基于Protégé的裝備保障知識本體構建方法

摘 要:針對裝備保障領域知識體系復雜、知識難以共享和重用等問題，在分析裝備保障知識本體的需求和作用的基礎上，提出一種適合裝備保障知識體系的、面向生命周期的裝備保障知識本體構建方法，以此為指導對后方軍械倉庫知識進行分類，利用Protégé軟件構建了一個實驗性知識本體，為建立后方軍械倉庫知識庫打下了基礎。

關鍵詞:裝備保障;知識本體;本體構建;后方軍械倉庫

中圖分類號:TP182文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)06-207-04

Equipment Support Knowledge Ontology Construction Based on Protégé

HU Jinqiang1，JI Yalin1，MENG Yan2，YANG Bin1

(1.Research Institute of Ordnance Technology，Ordnance Engineering College，Shijiazhuang，050003，China;

2.North China Electric Power University，Baoding，071000，China)

Abstract:Equipment support knowledge system is complex and difficult to share and reuse，after analyzing the demands and functions of the equipment support knowledge ontology.A construction method that orients to the lifecycle knowledge ontology is introduced and it is suitable for the equipment support system.Following this method，rear ordnance depot knowledges are sorted and a tested knowledge ontology using Protégé is constructed.

Keywords:equipment support;knowledge ontology;ontology construction;rear ordnance depot

隨著我軍裝備保障信息化程度的提高，裝備保障領域所積累的知識資源在飛速增長。裝備保障知識作為一種特殊的領域知識，如何系統的表示和組織，在此基礎上實現知識共享、重用和知識快速檢索等知識創新功能，已成為裝備保障知識管理的基礎工作和重要內容。知識本體是共享概念模型的明確形式化規范說明[1]，其能夠以顯式、形式化的方式表示語義，提高異構系統之間的互操作性，用知識本體表示和組織裝備保障知識能有效實現知識的共享和重用。目前，本體在信息系統、自然語言理解和基于知識系統等方面得到廣泛的應用。這里從裝備保障知識本體的需求入手，探索有效的裝備保障知識本體構建方法。遵循這種構建方法，用本體描述語言OWL及本體編輯工具Protégé 3.3.1，對后方軍械倉庫的知識進行分類，構建一個后方軍械倉庫知識本體示例。

1 裝備保障知識本體

裝備保障最大的特點就是知識化，如裝備保障專家系統、遠程維修支持系統和裝備保障決策支持系統都離不開裝備保障知識。然而，裝備保障知識與其他的領域知識有很大的差別，有自己獨特的特點。一是涉及學科多，比如，裝備保障的全壽命周期管理需要系統工程、運籌學、決策論、控制論、信息論、軟件工程等方面的知識;裝備的維修保障需要機械工程、電子工程、控制論、行為科學、診斷技術等綜合性的知識[2]，這就加大了對裝備保障知識處理的難度;二是資源形式多，大量的裝備保障知識資源包括音頻、視頻、文檔、表格、應用系統等多種形式，由于缺乏統一的描述方式，導致各級難以精確查找到與需求相關的資源，使知識無法得到有效的應用。

裝備保障知識本體是裝備保障領域知識中概念、屬性、過程及其相互關系形式化描述的基礎，使裝備保障領域里的術語概念和認知通過統一的框架得以分享[3]。使用者可以利用本體建立一個裝備保障知識模式化的構架，降低不同術語或觀點而產生的誤解，解決人、組織及軟件系統之間在不同的背景、語言、工具及技術之間溝通的障礙，以便知識的重用及分享，同時也有利于裝備保障知識的獲取，可以提高獲取的速度和可靠性[4]。

2 裝備保障知識本體的構建方法

根據裝備保障知識快速更新的特點，在此基于斯坦福大學提出的七步法基本步驟，借鑒軟件工程學中的基于軟件生命周期的方法論，提出了裝備保障知識本體的構建方法，如圖1所示體現了本體構建過程中需要不斷改進，不斷完善的反復過程。

本體規劃 根據所研究的專業領域、任務和最終用戶，確定本體應用目標的范圍。本文研究對象界定于后方軍械倉庫知識。裝備保障領域專家和與構建領域知識本體相關的文檔、現有的規章制度、工作手冊、標準規范、概念模型等都是裝備保障知識收集的對象。

圖1 基于生命周期的裝備保障知識本體構建方法

本體分析設計 該階段需要領域專家的參與，對領域知識越了解，一般所建本體就越完善。本體的分析設計包括確定類和類的等級關系、定義類屬性及屬性分面和創建實例三個部分。

本體評價確認 用本體描述語言表達本體后，還需要對本體進行評價和確認。評價標準是清晰性、一致性、完備性、可擴展性和適用性。

領域本體建立 通過評價的本體加入到本體庫中，否則轉到本體分析設計階段。文檔編制貫穿整個流程，這是因為由于本體的建模流程遵循IEEE1074-1995標準，所以每個步驟都必須完成相應的說明文檔[5]。

3 后方軍械倉庫知識本體的構建

裝備保障領域暫無可利用的本體，由于人力、物力和時間有限，筆者聽取專家建議，考慮到可獲取的資料，主要選取后方軍械倉庫作為實驗性例子。信息主要來源于國防科學技術敘詞表、GJB以及后方倉庫部分文件資料等。另外，還通過網絡搜索了大量相關的倉儲資料。

3.1 類和類等級關系的確定

后方軍械倉庫儲存的主要是對軍械物資進行的業務工作，以及倉庫設施設備、人員經費等進行管理，其分類復雜，體系龐大，軍械裝備目前就有22大類700多個品種。但是很多概念過于細化和具體，無法直接使用。經過對其歸類抽象后，抽取其中最重要的概念，將其抽象為以下五類:軍械物資類、部門崗位類、業務工作類、工作依據類、倉庫實體類。具體分類體系如圖2所示。

圖2 后方軍械倉庫知識分類體系

3.2 定義類屬性及屬性分面

屬性通常表示一個命題或斷言。屬性在類中是很重要的一個部分，它將一個概念與其他概念和對象聯系起來，起到一定的知識聯通的作用[8]。

3.2.1 類的一般屬性

(1) 軍械物資類屬性主要包括物資名稱、責任人、代碼、結構、數量、性能等;

(2) 部門崗位類屬性主要包括類別、編成、職能職責、往來部門、工作描述等;

(3) 業務工作類屬性主要包括業務類別、業務程序、業務要求、業務執行、業務報表等;

(4) 工作依據類屬性主要包括所屬類別、制定單位、內容描述等;

(5) 倉庫實體類屬性主要包括實體名稱、類別、范疇等。

以上不同子類，除了通用屬性外，還有自己的特有屬性。

3.2.2 類的關系屬性

各類之間的關系可以描述為:部門崗位的職能職責是根據工作依據完成業務工作。業務工作的對象是軍械物資和倉庫實體，工作依據是根據業務工作制定，用于指導業務工作。如圖3所示。

圖3 軍械物資類、部門崗位類、業務工作類、

工作依據類倉庫實體類關系圖

3.2.3 屬性分面

以部門崗位類為例，其各屬性的分面為:類別，String型(取值范圍:機構、崗位);職能職責，業務工作類;工作描述，string型;往來部門，部門崗位類;編成，倉庫實體類。其他屬性的分面不在一一列舉。

3.3 創建實例

以某型火炮的入庫驗收為例:業務名稱，入庫驗收;業務類別，接收發出;業務依據，GJB、入庫調撥單等;業務執行，驗收單位;業務程序，檢驗、評定、交接、匯總。

4 后方軍械倉庫知識本體的實現[5]

從目前本體的開發工具來看，主要有Ontolingua，Ontosaurus，Webonto，OntoEdit Protégé系列等。Protégé2000是由美國Stanford大學的醫學院醫學信息中心(Stanford Medica Informatics，SMI)的Musen 領導的開發團隊建立一個開放源碼的本體編輯器，它是采用Java編寫的[6]。本文選用Protégé_3.3.1構架作為開發平臺。

在Protégé中，構建本體的過程包括建立項目、建立類及類層次、建立屬性及屬性的允許值、添加實例這四個基本步驟[7]。

4.1 建立項目

打開Protégé，然后出現對話框，點擊Create New Project...，出現Create New Project對話框后，選擇OWL Flies(.owl or .rdf)后，點擊Finish，而不選Next。

4.2 建立類及類層次

安排好本體類層次結構之后，在Protégé中創建類、子類非常簡單。圖4是軍械物資類及其編輯器的示意圖(Protégé對中文支持不太好，所以盡量使用英文定義)。

圖4 類定義界面圖

4.3 建立屬性及其分面

在Protégé中，可以創建多種類型的屬性，包括datatyPe屬性、object屬性、annotation屬性，上述屬性又可以定義其Subproperty屬性。根據屬性類別不同，對屬性的分面也不同。

4.4 添加實例

根據前面建好的類、屬性及其允許值，可在 Individuals editor中添加具體的實例。創建實例時，首先輸入實例名稱，之后輸入實例所屬類定義的各個屬性值。以業務工作類為例，如圖5所示。

圖5 實例定義界面圖

4.5 OWL 文件舉例

類定義部分OWL 代碼如下:

…

屬性定義部分OWL代碼如下:

rdf:resource=\"http://www.w3.org/2005/XMLSchema

#string\"/>

rdf:resource=http:// www.w3.org/2005/XMLSchema

#string\"/>

5 結 語

裝備保障領域本體是對裝備保障領域知識進行系統的表示與組織。基于裝備保障領域本體可以實現裝備保障領域知識的共享、重用和知識快速檢索等知識管理功能。本文以基于生命周期的裝備保障知識本體構建方法為指導，構建了一個實驗性的后方軍械倉庫知識本體，并用Protégé工具實現了該本體， 對裝備保障其他領域知識本體的構建有一定的借鑒作用。

參考文獻

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