一種基于本體的PDM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理系統(tǒng)的構(gòu)建

安 晶，陽 程，李青祝

（鹽城工學院 優(yōu)集學院，鹽城 224051 ）

信息化已成為企業(yè)生存的關(guān)鍵，各種不同的PDM/PLM系統(tǒng)得到廣泛應用，目前國外的PDM/PLM系統(tǒng)大都價格昂貴，很多功能并不實用，不適合在一些中小企業(yè)中推廣，針對這種狀況，本文提出一種基于本體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理系統(tǒng)的框架模型， 并在系統(tǒng)層面上加以實現(xiàn)，該系統(tǒng)已在鹽城某機床廠試用。系統(tǒng)的開發(fā)對提高鹽城地區(qū)中小企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理的效率，節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本具有重要意義。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）是以產(chǎn)品為核心，用于管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程的一種使用技術(shù)。它提供一個企業(yè)數(shù)據(jù)管理的集成框架，是企業(yè)信息化的基礎(chǔ)。作為PDM系統(tǒng)的重要組成部分，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理以BOM（bi l l of mater ial）信息為其組織核心，把定義最終產(chǎn)品的所有工程數(shù)據(jù)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的有效組織、管理和控制。

1 本體論

1.1 本體的概念

本體是通過對于概念、術(shù)語及其相互關(guān)系的規(guī)范化描述，勾畫出某一領(lǐng)域的基本知識體系和描述語言。它屬于人工智能領(lǐng)域中的內(nèi)容理論，研究特定領(lǐng)域知識的對象分類、對象屬性和對象間的關(guān)系，為領(lǐng)域知識的描述提供術(shù)語。

1.2 OWL

OWL（Web Onto l ogy Language）作為一種本體建模語言，是W3C推薦的語義互聯(lián)網(wǎng)中本體描述語言的標準。針對不同的需求OWL有3個子語言：OWL-Li te、OWL-DL和OWL-Ful l，主要的分類依據(jù)是它們的表達能力。

OWL的基本元素：類、個體和屬性。

OWL規(guī)定，任何東西都是類owl:Thing的一個成員(實例)。因此，任何用戶定義的類都是owl:Thing類的子類。

1.3 Jena簡介

Jena是惠普公司的一個項目，Jena為應用程序開發(fā)人員提供了一套java接口對本體進行操作。Jena主要由API、SPI組成。用戶編程只需使用API。Jena庫由包來管理，Jena API以接口方式定義?？梢哉{(diào)用Jena API，構(gòu)建應用程序，實現(xiàn)RDF，OWL本體進行創(chuàng)建，修改，查詢以及推理操作。其功能包括：讀寫RDF數(shù)據(jù)、本體子系統(tǒng)、推理子系統(tǒng)、本體的持久化存儲、查詢模型等。

1.4 Protégé簡介

Protégé是由美國Stanford大學開發(fā)研制。它使用Java和開放資源作為操作平臺，可自己設(shè)置輸入格式，也可插入插件擴展特殊的功能。它提供一個圖形和交互式的知識本體設(shè)計和基于知識的開發(fā)環(huán)境。Protégé支持以文件或數(shù)據(jù)庫形式存儲知識本體。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

參照PDM的國際標準，基于本體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理系統(tǒng)為B/S結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 體系結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為4層：數(shù)據(jù)層、應用層、表示層和客戶端層。數(shù)據(jù)層保存產(chǎn)品數(shù)據(jù)和用戶信息；應用層主要實現(xiàn)系統(tǒng)的功能邏輯，在接受調(diào)用請求后進行邏輯處理，可將處理結(jié)果保存到數(shù)據(jù)層，同樣也可從數(shù)據(jù)層取出數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后，發(fā)送給表示層；表示層用來接收客戶端請求，然后調(diào)用應用層的功能模塊進行處理，并把處理結(jié)果返回到客戶端；客戶端層則用來提供應用的Web操作界面。

系統(tǒng)模塊主要包括2部分：用戶功能模塊和領(lǐng)域功能模塊。領(lǐng)域功能模塊的實現(xiàn)以Jena作為本體開發(fā)接口，主要有Item、Master_Form、Dataset、BOMLine、BOMView等類，每個類都有一些簡單屬性。本體模型主要類及類之間的關(guān)系說明如下：

Item（產(chǎn)品條目）：表示真實世界中的一個產(chǎn)品、部件或零件對象等。

Master_Form：Form(表格)將各種屬性信息數(shù)據(jù)直接存入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。Form與Item直接關(guān)聯(lián)。Form的屬性包括圖紙編號、中文名稱、材料、設(shè)計者等。

Dataset：用來管理(存放)應用軟件生成的數(shù)據(jù)(文件)的一種對象。

BOMView：一種具體定義Item(裝配件)信息的數(shù)據(jù)對象，它存放了該Item(裝配件)的裝配結(jié)構(gòu)。BOMView必須依附于It em。

BOMLine：當添加一個零組件到一個裝配件時，就是創(chuàng)建一個從零組件到上級裝配件的裝配關(guān)系，這個裝配關(guān)系的顯示為一個BOMLine。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 確定本體模型層次結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)所采用的層次結(jié)構(gòu)為自頂向下法：由某一領(lǐng)域中最大的概念開始，而后再通過添加子類將這些概念細化。Product St ructure Management包括以下幾個主要部分：BOMView、Mas ter_Form、BOMLine、Dataset、Item等，每個類有各自的子類。

在Protégé圖形界面環(huán)境下創(chuàng)建本體模型，系統(tǒng)的類圖如圖2。

圖2 本體模型類層次圖

3.2 定義類及屬性之間的關(guān)系

類定義后，要描述類的屬性之間的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，其中子類繼承其父類的屬性，還要描述類中的個體成員與其它類之間的關(guān)系 。為了更形象的描述類及其屬性之間的關(guān)系，Protégé中通過Onto-Viz圖形工具顯示本體關(guān)系如圖3。

其中Item的幾個屬性Item_Name、Relat ion_Item_BOMView、Relation_Item_Dataset、Relat ion_Item_Maste_Form、Relat ion_Item_Par t_Class，后4個屬性分別定義Item類與BOMView、Dataset、Maste_Form、Par t_Class等類之間的關(guān)系。

3.3 用XML導出本體模型

圖3 類與屬性關(guān)系圖

本體模型完成后，可以用XML導出模型。以Dataset_Reference、Dataset_Tool、Dataset_Type和Dataset_Volume等。

3.4 功能模塊的類和結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)實現(xiàn)所需功能模塊包括登陸、注冊、本體實例操作模塊等。

主要的類及其關(guān)系如圖4。JenaAct ion.java和JenaAc t ionForm.j ava實現(xiàn)信息的瀏覽和刪除。AddAct ion.java和MFAct ionForm.java實現(xiàn)信息的添加和修改。ClassJena.java用于讀寫本體模型。XML文檔中數(shù)據(jù)集為例，XML部分代碼如下：

圖4 系統(tǒng)主要類及其關(guān)系

rdf:resource="#PDM"/>

rdf:ID="Dataset_Reference">

rdf:resource="#Dataset"/>

rdf:ID="Dataset_Tool">

rdf:resource="#Dataset"/>

rdf:ID="Dataset_Type">

rdf:resource="#Dataset"/>

rdf:ID="Dataset_Volume">

rdf:resource="#Dataset"/>

首先定義一個元素的ID：Dataset，Dataset是PDM的一個子類，然后定義Da t a s e t的屬性：

本體模型讀寫功能的實現(xiàn)。

//類初始化和讀取OWL文件、在內(nèi)存中建立本體模型。

public class ClassJena {

publ ic OntModel model;

ClassJena() {

model =

Model Factory.createOntologyModel(OntModel Spec.OWL_DL_MEM, nul l);

try {

Fi le InputSt ream fs = new

FileInputSt ream("E:\PDM_Model.owl");

model.read(fs, "");

fs.close();

} catch (IOException e) {

System.err.println(e.toString());

}

}

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

基于以上的系統(tǒng)設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)分析，本系統(tǒng)采用Protégé構(gòu)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理本體的類、屬性和實例，并將其導出為XML文檔，然后通過Jean本體開發(fā)接口工具包在NetBeans集成開發(fā)環(huán)境中采用JSP、St ruts技術(shù)實現(xiàn)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的瀏覽、刪除、添加和修改等管理功能。系統(tǒng)采用4層B/S體系結(jié)構(gòu)將復雜的業(yè)務邏輯封裝到應用層，并從數(shù)據(jù)層和表示層分離出來，使系統(tǒng)具有良好的擴展性、開放性和可維護性。

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境：操作系統(tǒng):Windows XP；數(shù)據(jù)庫：MySQL；JSP服務器：Tomca t 6.0；瀏覽器：IE 6.0；開發(fā)工具：本體開發(fā)工具Protégé；本體開發(fā)接口工具包Jean；Net Beans 6.5集成開發(fā)環(huán)境；

以單級圓柱齒輪減速器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為例，如圖5。系統(tǒng)實現(xiàn)如圖6。

圖5 單級圓柱齒輪減速器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

圖6 系統(tǒng)實現(xiàn)主界面

通過參照PDM的國際標準確定系統(tǒng)中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理模塊的框架結(jié)構(gòu)，在Prot-égé中構(gòu)建該領(lǐng)域本體的類、屬性和實例來確立領(lǐng)域本體模型，采用JSP開發(fā)本系統(tǒng)。要實現(xiàn)企業(yè)有效的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理，還有許多探索性的工作要做，如何更簡便的構(gòu)建產(chǎn)品管理系統(tǒng)中領(lǐng)域本體，如何更好地實現(xiàn)系統(tǒng)領(lǐng)域概念的共享，這些都是未來的研究方向。

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