（机械设计及理论专业论文）基于本体的企业异构数据语义xml描述及应用.pdf

浙江大学硕士学位论文一基于本体的企业异构数据语义也描述及应用 摘要 。制造业是一个国家国民经济的基础，是综合国力的体现。随着全球化市场 的形成和网络技术的发展，网络化制造模式应运而生。网络化制造的本质是通过 提供跨企业间的产品协同设计、协同制造、供应链管理、客户关系管理，以及信 息共享等服务，最终有效地实现跨越企业边界的各种协同活动。网络化制造涉及 到产品全生命周期，其数据源分布在各种企业应用系统中，不同企业应用系统的 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。论文较为系统地研究了网络化制造下基于本体的企业异构 数据语义描述方法，基于语义的异构数据模式匹配方法，以及舡数据向关系 数据库映射的实现方法，开发了相应的应用信息系统，并在企业中获得成功应用。 第一章阐述了制造业生产技术的演变、网络化制造的理论和实践及网络化 制造中的数据异构现状，分析了网络化制造下叉车行业的数据管理，探讨了x m l 数据的特点和应用以及对异构数据的描述，提出了基于本体的异构数据描述方 法。 第二章阐述了本体在语义w e b 中的作用，比较了几种本体描述语言，选择 o w l 语言描述企业数据，探讨了领域本体的建立方法，提出了本体到帆模式 的映射方法，并提出了一种x m l 模式图的表示方法，最后给出了叉车产品事例。 第三章分析了叉车企业数据异构现状，提出了基于语义的x m l 数据异构匹 配体系，探讨了x m l 数据的语义依赖形式化描述，对语义依赖进行推理和验证， 然后基于x m l 数据的语义描述和语义依赖推理的结果对异构数据模式进行匹 配，论述了传统的匹配方法，提出了根据引用约束、语义依赖和语义关联进行匹 配，并对匹配结果进行转换。 第四章对现有的几种x m l 数据管理方案进行比较，分析了) m 皿数据与关系 数据的优缺点，提出了) m 凡数据关系存储的方案，并探讨了) 丑咀膜式向关系模 式映射的技术，最后解析x m l 数据到关系数据库。 第五章介绍了系统的开发平台、技术特点、总体框架，结合应用系统在企 业中实施情况，给出系统主要模块的界面和功能，实现了上面几章关于基于本体 的企业异构数据语义描述的应用。 第六章总结了领域本体的建立、x m l 语义描述、基于语义的x m l 异构数据 模式匹配、) a 也数据的关系映射等技术，重点介绍了本论文工作的创新和特色， 并对本论文相关研究领域的发展前景进行了展望。 关键词；网络化制造，本体，异构数据，语义描述，儿模式，语义依赖， 模式匹配，关系存储 浙江大学硕士学位论文一基于本体的企业异构数据语义舭描述及应用 a b s t r a c t a st h ef o u n d a t i o no ft h en a t i o n a le c o n o m y ，t h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y e m b o d i e st h ec o m p r e h e n s i v en a t i o n a ls t r e n g t h a l o n gw i t ht h ef o r m a t i o n a n do ft h eg l o b a l i z a t i o nm a r k e ta n dt h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n i q u e ， t h en e t w o r k e dm f l n u f a c t u r i n gm o d ee m e r g e sw i t ht h et i d eo ft h et i m e s t h e e s s e n c eo fn e t w o r k e dm a n u f a c u t u r i n gi sa c h i e v i n gt h ev a r i o u sc o o p e r a t i n g a c t i v i t i e sc r o s s i n gt h ee n t e r p r i s eb o u n d a r ye f f e c t i v e l yb yp r o v i d i n g e n t e r p r i s e t o - e n t e r p r i s es e r v i c e ss u c ha sp r o d u c tc o o p e r a t i n gd e s i g n ， c o o p e r a t i n gm a n u f a c t u r i n g ，s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，c u s t o m e rr e l a t i o n m a n a g e m e n t ，a n dt h ei n f o r m a t i o ns h a r ee t c t h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g i n v o l v e st h ew h o l ep r o d u c tl i f ec y c l e a n di t sd a t as o u r c ed i s t r i b u t e s i nv a r i o u sa p p l i e ds y s t e m s d i f f e r e n c ee x i s t si nt h es t r u c t u r eo ft h ed a t a s o u r c ei nt h ed i f f e r e n ta p p l i c a t i o ns y s t e m , w h i c hf o r m a t st h e h e t e r o g e n e o u sd a t a t h et h e s i ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e st h eo n t o l o g y b a s e d s e m a n t i cd e s c r i p t i o nm e t h o do ft h eh e t e r o g e n e o u sd a t af o rn e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n g ，s e m a n t i c s - b a s e ds c h e m am a t c h i n go fh e t e r o g e n e o u sd a t aa n d t h em e t h o do ft u r n i n g 也d a t at or e l a t i o n a ld a t aa n dd e v e l o p sa c o r r e s p o n d i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m , w h i c ha c h i e v e ss u c c e s s f u la p p l i c a t i o n i nt h ee n t e r p r i s e i nt h ef i r s tc h a p t e r ，t h ep a p e re l a b o r a t e st h ee v o l v e m e n to ft h e m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y ，t h et h e o r i e sa n dp r a t i c e so ft h en e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n ga n dt h ec u r r e n tc o n d i t i o no ft h eh e t e r o g e n e o u sd a t ai n n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ，a n a l y z e st h ed a t am a n a g e m e n to ff o r k l i f t e n t e r p r i s ei nn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ，i n q u i r i e si n t ot h e c h a r a c t e r i s t i c sa n da p p l i c a t i o no ft h ex m ld a t aa n dt h ed e s c r i p t i o no f t h eh e t e r o g e n e o u sd a t a , p u t sf o r w a r dt h eo n t o l o g y - b a s e dd e s c r i p t i o n m e t h o df o rh e t e r o g e n e o u sd a t a i nt h es e c o n dc h a p t e r 。t h ep a p e re l a b o r a t e st h ef u n c t i o no fo n t o l o g y i ns e m a n t i cw e b ，c o m p a r e ss e v e r a lo n t o l o g yd e s c r i p t i o nl a n g u a g e s ，c h o o s e t h eo w ll a n g u a g et od e s c r i p eb u s i n e s sd a t a ，i n q u i r i e si n t ot h e e s t a b l i s h m e n tm e t h o do ft h ed o m a i no n t o l o g y ，p u t sf o r w a r dt h er e f l e c t i o n m e t h o df r o mo n t o l g yt ot h ex m ls c h e m a a n dt h em e t h o dt od e s c r i p ex m l s c h e m ad i a g r a m , a n dg i v e st h ef o r k l i f tp r o d u c tc a s ei nt h ee n d i nt h et h i r dc h a p t e r ，t h ep a p e ra n a l y z e st h ec u r r e n tc o n d i t i o no f t h eh e t e r o g e o u sd a t ai nf o r k l i f te n t e r p r i s e ，p r e s e n t ss e m a n t i c s - b a s e d s c h e m am a t c h i n gm e t h o df o rh e t e r o g e n e o u sx m ld a t a ,i n q u i r i e si n t ot h e n 浙江大学硕士学位论文一基于本体的企业异构数据语义x m l 描述及应用 f o r m a ld e s c r i p t i o n ，r e a s o n i n ga n dv e r i f i c a t i o no ft h es e m a n t i cd e p e n d e n c e o f ) a 也d a t 色t h e nw em a t c ht h eh e t e r o g e n o u sd a t as c h e m a sa c c o r d i n gt ot h e s e m a n c t i cd e s c r i p t i o no ft h e 也d a t aa n dt h er e s u l to fs e m a n t i c d e p e n d e n c er e a s o n i n g f i n a l l yw ed i s c u s st h et r a d i t i o n a lm a t c h i n gm e t h 6 d s ， p u tf o r w a r ds e v e r a lm a t c h i n gm e t h o d si n c l u d i n g r e f e r e n c e c o n s t r a i n t s - b a s e dm a t c h i n g ，s e m a n t i c d e p e n d e n c eb a s e d m a t c h i n ga n ds e m a n t i c - r e l e v a n c y b a s e dm a t c h i n ga n dc a r r yo nac o n v e r s i o n b a s e do nt h em a t c h i n gr e s u l t s i nt h ef o r t hc h a p t e r t h ep a p e rc o m p a r i s e st h ef e we x i s t i n g 儿d a t a m a n a g e m e n tm e t h o d s ，a n a l y z e st h em e r i t sa n ds h o r t c o m i n g so ft h ex m ld a t a a n dt h er e l a t i o nd a t a , p u t sf o r w a r dt h er e l a t i o n a ls t o r a g em e t h o df o r 也 d a t a i n q u i r i e si n t ot h er e f l e c t i o nt e c h n i q u ef r o m ) 眦s c h e m at o r e l a t i o n a ls c h e m a ，a n df i n a l l yr e s o l u t e s 几d a t at or e l a t i o nd a t a b a s e i nt h ef i f t hc h a p t e r ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n tt o o l s ， t e c h n i q u ec h a r a c t e r i s t i c sa n dw h o l ef r a m eo ft h ei n f o r m a t i o ns y s t e mw e d e v e l o p e d ，c o m b i n i n gt h ei m p l e m e n t a t i o ni n s t a n c eo ft h ea p p l i e ds y s t e m i nt h ee n t e r p r i s e ，g i v e st h ei n t e r f a c e sa n df u n c t i o n so ft h em a i nm o d u l e s ， c a r r y so u tt h et e c h n i q u ew er e s e a r c h e di nt h ea b o v es e c t i o n sc o n c e r n i n g o n t o l o g y - b a s e ds e m a n t i cd e s c r i p t i o nm e t h o do fh e t e r o g e n e o u sd a t & i nt h el a s tc h a p t e r ，t h ep a p e rs u m m a r i z e st h et e c h n i q u e so ft h e e s t a b l i s h m e n to fd o m a i no n t o l o g y ，t h es e m a n t i cd e s c r i p t i o no f 龇d a t a ， s e m a n t i c s b a s e ds c h e m a m a t c h i n g o f h e t e r o g e o u sx 儿d a t aa n dt h e r e l a t i o n a lr e f l e c t i o no f 儿d a t ae t c e m p h a s e s e st h ei n n o v a t i o np o i n t s a n d s p e c i a lf e a t u r e s o ft h i s t h e s i s ，a n dp r o s p e c t st h er e s e a r c h f o r e g r o u n do yt h er e l a t i v ef i e l d s k e y w o r d s ：n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g , o n t o l o g y , h e t e r o g e n e o u sd a t a ，s e m a n t i c d e s c r i p t i o ，x m l s c h e m a ，s e m a n t i c d e p e n d e n c e , s c h e m a m a t c h i n g , r e l a f i o n a l s t o r a g e 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。据我所知，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，也不包含为获得滥姿盘茔或其他教育机 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：青! i i 己暂 签字日期： 制口6 年；月o 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘垒盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝姿盘堂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，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：膏免暂 导师签名： 签字日期：训6 年之月l 。日签字日期：p 6 年弓月，。日 学位论文作者毕业后去向：埠劬l 工作单位：华为公司 通讯地址：秒1 年佗岗尽坂困华为越也 电话：1 3 玎；牛；f p 邮编：j 例1 ，i f 浙江大学硕士学位论文一基于本体的企业异构数据语义x m l 描述及应用 第1 章绪论 ， 【本章摘要】本章阐述了制造业生产技术的演变、网络化制造的理论和实践及网 络化制造中的数据异构现状，分析了网络化制造下叉车行业的数据管理，探讨了 x 儿数据的特点和应用以及对异构数据的描述，提出了基于本体的异构数据描述 方法。 1 。1 引言 制造业是一个国家国民经济的基础，是综合国力的体现。随着全球化市场 的形成，每个企业都面临着求生存图发展的严峻考验，提高产品的市场竞争力将 是当务之急。制造业必须以新的姿态来与之相适应，企业自身迫切需要提高对市 场需求变化的灵活、柔性响应以及对外交流和合作的能力，网络化制造模式应运 而生。 网络化制造的本质是通过提供跨企业间的产品协同设计、协同制造、供应 链管理、客户关系管理，以及信息共享等服务，最终有效地实现跨越企业边界的 各种协同活动。网络化制造涉及到产品全生命周期，其数据源分布在各种企业应 用系统中，不同企业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。 新兴的x m l ( e x t e n s i v em a r k u pl a n g u a g e ) 技术可以提供通用的数据交换格 式，从而使网络化制造中的异构数据交互和共享成为可能。b t l 协议作为一种数 据交换格式，定义了设计数据格式和结构的一组规则、规范和约定，其生成文件 的方式不但使文件易于生成，并可由不同的计算机和应用程序读取。此外，x m l 定义的结构是无歧义的，也就是说，它们是自我描述并独立于平台的。与h t 札 类似，x 札也使用标记和属性，但h t 札指定每个标记和属性表示的含义( 以及在浏 览器中它们之间的数据如何显示) ，而x m l 使用标记不过是为了将数据从表述中分 离出来，而将数据解释权完全交付给读取它的应用程序。 然而，x m l 虽在定义数据结构和语义方面提供了标准的语法，但它并没有 提供描述企业信息交换的标准的数据结构和术语。因此，使用x m l 进行企业内 部或企业间的数据交换时，首先必须在使用的词汇，以及用法和语义方面达成一 致，这在一定程度上抑制了网络化制造的发展。 为了更好地解决网络化制造中企业信息集成的语义异构问题，引入了人工 智能领域中的o n t o l o g y ( 本体) 技术。它是不同领域、不同应用系统之间进行交流、 协定地可以共享理解的表示。这种协定有助于对内容意义的精确、高效通信，同 时又反过来促使系统的交互式操作、重用和共享等一系列的性能得以提高。 浙江大学硕士学位论文一基于本体的企业异构数据语义也描述及应用 1 2 课题背景 1 2 1 制造业生产技术的演变 1 8 世纪初i l 一】，瓦特发明蒸汽机，促使纺织业、机器制造业产生了革命性的 变化，揭开了近代工业的历史，标志着制造业已完成从手工业作坊式生产到以机 械加工和分工原则为中心的工厂生产的艰难转变。 从1 9 世纪初到2 0 世纪2 0 年代，主要是用机器代替人力进行生产。工厂的组织 结构分散，管理层次简单，业主直接与所有的顾客、雇员和协作者联系，采用的 是作坊式单件化生产方式。这种生产方式的最大缺点是产品价格高、生产周期长。 2 0 世纪初，内燃机的发明，引起了制造业的革命。流水生产线和泰勒式工作 制及其科学管理方法得到了应用。特别是第二次世界大战期间，以大批量生产为 模式，以降低成本为目的的刚性自动化制造技术和科学管理方式得到了很大的发 展。刚性生产线大大提高了生产效率，从而降低了产品成本，但这是以损失产品的 多样性为代价的。 2 0 世纪8 0 年代以来，随着市场竞争臼益激烈、客户需求变化日趋迅速，越 来越多的企业将能够实现高质量、快响应、灵活、敏捷满足客户需求的先进制造 技术作为企业适应快速多变的市场需求和提高企业竞争力的主要手段，包括并行 工程、敏捷制造、虚拟制造、供应链管理、企业过程重组等等。先进制造技术强 调对管理技术、制造技术与信息技术的结合，能够显著提高企业的产品质量、经 济效益和市场竞争力，能够改善企业产品结构、生产过程和经营模式，成为企业 生存并且保持持续发展的有效途径。 进人2 1 世纪 3 1 ，以因特网( h t e m e t ) 为代表的网络技术对传统制造业正产生着 一种前所未有的巨大冲击。它不仅改变了信息传递的方式，同时也改变着企业组 织管理方式，传统企业的层次化组织结构、集中式制造资源配置、以区域经济环 境为主导、以面向产品为特征的制造模式己难以与之相适应，企业的一切活动将 不再仅局限子自己内部的集成，而应把自身视为全球化网络集成环境中的一个节 点、更加着眼于知识、信息的获取和共享，更自觉、主动地利用信息技术来改造 和强化自身，促使企业在全新的网络经济中高速成长。网络化制造就是企业为应 对知识经济和制造全球化的挑战而实施的，以快速响应市场需求和提高企业( 企 业群体) 竞争力为主要目标的一种先进制造技术。 1 2 2 网络化制造的理论和实践 网络化制造指的是【4 j ：面对市场机遇，针对某一市场需要，利用以因特网 为标志的信息高速公路，灵活而迅速地组织社会制造资源，把分散在不同地区的 2 浙江大学硕士学位论文一基于本体的企业异构数据语义儿描述及应用 生产设备资源、智力资源和各种核心能力，按资源优势互补的原则，迅速地组合 成一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体 网络联盟企业，以便快速推出高质量、低成本的新产品。 网络化制造的核心剧5 】采用先进的计算机技术、网络技术，以及其他相关 技术。特别是i n t e r a c t ，跨越不同企业之间存在的时空差距，使制造空间充分外延， 通过企业之问的信息集成、功能集成、过程集成和知识集成，有效促进企业间的 协同和各种资源的优化配置，从而实现企业快速、高质量、低成本地为市场提供 所需的产品和服务，进而，提高整个产业链和制造群体的竞争力。 国外网络化制造的典型研究有 6 q o ：m m 领导的n i i i p 研究计划开发的一系 列开放的、基于标准的的软件基础构造协议来集成异构的、分布式的计算环境； 1 9 9 4 年美国能源部提出了“敏捷制造的使能技术( 弧 a m ) ”，t e a m 集成产品的 设计和制造，建立了一个“产品实现过程模型”；“全美工厂网络( f a n ) ”建立 于1 9 9 5 年，是国家工业数据库，提供包括生产能力，各种工程服务项目、产品及 价格和性能数据、销售和用户服务专门服务；1 9 9 5 年洛克海德马丁航空公司建 立了“制造系统的敏捷基础设备设施网络a i m s n e t ”，利用国际互联网支持和管 理敏捷企业的供应链；美国通用电气研究和开发部的“计算机辅助制造网络 c a m n e t ”建立于1 9 9 6 年，他通过l 毗m e t 网提供多种制造支撑服务，如产品设计 的可制造性、加工过程仿真及产品的试验等，使得集成企业的成员能够快速连接 和共享制造信息。这些网络主要为大公司的成员和客户提供服务。 国内网络化制造研究与应用近几年也得n t 迅猛的发展【l ”，形成了企业网 络化制造、行业网络化制造、区域网络化制造、国家网络化制造等模式。国内网 络化制造研究与应用情况：虚拟异地合作设计组织主要强调在产品设计和开发 中，获取设计知识的异地合作；分散网络化生产系统强调生产系统的网络化；我 国第一个以高新技术为依托、面向制造业的专业性、分布式、应用型网络系统“现 代集成制造系统应用网络( c n 订s n e n ”；在科技部和国家机械局的共同支持下建 立的“机械工业共性技术数据库和机械制造业基础技术信息支持系统”。 1 2 3 网络化制造下的数据异构现状 网络化制造的本质【1 2 1 3 】是通过提供跨企业间的产品协同设计、协同制造、 供应链管理、客户关系管理，以及信息共享等服务，最终有效地实现跨越企业边 界的各种协同活动。网络化制造以数字化、柔性化、敏捷化和集成化为特征。因 此，如何有效完成各企业现有的产品设计、加- r $ l j 造、供应管理等应用系统问的 信息与功能的无缝集成，并建立与网络化制造系统服务平台之间的桥梁和信息通 道，即企业应用集成( e a r , r i s e a p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ，e a t ) 是网络化制造系统的 关键环节之一。e a i 的实现可以分为数据层的数据集成、方法层的功能集成、业 3 浙江大学硕士学位论文一基于本体的企业异构数据语义儿描述及应用 务层的业务流程集成以及表示层的界面集成等。数据集成是e a i 的起点，数据集 成构建应用系统间的信息通道，实现企业间的信息交互和数据共享。 网络化制造涉及到产品全生命周期，其数据源分布在各种企业应用系统中， 不同企业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。 数据异构性是制约企业实现信息集成的瓶颈。对于企业内部网，企业问交换 的数据也同样因为格式的不统一，都必须经过繁琐的再次输入和数据转换才能纳 入企业的信息管理系统。这样，在商务活动的流程上就出现了多个“断层地带”， 阻碍了商业流程的顺利进行。对于企业间的商务往来，主要还是通过网页、e m a i l 等非结构化的数据格式进行沟通，以实现信息的交换。而商务中的各种单证的格 式及商务流程均由企业或交易平台营运商自己确定，各企业间由于采用各自不同 的信息格式以及业务流程的差异，使企业间信息的高效交换变得十分困难。最后 由于没有统一的数据交换标准，采购方、供货方、运营商，以及中介等业务往来 的各方之间就不能实现有效的信息共享，也就无法很好地利用对方提供的信息。 数据的异构性主要表现在以下几个方面： 1 ) 平台异构各个信息源驻留在不同的硬件平台之上，使用不同的操作系 统，用不同的通信协议进行通信。由于没有统一的要求和标准，不同用途的应用 系统软件的数据结构会有不同的定义方式；对于同样的应用系统，不同厂商由于 采用不同的开发平台，数据结构定义的也不尽相同。 2 ) 模式异构即数据源在存储模式上的不同。存储模式主要包括关系模式、 对象模式、对象关系模式和文档嵌套模式等，其中关系模式( 关系数据库) 为主流 存储模式。即便是同一类存储模式，其模式结构也可能存在差异。模式异构导致 参加集成的信息源具有不同的d b m s ，如文件系统、关系数据库管理系统、面向 对象的数据库管理系统等。它们可能使用不同的数据模型，提供不同的数据元素 ( 如相同的信息在关系模型中用关系表达，在网状模型中用记录类型表达) ，不同的 数据模型可能支持不同的限制和数据语言。 3 ) 语义异构即不同的信息源中相同或相关数据在含义或解释、用途方面 的不同。由于不同的局部数据库是独立设计和开发的，在参加集成的局部数据库 之间可能会产生各种语义的冲突，包括模式冲突和数据冲突。 1 2 4 网络化制造下叉车行业的数据管理 叉车是仓库、车站、码头、工矿企业及施工场地所必备的搬运及装卸机械， 它具有通用性强、机动灵活及活动范围大等特点，是实现物流，机械化作业，减轻 工人搬运劳动强度，改善搬运作业的安全条件、提高作业效率的主要工具。在我 国国民经济的发展中，叉车需求量正逐年增加。 4 浙江大学硕士学位论文一基于本体的企业异构数据语义m 描述及应用 经过4 0 年的发展，我国已经能够生产内燃、电力、机械，液力、静压等上 百种型号规格的叉车，且性能指标与国外叉车无明显差异，基本能够满足国内市 场的需求。同国外叉车相比主要有两点不足，一是可靠性低，二是舒适性差。因 此，为了提高企业的创新性，国内的叉车行业都纷纷开发了各种c i m s 系统，提 高信息化水平，进而提高企业的创新能力和管理水平。 但是在我国的叉车行业中，由于信息化基础薄弱，企业在使用计算机时通常 以实现某个特定的应用、满足局部的需求为目的，而很少从整个企业的角度去进 行总体规划，在这个思路的影响下，虽然目前这些企业已经拥有了计算机和内部 网络，甚至有的企业的各部门都已拥有了良好的计算机设备，但由于缺乏总体的 网络构思与设计，致使计算机在企业生产与管理领域中发挥的功能非常有限，各 部门所使用的计算机设备大多都各自为政，而计算机的使用人员也只是借助于计 算机去满足手工状态下企业内部控制和信息处理的要求，很少甚至根本没有顾及 现代信息技术自身的特性。在各部门之间，纸张仍然是主要的信息载体，大量印 刷或手写的各种凭证、报表在各部门之间相互传递，部门间的信息交互非常困难， 效率极低。而且，由于纸质凭证的信息需要反复输入，数据的准确性大大下降， 很难避免数据的错误和丢失。 即使是在少数已经实现了网络化和系统化信息管理的大中型企业，从整体上 看，信息化应用情况也不太令人满意：分散的、独立的系统较多，多数都以计算 机打印报表功能为主，信息查询和用户交互的功能较少；一些小规模的管理信息 系统( h 缸s ) ，各自执行一定的功能，但覆盖企业所有或大多数职能的系统很少； 信息组织缺乏规范化，一些主要信息的编码不统一，源数据重复采集，很少有数 据的共享和同步更新。不仅如此，运行在不同的硬件平台和操作系统上的各种管 理信息系统同样给企业的数据集成带来了很大困难。 另外，很多大中型企业居于跨地区经营的特点，企业中的分支机构可能遍布 全国甚至海外，各分支机构之间的远程信息交互的困难性也造成了企业内部信息 难以迅速快捷地沟通。信息孤岛在企业中不可避免地出现了。 因此，本文结合作者参加的研究课题和企业信息化应用实践项目浙江杭 叉工程机械股份有限公司合作项目“企业协同信息管理系统( 面向大批量定制的 叉车产品开发制造平台) ”，论述基于本体的企业异构数据语义) m 正描述及相 关技术。 1 3 基于本体的异构数据信息管理技术 1 3 1x m l 语言的特点和应用 h t m l 以其简洁、易学。易用的特点“”，在w e b 应用中获得了巨大成功。但是 5 浙江大学硕士学位论文一基于本体的企业异构数据语义儿描述及应用 随着唧技术的发展，h t m l 语言由于难以扩展、交互性差、单向的超级链接、缺 乏对双字节或多国文字的支持等固有缺陷严重限制了w w w 技术的进一步发展，人 们开始研究能改进或取代h t m l 的w e b 页面制作语言。1 9 9 8 年2 月1 0 日，w 3 c 正式推 荐x m l l 0 国际标准( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 可扩展标记语言) 。 x m l 是一个精简的s g m l ，它保留了s g m l 的可扩展功能，将s g m l 的丰富 功能和h t m l 的易用性结合到w 曲应用中。简单地讲，x m l 是一种定义标记语言 的元标记语言。在创建帆文档时不会局限于一套预先定义的标签，你可以为 特定应用程序创建所需要的任何标签。x m l 中的x 代表“e x t e n s i b l e ”，也就是说， 这种语言能够根据需要进行扩展。以满足特定情况的需求。 x m l 不是h t m l 的扩展而是一种用于定义标记语言的类似于s g m l 的语言。 与h t m l 相比，x 虬最大的优势在于，它保持了用户界面和结构数据之间的分离。 h 办缸着重描述w e b 页面的显示格式，而沮着重描述w e b 页面的内容。在h t 札 中，使用标记告诉浏览器以粗体或斜体的方式显示数据；而在) a 几中，只使用标 记来描述数据。耵甩是w e b 中显示数据的通用方法，而) m 几提供了一个直接处理 w e b 数据的通用方法。 基于帆语言良好的数据存储格式、可扩展性、高度结构化以及便于网络 传输的特点【旧，) m 儿可以有效地实现异构异质系统间的通信，进行更有意义和 更准确的搜索，提供灵活的w e b 应用开发功能和多语种支持。 随着x m l 及其相关技术和应用的发展，x m l 不仅成为应用间交换数据的一种 标准，也是万维网重要的信息交换标准和表示的技术之一。x m l 提供了一种信息 交换模式，这种格式是可编辑、易解析、并且可以表示为任何类型的结构化或半 结构化信息。x 地的数据管理方式与各种关系型数据库、数据文档都很容易接轨， 来自不同数据源的数据都可以转换为x m l 格式。 x 札首先是在以下3 大领域中得到了应用：( i ) b 2 b ( b u s i n e s s t o b u s i n e s s ) ， 以取代昂贵的e d i 技术。( 2 ) 文档管理，这是x m l 本身固有的优势。( 3 ) 企业内 部多个不同应用问的连接。x m l 是一种元标识语言，可用来设计与特定专业领域 有关的标识语言。x m l 在数学、化学、医疗、多媒体等各领域都有各自的标记语 言如m a t h m l 、c m l 、s m i l 等。本质上作为一种文本文件，x m l 能够被任何平台和 现有的语言所理解，能够在任何环境中传送请求消息。 1 3 2 基于x m l 的异构数据描述 如1 3 1 节所述，x m l 的主要特点在于其非常适合异构异质系统之间的通信。 针对异构系统之间存在的编码格式差异：x m l 在其序言部分( p r o l o g ) 声明其编码 类型“”。所有符合标准的) a 几解析器都支持i s o1 0 6 4 6 字符集及u n i c o d e 字符集、 a n s i 等。相对于l _ r r m l 系统的字码猜测( g u e s s i n g ) 的处理方式，x m l 软件使用明 6 浙江大学硕士学位论文一基于本体的企业异构数据语义儿描述及应用 确标示( e x p l i c i tm a r k u p ) 的方式这样x 觊的发送方和接收方可以采用统一的 字符集处理。u n i c o d e 码最大的好处是涉及到多语种字符处理，尤其是东方字符 处理时，可以使用相同的程序。x m l 可以使用汉字作为x m l 的内容甚至标签，这 必将大大促进国内对x 札技术的应用。 。 x m l 协议作为一种数据交换格式，定义了设计数据格式和结构的一组规则、 规范和约定。由于) 眦。的自定义性及可扩展性，它足以表达各种类型的数据，也 就是说，弛几解决了数据的统一接口问题。不同的数据库系统都有各自不同的复 杂格式，但这些数据库问可以通过x m l 标准语言进行交互。此外，x m l 定义的结 构是无歧义的：也就是说，它们是自我描述并独立于平台的。与h t m l 类似，x m l 也使用标记和属性，但町地指定每个标记和属性表示的含义( 以及在浏览器中它 们之间的数据如何显示) ，而x 儿并没有定义数据文件中数据出现的具体规范， 而是在数据中附加t a g 来表达数据的逻辑结构和含义，使用标记不过是为了将数 据从表述中分离出来，而将数据解释权完全交付给读取它的应用程序，这使x m l 成为一种程序能自动理解的规范。 。也在制造业的研究有：s e t p 标准的p a r t2 8 定义了e ) 【p r e s s 模式语言和数 据的x 札表达方法；美国国防部及其合作企业一起开发的产品数据标记语言 p d m l ；0 k h y u nr y o u 等人提出的基于x 甩文档处理标准的n c _ i l “”：张玉龙等人提 出的p d m 电子仓库基于x m l 的4 层分布式模型“”；赵福民等人提出的基于也与 s e t p 的网络化产品信息集成“”。 x m l 被设计用于在w e b 上更加形式化地表示和处理信息，并得到广泛的推广。 x m l 文档是显式结构化的文本文档，能够被应用程序方便地访问，为构造w e b 信 息的语义表示奠定了良好的语法基础。同时，) a 几只是定义文档结构的描述语言， 并不具有描述语义信息的能力。所以我们要在其基础上，为x m l 添加语义信息的 表达能力。 随着技术的发展，使用c o r b a ，d c o m 和不同的中间件产品已经解决了 平台异构和模式异构的问题，帆的出现不仅更好地解决了前两个问题，而且 在一定程度上解决了语义异构问题。然而，讧l 虽在定义数据结构和语义方面 提供了标准的语法，但它并没有提供描述企业信息交换的标准的数据结构和术 语。因此，使用咀。进行企业内部或企业间的数据交换时，首先必须在使用的 词汇，以及用法和语义方面达成一致，这在一定程度上抑制了网络化制造的发展。 为了更好地解决网络化制造中企业信息集成的语义异构问题，引入了人工智 能领域中的o m o l o 影( 本体) 技术。本体利用一组共享的公共理解的术语，以描述 应用程序的领域，而且定义这些术语问的关系，从而在不同的应用程序之间共享， 信息和知识( 用于互操作) ，它是不同领域、不同应用系统之间进行交流、协定地 可以共享理解的表示。 7 浙江大学硕士学位论文一基于本体的企业异构数据语义儿描述及应用 1 3 3 本体的功能和优势 本体原本是表述哲学理论的一个术语，是指关于存在及其本质和规律的学 说，在2 0 世纪的分析哲学中，本体论正式成为研究实体存在性和实体存在的本 质等方面的理论。 在信息系统、知识系统等领域，很多学者研究o n t o l o g y ，并给出了许多不 同的定义。最早的定义是n e c h e s 等人1 9 9 1 年提出的嘲：“本体给出构成相关领 域词汇的基本术语和关系，以及利用这些术语和关系构成的规定这些词汇外延的 规则的”。最著名并被引用得最为广泛的定义是由g r u b e r 提出b r o s t 修改的，“本 体是对共享的概念化信息的明确的形式化规范说明”胁1 ：概念化信息是指关于现 实世界某种现象的抽象模型；明确是指所用到的概念以及施加于概念上的约束必 须被明确定义；形式化则要求本体论的科学性和机器可理解性。 尽管定义有很多不同的方式，但是从内涵上来看，不同研究者对于本体的认 识是统一的，都把本体当作是领域内部不同实体之间进行交流的一种语义基础， 即由本体提供一种明确定义的共识。本体的目标是捕获相关领域的知识，确定该 领域内共同认可的词汇，从不同层次的形式化模式给出这些词汇和词汇问相互关 系的明确定义，通过概念之间的关系来描述概念的语义，从而提供对该领域知识 的共同理解。 构造本体的目的是为了信息共享和知识重用。本体的作用主要有以下几个方 面： 1 ) 本体清晰描述了领域知识的结构，从而为信息共享打好基础。本体在人们 和软件智能体之间对信息结构的理解提供了一种可共享的、共同的理解基础。同 时，本体可以重用，进而避免了重复的领域知识分析。 2 ) 本体描述采用统一的术语和概念，从而使使知识共享成为可能。在企业各 自完成信息化建设的今天，信息系统对所涉及资源的表示往往是不相同的这直 接导致资源的共享和信息系统的集成很困难。本体描述统一了网络化制造企业中 的术语和概念，从而使网络化制造中的交互和共享成为可能。 3 ) 本体可以实