艦炮故障本體建模技術(shù)研究＊

孫 濤 徐永杰 石晨光 蓋 強

（海軍大連艦艇學院艦炮系 大連 116018）

1 本體建模技術(shù)概述

本體（Ontology）的概念來自哲學領(lǐng)域，人工智能領(lǐng)域引入本體用來解決知識表示和知識組織的有關(guān)問題。1998年，Studer在前人的基礎(chǔ)上給出了一個本體較為明確的解釋，即“本體是共享概念模型的形式化規(guī)范說明”。此外，在其他不同的研究中，本體也被賦予了不同的數(shù)學形式定義，如Guarino形式化定義和德國Karlsruhe大學AIFB學院的KAON形式化定義［1］。

按照表示和描述的形式化程度的不同，可以分為完全非形式化本體、半非形式化本體、半形式化本體和嚴格形式化本體［2］，形式化程度越高，越有利于計算機的處理。根據(jù)概念粒度的相對大小，可以將本體分為：頂級本體、領(lǐng)域本體、任務(wù)本體和應用本體［1］。通常，人們在定義下一層本體的時候，從上層本體中選擇合適的概念予以特化或者補充。也就是說，概念復用是人們創(chuàng)建本體的普遍做法。這樣得到的本體可以保證較高的標準性和質(zhì)量，而且有利于信息系統(tǒng)之間基于本體的互操作。

目前的本體構(gòu)建方法都是針對具體的項目提出的，國外主要的構(gòu)建方法有IDEF5法、骨架法、TOVE法、METHONLOGY法、KACTUS法、七步法和SENSUS法等，其成熟度依次為七步法＞METHONLOGY法＞IDEF5法＞TOVE法＞骨架法＞SENSUS法＞KACTUS法［3］。我國研究學者目前都是在借鑒國外本體構(gòu)建方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)中文漢語本體構(gòu)建的實際情況，提出一些具有影響的本體構(gòu)建方法。

2 艦炮故障本體構(gòu)建方法

2.1 艦炮結(jié)構(gòu)體系描述

艦炮作戰(zhàn)環(huán)境惡劣，故障發(fā)生概率高。其故障具有層次性、傳遞性、相關(guān)性、不確定性、可修復性、故障模式難以規(guī)范表述等特點［4］。依照艦炮功能單元結(jié)構(gòu)相對獨立完整、功能明確的原則，將現(xiàn)代艦炮的結(jié)構(gòu)組成表示如圖1所示。

圖1 艦炮結(jié)構(gòu)組成框圖

2.2 艦炮故障本體設(shè)計步驟

1）確定知識本體的專業(yè)領(lǐng)域和范疇

該本體的領(lǐng)域范圍是艦炮故障領(lǐng)域，構(gòu)建的目的是為艦炮故障輔助診斷提供應用工具，可以完成的任務(wù)是利用頂級故障事件描述輔助故障診斷人員得出故障的原因事件。該本體的使用者是故障診斷人員，本體的維護人員是艦炮故障專家和本體工程人員。

2）考查復用現(xiàn)有知識本體的可能性

通過查找資料，并未發(fā)現(xiàn)有艦炮領(lǐng)域的本體，無法被本研究復用，因此，參考OpenCyc、SUMO、HowNet等頂級本體，在領(lǐng)域?qū)＜业膸椭?，共同完成艦炮故障本體的構(gòu)建。

3）列出本體中的重要術(shù)語

艦炮故障本體的重要術(shù)語主要有［5］：

（1）艦炮組成：包括艦炮、自動機、炮架、揚供彈系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、炮身、炮閂等。

（2）艦炮故障模式：艦炮及其組成部件發(fā)生的、能被觀察或測量到的故障現(xiàn)象的規(guī)范描述。如，“磨損”、“變形”、“斷裂”等。

（3）艦炮故障：指艦炮或者艦炮的某個組成部分對應故障事件的規(guī)范描述。故障事件可以描述為“艦炮結(jié)構(gòu)＋故障模式”的形式，如“炮身后座過長”就是由“炮身”這個艦炮組成部分和“后座過長”這個故障模式結(jié)合來描述的。

4）定義類和類的等級（層次）體系

艦炮結(jié)構(gòu)類及其子類構(gòu)成等級層次，其結(jié)構(gòu)類與類層次關(guān)系依據(jù)圖1建立，部分艦炮結(jié)構(gòu)類與類層次如表1所列。

表1 艦炮結(jié)構(gòu)類與類層次（部分內(nèi)容）

5）定義類的屬性（Slot）

（1）艦炮結(jié)構(gòu)類和艦炮故障模式類的屬性

Name：該屬性描述艦炮結(jié)構(gòu)和艦炮故障模式的名稱。艦炮結(jié)構(gòu)類的子類之間還存在著部分整體關(guān)系，部分整體關(guān)系有兩種表示形式：“Part－Of”關(guān)系（如炮身和自動機之間的關(guān)系），“Has－Part”關(guān)系（如自動機與炮身之間的關(guān)系），顯然，上述的兩種關(guān)系之間存在著互逆性（Invert－Slot）。

（2）艦炮故障描述類主要有兩個屬性：Fail－Location描述故障發(fā)生的部位；Fail－Mode描述故障發(fā)生的模式。

6）屬性的分面（Facets）

屬性的分面（Facets）即是類的屬性（Slot）的屬性，主要描述Slot的取值類型、數(shù)量、取值范圍等。上述定義的三個屬性分面的屬性取值類型分別為“String”型、實例（instance）、實例（instance），取值數(shù)量都為（Cardinality）為“required 1”。

7）實例

首先需要創(chuàng)建艦炮結(jié)構(gòu)類的各子類的實例，然后命名實例，接著需要建立故障模式類的實例并命名，最后建立艦炮故障類的實例，同時通過給實例的Fail－Location和Fail－Mode屬性進行賦值，從而完成艦炮故障類實例的創(chuàng)建。

圖2 艦炮故障本體在TGVizTab插件中顯示的類及結(jié)構(gòu)層次圖

3 艦炮故障本體實現(xiàn)

論文采用Protégé3.4.4版（發(fā)布于2010年7月22日）［6～7］進行本體開發(fā)，得到艦炮故障本體如圖2和圖3所示。

圖3 艦炮故障本體在JambalayaTab插件中示意圖

4 艦炮故障本體評價

運用OntoClean評價方法［8～10］對構(gòu)建的艦炮故障本體進行評價，其實現(xiàn)過程如下：

1）將OntoClean導入到所建的本體工程項目之中。從菜單project／manage included projects下，選擇添加工程項目，將OntoClean本體評價工具導入其中，打開instancesTab下的PAL－CONSTRAINT類，就會發(fā)現(xiàn)其中的幾個實例，這些實例就是OntoClean本體評價工具的具體算法實例，如圖4所示。

圖4 本體評價工具算法實例圖

2）打開PAL Constraints標簽，將PAL－CONSTRAINT評價算法實例添加到PAL Constraints限制中，運行這些限制算法實例，完成對本體工程的評價。評價的結(jié)果參見圖5。

圖5中評估的狀態(tài)欄（Status）中全部顯示“√”表示通過了本體評估。本體的質(zhì)量得到保證。如果本體評估沒有通過，就需要針對評估未通過的項目進行修改，以保證本體的質(zhì)量要求。

圖5 艦炮故障本體評價結(jié)果圖

5 結(jié)語

隨著艦炮的發(fā)展，艦炮領(lǐng)域概念必將具備新時代的特征，新的概念也將出現(xiàn)，針對具體的應用，需要對本體中的概念和明確的規(guī)范化說明進行修改，以滿足應用的需要，這就是艦炮故障本體的進化過程。因此，艦炮故障本體也是有生命周期的，這是是一個持續(xù)的過程。

［1］馮志勇，李文杰，李曉紅.本體論工程及其應用［M］.北京：清華大學出版社，2007：214－215.

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［3］劉琳娜，薛建武，汪小梅.領(lǐng)域本體構(gòu)建方法的研究［J］.情報雜志，2007，4.

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