軍事物流業(yè)務(wù)流引擎應(yīng)用本體研究

齊繼東， 馬 妍 ， 荀 燁 ，陳 建

（1．軍事交通學(xué)院，天津 300161；2.62402部隊(duì)，天津 300182）

1 問題提出

目前，軍事物流業(yè)務(wù)MIS功能操作步驟、操作權(quán)限等均是編碼固化、高耦合度，嚴(yán)重制約了系統(tǒng)信息流程的可修改性，無法適應(yīng)物資保障中數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲、處理和使用等事務(wù)或功能點(diǎn)的改變。比如，某物資調(diào)撥信息流，傳統(tǒng)模式是物資主管部門將出庫憑證直接下達(dá)至任務(wù)倉庫，但如果改變?yōu)槲镔Y主管部門將出庫憑證下達(dá)至聯(lián)勤分部，再由聯(lián)勤分部下達(dá)至任務(wù)倉庫，使數(shù)據(jù)操作權(quán)限、事務(wù)鏈、功能點(diǎn)關(guān)系發(fā)生改變，嚴(yán)重時將導(dǎo)致相關(guān)業(yè)務(wù)MIS重構(gòu)。

為改變現(xiàn)役業(yè)務(wù)MIS的編碼固化、高耦合度問題，論文[1]提出了基于軍事物流業(yè)務(wù)流引擎開發(fā)業(yè)務(wù)MIS的技術(shù)架構(gòu)，分析設(shè)計(jì)了業(yè)務(wù)流程 （Business Process）、功能環(huán)節(jié) （Function Tache）、功能點(diǎn) （Function Node）、元數(shù)據(jù) （Meta Data）及數(shù)據(jù)服務(wù) （Data Service）等5個結(jié)構(gòu)要素的定制模式，但由于對MLBFE的結(jié)構(gòu)要素缺乏統(tǒng)一公認(rèn)的注釋，流程定制者和使用者對MLBFE結(jié)構(gòu)要素的理解不同，使用過程中必將產(chǎn)生語義 （本文是指MLBFE的結(jié)構(gòu)要素及其關(guān)系的解釋）上或結(jié)構(gòu)上的歧義，如果完全靠人力經(jīng)驗(yàn)與理論去辨識含義是不現(xiàn)實(shí)的，需要提供能夠被計(jì)算機(jī)自動識別與釋義的符號系統(tǒng)。截至目前本體 （Ontology）是：解決語義、結(jié)構(gòu)歧義的最佳技術(shù)手段；不僅能夠解決語義、結(jié)構(gòu)等異構(gòu)問題，還能夠基于此推導(dǎo)出新的隱藏的新知識[4]；為充分發(fā)揮關(guān)系數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢，還可將構(gòu)建的本體文件持久化到數(shù)據(jù)庫[3]；為基于本體庫的MIS具備智能特點(diǎn)奠定了基礎(chǔ)。因此，本文提出研究軍事物流業(yè)務(wù)流引擎應(yīng)用本體庫的主題內(nèi)容。

2 本體理論

本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明，它支持語義級信息交換，是實(shí)現(xiàn)Semantic Web的關(guān)鍵技術(shù)。本體是用來描述某個領(lǐng)域的知識的，是實(shí)現(xiàn)不同主體之間共享與互操作的語義、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，利用聲明式語義[4]能夠使計(jì)算機(jī)真正理解 “符號”的含義并進(jìn)行推理。但對本體的描述，不同語言具備不同特征，但無論用XML（可擴(kuò)展性標(biāo)記語言，一套元標(biāo)記語言，用于定義與特定領(lǐng)域有關(guān)的、結(jié)構(gòu)化標(biāo)記語言的語法規(guī)則，如＜單元＞＜名稱＞炊事掛車＜/名稱＞＜類別＞后勤裝備＜類別＞＜/單元＞）、RDF（一種由資源、屬性、屬性值組成的三元組，如＜rdfs:Class rdfs:label="炊事掛車"/＞＜rdf:Property rdf:about="&rdf_;類別"＞）等何種語言進(jìn)行描述。本體的典型結(jié)構(gòu)由5個基本要素構(gòu)成，分別是： （1）類。任何事務(wù)，相關(guān)概念構(gòu)成一個概念層次結(jié)構(gòu)； （2）關(guān)系。領(lǐng)域中個體之間的交互約束作用； （3）函數(shù)。前n-1個元素能夠唯一確定第n個元素； （4）公理。定義在實(shí)例和屬性之上的約束與規(guī)則，是本體推理的依據(jù)； （5）實(shí)例。類的具體化，每個類包含多個實(shí)例，實(shí)例之間存在顯示或隱式關(guān)系，實(shí)例都是對象，但對象不一定都是實(shí)例。

目前，OWL（Web Ontology Language）同XML、RDF一樣，是W3C為Semantic Web定義的本體描述語言。OWL在知識表示 （Knowledge Represenation）、知識庫 （Knowledge Base）、人類語言處理技術(shù) （Human Language Technology）、自然語言處理 （Natural Language Processing）、語義信息處理 （Semantic Information Processing）和數(shù)字圖書館 （Digital Library）等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[2]。從語義上講，OWL提供了類之間、實(shí)例之間、類與實(shí)例之間的關(guān)系[4]，分別代表本體的概念、個體及個體之間的關(guān)系。具體是： （1）類 （Class）關(guān)系，為本體類推理奠定基礎(chǔ)。語法主要有： 類 （owl:Class）、 子類 （rdf:sub Classof）、 相等類 （owl:Equivalent Class）、 互斥類 （owl:Disjoint With）和合并類 （owl:UnionClass）等。 （2）對象屬性 （Object Property），實(shí)例約束主要形式，本體推理中使用最為廣泛的屬性。語法主要有：對象屬性 （owl:Object Property）、反義屬性 （owl:Inverse）、唯一性 （owl:Functional）、對稱性 （owl:ymmetric）、 傳遞性 （owl:Transitive）、 序列性 （owl:Cardinality）。 （3） 數(shù)據(jù)類型屬性 （Data Type Property），代表實(shí)例 （owl:Individual）與基本數(shù)據(jù)類型的關(guān)系，描述主要是自定義的，語法是：數(shù)據(jù)類型 （owl:Data Type Property）等。 （4）注釋屬性 （comment），本體中Class、Individuals、Property等注釋語句，是不同實(shí)例及屬性匹配的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)語義層 “對象”的自動識別與映射的手段之一，但對rdfs:comment賦值時，應(yīng)盡量是領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的描述語言，如國標(biāo)、軍標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及相關(guān)公理或常識等。 （5）類型域、值域關(guān)系，針對每個對象屬性定義類型域 （rdf:Domain）、值域 （rdf:Range），即 “類型域＋對象屬性＋值域”構(gòu)成三元組等。 （6）實(shí)例之間約束度，類型域與值域之間關(guān)于某對象屬性的可能性。語法主要有：全稱取值約束[4]（owl:all Values From，如?Belong）、受限存在取值約束[4]（owl:some Values From，如?Belong）、基數(shù)約束 （owl:cardinality）等。

3 流程分析

根據(jù)軍事物流業(yè)務(wù)流引擎管控技術(shù)體系架構(gòu)[1]，可知業(yè)務(wù)流引擎的結(jié)構(gòu)要素主要有5個，不同結(jié)構(gòu)要素之間存在嚴(yán)格的約束綁定關(guān)系。流程定制者根據(jù)軍事物流保障業(yè)務(wù)相關(guān)主題，按照約定的 “輸入/輸出”關(guān)系綁定相關(guān)“結(jié)構(gòu)要素” （見圖1）：按序列為業(yè)務(wù)主題流程綁定功能環(huán)節(jié) （事務(wù)）；按序列為功能環(huán)節(jié)綁定功能點(diǎn)；為功能點(diǎn)綁定數(shù)據(jù)集；不同功能點(diǎn)的數(shù)據(jù)元素CRUDT（Create、Read、Update、Delete、Transmit）存在差異，需在功能點(diǎn)綁定數(shù)據(jù)集時定制各數(shù)據(jù)元素的 “CRUDT”；等等。本文以某類物資供應(yīng)主題中某業(yè)務(wù)功能為例，分析定制MLBFE的結(jié)構(gòu)需求。

其中，BPi表示第i個業(yè)務(wù)流程，F(xiàn)Tij表示BPi中包含的具備嚴(yán)格邏輯串聯(lián)或并聯(lián)的第j個功能環(huán)節(jié) （關(guān)系見圖1），i、j表示 1、 2、 3、…。

（2）功能環(huán)節(jié) （FT）與功能點(diǎn) （FN）。多個具備嚴(yán)格邏輯關(guān)系與接口的功能點(diǎn)構(gòu)成一具備特定行為的功能環(huán)節(jié)，而功能點(diǎn)是一聚合程度高且具備輸入/輸出功能的系統(tǒng)單元。針對某功能環(huán)節(jié)，F(xiàn)N序列為：功能環(huán)節(jié) “編制/處理/提請物資需求”可分解為編制、處理和提請等功能點(diǎn)；功能環(huán)節(jié) “獲取/編制/提交物資需求計(jì)劃”可分解為獲取、編制和提交等功能點(diǎn)；功能環(huán)節(jié) “開具/提交出庫或入庫憑證”可分解為提交出庫憑證、提交入庫憑證等功

（1）業(yè)務(wù)流程 （BP）與功能環(huán)節(jié) （FT）。多個具備嚴(yán)格邏輯關(guān)系的功能環(huán)節(jié)構(gòu)成一完整業(yè)務(wù)流程。對于某類物資供應(yīng)而言，業(yè)務(wù)FT序列為：第一步，編制/處理/提請物資需求；第二步，獲取/編制/提交物資需求計(jì)劃；第三步，開具/提交出庫或入庫憑證；第四步，獲取調(diào)撥憑證，制定物資出庫/入庫計(jì)劃；第五步，執(zhí)行物資出庫/入庫計(jì)劃；第六步，執(zhí)行物資運(yùn)輸/配送；等等。經(jīng)分析得業(yè)務(wù)流程與功能環(huán)節(jié)關(guān)系的函數(shù) （3-1）。能點(diǎn)；等等。另，軍事物流保障中每個功能環(huán)節(jié)或功能點(diǎn)均與機(jī)構(gòu) ｛ 后勤機(jī)關(guān)，保障實(shí)體，受供單位 ｝ 中部分機(jī)構(gòu)相關(guān)，因此設(shè)計(jì)功能點(diǎn)時需考慮角色與功能關(guān)系。經(jīng)綜合分析得功能環(huán)節(jié)與功能點(diǎn)關(guān)系函數(shù) （3-2）。

其中：FNi表示業(yè)務(wù)流程中具體功能環(huán)節(jié)的第i個功能點(diǎn)；MDij表示FNi中包含的第j個數(shù)據(jù)元素；DFij表示MDij的數(shù)據(jù)獲取點(diǎn) （數(shù)據(jù)元素的唯一采集點(diǎn)）；pj1、pj2、pj3、pj4和pj5分別表示FNi中第j個數(shù)據(jù)元素MDij的CRUDT，一個數(shù)據(jù)元素具備1個以上的CRUDT權(quán)限；i、j表示1、2、3、…。

（4）數(shù)據(jù)服務(wù)與數(shù)據(jù)元素?；谝讯ㄖ频臉I(yè)務(wù)功能點(diǎn)與數(shù)據(jù)元素綁定關(guān)系、CRUDT權(quán)限與獲取點(diǎn)，利用定制的服務(wù)集成相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對具體功能環(huán)節(jié)或功能點(diǎn)的執(zhí)行狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控。服務(wù)定制典型函數(shù) （3-4）。

其中，F(xiàn)Ti表示某業(yè)務(wù)流程中第i個功能環(huán)節(jié)，F(xiàn)Nij表示FTi中包含的具備嚴(yán)格邏輯串聯(lián)或并聯(lián)的第j個功能點(diǎn)（關(guān)系見圖1）， Rkj表示角色Rk具備 FNij功能，i、 j、k表示1、2、3、…。

（3）數(shù)據(jù)元素 （CRUDT）與獲取點(diǎn)。數(shù)據(jù)流是業(yè)務(wù)流程管控重點(diǎn)，CRUDT是確保數(shù)據(jù)集機(jī)密性與不可抵賴性的手段。各功能點(diǎn)具備 （獲取）輸入量，按約定處理生成輸出量，作為下一環(huán)節(jié)的輸入量。因此，需要準(zhǔn)確定制相鄰功能點(diǎn)的接口。

假設(shè)每個功能點(diǎn)對應(yīng)唯一角色，業(yè)務(wù)流定制者需為功能點(diǎn)中各數(shù)據(jù)元素指定CRUDT和獲取點(diǎn)。經(jīng)分析得功能點(diǎn)內(nèi)數(shù)據(jù)元素 （CRUDT）與獲取點(diǎn)關(guān)系的函數(shù) （3-3）。

示例如下：

其中：cmd代表SQL的操作命令；fld（..）表示字段集合；frm（..）表示字段所屬數(shù)據(jù)庫表集 （含表之間約束關(guān)系）；val（..）表示字段集合，與fld（..）對應(yīng)；w表示SQL的Where條件，而conds是查詢條件集；FNi.MDij表示某業(yè)務(wù)功能環(huán)節(jié)中第i個功能點(diǎn)所轄第j個數(shù)據(jù)元素；DFit.table表示與FNi.MDij具備同一 “獲取點(diǎn)”的數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)表；FNi.MDtp表示DFit.table的關(guān)鍵字 （主鍵，可能是復(fù)合主鍵）；v×××表示相關(guān)字段的數(shù)據(jù)值；i、j、t、p表示1、2、 3、 …。

（由于篇幅所限，其它分析略）

4 本體建模

根據(jù)MLBFE結(jié)構(gòu)要素分析，為流程定制者和使用者提供公認(rèn)統(tǒng)一的概念描述，如 “提請”、 “上報”、 “提交”的注釋，以及MLBFE的結(jié)構(gòu)關(guān)系及其對象或個體關(guān)系等。本節(jié)利用OWL中Class、Individuals、Property等從語義和語法層次上，借助Protégé設(shè)計(jì)MLBFE應(yīng)用本體庫，主要包括術(shù)語本體、業(yè)務(wù)流程本體、功能環(huán)節(jié) （事務(wù)）本體、功能點(diǎn)本體、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主題本體和數(shù)據(jù)服務(wù)本體等。建模中，用Individuals（實(shí)例）描述MLBFE中具體對象或個體；用Class（類）聲明相關(guān)對象或個體的共性，統(tǒng)一概念；用Object Property描述Class之間和Individuals之間關(guān)系約束、層次結(jié)構(gòu)等；用Datatype Property描述Class的數(shù)值類型屬性等。

（1）類 （Class）/實(shí)例 （Individuals）設(shè)計(jì)，OWL編碼見表1。某物資供應(yīng)業(yè)務(wù)流程中，功能環(huán)節(jié) “編制／處理／提請物資需求”可拆分為3個串聯(lián)的功能環(huán)節(jié)：編制物資需求、處理物資需求、提請物資需求；當(dāng)功能環(huán)節(jié)“編制物資需求”綁定到不同種類的物資 （如彈藥物資、裝甲器材、被裝物資等）供應(yīng)流程中時，其位置、數(shù)據(jù)集、CRUDT等方面存在差異；等等。對于 “編制物資需求”經(jīng)分析得：實(shí)例有 “編制彈藥需求”、 “編制裝甲器材需求”、 “編制被裝物資需求”等。通過對多個具體化實(shí)例形成概念類，即具體功能點(diǎn)本體；而為完成某業(yè)務(wù)功能環(huán)節(jié)的任務(wù)，需將多個功能點(diǎn)串聯(lián)或并聯(lián)，按序 “運(yùn)行” （如 “編制物資需求”功能環(huán)節(jié) （事務(wù)）需按 “部隊(duì)承擔(dān)任務(wù)”、 “部隊(duì)現(xiàn)有物資統(tǒng)計(jì)”、 “需求量分析”、 “部隊(duì)自籌能力”等步驟實(shí)施與提請），即功能環(huán)節(jié)本體；多個功能環(huán)節(jié)按邏輯串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成業(yè)務(wù)流程本體；業(yè)務(wù)流本體通過綁定業(yè)務(wù)流程本體、功能環(huán)節(jié) （事務(wù)）本體和功能點(diǎn)本體等而形成。

（2）對象屬性 （Object Property）設(shè)計(jì)，定義實(shí)例之間約束，OWL編碼見表2。根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)例集抽象出相關(guān)概念，但現(xiàn)實(shí)中概念之間或?qū)嵗g存在多樣關(guān)系。同時，利用實(shí)例之間約束語句 （全稱取值約束、受限存在取值約束、基數(shù)約束等）嚴(yán)格定義實(shí)例之間的類型域與值域等。如，物資提請功能點(diǎn)本體 （Function Node）與申請物資本體 （Applyfor Material）之間存在關(guān)系?Belong，即owl:some Values From，又由于實(shí)例是類的具體化，實(shí)

表1 MLBFE應(yīng)用本體類/實(shí)例OWL片段

例之間也必然存在?Belong關(guān)系等。另，為明確定義出：業(yè)務(wù)流程本體實(shí)例綁定的功能環(huán)節(jié)本體實(shí)例序列、功能環(huán)節(jié)本體實(shí)例綁定的功能點(diǎn)本體實(shí)例序列，及功能點(diǎn)本體實(shí)例接口關(guān)系，需要為業(yè)務(wù)流程本體、功能環(huán)節(jié)本體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)/功能點(diǎn)的起點(diǎn) （begin Tache/begin Node）與終點(diǎn) （end Tache/end Node）的對象屬性，為功能環(huán)節(jié)本體及其內(nèi)含的功能點(diǎn)本體的邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)各自的父節(jié)點(diǎn) （has Front Tache/has FrontNode）與子節(jié)點(diǎn) （has ChildTache/has Child Node）的對象屬性；等等。

表2 MLBFE本體類/實(shí)例的對象屬性O(shè)WL片段

（3）數(shù)據(jù)類型屬性 （Datatype Property）設(shè)計(jì)，OWL編碼見表3。實(shí)例的數(shù)據(jù)語義是對數(shù)據(jù)的描述。因此，為實(shí)例設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)類型屬性主要有物資名稱 （Material Name）、數(shù)值類型 （Data Value Type）、類型域 （Domain）、值域 （Range）和注釋 （comment）等。

另，通過對業(yè)務(wù)所涉數(shù)據(jù)元素對象的分析，參照數(shù)據(jù)元素采集點(diǎn)和使用周期與范圍，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)獲取點(diǎn)。將業(yè)務(wù)所涉數(shù)據(jù)元素按業(yè)務(wù)主題劃分 （OWL語句片段見表4）：物資需求數(shù)據(jù)主題本體 （Dataof Requirement Material Subject）、物資籌措數(shù)據(jù)主題本體 （Dataof Rasie Material Subject）、物資儲備數(shù)據(jù)主題本體 （Dataof Storage Mate-

表3 MLBFE類/實(shí)例的數(shù)據(jù)類型屬性O(shè)WL片段

rial Subject）、物資運(yùn)輸數(shù)據(jù)主題本體 （Dataof Transportation Route Subject）、物資入庫數(shù)據(jù)主題本體 （DataofIn-Base Document Subject）和財務(wù)審計(jì)數(shù)據(jù)主題本體 （Subjectof Financeand Audit）等。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主題本體不僅包含數(shù)據(jù)類型屬性，而且還包含數(shù)據(jù)對象本體，因?yàn)椴煌瑯I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主題本體的子本體之間可能存在owl:Equivalent Class、owl:Disjoint With，等。因此，針對數(shù)據(jù)元素而言，又形成了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主題本體、數(shù)據(jù)元素本體、CRUD本體及其采集點(diǎn)本體等。

表4 MLBFE主題數(shù)據(jù)本體OWL片段

最后，利用Protégé中組件onto Graph生成了MLBFE應(yīng)用本體結(jié)構(gòu)層次圖，由于篇幅所限圖2僅展示了部分結(jié)構(gòu)。

圖2 MLBFE應(yīng)用本體結(jié)構(gòu)層次示例

5 本文結(jié)論

本文針對文獻(xiàn)[1]中軍事物流業(yè)務(wù)流程管控技術(shù)架構(gòu)的結(jié)構(gòu)定制，分析在業(yè)務(wù)流引擎結(jié)構(gòu)要素缺乏統(tǒng)一的概念、個體及其關(guān)系注釋條件下，產(chǎn)生的語義異構(gòu)與結(jié)構(gòu)異構(gòu)問題。基于此，引入本體技術(shù)，用OWL的類、實(shí)例和屬性等對MLBFE的5個結(jié)構(gòu)要素的內(nèi)容與關(guān)系進(jìn)行定義、規(guī)范和注釋，為計(jì)算機(jī)能夠依據(jù)定義的本體庫進(jìn)行匹配、推理奠定基礎(chǔ)。利用protégé對MLBFE本體進(jìn)行了建模，形成了包含術(shù)語、業(yè)務(wù)流程、功能環(huán)節(jié)、功能點(diǎn)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主題、數(shù)據(jù)元素和采集點(diǎn)等本體的體系。本文的研究成果具有較高的現(xiàn)實(shí)意義和研究前景，屬于應(yīng)用創(chuàng)新性研究。

[1] 齊繼東,等.軍事物流業(yè)務(wù)流程管控系統(tǒng)初探[J].物流技術(shù)，2012(2):213-215.

[2] 張智雄.從RDF（S）到OWL，什么在改變之中[J].圖書館雜志，2005(1):54-60.

[3] 齊繼東,等.物流本體數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用研究[J].物流科技，2009(2):63-65.

[4] 林志陽.基于OWL語義本體的推理與存儲研究[EB/OL].(2008-12-21)[2012-08-21].http://wenku.baidu.com.