一種基于本體的汽車(chē)維修知識(shí)管理系統(tǒng)

陳瑞昭　盧　鵬

[摘要]本體是一種能在語(yǔ)義和知識(shí)層次上描述領(lǐng)域相關(guān)問(wèn)題的概念模型框架，能較好解決領(lǐng)域知識(shí)的共享和重用，因而在計(jì)算機(jī)的許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文以KAON2為本體開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為汽車(chē)維修企業(yè)開(kāi)發(fā)一個(gè)建立在J2EE分布式組件環(huán)境的知識(shí)管理系統(tǒng)，它具有提供語(yǔ)義匹配的能力，系統(tǒng)框架由表示層、邏輯層及數(shù)據(jù)層3個(gè)部分組成。該系統(tǒng)同樣適用于知識(shí)驅(qū)動(dòng)的企業(yè)。

[關(guān)鍵詞]汽車(chē)維修業(yè)；本體；知識(shí)庫(kù)；知識(shí)管理系統(tǒng)

[中圖分類(lèi)號(hào)]F270.7；TP393[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-0194(2009)11-0092-03

1引言

作為技術(shù)密集型的汽車(chē)維修業(yè)，許多技術(shù)和能力都是由員工個(gè)人所掌握，如果員工頻繁跳槽，務(wù)必使企業(yè)知識(shí)四處散落并且難于尋找。汽車(chē)維修企業(yè)能否在激烈競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟，主要是取決于知識(shí)的積累和運(yùn)用。實(shí)施以知識(shí)資源為對(duì)象的知識(shí)管理，將對(duì)汽車(chē)維修業(yè)的效率提升和資源優(yōu)化配置有著舉足輕重的作用，本文以KAON2 API為本體開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為汽車(chē)維修企業(yè)開(kāi)發(fā)一個(gè)建立在J2EE分布式組件環(huán)境的基于本體知識(shí)管理系統(tǒng)，完成知識(shí)的采集、應(yīng)用及交流分享。

本體最早從哲學(xué)領(lǐng)域的研究中發(fā)展而來(lái)的一個(gè)概念，它是對(duì)概念體系的明確的、形式化、可共享的規(guī)范說(shuō)明。由于本體明確了概念與概念之間的關(guān)系，有比較健全的約束，數(shù)據(jù)的集成以及軟件的重用在本體的思想下將變得容易實(shí)現(xiàn)，因此在知識(shí)管理中引入本體，使知識(shí)對(duì)象化，必定會(huì)給知識(shí)的集成和重用也帶來(lái)益處，而且通過(guò)將與之匹配的知識(shí)也對(duì)象化，可以使與之匹配的知識(shí)對(duì)象的關(guān)系和屬性得到完整和清晰的描述，通過(guò)這些關(guān)系和屬性，用戶可以獲取更適合自己需求的知識(shí)，從而避免在知識(shí)獲取時(shí)大量無(wú)關(guān)信息的混入

2汽車(chē)維修企業(yè)的本體模型

如圖1所示為汽車(chē)維修企業(yè)的基于本體的知識(shí)管理系統(tǒng)框架圖，根據(jù)用戶群體的目標(biāo)不同分為3類(lèi)工作人員：汽車(chē)維修一線人員、知識(shí)工程師及汽車(chē)專(zhuān)家。本體包含信息本體及領(lǐng)域本體，信息本體主要是汽車(chē)維修企業(yè)中一般信息，如企業(yè)新聞、行業(yè)信息等，而領(lǐng)域本體主要是跟汽車(chē)維修密切相關(guān)的資料，包括相關(guān)概念、關(guān)系、推理及汽車(chē)診斷知識(shí)，它是系統(tǒng)提供語(yǔ)義匹配功能的基礎(chǔ)。

在知識(shí)管理系統(tǒng)中擔(dān)任不同的角色具有不同的權(quán)限，汽車(chē)專(zhuān)家直接通過(guò)本體管理界面對(duì)本體進(jìn)行維護(hù)，知識(shí)工程師則通過(guò)需求分析、概念收集、本體分析、本體實(shí)現(xiàn)4個(gè)階段創(chuàng)建本體，將汽車(chē)維修知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行保存和沉淀，以提供在組織內(nèi)的共享，而大量的汽車(chē)維修一線人員則通過(guò)知識(shí)共享系統(tǒng)對(duì)知識(shí)信息的快速查詢，當(dāng)接到客戶的問(wèn)題，需要了解相關(guān)業(yè)務(wù)內(nèi)容、政策、服務(wù)時(shí)，他們就可利用知識(shí)地圖或關(guān)鍵字進(jìn)行搜索所需要的業(yè)務(wù)知識(shí)，并實(shí)時(shí)反饋給最終用戶，也可以把自己維修經(jīng)驗(yàn)、心得體會(huì)反饋給知識(shí)工程師，通過(guò)本體分析，決定是否加入本體庫(kù)，通過(guò)這種方法，既可以及時(shí)收集一線維修技師的第一手經(jīng)驗(yàn)，又可以進(jìn)行監(jiān)控，保證本體庫(kù)的質(zhì)量。

3知識(shí)系統(tǒng)的體系架構(gòu)

從前面的本體模型分析可知，一個(gè)完整的本體應(yīng)用，主要包括3個(gè)部分(如圖2所示)，分別是數(shù)據(jù)層(知識(shí)庫(kù)／本體庫(kù))、邏輯層(規(guī)則庫(kù))和表示層(應(yīng)用系統(tǒng)接口層)。表示層與數(shù)據(jù)層的聯(lián)系是通過(guò)邏輯層來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而推理的核心部分是規(guī)則庫(kù)的定義與實(shí)現(xiàn)。

3.1表示層

表示層是連接用戶與系統(tǒng)的接口，負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶操作，并顯示處理結(jié)果，主要包含JSP頁(yè)面，采取單一登錄機(jī)制，是用戶訪問(wèn)系統(tǒng)的唯一入口，主要是有個(gè)人知識(shí)、公共知識(shí)管理、搜索引擎、統(tǒng)計(jì)分析及系統(tǒng)管理等功能模塊入口。

3.2邏輯層

知識(shí)管理系統(tǒng)是建立在Java J2EE的基于構(gòu)件的分布式平臺(tái)，J2EE服務(wù)器部署在邏輯層，它包含3個(gè)主要組成部分：基本組件，知識(shí)管理組件，本體管理組件。其中，知識(shí)管理組件管理兩種類(lèi)型的知識(shí)對(duì)象：個(gè)人知識(shí)對(duì)象和公共知識(shí)對(duì)象。個(gè)人知識(shí)對(duì)象是由個(gè)人知識(shí)管理組件進(jìn)行維護(hù)，通過(guò)個(gè)人知識(shí)實(shí)體完成創(chuàng)建、分享、瀏覽及刪除個(gè)人知識(shí)。公共知識(shí)管理組件管理公共的知識(shí)對(duì)象，它通過(guò)公共知識(shí)實(shí)體提供公共知識(shí)的創(chuàng)建、分享、刪除、瀏覽的功能。知識(shí)搜索組件通過(guò)領(lǐng)域管理、信息管理組件、JAXB及KAON服務(wù)進(jìn)行搜索，它不同于傳統(tǒng)的基于內(nèi)容的搜索，它是基于元模型的搜索，跟傳統(tǒng)的搜索方法相比具有更好的性能。

領(lǐng)域知識(shí)和信息知識(shí)管理組件由KAON API實(shí)現(xiàn)，提供了概念操作和推理。KAON服務(wù)是一個(gè)RDF服務(wù)器，這樣能在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)保持RDF模式，并在J2EE下實(shí)現(xiàn)。信息本體存儲(chǔ)為一個(gè)XML文件，JAXB提供了一個(gè)方便和有效的辦法獲取XML文件。利用JAXB技術(shù)負(fù)責(zé)維持本體的信息，JAXB還提供了API和工具，以匯編成XML架構(gòu)Java類(lèi)。

3.3數(shù)據(jù)層

所有數(shù)據(jù)都貯存在數(shù)據(jù)層，它包括個(gè)人知識(shí)庫(kù)、公共知識(shí)庫(kù)、信息本體庫(kù)、領(lǐng)域本體庫(kù)及用戶數(shù)據(jù)庫(kù)。總的說(shuō)來(lái)，建立基于本體的知識(shí)管理系統(tǒng)，最主要的工作就是本體的構(gòu)建，下面將對(duì)此進(jìn)行探討。

4本體的構(gòu)建

本體的構(gòu)建是所有工作的基礎(chǔ)部分，也是關(guān)鍵部分，這項(xiàng)工作不是知識(shí)工程師能夠單獨(dú)完成的，需要一線汽車(chē)維修技師和汽車(chē)專(zhuān)家通力合作才能完成的。雖然KAON2、Ontoprise及Ontopia都能提供了一套完整的本體建設(shè)、維護(hù)和應(yīng)用工具套件，特別說(shuō)明的是KAON2和Ontopia這些工具套件可以部署到Java J2EE分布式組件架構(gòu)，使得基于本體的系統(tǒng)更加靈活和強(qiáng)大。出于這個(gè)原因和考慮其開(kāi)源性，所以我們把KAON2作為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行知識(shí)本體的建模，并采用DublinCore作為描述邏輯的建模原語(yǔ)，再映射成特定的知識(shí)本體表示語(yǔ)言RDFS。

4.1本體構(gòu)建工具及技術(shù)

Dublin Core是數(shù)字圖書(shū)館使用的一組簡(jiǎn)單的15個(gè)核心元素的元數(shù)據(jù)集合，主要用于描述數(shù)據(jù)對(duì)象和元數(shù)據(jù)交換，是用于標(biāo)識(shí)電子資源的一種簡(jiǎn)要目錄模式，它有一個(gè)XML Schema，定義了如何使用XML捕述這類(lèi)信息。Dublin Core可以有效地對(duì)各種信息編目，并且使它們易于修改、查詢和使用。Dublin Core目前在信息描述和定義中的應(yīng)用使語(yǔ)義Web得以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)使用一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)描述數(shù)據(jù)，同時(shí)，更重要的是使用精心設(shè)計(jì)并經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的解決方案，可以詳細(xì)捕述其他XMI。文檔中的數(shù)據(jù)，從而可以在不同來(lái)源之間有效地交換和比較信息。

盡管XML規(guī)范了Web上數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)交互，并已被工業(yè)界廣泛接受，但仍存在著公認(rèn)的缺陷，即：XML不能表達(dá)形式化語(yǔ)義。因此，資源描述框架RDF(Resource Description Framework)于2004年2月發(fā)布，采用<主語(yǔ)謂詞賓語(yǔ)>三元組表達(dá)形式。此外，RDF

的詞匯描述語(yǔ)言RDF Schema(RDF—S)在RDF的基礎(chǔ)上定義了資源的類(lèi)，以及類(lèi)和屬性的等級(jí)劃分等等。

JAXB是一個(gè)業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，是一項(xiàng)可以根據(jù)XML Schema產(chǎn)生Java類(lèi)的技術(shù)，JAXB提供了將XML實(shí)例文檔反向生成Java對(duì)象樹(shù)的方法，并能將Java對(duì)象樹(shù)的內(nèi)容重新寫(xiě)到XML實(shí)例文檔。從另一方面來(lái)講，JAXB提供了快速而簡(jiǎn)便的方法將XML模式綁定到Ja—va表示，從而使得Java開(kāi)發(fā)者在Java應(yīng)用程序中能方便地結(jié)合XML數(shù)據(jù)和處理函數(shù)。

4.2構(gòu)建本體的方法

構(gòu)建本體的常用方法有TOVE法、IDEF-5法、骨架法、企業(yè)建模法、METHONTOLOGY法、循環(huán)獲取法、七步法等。構(gòu)建本體的核心在于嚴(yán)格確定領(lǐng)域內(nèi)的術(shù)語(yǔ)、屬性、關(guān)系和規(guī)則等，確立術(shù)語(yǔ)間的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，建立術(shù)語(yǔ)庫(kù)和關(guān)系庫(kù)，并用規(guī)范化、形式化的語(yǔ)言進(jìn)行描述和存儲(chǔ)，使計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和處理。

由于汽車(chē)維修技術(shù)或維修實(shí)踐中的知識(shí)通常是用自然語(yǔ)言、圖形、表格等形式表示的，而汽車(chē)維修知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)是用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的、運(yùn)用的形式表示的，因此需要把從汽車(chē)維修技師及維修實(shí)踐抽取的知識(shí)送入汽車(chē)維修知識(shí)庫(kù)供求解問(wèn)題使用，應(yīng)進(jìn)行知識(shí)表示形式的轉(zhuǎn)換工作。知識(shí)輸入把適當(dāng)模式表示的知識(shí)經(jīng)編輯、編譯送人汽車(chē)維修知識(shí)庫(kù)，也就是本體庫(kù)。以此為基礎(chǔ)通過(guò)知識(shí)挖掘從企業(yè)的大量文檔中挖掘出新的信息，然后根據(jù)本體映射規(guī)則將這些信息轉(zhuǎn)化為本體，以使該本體能應(yīng)用到系統(tǒng)中。

另外，為了在業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，迅速快捷地得到專(zhuān)業(yè)知識(shí)，根據(jù)一線工作人員對(duì)知識(shí)的要求，把知識(shí)按用途、類(lèi)別收集整理，通過(guò)知識(shí)地圖把知識(shí)系統(tǒng)化，組建成知識(shí)分類(lèi)體系。

5工程實(shí)踐結(jié)果

本文所設(shè)計(jì)的基于本體的汽車(chē)維修知識(shí)管理系統(tǒng)已于2006年6月在廣州兩家汽車(chē)4s店上線運(yùn)行，取得良好的效果。

6結(jié)束語(yǔ)

知識(shí)管理還是一個(gè)較新的概念和管理理念，運(yùn)用信息技術(shù)在企業(yè)實(shí)現(xiàn)知識(shí)管理還有一個(gè)相對(duì)漫長(zhǎng)和艱苦的階段，特別是將知識(shí)管理系統(tǒng)從基本的知識(shí)采集歸納、整理分類(lèi)、查詢檢索，發(fā)展成為直接知識(shí)的創(chuàng)新，真正實(shí)現(xiàn)知識(shí)管理是今后的知識(shí)系統(tǒng)發(fā)展的目標(biāo)。本文僅僅是對(duì)汽車(chē)維修業(yè)的知識(shí)管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的初步研究和探索，至于通過(guò)推理等方法構(gòu)造一個(gè)決策支持智能系統(tǒng)則是下一步的努力方向。