基于本體在供應鏈管理系統中應用的研究

[摘要] 供應鏈管理作為一種新的商業合作模式，有其自身的特點，多代理系統要求各個代理間要實現互操作，而語義層次的互操作是好的選擇。本體作為語義網的主要技術之一，在實現語義一致，實現互操作上有著重要作用。本文重點討論了聚類本體在供應鏈管理應用。

[關鍵詞] 本體 供應鏈管理 聚類本體

一、供應鏈管理及其特點

在全球經濟的競爭中，出現了一些新的交易模式，如B2B和B2C，而與此同時也形成了一些新穎而富有創造力的商業合作關系，如供應鏈和虛擬企業網絡。

供應鏈（Supply Chain）是關于協作信息、原材料流、工廠運做及物流的管理。它能以最小的資源利用成本，靈活而敏捷地應對顧客需要的變化。供應鏈存在的基礎是不同的、獨立的業務實體間的同步，也就是供應鏈成員內部以及成員間的協調。供應鏈成員需要本著合作的精神進行談判和妥協，目的是尋求整個供應鏈的績效最優。供應鏈管理（Supply Chain Management， SCM）是對不相關系統及其部件組成的復雜網絡進行管理的藝術和科學，包括確定供應鏈目標，制定相關戰略、戰術，以及對其實施的有效、高效控制。

對整個供應鏈而言，決策是在一種分布式環境下進行的。供應鏈管理會把整個供應鏈的共同策略強加給供應鏈的各個成員，而每個成員自己的目標和策略盡管都獨立于共同的目標和策略，在實施時卻需要同整個供應鏈的目標策略相一致。供應鏈是一個復合分布式系統，供應鏈可以建模成為一個智能代理（Intelligent Agent）系統，這些代理為同一最終目標而合作。

一個基本的供應鏈包括來源（Source）、生產（Make）、運輸（Delivery）三個業務流程。生產部門根據顧客的需求從供應商購買原材料，生產出的產品通過運輸配送到不同銷售點以滿足顧客需求，基本的供應鏈管理框架如圖1所示。

圖1 供應鏈管理的基本框架

供應鏈管理是創建設置供應鏈，確定供應鏈的測度指標，找到供應鏈中的弱點，通過協同工作獲得最佳效果以滿足顧客需求的過程。供應鏈管理的目標是制定管理所有資源（原材料、服務）、平衡累積需求和供給的策略，包括五個步驟：規劃（Plan）、來源（Source）、產品和材料（Product material）、傳遞（Delivery）、返還（Return）。供應鏈管理是對供應鏈各環節中產品流、資金流和信息流的管理，其管理的復雜性在于，其一需要同時考慮不同的目標;其二在于供應鏈中任何一個環節細小的修改都會影響到整個供應鏈的效益。

本體是對共享概念化的正式、清晰的說明，它可以看作特定領域知識的語義本源。利用本體可以實同特定領域中不同主體間知識的共享與重用。如果在供應鏈管理中采用一個標準的本體集，這將有利用于增強不同供應鏈管理系統間的互操作性。

二、本體與供應鏈管理

本體也可以看作某領域公認的概念集，通過本體可以使領域知識結構更加明確，有助于不同的人（或代理）對信息語義理解的一致性。按照本體的應用規模和級別可以分為四類，分別為域本體（domain ontology）、任務本體（task ontology）、元本體（meta-ontology）、知識表示本體（knowledge representation ontology）。Gruber提出了本體開發時需要遵循的標準，清晰（clarity）、一致（coherence）、可擴展性（Extendibility）、最小編碼偏差（minimal encoding bias）、最小本體承諾（minimal ontological commitment）。本體是某領域內重要概念的簡單等級結構描述，并輔以對每一概念的詳細描述。本體包括一系列概念，例如 類（class）、子類（subclass）、類結構（class hierarchy）、實例（instance）、槽（slot）、值（value）、默認值（default value）、面（facet）、類型（type）、勢（cardinality）、繼承（inheritance）、變量（variable）、關系（relation）等。

本體技術是語義網的基礎，目前較多采用的開發語言是DAML+OIL，其他的開發描述語言還包括，XOL（XML-Based Ontology exchange Language）、SHOE（Simple HTML Ontology Extension）、OML（Ontology Markup Language ）、OIL（Ontology Interchange Language）。本體已經成功地應用到知識管理和電子商務領域。

供應鏈管理系統可以看作一個分布式信息系統，其所面臨的主要問題是異質性問題，也就是系統結構和設備異構和系統間缺乏統一的語義理解(即本體)。造成這種語義異構的原因就在于整個供應鏈中的信息系統沒有共同的本體。具體表現為：不同系統使用多種術語表示同一概念，同一概念在不同系統中表達不同的含義，各系統使用不同的結構表示相同的信息，各系統中的概念之間存在著各種關聯，但由于各系統分布自治，這種隱含的聯系不能顯性化。

解決信息異構的方式有兩種，即結構方法和語義方法。結構方法的擴展性差、而且不提供語義級的檢索，以本體作為語義層集成手段的語義方法能很好的解決這一問題，但實現比較復雜、因為涉及本體的建立。作為供應鏈中結點的不同企業間(即 整條供應鏈內部)存在著信息系統的差異，即使同一企業的內部不同部門之間也存在著信息的不一致性。盡管EDI和受控詞匯(CV，Controlled Vocabulary)在一定程度上可以解決這個問題，但是也有其自身不足。EDI需要大量資源投入，甚至重構業務流程以適應EDI的要求，提高了現有運作成本。通過本體技術可以很好地解決現有的問題。

三、本體在供應鏈管理中的應用

供應鏈管理需要供應鏈中不同的環節中的資源或代理間互操作，通過本體的方法可以解決這些問題。代理間的互操作是非常復雜的，因為不同的代理往往是獨立開發的，代理間采用的是不同的通信語言和術語。獨立開發的代理的互操作能力主要依賴于代理彼此間的理解能力。本體是共享的概念化的正式的清晰的表述。概念化就是指對一些現象的抽象，也就這個現象相關的概念、概念的含義及利用這些概念的限制，也就是說本體應該是可以機讀的，這樣本體就為代理互操作過程中所使用的術語提供了正式、明確的說明。

不同代理對其所處的環境的理解不同，其目標和能力也不盡相同，但從整個供應鏈管理來說，為完成供應鏈的目標它們之間要能夠進行互操作。這種互操作是不同代理基于共同理解的基礎上達成一致的結果，是以代理間對不同之處妥協為基礎的。通過本體合并（merging）可以實現這一要求，本體合并也就是建立一個包含不同版本代理本體的本體，這些代理本體內容之間有相似或交叉的部分。

解決互操作問題的方法之一就是元層次方法（meta level approach），指從元屬性層次來描述本體。元屬性指可變性、可變頻率、逆可變性、事件可變性、模式、原型化、例外、繼承、繼承與差別，元屬性包括各種語義信息，目的是表征在概念描述中的不同屬性行為。元屬性對概念語義的精確說明以及本體分析來說是非常重要的。這種元屬性描述方法的創新之處就在于，它可以通過對概念屬性的可變化的描述，來清晰地表達隨時間變化的屬性行為。此外，這種方法還能表示類成員機制，因為每個屬性都關聯一個定性的量詞（qualitative quantifier）以表達子類繼承了多少屬性。這種模型不僅表達概念的原型屬性，而且還包括一些特殊的屬性。通過這種清晰的描述我們不僅可以很好地理解一般域，而且還能理解概念在描述具體域時的作用。

供應鏈本體應該為供應鏈管理中不同主體提供標準的交流方式，使供應鏈軟件開發商能基于一致的供應鏈管理的概念進行軟件開發，供應鏈本體可以為作一個基礎本體用于更具體的本體的構建。

在進行供應鏈本體開發時，首先要通過供應鏈相關文獻獲取與供應鏈管理相關的信息并建立供應鏈管理領域的精確定義。之后，從獲取到的知識中抽取出供應鏈管理的不同概念，只有最相關的并一致認可的概念才能抽取出來。抽取后的概念可以分為不同的組，而且不同概念間的關系也應該描述出來。在此基礎上再進一步抽取不同概念的詳細屬性，最后利用本體開發工具構建出本體。開發過程如圖2所示。

圖2 供應鏈本體的開發過程

根據供應鏈的定義和特點及供應鏈管理本體開發方法我們可以利用元層次方法創建企業本體。本體可以看來具有一定邏輯規則集的圖，即O=(G，R)。圖可以表達供應鏈運行過程的等級結構順序，這也可以與供應鏈管理中的多代理系統相對應。圖是由節點V和邊E組成的，即G=（V，E）。其中節點代表概念名稱，而邊代表概念間的關系。關系或其所表態的語義可以是元屬性中定義任何概念或關系，如類O、子類O等。對于供應鏈本體，特別需要注意的是節點的，內部評價以及節點間的多元交流與談判。根據供應鏈流程，可以做出供應鏈管理本體的元圖，如圖3所示。

圖3 供應鏈管理本體元圖

供應鏈本體從管理的角度來看，它應該有以下特點：

1.易變性，即概念屬性變化的可靠性；

2.易變頻率，即在概念描述中屬性變化的頻度；

3.事件易變性，即屬性變化的原因；

4.模態，表示命題真假的方式。

考慮到上述特點，所以在構建供應鏈本體時可采用聚類本體。采用聚類本體的基礎是不同類及其資源概念間存在著相似之處。表示類及其資源模型的本體是一致的，沒有冗余且經過結構化處理的。在聚類本體中的每一個本體都通過屬性和關系來描述概念，而且等級結構中的層次結構也利于不同代理間信息的傳遞，所以聚類本體的等級結構可以使供應鏈管理中不同代理的異質本體共存，并通過本體間聯系來實現代理間的互操作。

四、本體在供應鏈管理中應用時應注意的問題

在開發供應鏈本體時首先需要注意的問題是選擇哪一種開發語言。不同的開發語言有其自身的應用特點。供應鏈管理中需要不同的代理間進行談判與協商，也就是要在共同語義理解的基礎上各代理要具體一定的能力，所在本體開發時需要優先選擇能夠描述規則并進行推理的語言，如OIL和DAML+OIL。

本體應用于供應鏈管理時，必須注意本體的演化問題。在聚類等級結構的本體中繼承是一個重要的特點。一個本體可以重用并擴展為另外一個本體，當被重用的本體發生變化時，必然導致在它基礎上派生出別的本體的變化，因此供應鏈管理中本體之間的變化是互相關聯的，它們之間的實時同步問題是必須解決的。如果一個供應鏈系統中相互信賴的本體越多，則系統中本體演化的復雜性就越高。本體的演化是一個分散的協作過程，供應鏈管理中相互依賴的本體在物理上的分布必須考慮，本體的深化需要追蹤每個本體的改變，以及一系列的相關變化。

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注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文