基于IDEF5陸軍部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)流程建模研究

李黎明，古 平，王 巍，朱常安

（陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)，河北 石家莊 050003）

我軍建設(shè)不但基本實現(xiàn)了機械化，而且在信息化建設(shè)方面也取得了很大進(jìn)展。尤其在信息時代的陸軍裝備保障研究中，在研究復(fù)雜裝備保障工程方面，仿真已成為研究該領(lǐng)域的關(guān)鍵路徑，如果把軍事系統(tǒng)層面上升到仿真系統(tǒng)層面，要建立被仿真的軍事系統(tǒng)，就必須對它有深刻的認(rèn)識和理解，才能建立它的軍事概念模型。這是建立軍事系統(tǒng)之后的第一次抽象，是連接真實軍事系統(tǒng)及其仿真系統(tǒng)的紐帶[1]。因此該活動的成功與否，在一定程度上是由軍事概念模型的質(zhì)量所決定的。當(dāng)前我軍信息化保障的總體水平有了明顯提高，然而，制約軍隊裝備維修保障業(yè)務(wù)流程發(fā)展的因素依然存在。如自動化程度不高，有些信息還需要手工填寫；標(biāo)準(zhǔn)化不強，容易報錯；信息不易共享，存在內(nèi)容不一致等問題。在了解和分析軍隊裝備維修保障業(yè)務(wù)流程相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，采用IDEF5實現(xiàn)其概念建模，采用形式化的方式對其本體進(jìn)行描述，主要是借助Protégé這種媒介軟件工具對其進(jìn)行本體建模，以此來解決其領(lǐng)域信息不易共享、格式不一致的問題。

1 本體論

1.1 本體論含義

本體論原本是哲學(xué)范圍內(nèi)的術(shù)語。本體論就是關(guān)于對有關(guān)事物的概念的本質(zhì)和關(guān)系的抽象描述。如果把它應(yīng)用于工程領(lǐng)域中，那它是對該領(lǐng)域客觀存在概念化的描述[2]。目前，對本體論的研究在各個領(lǐng)域正在不斷地深入以及完善，比如：圖書情報、信息集成、人工智能以及語義Web等領(lǐng)域。它可以用來解決知識的表示和共享方面的問題。所以，在軍事領(lǐng)域進(jìn)行概念建模具有較強的現(xiàn)實意義，針對該領(lǐng)域的研究深入拓展，在技術(shù)方面上，可以支持此領(lǐng)域知識在計算機上實現(xiàn)共享。

1.2 IDEF5本體模型的優(yōu)勢

采用本體建模的優(yōu)勢體現(xiàn)在本體論過程分析和其開發(fā)得到的結(jié)果，如表1所示。

表1 本體模型的優(yōu)勢

1.3 IDEF5本體的基本要素

根據(jù)佩雷斯等人使用分類，在新體制下陸軍部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)流程本體開發(fā)過程中，構(gòu)成本體的4個基本元素為：類、關(guān)系、公理和實例[3]。

（1）類（Classes）。該元素含義很寬泛，描述客觀世界對象的類型，用于表達(dá)其概念和內(nèi)涵。如軍事裝備維修領(lǐng)域的裝備維修和裝備實施。（2）關(guān)系（Relations）。該要素描述類之間、個體之間、類和個體之間的相互作用，表達(dá)概念之間的關(guān)系。如表達(dá)概念與個體之間的關(guān)系就可以用Part-of來表示，Part-of（裝備送修，作業(yè)前準(zhǔn)備）表示裝備送修是作業(yè)前準(zhǔn)備的一個組成部分。（3）斷言或公理。公理是大家公認(rèn)的基本命題，不需要再證明了。（4）實例。實例是指客觀世界中存在的客觀例子。

1.4 新體制下陸軍部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)流程本體的構(gòu)建

部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)流程要達(dá)到快速、全面、連續(xù)、準(zhǔn)確的保障能力目標(biāo)。把它的組織體系、崗位職責(zé)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等作為基礎(chǔ)，通過采取一系列有規(guī)律的活動和方法，促進(jìn)各單位和各要素能夠順利、高效地開展它的保障工作，為陸軍部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)工作的開展提供了依據(jù)[4]，挖掘它的本體模型的構(gòu)建過程主要步驟如圖1所示。

圖1 陸軍部隊級裝備維修業(yè)務(wù)流程（過程）本體構(gòu)建步驟

第一步：收集其本體時所需的維修業(yè)務(wù)相關(guān)的原始數(shù)據(jù)以及信息等。這里就需要有關(guān)專家的協(xié)作，來獲取有關(guān)它的知識。如：它在此領(lǐng)域內(nèi)的概念和組成此業(yè)務(wù)流程的有關(guān)要素，此外還應(yīng)該使用該領(lǐng)域?qū)I(yè)知識作為其數(shù)據(jù)源。

第二步：新體制下陸軍部隊級裝備業(yè)務(wù)流程相關(guān)的核心概念、關(guān)系與活動的提取。分析數(shù)據(jù)進(jìn)行本體抽象。根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)分析業(yè)務(wù)流程中涉及的概念、關(guān)系和活動，提取它的語義信息，然后對其概念之間的層次關(guān)系和活動之間的關(guān)系進(jìn)行界定。

它的業(yè)務(wù)流程主要包括3個相互關(guān)聯(lián)的活動：作業(yè)前準(zhǔn)備、作業(yè)實施和作業(yè)完成。作業(yè)前準(zhǔn)備由裝備維修部門根據(jù)送修單位提交的裝備維修申請表進(jìn)行審核，經(jīng)審核批準(zhǔn)后，開具維修憑證給送修單位，對于無法現(xiàn)場接收文件的單位，裝備維修部門將維修憑證傳真件或掃描件電子版?zhèn)髦了托迒挝?，而后送修單位將待修裝備和維修憑證交接給承修機構(gòu)進(jìn)行作業(yè)實施即完成作業(yè)前準(zhǔn)備。

承修機構(gòu)的作業(yè)實施根據(jù)接到維修憑證和送修裝備后及時安排修理人員對待修裝備進(jìn)行檢測，確定故障并制定合理高效的維修計劃，填寫設(shè)備維修鑒定表，對設(shè)備進(jìn)行維修。操作完成后，上級業(yè)務(wù)部門應(yīng)當(dāng)及時通知送修單位對送修裝備修竣后進(jìn)行驗收，修竣驗收完畢后辦理好有關(guān)手續(xù)，而后做好交接。

第三步：新體制下建立陸軍部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)流程圖的表格本體模型，形式語義描述。構(gòu)建它的核心模型，需要利用IDEF5技術(shù)方法提取構(gòu)建其本體模型的關(guān)鍵概念和屬性。在利用邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上建立起它們的概念關(guān)系，本文重點介紹待修復(fù)裝備的維護(hù)。

第四步：分別對新體制下的陸軍部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)流程本體進(jìn)行驗證、改進(jìn)和確認(rèn)，并保存到相應(yīng)的本體數(shù)據(jù)庫中。利用相關(guān)推理工具Protégé對語義信息進(jìn)行推理和論證，并對構(gòu)建的模型進(jìn)行細(xì)化和確認(rèn)，以保證實體抽取建模的合理性。

2 對其流程本體構(gòu)建的實例

基于IDEF5的圖表語言在本體的開發(fā)上支持可視化服務(wù)，這種方法的采用對于無論是業(yè)務(wù)開發(fā)者、使用者或者交流者，都非常容易理解，人們?nèi)菀撞杉{它。OWL作為一種描述語義的本體，對其在語法、語義和推理等方面具有輔助或者支持的作用，并且基于Web的本體表示語言方面也是它的首要選擇。在用戶的領(lǐng)域模型編寫清晰、正式的概念性描述方面，它是被允許的。所以，本文把IDEF5和WL語言相結(jié)合，描述了新體制下部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)流程本體。在IDEF5可視化的基礎(chǔ)上，OWL語言既可以精確定義其語法，也可以精確定義其形式語義。

基于IDEF5方法，如圖2所示，以新體制下陸軍部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)流程本體模型的構(gòu)建為例。裝備維修申請到裝備修竣驗收的業(yè)務(wù)流程為核心，它的流程主要包括作業(yè)前準(zhǔn)備、作業(yè)實施、裝備維修和待修裝備等類，并且以它們之間的關(guān)系建立聯(lián)系。下面具體分析主要的類和關(guān)系。

圖2 新體制下陸軍部隊級裝備維修保障流程本體

（1）裝備維修類。裝備維修類使用硬件或者軟件的方式對待修的機械類、電子信息類、軟件類和油液類4種裝備進(jìn)行維修，裝備維修類在維修操作前接收該類提供的信息，在作業(yè)實施類的指揮下對待修裝備進(jìn)行裝備維護(hù)和修理。設(shè)備、裝備維修類是二元關(guān)系Work-in和Completion of job作業(yè)的值域，是二元關(guān)系Maintenance的自變量，Pre-work preparation約束其作業(yè)準(zhǔn)備情況，Completion of job約束其作業(yè)完成情況，Subkind-of約束其待修裝備類型。

（2）作業(yè)前準(zhǔn)備類。利用裝備維修申請表、維修憑證和裝備送修設(shè)備等手段和方式，確定和跟蹤待修裝備的類型等，為其業(yè)務(wù)提供有益的信息服務(wù)的類。作業(yè)前準(zhǔn)備類是二元關(guān)系Part-of和Activity-of的值域，是Pre-work preparation和Sequntial-Connection的自變量。Part-of約束其組成部分，Activity-of約束其活動的內(nèi)容。維修作業(yè)前準(zhǔn)備實施的對象，由Pre-work preparation對其進(jìn)行約束，Sequntial-Connectionn約束它們順序活動的內(nèi)容。

（3）作業(yè)實施類。根據(jù)鑒定結(jié)果，負(fù)責(zé)此項維護(hù)、維修任務(wù)的機構(gòu)，按照方案和規(guī)定時限內(nèi)對送修裝備進(jìn)行修理的一系列活動，確保對故障進(jìn)行徹底排除以及提升其修復(fù)效率。作業(yè)實施類應(yīng)根據(jù)作業(yè)前準(zhǔn)備類提供的信息和送修裝備，管理和控制作業(yè)前準(zhǔn)備類，通過協(xié)調(diào)和控制、指揮裝備維修類來實施裝備維修保障業(yè)務(wù)活動。作業(yè)實施類的核心功能主要是對待修裝備進(jìn)行檢驗鑒定、請領(lǐng)器材和組織修理。Activity-of,Sequntial-Connection的值域是作業(yè)實施類，它是Sequntial-Connection和Work in的自變量，Work in約束其下級對象。

（4）待修裝備類。待修類別包括新體制下待修的各類裝備，主要由4種裝備構(gòu)成，分別為機械類、電子信息類、軟件類和油液類。之所以這樣區(qū)分是因為無論是何種裝備或何種分類，隨著陸軍武器裝備趨向于標(biāo)準(zhǔn)化、組合化、模塊化和系列化發(fā)展，裝備的技術(shù)構(gòu)成逐漸趨于相似，機電液技術(shù)橫向一體化特征愈加明顯。因此，可以將裝備構(gòu)成劃分為機械類、電子信息類、軟件類和油液類4種[5]。例如，在同樣的維修情況下，一般油液類的陸軍裝備比機械類、電子信息類和軟件類維修保障的時間要長。由于油液類是僅能使用一次的消耗品，維修問題在很多情況下是不存在的，主要是采取更換的方法進(jìn)行維修或維護(hù)。因此在這里將待修裝備的對象區(qū)分為機械類、電子信息類、軟件類和油液類4種。不僅Subkind-of的值域是待修裝備類，而且也是Maintenance的值域，約束其子類的構(gòu)成是Subkind-of，Maintenance約束對其進(jìn)行維修的新體制下陸軍部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)流程。

根據(jù)圖2所示的模型，第一，把它轉(zhuǎn)化成OWL文件；第二，完成OWL文件在過程本體數(shù)據(jù)庫中的存儲。OWL語言轉(zhuǎn)換描述部分如下：

因此，可以得出具有普遍性和適用性的流程本體模型，對于新體制下陸軍部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)流程的映射，就可以根據(jù)它來實現(xiàn)。

3 結(jié)束語

本文對新體制下陸軍部隊級裝備維修保障業(yè)務(wù)領(lǐng)域存在信息難以“共享”和“重復(fù)”等問題，構(gòu)建其本體模型，采用IDEF5圖形表達(dá)與OWL語言相結(jié)合的方法來實現(xiàn)其目的。把圖表式和細(xì)化語義結(jié)合使用，滿足它在不同的應(yīng)用場景中互相補充，不僅能夠快速直觀地構(gòu)建本體模型，而且它的語義信息能夠被準(zhǔn)確地描述和推理。利用推理工具Protégé對語義信息的推理進(jìn)行了驗證，表明新系統(tǒng)下的軍級裝備維修保障業(yè)務(wù)流程本體的語義一致性得到了顯著提高。為其軍事概念模型的語義一致性和信息化、智能化處理打下良好的基礎(chǔ)。