摘 要:针对装备保障领域知识体系复杂、知识难以共享和重用等问题,在分析装备保障知识本体的需求和作用的基础上,提出一种适合装备保障知识体系的、面向生命周期的装备保障知识本体构建方法,以此为指导对后方军械仓库知识进行分类,利用Protégé软件构建了一个实验性知识本体,为建立后方军械仓库知识库打下了基础。
关键词:装备保障;知识本体;本体构建;后方军械仓库
中图分类号:TP182文献标识码:A
文章编号: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
随着我军装备保障信息化程度的提高,装备保障领域所积累的知识资源在飞速增长。装备保障知识作为一种特殊的领域知识,如何系统的表示和组织,在此基础上实现知识共享、重用和知识快速检索等知识创新功能,已成为装备保障知识管理的基础工作和重要内容。知识本体是共享概念模型的明确形式化规范说明[1],其能够以显式、形式化的方式表示语义,提高异构系统之间的互操作性,用知识本体表示和组织装备保障知识能有效实现知识的共享和重用。目前,本体在信息系统、自然语言理解和基于知识系统等方面得到广泛的应用。这里从装备保障知识本体的需求入手,探索有效的装备保障知识本体构建方法。遵循这种构建方法,用本体描述语言OWL及本体编辑工具Protégé 3.3.1,对后方军械仓库的知识进行分类,构建一个后方军械仓库知识本体示例。
1 装备保障知识本体
装备保障最大的特点就是知识化,如装备保障专家系统、远程维修支持系统和装备保障决策支持系统都离不开装备保障知识。然而,装备保障知识与其他的领域知识有很大的差别,有自己独特的特点。一是涉及学科多,比如,装备保障的全寿命周期管理需要系统工程、运筹学、决策论、控制论、信息论、软件工程等方面的知识;装备的维修保障需要机械工程、电子工程、控制论、行为科学、诊断技术等综合性的知识[2],这就加大了对装备保障知识处理的难度;二是资源形式多,大量的装备保障知识资源包括音频、视频、文档、表格、应用系统等多种形式,由于缺乏统一的描述方式,导致各级难以精确查找到与需求相关的资源,使知识无法得到有效的应用。
装备保障知识本体是装备保障领域知识中概念、属性、过程及其相互关系形式化描述的基础,使装备保障领域里的术语概念和认知通过统一的框架得以分享[3]。使用者可以利用本体建立一个装备保障知识模式化的构架,降低不同术语或观点而产生的误解,解决人、组织及软件系统之间在不同的背景、语言、工具及技术之间沟通的障碍,以便知识的重用及分享,同时也有利于装备保障知识的获取,可以提高获取的速度和可靠性[4]。
2 装备保障知识本体的构建方法
根据装备保障知识快速更新的特点,在此基于斯坦福大学提出的七步法基本步骤,借鉴软件工程学中的基于软件生命周期的方法论,提出了装备保障知识本体的构建方法,如图1所示体现了本体构建过程中需要不断改进,不断完善的反复过程。
本体规划 根据所研究的专业领域、任务和最终用户,确定本体应用目标的范围。本文研究对象界定于后方军械仓库知识。装备保障领域专家和与构建领域知识本体相关的文档、现有的规章制度、工作手册、标准规范、概念模型等都是装备保障知识收集的对象。
图1 基于生命周期的装备保障知识本体构建方法
本体分析设计 该阶段需要领域专家的参与,对领域知识越了解,一般所建本体就越完善。本体的分析设计包括确定类和类的等级关系、定义类属性及属性分面和创建实例三个部分。
本体评价确认 用本体描述语言表达本体后,还需要对本体进行评价和确认。评价标准是清晰性、一致性、完备性、可扩展性和适用性。
领域本体建立 通过评价的本体加入到本体库中,否则转到本体分析设计阶段。文档编制贯穿整个流程,这是因为由于本体的建模流程遵循IEEE1074-1995标准,所以每个步骤都必须完成相应的说明文档[5]。
3 后方军械仓库知识本体的构建
装备保障领域暂无可利用的本体,由于人力、物力和时间有限,笔者听取专家建议,考虑到可获取的资料,主要选取后方军械仓库作为实验性例子。信息主要来源于国防科学技术叙词表、GJB以及后方仓库部分文件资料等。另外,还通过网络搜索了大量相关的仓储资料。
3.1 类和类等级关系的确定
后方军械仓库储存的主要是对军械物资进行的业务工作,以及仓库设施设备、人员经费等进行管理,其分类复杂,体系庞大,军械装备目前就有22大类700多个品种。但是很多概念过于细化和具体,无法直接使用。经过对其归类抽象后,抽取其中最重要的概念,将其抽象为以下五类:军械物资类、部门岗位类、业务工作类、工作依据类、仓库实体类。具体分类体系如图2所示。
图2 后方军械仓库知识分类体系
3.2 定义类属性及属性分面
属性通常表示一个命题或断言。属性在类中是很重要的一个部分,它将一个概念与其他概念和对象联系起来,起到一定的知识联通的作用[8]。
3.2.1 类的一般属性
(1) 军械物资类属性主要包括物资名称、责任人、代码、结构、数量、性能等;
(2) 部门岗位类属性主要包括类别、编成、职能职责、往来部门、工作描述等;
(3) 业务工作类属性主要包括业务类别、业务程序、业务要求、业务执行、业务报表等;
(4) 工作依据类属性主要包括所属类别、制定单位、内容描述等;
(5) 仓库实体类属性主要包括实体名称、类别、范畴等。
以上不同子类,除了通用属性外,还有自己的特有属性。
3.2.2 类的关系属性
各类之间的关系可以描述为:部门岗位的职能职责是根据工作依据完成业务工作。业务工作的对象是军械物资和仓库实体,工作依据是根据业务工作制定,用于指导业务工作。如图3所示。
图3 军械物资类、部门岗位类、业务工作类、
工作依据类仓库实体类关系图
3.2.3 属性分面
以部门岗位类为例,其各属性的分面为:类别,String型(取值范围:机构、岗位);职能职责,业务工作类;工作描述,string型;往来部门,部门岗位类;编成,仓库实体类。其他属性的分面不在一一列举。
3.3 创建实例
以某型火炮的入库验收为例:业务名称,入库验收;业务类别,接收发出;业务依据,GJB、入库调拨单等;业务执行,验收单位;业务程序,检验、评定、交接、汇总。
4 后方军械仓库知识本体的实现[5]
从目前本体的开发工具来看,主要有Ontolingua,Ontosaurus,Webonto,OntoEdit Protégé系列等。Protégé2000是由美国Stanford大学的医学院医学信息中心(Stanford Medica Informatics,SMI)的Musen 领导的开发团队建立一个开放源码的本体编辑器,它是采用Java编写的[6]。本文选用Protégé_3.3.1构架作为开发平台。
在Protégé中,构建本体的过程包括建立项目、建立类及类层次、建立属性及属性的允许值、添加实例这四个基本步骤[7]。
4.1 建立项目
打开Protégé,然后出现对话框,点击Create New Project...,出现Create New Project对话框后,选择OWL Flies(.owl or .rdf)后,点击Finish,而不选Next。
4.2 建立类及类层次
安排好本体类层次结构之后,在Protégé中创建类、子类非常简单。图4是军械物资类及其编辑器的示意图(Protégé对中文支持不太好,所以尽量使用英文定义)。
图4 类定义界面图
4.3 建立属性及其分面
在Protégé中,可以创建多种类型的属性,包括datatyPe属性、object属性、annotation属性,上述属性又可以定义其Subproperty属性。根据属性类别不同,对属性的分面也不同。
4.4 添加实例
根据前面建好的类、属性及其允许值,可在 Individuals editor中添加具体的实例。创建实例时,首先输入实例名称,之后输入实例所属类定义的各个属性值。以业务工作类为例,如图5所示。
图5 实例定义界面图
4.5 OWL 文件举例
类定义部分OWL 代码如下:
…
属性定义部分OWL代码如下:
rdf:resource=".cn/qkpdf/moet/moet201006/moet20100661-1.pdf" style="color:red" target="_blank">原版全文