摘 要:針對(duì)裝備保障領(lǐng)域知識(shí)體系復(fù)雜、知識(shí)難以共享和重用等問題，在分析裝備保障知識(shí)本體的需求和作用的基礎(chǔ)上，提出一種適合裝備保障知識(shí)體系的、面向生命周期的裝備保障知識(shí)本體構(gòu)建方法，以此為指導(dǎo)對(duì)后方軍械倉庫知識(shí)進(jìn)行分類，利用Protégé軟件構(gòu)建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)性知識(shí)本體，為建立后方軍械倉庫知識(shí)庫打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:裝備保障;知識(shí)本體;本體構(gòu)建;后方軍械倉庫

中圖分類號(hào):TP182文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)06-207-04

Equipment Support Knowledge Ontology Construction Based on Protégé

HU Jinqiang1，JI Yalin1，MENG Yan2，YANG Bin1

(1.Research Institute of Ordnance Technology，Ordnance Engineering College，Shijiazhuang，050003，China;

2.North China Electric Power University，Baoding，071000，China)

Abstract:Equipment support knowledge system is complex and difficult to share and reuse，after analyzing the demands and functions of the equipment support knowledge ontology.A construction method that orients to the lifecycle knowledge ontology is introduced and it is suitable for the equipment support system.Following this method，rear ordnance depot knowledges are sorted and a tested knowledge ontology using Protégé is constructed.

Keywords:equipment support;knowledge ontology;ontology construction;rear ordnance depot

隨著我軍裝備保障信息化程度的提高，裝備保障領(lǐng)域所積累的知識(shí)資源在飛速增長(zhǎng)。裝備保障知識(shí)作為一種特殊的領(lǐng)域知識(shí)，如何系統(tǒng)的表示和組織，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享、重用和知識(shí)快速檢索等知識(shí)創(chuàng)新功能，已成為裝備保障知識(shí)管理的基礎(chǔ)工作和重要內(nèi)容。知識(shí)本體是共享概念模型的明確形式化規(guī)范說明[1]，其能夠以顯式、形式化的方式表示語義，提高異構(gòu)系統(tǒng)之間的互操作性，用知識(shí)本體表示和組織裝備保障知識(shí)能有效實(shí)現(xiàn)知識(shí)的共享和重用。目前，本體在信息系統(tǒng)、自然語言理解和基于知識(shí)系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。這里從裝備保障知識(shí)本體的需求入手，探索有效的裝備保障知識(shí)本體構(gòu)建方法。遵循這種構(gòu)建方法，用本體描述語言O(shè)WL及本體編輯工具Protégé 3.3.1，對(duì)后方軍械倉庫的知識(shí)進(jìn)行分類，構(gòu)建一個(gè)后方軍械倉庫知識(shí)本體示例。

1 裝備保障知識(shí)本體

裝備保障最大的特點(diǎn)就是知識(shí)化，如裝備保障專家系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維修支持系統(tǒng)和裝備保障決策支持系統(tǒng)都離不開裝備保障知識(shí)。然而，裝備保障知識(shí)與其他的領(lǐng)域知識(shí)有很大的差別，有自己獨(dú)特的特點(diǎn)。一是涉及學(xué)科多，比如，裝備保障的全壽命周期管理需要系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)、決策論、控制論、信息論、軟件工程等方面的知識(shí);裝備的維修保障需要機(jī)械工程、電子工程、控制論、行為科學(xué)、診斷技術(shù)等綜合性的知識(shí)[2]，這就加大了對(duì)裝備保障知識(shí)處理的難度;二是資源形式多，大量的裝備保障知識(shí)資源包括音頻、視頻、文檔、表格、應(yīng)用系統(tǒng)等多種形式，由于缺乏統(tǒng)一的描述方式，導(dǎo)致各級(jí)難以精確查找到與需求相關(guān)的資源，使知識(shí)無法得到有效的應(yīng)用。

裝備保障知識(shí)本體是裝備保障領(lǐng)域知識(shí)中概念、屬性、過程及其相互關(guān)系形式化描述的基礎(chǔ)，使裝備保障領(lǐng)域里的術(shù)語概念和認(rèn)知通過統(tǒng)一的框架得以分享[3]。使用者可以利用本體建立一個(gè)裝備保障知識(shí)模式化的構(gòu)架，降低不同術(shù)語或觀點(diǎn)而產(chǎn)生的誤解，解決人、組織及軟件系統(tǒng)之間在不同的背景、語言、工具及技術(shù)之間溝通的障礙，以便知識(shí)的重用及分享，同時(shí)也有利于裝備保障知識(shí)的獲取，可以提高獲取的速度和可靠性[4]。

2 裝備保障知識(shí)本體的構(gòu)建方法

根據(jù)裝備保障知識(shí)快速更新的特點(diǎn)，在此基于斯坦福大學(xué)提出的七步法基本步驟，借鑒軟件工程學(xué)中的基于軟件生命周期的方法論，提出了裝備保障知識(shí)本體的構(gòu)建方法，如圖1所示體現(xiàn)了本體構(gòu)建過程中需要不斷改進(jìn)，不斷完善的反復(fù)過程。

本體規(guī)劃 根據(jù)所研究的專業(yè)領(lǐng)域、任務(wù)和最終用戶，確定本體應(yīng)用目標(biāo)的范圍。本文研究對(duì)象界定于后方軍械倉庫知識(shí)。裝備保障領(lǐng)域?qū)＜液团c構(gòu)建領(lǐng)域知識(shí)本體相關(guān)的文檔、現(xiàn)有的規(guī)章制度、工作手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、概念模型等都是裝備保障知識(shí)收集的對(duì)象。

圖1 基于生命周期的裝備保障知識(shí)本體構(gòu)建方法

本體分析設(shè)計(jì) 該階段需要領(lǐng)域?qū)＜业膮⑴c，對(duì)領(lǐng)域知識(shí)越了解，一般所建本體就越完善。本體的分析設(shè)計(jì)包括確定類和類的等級(jí)關(guān)系、定義類屬性及屬性分面和創(chuàng)建實(shí)例三個(gè)部分。

本體評(píng)價(jià)確認(rèn) 用本體描述語言表達(dá)本體后，還需要對(duì)本體進(jìn)行評(píng)價(jià)和確認(rèn)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是清晰性、一致性、完備性、可擴(kuò)展性和適用性。

領(lǐng)域本體建立 通過評(píng)價(jià)的本體加入到本體庫中，否則轉(zhuǎn)到本體分析設(shè)計(jì)階段。文檔編制貫穿整個(gè)流程，這是因?yàn)橛捎诒倔w的建模流程遵循IEEE1074-1995標(biāo)準(zhǔn)，所以每個(gè)步驟都必須完成相應(yīng)的說明文檔[5]。

3 后方軍械倉庫知識(shí)本體的構(gòu)建

裝備保障領(lǐng)域暫無可利用的本體，由于人力、物力和時(shí)間有限，筆者聽取專家建議，考慮到可獲取的資料，主要選取后方軍械倉庫作為實(shí)驗(yàn)性例子。信息主要來源于國防科學(xué)技術(shù)敘詞表、GJB以及后方倉庫部分文件資料等。另外，還通過網(wǎng)絡(luò)搜索了大量相關(guān)的倉儲(chǔ)資料。

3.1 類和類等級(jí)關(guān)系的確定

后方軍械倉庫儲(chǔ)存的主要是對(duì)軍械物資進(jìn)行的業(yè)務(wù)工作，以及倉庫設(shè)施設(shè)備、人員經(jīng)費(fèi)等進(jìn)行管理，其分類復(fù)雜，體系龐大，軍械裝備目前就有22大類700多個(gè)品種。但是很多概念過于細(xì)化和具體，無法直接使用。經(jīng)過對(duì)其歸類抽象后，抽取其中最重要的概念，將其抽象為以下五類:軍械物資類、部門崗位類、業(yè)務(wù)工作類、工作依據(jù)類、倉庫實(shí)體類。具體分類體系如圖2所示。

圖2 后方軍械倉庫知識(shí)分類體系

3.2 定義類屬性及屬性分面

屬性通常表示一個(gè)命題或斷言。屬性在類中是很重要的一個(gè)部分，它將一個(gè)概念與其他概念和對(duì)象聯(lián)系起來，起到一定的知識(shí)聯(lián)通的作用[8]。

3.2.1 類的一般屬性

(1) 軍械物資類屬性主要包括物資名稱、責(zé)任人、代碼、結(jié)構(gòu)、數(shù)量、性能等;

(2) 部門崗位類屬性主要包括類別、編成、職能職責(zé)、往來部門、工作描述等;

(3) 業(yè)務(wù)工作類屬性主要包括業(yè)務(wù)類別、業(yè)務(wù)程序、業(yè)務(wù)要求、業(yè)務(wù)執(zhí)行、業(yè)務(wù)報(bào)表等;

(4) 工作依據(jù)類屬性主要包括所屬類別、制定單位、內(nèi)容描述等;

(5) 倉庫實(shí)體類屬性主要包括實(shí)體名稱、類別、范疇等。

以上不同子類，除了通用屬性外，還有自己的特有屬性。

3.2.2 類的關(guān)系屬性

各類之間的關(guān)系可以描述為:部門崗位的職能職責(zé)是根據(jù)工作依據(jù)完成業(yè)務(wù)工作。業(yè)務(wù)工作的對(duì)象是軍械物資和倉庫實(shí)體，工作依據(jù)是根據(jù)業(yè)務(wù)工作制定，用于指導(dǎo)業(yè)務(wù)工作。如圖3所示。

圖3 軍械物資類、部門崗位類、業(yè)務(wù)工作類、

工作依據(jù)類倉庫實(shí)體類關(guān)系圖

3.2.3 屬性分面

以部門崗位類為例，其各屬性的分面為:類別，String型(取值范圍:機(jī)構(gòu)、崗位);職能職責(zé)，業(yè)務(wù)工作類;工作描述，string型;往來部門，部門崗位類;編成，倉庫實(shí)體類。其他屬性的分面不在一一列舉。

3.3 創(chuàng)建實(shí)例

以某型火炮的入庫驗(yàn)收為例:業(yè)務(wù)名稱，入庫驗(yàn)收;業(yè)務(wù)類別，接收發(fā)出;業(yè)務(wù)依據(jù)，GJB、入庫調(diào)撥單等;業(yè)務(wù)執(zhí)行，驗(yàn)收單位;業(yè)務(wù)程序，檢驗(yàn)、評(píng)定、交接、匯總。

4 后方軍械倉庫知識(shí)本體的實(shí)現(xiàn)[5]

從目前本體的開發(fā)工具來看，主要有Ontolingua，Ontosaurus，Webonto，OntoEdit Protégé系列等。Protégé2000是由美國Stanford大學(xué)的醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息中心(Stanford Medica Informatics，SMI)的Musen 領(lǐng)導(dǎo)的開發(fā)團(tuán)隊(duì)建立一個(gè)開放源碼的本體編輯器，它是采用Java編寫的[6]。本文選用Protégé_3.3.1構(gòu)架作為開發(fā)平臺(tái)。

在Protégé中，構(gòu)建本體的過程包括建立項(xiàng)目、建立類及類層次、建立屬性及屬性的允許值、添加實(shí)例這四個(gè)基本步驟[7]。

4.1 建立項(xiàng)目

打開Protégé，然后出現(xiàn)對(duì)話框，點(diǎn)擊Create New Project...，出現(xiàn)Create New Project對(duì)話框后，選擇OWL Flies(.owl or .rdf)后，點(diǎn)擊Finish，而不選Next。

4.2 建立類及類層次

安排好本體類層次結(jié)構(gòu)之后，在Protégé中創(chuàng)建類、子類非常簡(jiǎn)單。圖4是軍械物資類及其編輯器的示意圖(Protégé對(duì)中文支持不太好，所以盡量使用英文定義)。

圖4 類定義界面圖

4.3 建立屬性及其分面

在Protégé中，可以創(chuàng)建多種類型的屬性，包括datatyPe屬性、object屬性、annotation屬性，上述屬性又可以定義其Subproperty屬性。根據(jù)屬性類別不同，對(duì)屬性的分面也不同。

4.4 添加實(shí)例

根據(jù)前面建好的類、屬性及其允許值，可在 Individuals editor中添加具體的實(shí)例。創(chuàng)建實(shí)例時(shí)，首先輸入實(shí)例名稱，之后輸入實(shí)例所屬類定義的各個(gè)屬性值。以業(yè)務(wù)工作類為例，如圖5所示。

圖5 實(shí)例定義界面圖

4.5 OWL 文件舉例

類定義部分OWL 代碼如下:

…

屬性定義部分OWL代碼如下:

rdf:resource=\"http://www.w3.org/2005/XMLSchema

#string\"/>

rdf:resource=http:// www.w3.org/2005/XMLSchema

#string\"/>

5 結(jié) 語

裝備保障領(lǐng)域本體是對(duì)裝備保障領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的表示與組織?；谘b備保障領(lǐng)域本體可以實(shí)現(xiàn)裝備保障領(lǐng)域知識(shí)的共享、重用和知識(shí)快速檢索等知識(shí)管理功能。本文以基于生命周期的裝備保障知識(shí)本體構(gòu)建方法為指導(dǎo)，構(gòu)建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的后方軍械倉庫知識(shí)本體，并用Protégé工具實(shí)現(xiàn)了該本體， 對(duì)裝備保障其他領(lǐng)域知識(shí)本體的構(gòu)建有一定的借鑒作用。

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