网络化制造环境下基于语义的制造知识管理技术若干问题的研究

摘要

知识管理技术是网络化制造的关键技术之一，而制造知识又是网络化制造环境中核心的知识资源，对制造知识进行有效管理是知识经济时代下网络化制造的必然需求，其目的是促进先进的制造知识在网络化制造环境中得以广泛和充分地传播和共享，以知识共享促进网络化制造协作。在“基于ASP的网络化制造应用集成服务技术与系统”等几项研究课题支撑下，我们结合语义Web(SemanticWeb)技术对网络化制造环境下的制造知识表达、制造实例知识网上表达和识别、关系数据库语义知识获取以及基于知识服务的网络化制造协作等问题进行了较深入地研究，并开发实现了一个原型系统MKMS-SW系统。本文主要论述了MKMS-SW系统的创新研究和关键技术。 第一部分，总结归纳了知识管理技术的含义、研究内容、发展历史以及研究现状，在解构网络化制造知识的特点和体系的基础上，指出了现有知识管理技术应用到制造知识管理上面临的问题。 第二部分，阐述了MKMS-SW系统设计目标，通过对现有系统的分析对比，提出了基于语义Web的系统逻辑层次模型，通过引入本体层，可以使得制造知识的语义表达清晰，并为制造知识表达、获取、检索、以及基于制造知识的网络化制造协作提供深层次语义支持。在此基础上，提出了MKMS-SW系统的功能模型和体系结构，阐明了基于J2EE的系统实现技术，并对系统的体系结构进行了技术评价。 第三部分，首先分析了网络化制造环境下制造知识表达的需求，在对现有知识表达方法分析比较之后，提出了一个基于加权语义超图的制造知识表达模型。该模型采用本体论技术和XTM技术实现，结构上分为三层：本体层、XTM层和资源层。同时，为使高层应用易于对模型进行有效性和一致性检查，采用超图数据结构形式化地定义了上述模型的概念模型。在这一部分最后，给出了MKMS-SW系统中制造知识本体的具体构成，并提出了一个异构本体的集成机制，增强了MKMS-SW系统的语义互操作性和柔性。 第四部分，详细讨论了制造实例知识的网上表达和识别技术，针对现有制造实例建模技术因为采用特征技术而造成的实用性差的不足，提出了一个基于几何形状的制造实例表达模型，该模型分为两层：制造实例本体层和制造实例XTM层。并给出了实例索引机制，以及实例相似性匹配计算方法。最后阐述了制造实例知识的获取过程及其关键算法。第五部分，着重探讨了遗留系统中存储在关系数据库中的知识的获取，提出了基于反求工程的关系数据库语义知识获取方法，该方法主要包括两个过程：ER模式与知识本体的映射和表数据与知识本体实例的映射，并详细定义了两个映射过程中的映射规则。前一个映射过程建立在对关系数据库反求工程基础上，因而论文还提出了一个基于本体论的关系数据库语义知识反求方法，包括表定义反求和表数据反求两个阶段。 第六部分，基于MKMS-SW系统提供的知识共享平台，提出了一个基于知识服务提供商KSP(KnowledgeServiceProvider)的网络化制造协作模式，并给出了一个基于知识服务的网络化制造协作模型。围绕该模型，对模型运行模式、制造知识服务建模、基于OWL-S的制造知识服务本体、基于知识服务流的制造知识服务分解和合成、以及制造知识服务能力匹配计算等进行了详细研究。 第七部分，给出了系统的一个具体应用实例。在一个面向企业间工序级协作的网络化工艺设计试验环境中，对MKMS-SW系统主要功能进行了介绍。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2知识管理的含义

1.2.1数据，信息，知识

1.2.1定义知识管理

1.3知识管理技术研究内容

1.4知识管理技术的发展历史及研究现状

1.4.1知识管理技术发展历史回顾

1.4.2国外知识管理技术研究现状

1.4.3国内知识管理技术研究现状

1.5网络化制造环境下的制造知识管理

1.5.1网络化制造环境下制造知识解构

1.5.2当前制造知识管理研究的不足

1.5.3 语义Web，本体，Web服务与制造知识管理实现思路

1.6论文的研究背景及研究内容

1.6本章总结

第二章基于语义的制造知识管理系统体系结构

2.1引言

2.2现有典型系统

2.3系统设计目标

2.4系统逻辑层次模型

2.5系统体系结构

2.5.1开发平台及实现技术

2.5.2系统结构

2.6系统功能模型

2.7系统体系结构技术评价

2.8本章总结

第三章基于加权语义超图的制造知识表达模型

3.1引言

3.2网络化制造环境下制造知识表达需求分析

3.3相关研究工作

3.3.1现有知识表达方法

3.3.2本体论

3.3.3主题地图Topic Maps与XTM(XML Topic Maps)

3.4基于加权语义超图的制造知识表达模型

3.4.1模型结构

3.4.2概念模型

3.4.3网络化制造知识本体

3.4.4网络化制造知识XTM

3.5制造知识表达模型评价

3.6本章总结

第四章制造实例知识网上表达与识别

4.1引言

4.2现有制造实例建模方法及存在的不足

4.3制造实例知识表达模型

4.3.1制造实例本体

4.3.2制造实例XTM

4.4制造实例识别计算

4.5制造实例知识获取过程及关键算法

4.6本章总结

第五章基于反求工程的关系数据库语义知识获取

5.1引言

5.2相关工作

5.3关系数据库语义知识获取过程

5.4 ER模式定义

5.5基于本体论的关系数据库语义反求工程

5.5.1表定义反求

5.5.2表数据反求

5.6 ER模式与知识本体的语义映射

5.6.1表关系映射

5.6.2表属性映射

5.6.3表约束映射

5.7数据映射

5.8本章总结

第六章基于知识服务的网络化制造协作模型

6.1引言

6.2 Web服务与网络化制造

6.3模型结构

6.4运行模式

6.5模型实现

6.5.1制造知识服务建模

6.5.2制造知识服务本体

6.5.3基于知识服务流的知识服务分解和合成

6.5.4知识服务能力匹配计算及其关键算法

6.6本章总结

第七章系统试验原型

7.1引言

7.2原型试验环境构建

7.3系统运行实例

7.3.1制造知识本体构建

7.3.2制造实例知识获取

7.3.3关系数据库语义知识获取

7.3.4制造知识服务检索

7.4本章总结

第八章总结与展望

8.1论文主要工作概述

8.1.1论文主要工作

8.1.2论文创新之处

8.2未来工作展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文和参加的科研项目

致谢