OWL本體在紡織企業(yè)的應用

劉 闖，于 曉 強，陶 學 恒

（大連工業(yè)大學 信息科學與工程學院，遼寧 大連 116034）

0 引言

各種新技術(shù)的應用拓寬了紡織品的發(fā)展領(lǐng)域，計算機集成制造使整個生產(chǎn)成為一體化過程，使紡織工廠的自動化水平明顯提高，實現(xiàn)了產(chǎn)品的高質(zhì)量、低消耗、縮短了交貨時間。產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理是工廠中制造信息系統(tǒng)的集成平臺，作為企業(yè)的知識庫和資源庫，提高了企業(yè)的創(chuàng)新能力和競爭力［1］。在傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的模型中，存在不同術(shù)語來描述著相同的模型，造成了同一概念在不同的系統(tǒng)中表達方式不同，導致模型數(shù)據(jù)共享程度很低，不利于異構(gòu)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息交換。本文以某紡織企業(yè)信息系統(tǒng)的開發(fā)和實施為背景，深入研究了系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)及其實現(xiàn)，結(jié)果表明缺乏一種較強的邏輯語言對數(shù)據(jù)模型進行統(tǒng)一描述，尋找一種嚴格定義的標準化建模語言來描述數(shù)據(jù)模型勢在必行。因此，本文采用OWL（Web Ontology Language）來描述紡織企業(yè)資源本體，建立了一套面向紡織品制造過程的本體系統(tǒng)模型，以實現(xiàn)面向本體的紡織企業(yè)系統(tǒng)管理。

1 支撐技術(shù)

1.1 OWL簡介

OWL是W3C開發(fā)的一種網(wǎng)絡本體語言，用于對本體進行語義描述［2］。由于OWL是針對各方面的需求在DAML+OIL 的基礎(chǔ)上改進而開發(fā)的，所以一方面要保持對DAML+OIL/RDFS的兼容性，另一方面又要保證更加強大的語義表達能力，同時還要保證描述邏輯（DL，Description Logic）的可判定推理，因此，W3C 的設(shè)計人員針對各類特征的需求制定了3種相應的OWL 的子語言，即OWL Lite、OWL DL和OWL Full，而且各子語言的語義表達能力依次遞增。

OWL適用于這樣的應用，在這些應用中，不僅需要提供給用戶可讀的文檔內(nèi)容，而且希望處理文檔內(nèi)容信息。OWL 能夠被用于清晰地表達詞匯表中的詞條（term）的含義以及這些詞條之間的關(guān)系，而這種對詞條和它們之間的關(guān)系的表達就稱 作Ontology。OWL 相 對XML、RDF 和RDFSchema擁有更多的機制來表達語義，從而OWL超越了XML、RDF 和RDFSchema僅僅能夠表達網(wǎng)上機器可讀的文檔內(nèi)容的能力。

1.2 Web框架模型

為了滿足語義查詢、系統(tǒng)重用和信息共享等功能，引入Web框架模型［3］。此Web框架模型主要包含5個層次，分別是：本體資源庫層、知識推理層、紡織企業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問邏輯接口層、紡織企業(yè)業(yè)務邏輯以及客戶端層。整體Web框架模型如圖1所示。

圖1 Web框架模型Fig.1 Web framework model

2 基于OWL 的紡織企業(yè)本體模型的構(gòu)建

采用OWL描述紡織企業(yè)資源的過程，也就是創(chuàng)建紡織企業(yè)資源本體模型的過程。構(gòu)建紡織企業(yè)資源本體的目的是提高信息資源的利用率，實現(xiàn)對紡織企業(yè)產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)和過程的統(tǒng)一管理，提供給紡織企業(yè)來描述產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和銷售的一種方法，為企業(yè)提供了產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義、組織和控制框架。它為紡織企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理、規(guī)范和優(yōu)化紡織企業(yè)業(yè)務流程、縮短產(chǎn)品開發(fā)時間、降低產(chǎn)品成本，提供了一種方法。

2.1 紡織企業(yè)UML模型圖

紡織企業(yè)的資源本體構(gòu)建的關(guān)鍵在于定義各種類和類間關(guān)系、屬性和屬性間關(guān)系以及屬性約束等。類可以進行層次劃分，也就是說一個類還可以有父類和子類。父類定義更加抽象的概念和語義，子類表達了更為明確、詳細的概念。紡織企業(yè)本體構(gòu)建首先要畫出相應的類圖，依據(jù)軟件工程UML 的理論，紡織企業(yè)的資源本體部分類圖如圖2所示。

圖2 本體資源庫結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of ontology resource

2.2 紡織企業(yè)的電子倉庫和文檔管理本體描述

在充分了解紡織企業(yè)的電子倉庫和文檔管理基礎(chǔ)上，采用Juha-Pekka Tolvanen［4］提出的元建模方法來建立OWL的UML Profile元模型。對圖2進行轉(zhuǎn)化，利用Protégé 編輯器來建立本體的類和子類以及實現(xiàn)基本屬性限制，從而建立紡織企業(yè)領(lǐng)域本體，并通過OWL 語言進行描述，并將其最終以O(shè)WL本體形式描述存入數(shù)據(jù)庫。下面的OWL 代碼是電子倉庫管理和文檔管理本體的部分描述。

用三元組可以表示為

紡織企業(yè)的電子倉庫rdf：type rdfs：Class.

紡織企業(yè)倉庫信息管理服務rdfs：subClassOf紡織企業(yè)的電子倉庫.

紡織企業(yè)的文檔管理rdf：type rdfs：Class.

紡織企業(yè)的設(shè)計文檔管理服務rdfs：sub-ClassOf紡織企業(yè)的文檔管理.

紡織企業(yè)的工藝文檔管理服務rdfs：sub-ClassOf紡織企業(yè)的文檔管理.

3 應用實例及分析

對某毛（絨）紡織品制造企業(yè)的PDM 信息系統(tǒng)，來源于不同部門的大量異構(gòu)數(shù)據(jù)的語義提升和知識集成。Web服務器端的運行環(huán)境是windows 2000、JDK6.0、SSH2框架、OBPM 開源包、tomcat6以及MySQL。用戶可以通過瀏覽器訪問Web服務器，以實現(xiàn)對多源異構(gòu)知識的透明訪問，滿足了紡織品企業(yè)內(nèi)部的知識模型共享與重用。通過圖形化的建模工具Protégé進行紡織企業(yè)本體過程模型的創(chuàng)建，使用Java語言調(diào)用業(yè)務邏輯引擎。本文以紡織企業(yè)的設(shè)計文檔審批為例，OWL中主要涉及的是紡織企業(yè)設(shè)計文檔審批比較重要的概念及其屬性，活動間的關(guān)系及約束，系統(tǒng)的設(shè)計文檔審批運行界面如圖3所示。

圖3 設(shè)計文檔審批運行界面Fig.3 The running interface of design document examination and approval procedures

4 結(jié)論

通過對紡織企業(yè)數(shù)據(jù)資源的利用性、重用性、共享性的信息技術(shù)做重點研究，把本體引入到紡織企業(yè)系統(tǒng)建設(shè)中，實現(xiàn)資源的語義化標識、存儲及搜索功能。在分析了紡織企業(yè)基本控制結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中關(guān)鍵業(yè)務流程基礎(chǔ)上，提出了紡織企業(yè)過程建模元素，并研究了紡織企業(yè)系統(tǒng)中的電子倉庫和文檔管理業(yè)務模型，將各模塊建立在可交換與可重復使用的基礎(chǔ)上，讓數(shù)據(jù)信息以緊密的傳遞與分享而不受異構(gòu)系統(tǒng)的限制。在開源框架基礎(chǔ)上進行編程，實現(xiàn)了邏輯本體模型以及標準的信息查詢。最終實現(xiàn)了Web本體語言O(shè)WL 的形式化建模，建立了面向紡織企業(yè)的本體應用系統(tǒng)。