面向创新设计知识资源发现的研究

2010-08-23郑立斌代亚荣

制造业自动化 2010年3期

郑立斌，代亚荣

ZHENG Li-bin1,2, DAI Ya-rong2

（1.景德镇高等专科学校，景德镇 333000；2.江苏大学制造业信息化研究中心，镇江 212013）

0 引言

创新是企业得以生存和持续发展的内在动力，任何企业的持续增长必须建立在创新这一基础上[1]。面对知识经济时代，企业在新产品开发过程中的知识的价值不断上升。通常，设计被划分为几个不同的阶段：需求分析、概念设计、技术设计和详细设计[2]。概念设计是最能体现知识、技术含量的过程，是产品创新设计的重要阶段。

知识反应了客观世界的本质规律，可以利用现有的知识进行相关的分析、处理，得到新的知识，这是创新的重要源泉。企业产品创新设计需要许多的跨学科知识理论以及当前该领域最新发展现状。产品在设计过程当中需要不同领域的大量知识，产品设计人员受自身知识、专业的限制，使其创新能力得不到充分发挥。产品设计人员所需知识传统上大多依靠非正式渠道获取，如查询设计手册、咨询领域专家等[3]。各种知识数据库资源的出现为企业工程设计人员的提供了必要的知识保障。随着计算机网络技术的普及和社会信息化程度的不断提高，不同行业领域所积累的知识资源呈几何级数递增。现有的各个公司开发的知识库内容单一，各自具有自身的单一优势，但是不能满足产品设计的全生命周期所需要的知识，构建全面的知识库系统受各种因素的影响尚有一定的困难。工程设计人员直接通过互联网搜索引擎搜索知识资源会产生很多噪声信息，检索效率低。当前已有文献讨论了知识的本体建模，如文献[4,5]等，其主要是针对知识领域本体的构建和本体的推理在知识库中的应用，但目前很少有文献涉及到语义Web服务的知识资源发现。

针对上述问题，本文通过语义Web服务的方式、引入知识领域本体，将分布式知识资源封装为Web服务，设计了知识资源发现框架。将各类知识库有效的集成，形成完备的知识库资源。通过扩展UDDI的语义功能，提高了知识资源发现的查全率和查准率，也提高了发现系统的智能性和自动化水平。使企业在产品创新设计阶段能够高效、准确地获取丰富的知识资源，为企业创新设计提供了有利的知识资源保障。

1 语义Web服务

图1 Web Services的体系结构

从图1可以看出，Web Services的体系结构具有三种服务角色：

1）服务提供者是服务的创建者和所有者，可以发布、更新或取消自身提供的服务、并且对服务请求进行响应；2）服务注册中心是存储可用服务描述信息的信息库，提供服务的发布和定位功能，服务提供者在此注册和发布服务，服务请求者在此查找服务，获取服务的绑定信息；3）服务请求者是需要特定服务以完成自身任务的一方，利用服务注册中心查找符合要求的服务，然后与服务提供者进行绑定和交互，以调用该服务。

语义Web服务是语义网在Web服务中的应用，通过语义网服务标识语言OWL-S将知识资源元信息描述为具有结构化形式语义的Web服务，使其具备机器可理解性和易用性，为服务的发现、执行、解释和组合的自动化提供有效的支持，从而可以将Web服务领域的成果与智能主体技术进行整合，有效、自主地发现知识资源，实现异构系统下知识资源的快速发布和发现。知识资源服务提供商在UDDI中发布所相关的服务，双方只要都遵循Web Service规范，那么就可以进行无障碍交流。

2 基本知识资源及表达建模

2.1 基本知识资源

基本知识资源主要包括：1）电子科技文献；2）电子图书；3）多媒体视频；4）产品实例库；5）专利库；6）行业标准；7）科学效应库；8）国内、国际会议。

2.2 知识资源的表达建模

XML是Extensible Markup Language的缩写，即可扩展标记语言。它是一种用来创建的标记的标记语言。1996年，万维网协会简称W3C，开始设计一种可扩展的标记语言，1998年2月，XML1.0成为了W3C的推荐标准。XML简化了计算机对文档和数据交换的处理，使得现有的协议和软件更为协调，从而简化了数据的处理和传输。

3 基于语义Web Service 的知识资源发现框架

3.1 Web Service的体系结构

基于语义Web服务的知识资源发现框架的总体架构如图2所示，主要分为客户层、代理层、应用层、数据层。

客户层：为用户提供信息交互平台，实现信息的发送、显示等功能。客户层包含服务提供者和服务请求者两种用户终端。

图2 知识资源发现框架的总体架构

代理层：发布代理负责接收服务提供者的发布、更新或删除请求，并在UDDI注册中心进行相应的发布、更新或删除请求。查询代理负责接收服务请求者的查询请求信息，并根据请求者的查询信息搜索注册中心，返回查询结果。要实现基于语义Web服务的知识资源发现，必须对知识资源的发布以及请求信息进行语义处理，语义描述代理将完成这一任务。

应用层：由UDDI注册中心、UDDI语义层、匹配引擎组成。UDDI注册中心用于发布和存储知识资源的服务描述，并使客户能够发现并访问该服务。UDDI语义层是基于语义的Web服务发现的基础，为匹配引擎提供知识保障。由于UDDI注册中心不支持基于语义的查找，因此在本框架中充分利用和发挥UDDI的长处，保留UDDI这一成熟的技术，同时在UDDI外增加一个语义层，支持基于语义的查找，通过这个语义层性能查询端口，并结合匹配引擎，可以实现基于语义的知识资源发现。

数据层：由知识资源库、本体库和用户信息库组成。知识资源库提供知识资源的详细描述信息；本体库提供知识资源相关的语义知识；用户信息库提供用户注册信息、偏好等信息，是实现个性化服务的基础。

3.2 基于语义Web Service的知识发现流程

在服务发布过程中，代理接收服务提供者的发布信息，并映射成UDDI的标准数据结构如tModel、businessService等后，调用UDDI的API完成服务在注册中心的发布。UDDI注册完成后，得到服务的唯一标识符，并返回给代理。然后代理再将这个服务的标识ID结合服务发布信息的语义标注信息存入服务语义信息数据库即OWL-S语义库中。这样通过唯一标识符将服务语义信息标识的Web Service，与在UDDI中注册的Web Service联系起来。在服务请求的过程中，当代理模块识别出服务请求者的查询请求后，将查询请求发送到服务匹配引擎。服务匹配引擎根据当前服务语义信息库和本体库中的信息，通过匹配算法计算匹配的级别，匹配到符合需求的服务及其标识信息。然后直接通过调用UDDI接口，检索UDDI注册中心，获取到与服务标识信息相对应的、具体的服务信息，并通过代理返回给服务请求者。

4 应用实例

各种知识资源服务提供商，按照UDDI发布规范，在UDDI中分类发布Web服务，将相关的知识数据统一封装为Web服务，对外提供统一的访问接口。某企业通过市场需求分析发现目前普通数控机床换刀机械手具有较好的市场前景，需要开发新型数控机床换刀手的系列产品，并且考虑申请国家发明专利。该企业设计人员通过在UDDI中语义查询“机械换刀手”，然后通过本体语义分析，将关键字“机械换刀手”进行语义扩展（包括外文扩展）。根据语义信息在UDDI中进行语义相似性匹配，按照相似度排序返回给该企业有关各种知识资源。如：在电子科技文献中获取了相关机械换刀的最新中文文献资料和外文文献资料；在视频资源当中获取了“机械手”方面的视频；在专利库里面获取了“机械手”方面的专利信息等等。设计工程人员根据返回的结果进行绑定相关的服务，获取具体的知识资源资料，供设计人员参考设计。通过Web服务方式高效地获取了相关的知识资源，避免反复登入不同的网站进行知识搜索，大大节省了设计人员的宝贵时间，并且得到了较完备的相关知识体系。