面向虚拟企业互操作的模型语义知识表示及映射方法

论文摘要

随着信息化技术的发展和市场竞争的加剧,采用柔性的、敏捷的组织模式是制造企业提高其竞争力的重要手段之一。建立虚拟企业（Virtual Enterprise, VE）是企业适应变化的市场需求,迅速开发出高质量、低成本的产品的主要手段。虚拟企业的组织建立是一个多阶段、多企业参与、多领域的复杂的决策过程,它涉及到各个伙伴企业模型、虚拟企业模型以及基于公共信息网络而建立的全球化伙伴之间的合作关系。分布的伙伴企业模型之间的异构性成为虚拟企业互操作（Interoperability）的主要障碍,如何利用语义互操作方法解决伙伴企业模型之间的语义冲突,支持虚拟企业组建和运行过程中的知识共享和协作,已经成为虚拟企业面临的一个重要的研究主题。为了满足虚拟企业组建和运行过程中的模型语义互操作需求,在虚拟企业模型化技术的背景下,本文借助于本体论技术,从虚拟企业模型的语义知识表示、虚拟企业模型语义操作和伙伴企业模型之间的语义互操作三个方面,深入地分析了虚拟企业模型的结构和语义,提出并且研究了实现虚拟企业互操作所涉及的关键问题。首先,为了表示虚拟企业模型语义知识,在本体论的帮助下,提出了虚拟企业模型语义的本体表示模式及其描述语言;然后,以本体表示模式为基础,研究了支持模型语义互操作的虚拟企业本体建立方法及其操作算法;最后,在虚拟企业本体的支持下,研究了伙伴企业模型之间的语义映射方法。本文的主要研究工作包括以下三个方面:（1）虚拟企业模型语义知识表示方面。针对虚拟企业的分布性和虚拟企业模型的多视图等特点,为了描述虚拟企业模型的语义知识结构,统一异构的伙伴企业模型的语义,本文在本体论的支持下,研究了面向虚拟企业模型的语义知识表示问题。首先,在虚拟企业模型及其语义分析的基础上,提出了基于本体-规则的虚拟企业知识模型,研究了面向虚拟企业模型语义的图形化的本体表示模式;为了描述虚拟企业模型的本体表示模式,定义了基于XML语义扩展的本体表示语言,描述了它的元素、语义片断和DTD定义。（2）虚拟企业模型语义操作方面。为了支持虚拟企业模型语义互操作,保证虚拟企业模型语义的一致性和完整性,研究了虚拟企业模型语义提取和操作问题。首先,基于模型语义标记的应用和语义标记规则的描述,研究了基于语义标记的虚拟企业本体建立方法,定义了描述虚拟企业本体的类的结构,研究了本体的一致性检查规则及其实现算法;针对虚拟企业本体建立和管理过程中的模型语义操作需求,从算法目标、本体操作、算法描述和复杂性分析四个方面研究了几种本体操作算法。（3）虚拟企业模型语义互操作方面。为了解决虚拟企业中异构的伙伴企业模型之间的语义冲突,在虚拟企业本体的支持下,研究了虚拟企业模型语义互操作问题。首先,在分析了虚拟企业中模型语义冲突的基础上,比较了直接的和间接的两种互操作的方式及其互操作代价,描述了基于本体表示模式的虚拟企业模型语义互操作框架;为了支持虚拟企业模型语义互操作过程,提出了一种基于本体表示模式的模型语义映射方法,描述了虚拟企业中伙伴企业模型语义冲突解决过程;在模型语义相似度计算的基础上,研究了支持模型语义冲突发现的模型语义匹配算法;在模型语义匹配的基础上,研究了支持模型语义冲突解决的映射规则描述、映射有效性分析以及模型语义映射算法,利用模型-本体和本体-模型的两步映射实现虚拟企业中伙伴企业模型之间的语义互操作。最后,为了验证理论研究的成果,在系统体系结构和功能结构设计的基础上,实现了虚拟企业模型语义管理系统,结合哈飞路宝汽车发动机的应用案例,验证了本文提出的理论与方法,分析了理论验证效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 相关问题的研究现状
• 1.2.1 虚拟企业及其模型
• 1.2.2 本体论表示方法
• 1.2.3 本体论建立和操作方法
• 1.2.4 本体论在企业中的应用
• 1.2.5 互操作方法
• 1.2.6 语义映射技术
• 1.2.7 相关研究待深入的问题
• 1.3 课题来源和主要研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 论文章节安排
• 第2章 面向虚拟企业模型语义的本体表示模式及其描述语言
• 2.1 模型语义知识表示的问题描述
• 2.2 虚拟企业模型及其语义
• 2.2.1 虚拟企业模型
• 2.2.2 虚拟企业模型的语义
• 2.3 虚拟企业知识表示模型ORKM
• 2.3.1 虚拟企业知识的分类
• 2.3.2 虚拟企业的知识表示模型
• 2.3.3 ORKM的特点
• 2.4 面向虚拟企业模型的本体表示模式
• 2.4.1 本体结构图的提出
• 2.4.2 本体结构图的形式化定义
• 2.4.3 本体结构图的模型语义覆盖能力分析
• 2.4.4 本体结构图的描述实例
• 2.5 虚拟企业模型本体描述语言
• 2.5.1 VEMOL的需求分析
• 2.5.2 VEMOL的基本元素
• 2.5.3 VEMOL的片断和语义标记
• 2.5.4 VEMOL的DTD定义
• 2.6 与其它本体表示方法的比较
• 2.7 本章小结
• 第3章 虚拟企业的本体建立方法及其操作算法
• 3.1 虚拟企业模型语义提取和操作的问题提出和描述
• 3.2 虚拟企业模型的语义标记
• 3.2.1 语义标记的应用
• 3.2.2 语义标记规则的描述
• 3.3 基于语义标记的本体建立方法
• 3.3.1 基于语义标记的本体建立过程
• 3.3.2 基于领域词汇表的模型选择
• 3.3.3 基于规则的模型语义标记
• 3.3.4 本体概念及语义的提取和OSG的建立
• 3.3.5 OSG的一致性检查机制
• 3.3.6 虚拟企业本体的VEMOL描述
• 3.3.7 和其他本体建立方法的比较
• 3.4 虚拟企业本体OSG的语义操作算法
• 3.4.1 OSG基本操作算法
• 3.4.2 本体融合Merging算法
• 3.4.3 本体修剪Pruning算法
• 3.4.4 本体连接Junction算法
• 3.4.5 本体提取Extraction算法
• 3.4.6 和相关研究的比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 支持虚拟企业组建的模型语义映射方法
• 4.1 虚拟企业组建过程中语义互操作问题的提出与描述
• 4.2 虚拟企业模型的语义冲突
• 4.3 企业互操作方式及框架
• 4.4 虚拟企业模型语义映射方法
• 4.5 基于OSG的模型语义匹配
• 4.5.1 模型语义相似度计算
• 4.5.2 模型语义匹配算法及其复杂性分析
• 4.5.3 与其他相关研究的比较
• 4.6 基于OSG的模型语义映射算法
• 4.6.1 语义映射规则的描述
• 4.6.2 模型语义映射的有效性分析
• 4.6.3 模型语义映射算法及其复杂性分析
• 4.7 虚拟企业模型语义互操作实例
• 4.8 与其他语义互操作方法的比较
• 4.9 本章小结
• 第5章 虚拟企业模型语义管理系统设计实现及应用案例验证
• 5.1 虚拟企业模型语义管理系统的设计与实现
• 5.1.1 虚拟企业模型语义管理的目标
• 5.1.2 系统的体系结构
• 5.1.3 系统的功能结构
• 5.1.4 系统的实现
• 5.2 应用案例验证
• 5.2.1 哈飞汽车应用背景
• 5.2.2 哈飞路宝发动机OSG本体元素的建立
• 5.2.3 哈飞路宝发动机模型元素的语义标记
• 5.2.4 发动机制造本体OSG的一致性检查
• 5.2.5 面向发动机协同制造的模型语义映射
• 5.3 理论验证效果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文
• 攻读博士学位期间的主要科研成果
• 致谢
• 个人简历