网络化制造领域本体知识建模的研究

    0 引言
   
    网络化制造作为一种先进制造技术与网络技术结合的先进制造模式，其核心是在网络环境下，通过企业间的资源共享、优化组合实现制造过程集成和异地协同制造。网络化制造的关键在于制造资源的表示和发现。
   
    然而，随着网络化制造资源信息的数量和复杂程度的不断提升，企业在协作服务过程中既要共享数据和信息，也要共享知识。本体论为实现知识共享提供了有效的支持。源于哲学范畴的本体论用于描述事物存在的本质。本体有良好的概念层次结构和对逻辑推理的有效支持，并且能从语义和知识层次上描述信息系统的概念模型，被广泛地应用于知识工程、信息检索、智能信息集成、知识管理和信息安全等领域。然而有关制造领域本体开发的研究还相对比较少，而且建立一个全面和一致的制造本体模型是一个漫长而复杂的过程。
   
    目前，在网络化制造领域中其服务资源的描述依然存在着一些不足：1)现有的资源描述侧重于静态结构，缺乏动态关系的描述；2)信息表达不易被机器识别；3)网络化制造环境下，企业间制造环境的差异造成知识理解、结构及其表达方式的差异；4)现有知识模型不能有效地支持企业间协作，缺乏协作模式的描述；5)缺乏针对动态的web服务匹配和组合的有效的支持。
   
    网络化制造中的协同过程涉及复杂的领域知识表达与识别、关系语义定义、知识获取等三方面的问题。本文针对以上问题对基于服务的网络化制造协作机制进行了深入研究，提出了基于本体构建面向服务的企业制造资源知识模型的方法，将网络化制造本体引入到网络化制造服务中，用于解决web环境下企业服务资源的定义、描述和发现等实现资源优化配置的关键问题。
   

    l 网络化制造领域的本体
   
    本体作为对概念化的显式的详细说明，其核心是一个领域内公认的概念实体的有限集合，领域内的语义信息通过概念实体之间的关联关系来表达。本体的主要特性是捕获相关领域的知识，确定该领域内共同认可的词汇，从不同层次给出这些词汇和词汇间相互关系的明确定义，通过概念之间的关系很好地表达语义。
   
    目前，比较有代表性的有：美国Stanford大学知识系统实验室给出的知识库系统中包含了一个企业本体的定义；加拿大多伦多大学的构建企业本体的研究项目T0VE实现对与企业相关的常识性问题推理演绎的功能；英国拉夫馒大学H，K．Lin等提出的MsE本体，作为企业协作过程中知识重用的中间本体；浙江大学蔡铭等针对网络化制造环境下制造资源发现技术给出了一个网络化制造本体等，但制造服务在描述方面都存在着上述的不足，缺乏对企业资源动态描述和对企业协作模式的支持。
   
    网络化制造本体不需要对企业内部结构提供全面描述，而是侧重描述企业资源的动态变化过程，以及对外提供服务的接口以及匹配组合关系，使外界能准确、方便地获取到企业所能提供的核心资源和服务信息。本文在制造本体知识建模的过程中将服务匹配组合因素考虑其中，将企业能力刻画为一种动态过程的描述，提出面向服务的本体建模方法。
   
    2制造本体的构建
   
    2．1 制造服务本体建模分析
   
    本体主要由概念和关系组成：概念表示领域中的一组或一类实体，通常用类来表示；关系描述概念之间或概念的属性之间的相互作用，如"is-a"、"is-pan-0f"等。本文将服务理念与企业协作项目的特点联系在一起，提出面向服务的制造本体模型的构建方法。虽然各个企业都不尽相同，但都有着最原始的、共同的特征。面向网络化制造服务的需求，本文以核心的6个基础类来描述制造企业内部以及企业协作间的动态联系，构建出制造服务本体模型。如图1所示，其中箭头表示这6个抽象类之间的层次和动态关系，其中Enterprise、Process和Resource主要针对制造企业内部知识模型描述，而Enterprise、Enterprise_alliance、Project和Strategy则主要面向网络服务的模型描述。
   
    1)Enterprise类。企业是制造服务的提供者，也是网络服务的协作者。Enterprise类是制造本体模型的主体，是其中的枢纽部分。企业发布其相关的服务，拥有自己的资源、独立的工艺流程；企业也会是某个制造协会、行业联盟或固定协作伙伴关系中的一员。Enterprise类在制造服务本体框架中提供了一个完整的方式来详细描述制造服务，并从Enterprise类拓展出去，将各个类紧密联系在一起。
   
    2)Process类。是对某个制造服务过程的详细描述，包括制造能力以及协同制造任务中的需求，以便为协同制造策略促发企业联盟形成，进行制造服务选择时提供参考。例如设计、制造、检查、包装和运输流程等，其中每个部分都是Process类的子类(owl：subclassof)。各子类之间也定义了一些相对的关系或定理，如质量检测流程类Qos_process是其他子类(Test_process class ∩ Customer_acceptance_process class)的交集(owl：intersection Of)，该类的定义表明产品质量的保证不仅仅需要通过质量检测过程，还必须满足客户对质量的特殊要求。
   
    3)Resource类。描述制造服务企业所拥有的的资源信息，包括资源的属性、状态和触发方式等。资源可以在整合服务级别中作为一个基本单元，或者在某个企业中占有基础地位。在下节中将会给出详细的定义和说明。
   
    4)Enterprise_alliance类。描述一个动态网络联盟或者松散的合作联盟。在web环境下，虚拟企业联盟通常是根据电子商务的合作关系，行业内的协作关系或者服务组合优化结果构建，其生命周期一般为整个服务响应周期。联盟内各企业间在协作期间共享资源、信息，协同完成服务项目。
   
    5)Project类。在网络制造环境中，每一个服务请求都会映射为一个工程或者一个制造项目，即Project。工程／项目是企业联盟形成或服务匹配组合操作的触发器。通过Project类的支持，所有不规范的服务请求都会转换成项目规划的描述，与企业内部项目描述相匹配，以便任务分解、服务重组的执行。
   
    6)Strategy类。主要用来支持基于语义描述和数据流的制造服务的发现、匹配、优化、合成等操作。strategy类控制着动态企业联盟的构建，通过资源、工艺流程的匹配，以及服务组合算法的优化，将相关企业动态的联系在一起，构建面向服务的虚拟企业联盟．该联盟的全生命周期从服务请求开始到服务完成结束。服务策略与工艺流程以及资源在制造本体模型中是紧密相关、相互影响的。资源需要工艺流程的操作和控制，并在流程中获取相互的联系、组合起来；服务策略通过比较、选择，去组合、控制工艺流程，并通过资源的优化配置更新工艺流程的选择(如图l所示)。
   
    该本体模型层级将制造服务的各个环节有机的融合在一起，清晰地描述了其间的动态关系，并为企业协作模式的建立提供了有力的支持。