e n t ，as e r i e so fa c t st om a k ec h a n g e st o t h eo n t o l o g ys oa st oe f i e c t l v e i y m e e tt h eo r g a n i z a t i o n so b j e c t i v en e e d sa n d t h en e e d so fu s e r s k e yw o r d s ：s e m a n t i c w e b ，o n t o l 。g y ，m a n u f a c t u r i n g o n t o l 。g yl i b 删，l l s e r e v a l u a t i o n , o n t o l o g ye v o l u t i o n i i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：奄廊劳 知西年弓月日 - ，ji ，h 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：稍寓荡 细年3 月6 e t 第l 章引言 第1 章引言 1 1 课题的研究背景和意义 随着工业经济和信息技术的发展，企业规模不断扩大，出现跨地域经营和 动态联盟。在此情况下，产品设计、生产和交付需经过企业各部门、供应商、 分销商、零售商和顾客之间的协作，设计活动和生产计划也需要基于设计需求 和制造约束，与潜在的制造伙伴共同协商。因此，需要从企业间协同管理的需 求出发，研究业务协同服务的新方法、技术及实现平台。 如今全球的制造业环境下，制造业业务竞争日趋激烈，并且变化迅速。不同 语言、不同文化背景、不同知识表达习惯以及制造业术语本身不确定性，都给 沟通和理解制造业信息造成了困难。所以，共享的制造业信息为人、计算机和 i n t e r n e t 搭建了桥梁。近年来，本体技术已经越来越注重解决知识共享问题 1 。本体是能够以一种显式、形式化的方式来表示语义，提高异构系统之间的 互操作性，促进知识共享 2 。利用本体论主要实现对企业知识系统的共享和重 用的目的。本体论是一种新兴的研究方法和工具，在信息系统领域，主要应用 于解决信息的组织与处理、信息的检索与查询以及异构信息系统的互操作问题， 为用户、领域专业人员、开发者等不同人员、不同应用系统之间提供了共享的、 一致的理解和统一的概念框架。 制造业是一系列相互关联的活动，如生产可用材料( 产品和服务) ，包括规 划，设计，获得，生产，库存，销售，分销，销售和管理 4 。制造业本体是在 建立在制造业领域内，包含基本概念、关系、实例、公理和函数集合的本体， 可以作为制造业信息的存储。对于制造业本体，由于业务领域( 如设计、制造、 销售、采购、物流等) 的变化、共享概念模型( 上下文语义) 的变化等，会导致本 体不断变化，在这种协同环境下，为了达到本体的有效性和一致性，就要建立 一种制造业本体演化机制。本体演化是指本体根据出现的变化和由这些变化引 起的本体一致性问题的自适应变更 5 。它是一个动态的过程，包括技术、管理 等一系列行为来对本体进行变更，从而有效的满足组织的客观需求和用户的需 要。 第1 章引言 本文主要以制造业中的铸造业为例， 基础上，为达到本体的有效性和一致性， 基于用户评价的本体演化和评价方法。 1 2 研究的主要工作 1 2 1 论文的研究内容 建立较为详细的制造业本体库，在此 针对该本体库的变化过程，提出一种 1 、制造业本体的构建。制造业本体作为一种概念化的说明，可采用框架体 系对制造业知识中客观存在的概念和关系进行描述。 2 、本体存储和查询。本体可以存储存入到本体信息库中。当用户使用本体 数据时，可以通过本体查询模块对本体信息库进行操作，浏览或查询需要的本 体数据。 3 、本体的评价标准。协同制造环境下业务本体设计是否合理，是否能够实 际应用，需要对其进行评价。本体的用户评价机制，目前尚无通用的本体评价 标准方法，对于评定本体的方法有很多标准。 4 、本体的用户评价。本体评价的目的是通过本体的修正和演化，保证本体 的正确性、准确性和完整性。 5 、本体演化。本体演化是指本体根据出现的变化和由这些变化引起的本体 一致性问题的自适应变更。它是一个动态的过程，包括技术性的，管理的一系 列行为来对本体进行变更，从而有效的满足组织的客观需求和用户的需要。 1 2 2 论文的组织结构 本论文共分为七章，内容组织如下： 第一章：绪论。介绍了整个课题的研究背景和意义，提出研究的内容，并 对本文的工作进行了整体介绍。 第二章：本体相关概念。主要介绍了本体的概念和分类，本体与语义w e b ， 基于w e b 的本体描述语言。 第三章：制造业本体库的存储及构建。首先介绍了本体的构建方法、工具 和存储模式。然后根据协同制造环境下构建业务本体，最后介绍制造业本体的 2 第1 章引言 存储。 第四章：用户评价本体。先制定制造业本体的评价标准，然后用户就可以 根据评价标准对制造业本体进行评价。 第五章：本体演化方法及框架。详细介绍了本体演化的概念及研究现状、 过程模型、框架结构。 第六章：基于用户评价的本体演化系统原型设计。结合电风扇模具材料选 择的案例来说明原型系统的实现。 第七章：总结与展望。对本文的研究工作进行总结并提出进一步的研究方 向。 3 第2 章本体相关概念 第2 章本体相关概念 2 1 本体的概念和分类 一、本体的概念 本体( o n t o l o g y ) 5 又称为实体，源自于形而上学的哲学分支，它对客观世 界的事物进行分解，发现其基本的组成部分，进而研究客观事物的抽象本质。 近年来，本体的概念被越来越多的应用于计算机知识工程领域，用于对客观世 界的存在进行系统化描述，方便知识的重用和交互。人们己经从不同的角度和 方面为本体论概念进行了定义，其中比较著名的有“本体是概念模型的明确的 规格说明”和“本体是共享概念的一个形式化的规格说明”。 目前获得大部分研究者公认的本体定义是t o mg r u b e r 5 于1 9 9 4 年在 s r k b ( s h a r e dr e u s a b l ek n o w l e d g eb a s e s ) 的邮件列表中提出的定义：“本体是 关于共享概念的协议。共享概念包括对领域知识建模的概念框架、可互操作的 系统通信协议和特定领域理论的表示协议。在知识共享环境中，本体以定义表 达词汇的形式来获得描述。 概括为“本体是概念模型的明确的规范说明。” f e n s e l 6 对这个定义进行分析后认为本体的概念包括四个主要方面： 1 概念模型( c o n c e p t u a l i z a t i o n ) ：客观世界中现象的抽象模型； 2 明确( e x p li c i t ) ：概念及它们之间联系都被精确定义： 3 形式化( f o r m a l ) ：精确的数学描述： 4 共享( s h a r e d ) ：本体中反映的知识是其使用者共同认可的。 虽然不同研究者对本体有不同的描述，但是从内涵上来看，他们对本体的 认识是一致的，都是把本体当作某个领域内不同主体( 人、代理、机器等) 之间 进行交流的一种语义基础，即由本体提供明确定义的词汇表，描述概念和概念 之间的关系，作为使用者之间达成的共识。因此，本体的用途包括交流、共享、 互操作、重用等。 二、本体的分类 目前关于本体的研究非常广泛，尤其是在国外，许多研究组织和机构都研 究建立了各种各具特色的本体。针对目前出现的各种各样的本体，也出现了不 4 第2 章本体相关概念 同的分类方法，最为广泛的分类方法是根据本体应用主题，将这些为数众多的 本体划分为五种类型： 1 领域本体：领域本体在一个特定的领域中可重用，它们提供该领域特定 的概念定义和概念之间的关系，提供该领域中发生的活动以及该领域的主要理 论和基本原理等。对特定领域的本体研究和开发目前已涉及许多领域，包括企 业本体、医学概念本体、酶催化生物学本体、陶瓷材料机械属性本体等。 2 通用或常识本体：关注于常识知识的使用。通用知识本体的研究包括著 名c y c 的公司的o p e n c y c 本体，最新版的o p e n c y c 包括6 0 0 0 个概念和6 0 0 0 0 个关于 这些概念的声明( 包括概念间的关系、对概念的限制等) ，另夕f o p e n c y c 还包括一 个基于本体论的常识推理机。 3 知识本体：它的研究重点是语言对知识的表达能力。典型的有斯坦福大 学知识系统实验室提供的一种称为知识交换格式k i f ( k n o w l e d g ei n t e r c h a n g e f o r m a t ) 的知识描述语言，以及可以在线将各种知识转换为k i f 的本体服务器 o n t o i n g u a 。目前普遍认为，所有其它的知识表示形式都可以转换为k i f 的形式。 4 语言学本体：是指关于语言、词汇等的本体。典型的实例有普林斯顿大 学研制的w o r d n e t 和g u m ( g e n e r a li z e du p p e rm o d e l ) 。 5 任务本体：也称为方法本体，任务本体是本体研究的另一个分支，主要 研究可共享的问题求解方法，这里的推理方法与领域无关，任务本体主要涉及 动态知识，而不是静态知识。任务本体的研究以c h a r d r a s e k a r a m 等人的关于任 务和问题求解方法本体研究为代表。任务本体中经常描述的要素包括：任务目 标、任务数据、执行状态等等。具体的研究主题包括：通用任务、与任务相关 的体系结构、任务方法结构、推理结构和任务结构等。 根据本体形式化程度分类 按照本体表示的形式化程度对现有本体进行分类，可分为： 1 完全非形式化：完全采用自然语言表示的本体，如爱丁堡大学企业项目 中的e n t e r p r i s eo n t o l o g y 自然语言版。 2 结构非形式化：采用受限的或结构化的自然语言表示，以减少二义性。 例如上述e n t e r p r i s eo n t o l o g y 的文本版本矛d w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n 推出的工作流术语汇编。 3 半形式化：用一种人工定义的形式化语言表示。许多采用o n t o li n g u a 描 述的本体都属于这一类。 5 第2 章本体相关概念 4 形式化：所有术语都具有形式化的语义，并能在某种程度上证明包括一 致性和完整性等方面的属性。如多伦多大学虚拟企业项目的企业本体。 根据本体研究层次分类 本体的研究和开发工作是在不同层次上进行的，根据本体的研究层次，可 分为： 1 顶层本体：主要研究非常通用的概念，如空间、时间、事物、对象、事 件、行为等，他们完全独立于特定的问题或领域。因此可以说顶层本体可以在 一个很大的范围内共享。 2 领域本体：研究与一个特定领域相关的术语或词汇，如医学、企业模拟 等。 3 任务本体：定义通用任务或推理活动，如诊断等。它们都可以应用项层 本体中定义的词汇来描述自己的词汇。任务本体和领域本体处于同一个研究和 开发层次。 4 应用本体：描述特定的应用，它既可以应用特定的领域本体中的概念， 又可以引用出现在任务本体中的概念。 2 2 本体与语义w e b 在语义w e b 领域，本体作为重要组成部分也得到了迅速发展。语义w e b 是由 t i mb e r n e r s l e e 在1 9 9 8 年提出的万维网发展方向 7 。t i mb e r n e r s l e e 认为语 义w e b 是现有万维网的扩展或者是下一代的万维网，其目标是跨越现有缺乏自动 化、智能化信息处理方式的万维网与“信息爆炸之间的鸿沟，充分利用计算 机的强大计算能力，让计算机能在“理解”w e b 中信息的“含义 的基础上与人 更好地合作，为人们在万维网中进行的信息获取、访问和信息交换活动提供更 准确，更有效的支持。这里，信息的“含义”即语义( s e m a n t i c ) 一词所表达的 不是自然语言或人的推理，而是表达了对信息能进行哪些操作。由于机器并不 具备智能，语义w e b 的基本思想是在w e b 信息中加入机器可处理的表达语义的元 数据，进步能依据元数据层次上的关系、规则、逻辑和条件进行推理，从而 自动地对信息进行组织、分类和处理。在此之后，t i mb e r n e r s l e e 又提出了语 义w e b 体系结构，为语义w e b 相关技术的研究制定了可实施的技术路线图。该体 系结构图如图l 。 6 第2 章本体相关概念 卫 互 d l p b i t o f o w l ：r u 蔓l 三 i 竖竺! 竺竺! 图1 修订的语y j e b 体系结构描述 m x l ( e x t e n s i b l em a r k e tl a n g u a g e ，可扩展标记语言e 8 3 ) 构成了语义w e b 的 语法基础。但捣也所存在的问题是不具备语义描述能力，为此r d f ( r e s o u r c e d e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ，资源描述框架 9 ) 被应用来解决x m l 的语义局限，它 借鉴了传统的“属性一值”对以及实体关系图，用三元组来表达二元关系 1 0 ， 提供了机器可处理的语义的元数据框架。r d fs c h e m a ( 简记为r d fs ) 引入了一 个类似于面向对象的语言中的可扩展的类型( t y p e ) 系统到r d f 中，提供方法定义 合适的定义域和值域，以及类和子类层次，使得一些简单的推理能得以实现。 要使计算机之间能够相互理解其处理内容，还要一套共同的标准的形式化 的概念体系，即本体( o n t o l o g y ) ，典型的w e b 本体通常包古一个分类法和一组推 理规则。o w l 1 1 是最新推荐的w e b 本体描述语言，是在d a m l 十o i l 的基础上发展 起来的，作为r d f - s 的扩展，它提供了更多基于描述逻辑( d e s c r i p t i o nl o g i c d l ) 1 2 的原语以支持更加丰富的语义表达和更强的推理能力。逻辑层则是在本 体层定义的术语关系和推理规则之上提供功能更强大的逻辑语言来实现推理， 当逻辑层在本体描述语言之上提供图灵完全的逻辑语言后，语义w e b 就有足够的 能力给出关于事物与事物间关系的断言。证明层的证明语言能对断言的真假给 出逻辑证明。最后数字签名和加密技术用来确保w e b 上信息的可信任性。目前研 究较为成熟的是本体层。 虽然不同研究者对本体有不同的描述，但是从内涵上来看，他们对本体的 认识是一致的，都是把本体当作某个领域内( 可以是特定领域的，也可以是更广 的范围) 不同主体( 人、代理、机器等) 之间进行交流( 对话、互操作、共享等) 的 一 第2 章本体相关概念 一种语义基础，即由本体提供明确定义的词汇表，描述概念和概念之间的关系， 作为使用者之间达成的共识。因此，本体的用途包括交流、共享、互操作、重 用等等泛 1 3 。 2 3 基于w e b 的本体描述语言 图2 给出了基于w e b 的本体描述语言的发展历程和相互关系。 l 啊zl ，l 狮眄z i h m2 0 0 12 0 0 4 图2 本体描述语言的发展 1 r d f ，r d f - s 1 5 r d f ( 资源描述框架，r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 、r d f s ( r d f s c h e m a ) ，是w 3 c 在x m l 的基础上推荐的一种标准，用于表示任何的资源信息。r d f 提出了一个简单的模型用来表示任意类型的数据。这个数据类型由节点和节点 之间带有标记的连接弧组成。节点用来表示w e b 上的资源，弧用来表示这些资源 的属性。因此，这个数据模型可以方便的描述对象( 或者资源) 以及它们之间的 关系。r d f 的数据模型实质上是一种二元关系的表达，由于任何复杂的关系都可 以分解为多个简单的二元关系，因此r d f 的数据模型可以作为其他任何复杂关系 模型的基础模型。r d fs c h e m a 为r d f 资源的属性和类型提供定义良好的词汇表。 w 3 c 推荐以r d f r d f - s 标准来解决x m l 的语义局限。 2 o i l 1 6 o i l ( 本体推理层本体交换语言，o n t o l o g yi n f e r e n c el a y e r o n t 0 1 0 9 y i n t e r c h a n g el a n g u a g e ) 是在欧洲的i s t 项目o n t o k n o w l e d g e 中开发的。o i l 以 r d fs c h e m a 为起点，用更为丰富的o n t o l o g y 建模原语对r d fs c h e m a 进行扩充。 8 第2 章本体相关概念 o i l 将框架系统、描述逻辑和w e b 标准( x l i l 和r d f ) 这三个不同领域的优点结合起 来，提供了一种通用的语义w e b 的标准语言。其中，基于框架的语言在a i 中有很 长的历史，它们的中心建模原语是类( 称为框架) 和属性( 称为槽) 。描述逻辑( d l ) 通过概念( 对应于类或者框架) 和角色( 对应于槽) 描述只是，具有良好的语义和 有效的推理。 o i l 的使用比较广泛支持o i l 的工具也很多，最著名的有o i l e d ，是一个基 于o i l 的本体编辑器。其他一些工具，比如o n t o e d i t 、t h e f a c t ( f a s t c l a s s i f i c a t i o no ft e r m i n o l o g i e s ) s y s t e m c 荨也都支持o i l 。 3 d a l i l 1 7 d a 扎( d a r p aa g e n tm a r k u pl a n g u a g e ) 是d a r p a 计划第一阶段所创建的一种 语言，d a r p a ( a g e n tm a r k u pl a n g u a g e ) 项目适于2 0 0 0 年8 月，由美国政府支持， 目标是开发一种语言和一组工具，为语义w e b 提供支持。l t a r kg r e a v e s 是该项 目的领导者。d a i i l 形成于d a m l d n t ( 一种本体语言) 和d a m l - - l o g i c ( 一种表达公 理和规则的语言) 。 d a f f l 扩充了肋f ，增加了更多更复杂的类、属性等定义。它一度很流行，成 为网上很多本体的描述语言，直到d a 扎的研究者和o i l 的研究者开始合作，推出 t d a 札+ o i l 语言，成为w 3 c 研究语义w e b 中本体描述语言o w l 的起点，并成为标准。 4 o w l 口8 1 9 o w l ( n 络本体语言，w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) 是w 3 c 推荐的本体描述语言的 标准位于w 3 c 绘制的本体语言栈顶( 参见图3 ) 。它是为了在w 啊上发布和共享本 体而提供的语义标记语言。 9 第2 章本体相关概念 图3w 3 c 的本体语言栈 o w l 是在d h m l + o i l 的基础上发展起来的，作为r d f ( s ) 的扩展，目的是提 供更多的元语以支持更加丰富的语义表达，并更好的支持推理。针对不同的需 求，o w l 有三个子语言：o w ll i t e 、o w ld l 和o w lf u l l 。描述列表如表1 ： 表1o w l 的子语言描述 子语言描述 0 l r ll i t e 叩ld l 讲r lf u l l 用于提供给那些只需要一个分类层次和简单属性约束的用户 支持那些需要在推理系统上进行最大程度表达的用户，这里的推理 系统能够保证计算完全性( c o m p u t a t i o n a lc o m p l e t e n e s s ，即所有 地结论都能保证被计算出来) 和可决定性( d e c i d a b i1i t y ，即所有 的计算都在有限的时间内完成) 它包括了o w l 语言的所有约束， 但是可以被仅仅置于特定的约束下 支持那些需要在没有计算保证的语法自由的r d f 上进行最大程度表 达的用户。它允许在一个o n t o l o g y 在预定义的( r d f 、a 孔) 词汇表 上增加词汇，所以所有的推理软件都不支持o w lf u l l 的所有特性。 2 4 基于语义w e b 的信息搜索 本体构建的研究为语义推理提供了基础条件，其中，领域本体描述了概念 之间的关系，提供了语义推理所需的逻辑规则，以x m l r d f 格式存储的数据元信 息则是待推理的对象。简单的说，语义推理过程就是让计算机识别和理解领域 本的结构和元数据信息，并根据相关的逻辑规则求得现有信息库的闭包。 不同于传统的基于单个领域本体的信息检索框架，基于本体的信息检索框 架引入了外挂推理机技术，并且其规则库是可扩展的。该框架主要由四个部分 组成，分别为查询推理模块、外挂推理机、跨领域本体库和可扩充规则库。信 息检索的过程是：用户向查询模块提交查询请求；查询模块接受查询请求，然 后启动外挂推理机，并将查询请求参数化后传给外挂推理机；外挂推理机调用 跨领域本体库的知识和可扩充规则库的规则，进行计算、推理，然后将推理的 结果返回给查询模块：查询模块将结果存放到结果集中。 由于跨领域本体库采用的是关系数据库，所以体系结构中引入了外挂推理 1 0 第2 章本体相关概念 机。外挂推理机分为两个模块：一个是内建规则推理模块，另一个是可扩展计 算推理模块。内建推理模块实现的功能类似于j e n aa p i 提供的各种推理接口， 主要实现一致性检测，各种公理判定等。可扩展计算推理模块主要实现高层次 应用所需的联合查询、计算、推理等，其特点是可以扩展针对具体应用设计的 算法，使得推理机的推理功能不断增强。可扩充规则库用来维护面向应用的公 理和规则。 在信息搜索领域，对于普通的w w w 用户，“信息过载 已成为一个日益严重 的问题。常规的直接基于关键词的信息检索技术已不能满足用户在语义上和知 识上的需求，寻找新的方法也就成为目前研究的热点。o n t o l o g y 具有良好的概 念层次结构和对逻辑推理的支持，因而在信息检索，特别是在基于知识的检索 ( 智能信息检索) 中得到了广泛的应用。 在w w w 的智能信息检索应用中，本体通常作为特定领域的领域模型，提供了 人们对领域本体的概念和概念层次的共同理解，从而有效降低了对自然语言理 解技术的依赖性。 2 5 本体管理系统框架 本体管理系统为用户提供一个易于构建、维护本体的平台，使得用户可以 方便地构建以及维护本体信息库，本文主要以制造业中的铸造业务为例，建立 较为详细的业务本体库：实现对本体信息库进行管理，提供构建、添加、删除 以及修改本体模板中的类、关系、约束规则和本体实例中的概念、关系等，包 括用户自定义类、关系和约束规则来定制本体模板以及实例化模板，并提供对 特定信息库中的各种信息( 领域、领域所包含的概念及关系) 进行查询、存取等 功能。在此基础上，针对该本体库的变化过程，建立一种基于用户评价的本体 演化方法。 为此，我们设计了协同制造环境下本体管理系统框架，如图4 所示。 第2 章车体相关概念 模 广t i 广一 块 【l 萌面再 图4 协同制造环境下本体管理系统框架 本体管理系统框架主要有几个模块组成：本体构建模块、本体存储模块、本 体查询模块、本体演化模块和本体评价模块。 当从不同数据源经由本体数据抽取单元抽取得到本体数据时，本体构建模 块根据实际用户指定生成本体，生成的本体经过本体存储模块处理存八到本体 信息库中。当用户使用本体数据时，可以通过本体查询模块对本体信息库进行 操作，洲览或查询需要的本体数据。当本体信息库中的数据发生变化时，本体 演化模块对本体信息库中的本体进行维护。本体评价模块对现存的本体进行评 价。 1 本体构建模块 本体构建模块主要实现对本体信息库提供本体数据它首先通过本体抽取 单元从网络资源库、已有的本体数据和其形格式的数据中抽取出本体数据所需 的概念、属性、关系等，交由p r o t 6 9 e 来构建奉体。 第2 章本体相关概念 2 本体存储模块 本体存储模块把由本体构建模块构建的本体数据按照定的形式存储到本 体信息库中。本体的存储一般采用关系数据库的模式来存储。 3 本体查询模块 本体查询模块主要是为用户提供一个可以自定义的查询接口，以辅助用户 构建查询，查询和浏览本体信息库中本体知识。 4 本体评价模块 本体评价模块对现有本体进行评价。本体的用户评价机制，目前尚无通用 的本体评价标准方法，对于评定本体的方法有很多标准。本体评价的目的是通 过本体的修正和演化，保证本体的正确性、准确性和完整性。 5 本体演化模块 本体演化模块主要实现对本体信息库的维护。 本体演化过程中需要一系列的操作，比如添加新概念、新属性、新关系； 删除概念、删除属性、删除关系；查找某个概念实体等。 1 3 第3 章制造业本体库的构建及存储 第3 章制造业本体库的构建及存储 3 1 本体的构建方法和工具 3 1 1 构建方法 本体的构建方法很多，但还没有一套完整的统一的方法论。研究者们创建 了许多的本体。在实际的构造过程中，根据各自问题域和具体工程的不同，又 形成了各种各样创建本体的方法。如何对这些方法的性能给出评估标准，就成 为一个值得研究的问题。以下是几种常用的构建方法。 1 i d e f - 5 方法e 2 0 。 i d e f - 5 通过图表语言和细化说明语言来获取某个领域的本体。图表语言虽 然表达能力有限，但直观，易理解；细化说明语言具有很强的表达能力，可把 隐藏在图表语言内的深层次的信息描述清楚，从而弥补图表语言的不足。i d e f - 5 方法包括以下五个步骤 2 1 ： 组织和范围：确定o n t o l o g y 建设项目的目标、观点和语境，并为组员分配 角色。 数据收集：收集o n t o l o g y 建设需要的原始数据。 数据分析：分析数据，为抽取o n t o l o g y 做准备。 初始化的本体建立。 本体的精炼与确认。 2 骨架法( s k e l e t a lm e t h o d o l o g y ) 2 2 。 建立在企业本体基础之上，是相关商业企业间术语和定义的集合，只提供 开发本体的指导方针，包括如下步骤： 确定目的和范围。 建设本体：分为捕获、编码和集成。 文档化：把概念、元本体等做精文档。 3 企业建模法 2 3 。 用于构造虚拟企业本体工程，分为以下步骤： 激发场景：某些场景可以激发本体的建设。 1 4 第3 章制造业本体库的构建及存储 非形式化的能力问题：应该能够回答的各种问题。 术语的规范化。 形式化的能力问题：把非形式化的能力问题用形式化的术语定义出来。 形式化公理：用一阶谓词逻辑表示术语的定义及约束。 完备性定理：定义在什么条件下方案完备。 4 m e t h o n t o l o g y 方法 2 4 。 该方法结合了骨架法和g o m e z p e r e z ，基本流程如下： 规格说明书：产