汽车论文-汽车保养管理系统(DOC毕业设计论文).doc

毕业论文汽车维护保养咨询系统摘要 汽车产业是国家重点培养对象，随着中国汽车产业的不断壮大，出现了一汽大众，上海大众等一批年产量百万以上的大型汽车集团。随之fU来的就是汽车保有量的大幅增加，从fu使得中国的汽车维修和保养等售后服务感受着越来越大的压力。本文介绍了一个基十本体的一汽大众汽车电子保养和维护系统的设计和实现，给出了基十本体的汽车电子保养和维护系统中本体的定义，本体的构建，并目_从整体和详细两方面分别介绍了此系统的设计和实现。 系统的设计主要是从上向下，先是系统的逻辑框架，系统组件框架，以及MVC等技术的确定，然后是每个组件的详细设计，其中使用了依赖注入技术和代理模式等来提高系统的灵活性。在语义查询模块，使用了本体，以及本体匹配算法来提高检索的准确率。 系统实现方面，本文选择了二个具有代表性的模块进行了重点介绍:语义检索模块、安全模块和车辆损坏目录模块。安全模块认证并授权使用系统资源。为了在不同地区中便十不同的用户安全认证方式的实施，安全模块生成一个公共的用户安全认证层。车辆损坏目录模块主要是现实车辆备件的具体编码，以及以图示方式显示了备件的位置和拆卸方式。语义检索模块提供了一个系统的检索接口，通过使用知识库提高系统的检索准确率。此模块和其他各个模块都有一定的关联，还需要使用高效的检索方式，所以设计和实现都有一定的难度。最终使用了本体，全文检索以及一些设计模式解决了以上问题。关键词:本体，本体构建，知识表示，汽车维护保养系统目录第一章绪 1.1研究背景及项目简介.1 1.2本文主要工作.2 1.3本文结构. 3第二章本体和语义检索的基础知识.4 2.1本体理论.4 2.1.1本体定义.4 2.1.2本体建模兀语. 6 2.1.3本体描述语言.7 2.2本体的构建.9 2.2.1本体构建准则.9 2.2.2本体构建过程.9 2.2.3已有本体及其分类.10 2.3本体在信息检索中的应用.12 2.4本章小结.13第二章系统总体设计.14 3.1系统架构.14 3.1.1系统逻辑架构.14 3.1.2系统组件架构.16 3.1.3系统物理架构.17 3.1.4系统功能模块.18 3.1.5系统包视图.19 3.2系统页面框架设计.21 3.3数据相关设计.2_5 3.4开发环境.27 3.4.1开发兼容性.27 3.4.2开发工具.27 3._5本章小结.27第四章语义检索模块设计和实现.28 4.1知识库构建.28 4.1.1 OWL简介.28 4.1.2汽车本体构建.29 4.2语义检索算法研究.32 4.2.1语义相似度算法.32 4.2.2语义检索流程.34 4.3语义检索模块设计与实现. 3 _5 4.3.1页面框架. 3 _5 4.3.2用例设计. 3 6 4.3.3检索数据设计.37 4.3.4类设计. 3 8 4.3._5检索结果表示流程.39 4.3.6于弋码设计.40 4.4语义模块实现.43 4._5本章小结.4_5第五章其他主要功能模块的设计与实现.46 _5.1安全模块.46 _5.1.1安全认证设计.46 5.1.2关键用例设计.46 5.1.3安全模块类设计.47 _5.1.4数据库表设计.49 TT _5.1._5安全模块实现. _50 _5.2损坏目录. _51 5.2.1关键用例设计. _51 5.2.2损环目录类设计. _52 5.2.3数据库表设计. _5 3 _5.2.4损坏目录模块实现. _54 _5.3本章小结. _5 6第六章结束语.57 6.1本文总结. _57 6.2工作展望. _57参考文献.59摘要. IABSTRACT.IV第一章绪论1. 1研究背景及项口简介 随着汽车行业的不断发展，汽车故障诊断和维修也越来越受到重视。目前在很多汽车企业里已经有一些系统得到应用，并在维修中发挥了一定的作用。但是到现在为止，现有系统海面另一些问题，如系统的异构性使相互之间缺乏共同理解、知识获取和知识表达困难等等。维修人员在使用故障系统时，需要对知识有共同的理解，但由十开发工具和应用平台的不同，以及知识表示方式的差异，系统的通信能力、共享性和重用性受到了很大的限制，不断的“重复设计”，造成了人力，财力和物力上的极大浪费。因此，如何提高系统的运行效率和节省系统成本，具有重要的研究意义和应用价值。 为了提高汽车行业的竞争力，汽车备件的标准化是必需的，Ifu _十分重要的。一汽大众为了提高自己的竞争力，推出了基十本体的汽车维护保养咨询系统(以后简称ElsaWeb系统)。此系统用十支持对汽车系统的维护和保养，并目_可以提高相关部件拆卸步骤，以及用十索取赔偿的备件损坏目录号码。在此系统的检索中使用了汽车本体来提高检索的效率和检索查全率。使用汽车本体主要会产生如下好处: (1)基十检索字段的检索提高到基十语义的检索，从Ifu提高系统的 检索准确率。 (2)本体将汽车备件感念标准化，从Ifu提高对备件知识的理解，使 不同部位，不同地点的维修人员更好的交流。 (3)汽车本体可以在不同系统通信时，提供通用的概念上的交流基 础，从fu使汽车企业中异构系统之间的交流提供基础。 (4)汽车本体是大家对共有知识的抽取，可以不断的以后系统中重 用，从fu节省企业资本，提高企业竞争力。 基十以上几点，一汽大众提出了开发B/S结构的基十本体的汽车维护保养咨询系统。1. 2本文主要工作 作者硕士论文期间参加了一汽大众汽车电子保养和维护系统的设计和实现。主要参与了系统的总体设计，并负责汽车本体构建、语义检索、汽车损坏目录和安全等关键模块的详细设计和实现。系统以J2EE,XML为技术支持平台，采用UML建模语言作为统一的设计描述语言;使用了成熟的Struts和Spring框架，通过配置文件灵活的控制系统间模块及模块内类之间的祸合关系。由十以上技术的使用，使得系统各模块平行管理和开发，从Ifu提高整个项目的工作效率。 本文具体工作包括: (1)系统的总体设计 怎样设计和实现一个灵活多功能，易十维护的系统一直是软件领域的挑战。本系统基十B/S架构主要采取了现有的成功设计经验，使用了成熟的MVC设计模式，在实例创建中采用了控制反转，依赖注入等软件技术，使得系统系统稳定灵活目_易十维护和使用。 (2)汽车本体的构建 考虑到本体的实际应用，将本体的领域划定为汽车本体。选取现有的汽车概念，以及从现有系统数据库中检索和搜集的方式来作为本体的主要资源。在通过同领域专家的研讨来确定本体的概念之间的关系，从Ifu最终建立汽车本体。 (3)语义检索模块设计和实现 通过对汽车本体的应用，实现基十语义的汽车备件检索，提高汽车检索的精准率。检索模块的设计主要问题是怎样实现其和其他模块的互动，怎样提高检索精确率。 (4)其他主要功能模块的设计与实现 本章主要讲解了汽车损坏目录和安全两个模块的设计和实现。本章主要介绍了MVC模式以及存储进程提高各系统的效率。使用Java和JavaScript技术提高了系统灵活性和I易用性。通过完整灵活的设计将数据展现给维修人员，从Ifu提高他们的工作效率，提高企业竞争力。1. 3本文结构 根据本文工作及研究内容，文章主要包括以下内容: 第一章，绪论部分。简单介绍工作背景、工作内容和文章结构。 第二章，介绍本体和语义检索的原理和基础知识。 第二章，介绍系统的总体设计。包括系统总体设计图，流程图，关键部分的讲解，使用的技术以及实现的环境。 第四章，语义检索模块设计和实现。主要介绍本体在检索中的使用方式，模块的综合设计以及具体的实现方式。 第五章，他主要功能模块的设计与实现。此章中选择了车辆损坏目录模块和安全模块进行详细介绍。介绍具体的损坏目录模块和安全模块所使用的技术和模块设计的解决方式。 第六章，对全文的总结和展望。弟一草本体丰日错义检系明基有出天日识2.1本体理论2.1.1本体定义 Ontology的概念最初起源十哲学领域，并在很长一段时期都是哲学研究的一个分支。古希一腊哲学家业里士多德(Aristotle)定义Ontology为“对世界客观存在物的系统的描述，即存在论”，也就是说Ontology是客观存在的一个系统的解释或说明，它关心的是客观现实的抽象本质。为研究客观世界的存在问题，业里士多德、莱布尼茨(Leibni)、康德(Kant)、皮尔斯(Peirce)、怀特海德(Whitehead)等哲学家广泛讨论了用Ontology如何对现实世界进行分类、怎么描述其中的物理实体、如何定义客观世界的抽象，以及空间与时间的关系等问题ll Ontology这个哲学范畴，被人工智能界赋予了新的定义，从Ifu被引入信息科学中。然Ifu信息科学界对Ontology的理解也是逐步发展才走向成熟的。1991年Neches等人最早给出Ontology在信息科学中的定义:“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规则的定义。”后来在信息系统、知识系统等领域，随着越来越多的人研究Ontology，产生了不同的定义。1993年Grube:定义Ontology为“概念模型的明确的规范说明”01997年Borst进一步完善为“共享概念模型的形式化规范说明”。Studer等人对上述两个定义进行了深入研究，认为Ontology是共享概念模型的明确的形式化规范说明，这也是目前对Ontology概念的统一看法。 Stude:等人的Ontology定义包含四层含义:概念模型(Oonceptualiation) ,明确(Fxplicit)、形式化(Formal)和共享(Share) o“概念模型”是指通过抽象出客观世界中一些现象(Phenomenon)的相关概念Ifu得到的模型，其表示的含义独立十具体的环境状态;“明确”是指所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义;“形式化”是指Ontology是计算机可读的，也就是计算机可处理的;“共享”是指Ontology中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集，它所针对的是团体fu非个体。Ontology的目标是捕获相关领域的知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇(术语)和词汇之间相互关系的明确定义。如上定义列表归纳如下: 表1本体定义列表 提出人哲学客观存在的一个系统的解释和说明，客观现实的一个抽象本质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定义概念模型的明确的规范说明2共享概念模型的形式化规范说明2共享概念模型的明确的形式化规范说明2 (1)概念模型(cerptualization) 通过抽象出客观世界中一些现象(Phenomenon)的相关概念Ifu得到的模型，其表示的含义独立十具体的环境状态。 (2)明确(explicit) 所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义。 (3)形式化(formal) Ontology是计算机可读的。 (4)共享(share) Ontology中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集，它所针对的是团体Ifu不是个体。 Ontology的目标是捕获相关的领域的知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇(术语)和词汇之间相互关系的明确定义。2. 1. 2本体建模元语 Perez等人用分类法组织了Ontology，归纳出5个基本的建模兀语 (Modeling Primitives): (1)类(classes)或概念(concepts) 指任何事务，如工作描述、功能、行为、策略和推理过程。从语义上讲，它表示的是对象的集合，其定义一般采用框架(frame)结构，包括概念的名称，与其他概念之间的关系的集合，以及用自然语言对概念的描述f=l (2)关系(relations) 在领域中概念之间的交互作用，形式上定义为n维笛卡儿积的子集:R:CIXCXXC。如子类关系(subclass-of)。在语义上关系对应十对象兀组的集合。 (3)函数(functions) 一类特殊的关系。该关系的前n-1个兀素可以唯一决定第n个兀素。形式化的定义为F:CIXCXXC一1-C。如Mother-of就是一个函数，mother-of (x, y)表示Y是x的母亲。 (4)公理(axioms) 代表永真断言，如概念乙属十概念甲的范围。 (5)实例(instances)代表兀素。从语义上讲实例表示的就是对象。另外，从语义上讲，基本的关系共有4种: 表2本体基本关系关系名 关系描述 part-of 表达概念之间部分与整体的关系。 kind-of 表达概念之间的继承关系，类似十面向对象中的父类 与子类之间的关系。 instance-of 表达概念的实例与概念之间的关系，类似十面向对象 中的对象和类之间的关系。 attribute-of表达某个概念是另一个概念的属性。如“价格”是桌 子的一个属性。 在实际建模过程中，概念之间的关系不限十上面列出的4种基本关系，可以根据领域的具体情况定义相应的关系。2. 1. 3本体描述语言 目前在具体应用中Ontology的表示方式主要有4类: (1)非形式化语言 (2)半非形式化语言 (3)半形式化语言 (4)形式化语言 可以用自然语言来描述Ontology，也可以用框架、语义网络或逻辑语言来描述。目前普遍使用的方法列表如下: 表3本体描述语言名称 描述 特点 Ontlinu一种基十K工F 了为构造和维护Ontology (knowledge 提供了统一的、计算机可 interchange format) 读的方式; 名称 描述的提供统一的规范格式来构建Ontology的语言。Cyc系统的描述语言 一种体系庞大fu非常 灵活的知识描述语言。 CycL1.mOntosaurus的描述语 言，一种基十一阶谓词 逻辑的高级编程语言，属十描述逻辑体系。后来发展为PowrLoom语言(采用前后链规则 (backward andforward chainer)作为推理机制)。 特点由其构造的Ontology可以方便地转换到各种知识表示和推理系统 (Prolog, CORBA的工DL,CL工PS、LOOM、Epikit、Algernon不II K工F)，从Ifu将Ontology的维护与使用它的目标系统隔开;主要用十Ontology服务器_sl。在一阶谓词演算的基础上扩充了等价推理、缺省推理等功能;具备一些二阶谓词演算的能力;其语言环境中配有功能很强的可进行推理的推理机Un。提供表达能力强、声明性的规范说明语言;提供强大的演绎推理能力;提供多种编程风格和知识库服务yob2.2本体的构建. . 1本体构建准则 目前已有的本体论很多出十对各自问题域和具体工程的考虑构造本体的过程也是各不相同的由十没有一个标准的本体论构造方法不少研究人员出十指导。人们构造本体论的目的从实践出发提出了不少有益十构造Ontology的标准其中最有影响的是Grube:十1995年提出的5条规则: (1)明确性和客观性即本体论应该用自然语言对所定义术语给出明确的客观的语义定义。 (2)完全性即所给出的定义是完整的完全能表达所描述术语的含义。 (3)一致性即由术语得出的推论与术语本身的含义是相容的不会产生矛屑0 (4)最大单调可扩展性即向本体论中添加通用或专用的术语时不需要修改其已有的内容。 (5)最小承诺即对待建模对象给出尽可能少的约束。 当前对构造本体论的方法和方法的性能评估还没有一个统的标准，因此，还是一个需要进一步研究的方向，不过在构造特定领域本体论的过程中有一点是得到大家公认的，那就是需要该领域专家的参与本体论的开发过程2-4,112.2.2本体构建过程 Stanford大学的Noyhe Hafner给出了一种构建本体的具体过程，这种本体构建过程清晰、准确目_具有普遍性，被许多研究者广为采用。Noy等人认为:本体开发过程通常是迭代的，即先给出初步的本体框架，然后再对本体进行不断修改和精炼的过程中补充细节。本体的构建过程 9分为7步进行: (1)确定本体的领域和范围。 (2)虑重用现有本体。目前网络上已有一些本体库，如DAML,Wordnet等本体库。 (3)列出本体中的重要术语。这些属十大致表明建模过程所感兴趣的事物所具有的属性和它们之间的关系等。 (4)定义类和类的支撑。类的继承结构的定义可以采用自顶向下的方法，即从最大的概念开始，然后通过添加子类细化这些概念;采用自底向上的方法;也可采用这两种方法的综合进行定义。 (5)定义属性和关系。仅有类对很多问题都不能给出回答，因此还需要定义概念和概念间的内部联系。 (6)定义属性的限制。包括属性的基数、属性值的类型，以及属性的定义域和值域。 (7)构建实例。需要确定与个体最接近的类，然后添加个体进取作为概念的一个实例，同时要为实例的属性赋值。 在上述7个步骤中，术语的命名也需要遵循一定准则。在本体中规定合理的命名规则，并严格地遵循它们，不仅会使本体易十理解便十阅读，ifu b能避免建模中不必要的错误12-IS2. 2. 3已有本体及其分类目前广泛使用的Ontology列表如下: 表4 Ontology列表名称描述WrdnetFramenetGUM基十心理语言规则的英文词典，以synsets(在特定的上下文环境中可互换的同义词的集合)为单位组织信息11,13英文词典，采用称为Frame Semantics的描述框架，提供很强的语义分析能力，目前发展为Framenet工工。面向自然语言处理，支持多语种处理，包括基本概念及独立十各种具体语言的概念组织方式”，5。 名称SRNSUSMi krkms 描述面向自然语言处理，为机器翻译提供概念结构，包括7万多概念11,17面向自然语言处理，支持多语种处理，采用一种语言中间的中间语言TMR表示知识11,16 Guarino提出以详细程度和领域依赖度两个维度对Ontology进行划分。具体说明如下: 表5 Ontology维度对比表维度 说明 分类级别 详细程度描述或刻画建高的称作参考(Reference)Ontologies 模对象的程度 低的称作共亨(share) Ontologies 领域依赖 顶级(top-level) Ontologies描述的 程度 是最普遍的概念及概念之间的关系，如 空间、时间、事件、行为等，与具体的 应用无关，其他Ontologies均为其特 例。 领域(domain) Ontologies描述的是 特定领域中的概念和概念之间的关系。 任务(task) Ontologies描述的是特 定任务或行为中的概念及概念之间的 关系。 应用(application) Ontologies描述 的是依赖十特定领域和任务的概念和 概念之间的关系f2-=1 1999年Perez和Benjamins归纳出了10种Ontologies3llIS.(1)知识表示Ontologies(2)普通Ontologies(3)顶级Ontologies(4)兀(核心)Ontologies(5)领域Ontologies(6)语言Ontologies(7)任务Ontologies(8)领域一任务Ontologies11(9)方法Ontologies(10)应用Ontologies但它们之间有交叉，层次不够清晰。2. 3本体在信息检索中的应用目前信息检索技术的分类和对他们的描述列举如下: 表6信息检索技术表分类一特点缺点 全文检索 (Textretrieval)把用户的检索请求和全文中的每一个词进行比较，不考虑检索请求和文件语义上的匹配。检索要求和信息系统中的数据都遵循一定的格式，具有一定的结构，允许对特定字段检索。需要有标识字段的方法。基十知识的、语义上的匹配，在查准率和查全率上有更好的保证。是信息检索的重点，特别是面向Web信息的知识检索的重点3,11虽然可以保证查全率，但是查准率大大降低。 数据检索 (Dataretrieval)性能取决十所使用的字段标识方法和用户对方法的理解，具有很大的局限性，支持语义匹配的能力较差。 知识检索(Knowledgeretrieval) Ontology具有良好的概念层次结构和对逻辑推理的支持，在知识检索中有广泛应用。基十Ontology的信息检索的基本思想有川: (1)在领域专家的帮助下，建立相关领域的Ontologyo (2)收集信息源中的数据，并参照已建立的Ontology把收集来的数据按规定格式存储在兀数据库(RDB, KDB等)中。 (3)对用户检索界面获取的检索请求，检索转换器按照Ontology把检索请求转换成规定的格式，在Ontology的帮助下从兀数据库中匹配出符合条件的数据集合。 (4)检索的结果经过定制处理返回给用户。 关十Ontology的表达，主要分为两种情况进行处理: (1)检索系统如不需要太强的推理能力，Ontology可用概念图的形式表示并存储，数据可以保存在一般的关系数据库中，采用图匹配技术完成检索。 (2)如要求较强的推理能力，一般需要一种描述语言(Loom等)表示Ontology，数据保存在知识库中，采用描述语言的逻辑推理能力完成检索。目前Ontology用十信息检索的项目列举如下川: 表7信息检索项目一一2. 4本章小结 本章主要介绍了本体的相关理论，包括其定义、建模兀语、描述语言。之后具体介绍了本体的构造方法，构造流程(七步法)，又给出了目前广泛使用的本体目录列表。最后说明了本体在信息检索中的作用。第三章系统总体设计3. 1系统架构3.1.1系统逻辑架构 基十本体的汽车维护保养咨询系统是基十B/S (Browser/Server)结构的瘦客户端系统。客户端只要有浏览器就可以访问系统地内容。此系统使用了MVC (Model-View-Controller)模式，使得系统更加的稳定和灵活。系统包括一个前端Web服务器，应用服务器，数据库和一个LDAP(保存客户信息)。静态叶面一般运行在前端Web服务器，动态页面和控制类运行在应用服务器上，LDAP存储企业客户的用户信息(比如:用户名，密码)，最后一个数据库中保存着所有车辆的数据。内部的有关数据访问的DAO采用的是Facade模式，这样有助十系统的维护和添加新的数据访问模块。系统的访问数据首先通过安全模块认证，然后送到前端控制器，接着送到Action来处理相应的数据访问等信息，最后把数据发送到系统，由JSP页面呈现出数据。此系统的整体框架图，如下: User InformationStoreApplication ServerTree ViewDatabase Server二二二二Security Layer （Factory)Controller ServletInformation AAction StaticContentJSPWeb ServicesDatadapterWeb ServerWeb Service Provider图1系统逻辑架构VIEWControllerModel图2 MVC设计模式153. 1. 2系统组件架构 ElsaWeb系统架构图是从系统的组成上来说明系统总体上都拥有那几个应用模块。以下我们给出的系统的逻辑架构(图3)。其中系统主要包括前端访问客户端，后端车辆数据库，然后就是应用服务其中包括的各种系统组件，其分别是应用控制器，认证和授权模块，Session管理，车辆查询，订单历史，信息源，数据访问和Web