烟草行业制丝线制造资源建模研究

武宝生

摘要：本文首先介绍了本体技术和模型，从原理上介绍了烟草行业制造资源建模，对烟草行业制丝线制造资源建模的研究。

关键词：烟草行业、制丝线、资源建模

一、制造资源本体建模技术

随着智能车间接入技术的不断增强，接入物联网的设备越来越多。面向智能车间加工设备智能化、服务化的需求，需要构建基于物联网的智能车间全部要素的信息交换模型。由于智能车间物联网对象本身具有层次关系，为了构建一个具有客观性、完整性和可扩展性的模型，本项目采用本体技术，使用OWL（WebOntologyLanguage）语言实现对智能车间物联网对象分层要素的本体模型构建。

（一）本体技术

1.本体的定义

本体技术（Ontology）是对共享概念模型进行的明确、形式化规范说明，是实现信息交换和共享的基础。本体技术通过对某个领域内的概念进行统一的表示和组织，解决该领域中的知识共享和重用方面的问题。

2.设备本体模型构建的原则

客观性与完整性。本体应该具有完整表达所描述设备的意义，保证描述语言所描述概念具有高度的独立性、客观性和完整性。

可扩展性。在构建不同设备本体的过程中应该有一个共享的词汇库、概念库，有利于提高本体的可扩展性，同时可以实现在可预见的任务范围内提供相应本体构造的概念基础，用户可以在现有概念框架的基础上完成新术语的定义，添加新词汇、概念到原有词汇库及概念库中。

一致性。第一，设备本体保持整个过程的一致性，即推理得到的概念与原有概念保持一致性；第二，设备本体间应保持相应术语的一致性，即描述设备间同一领域时保持一致的描述，有利于后期本体间的相互通信、相互操作。

3.本体模型的构建过程

本体模型的建立包括以下几个步骤：

分析领域知识，给出概念分类模型；

抽象概念特征，建立本体信息模型；

利用本體编辑软件建立相应的本体模型；

对所建立的本体进行一致性和可扩展性等标准的检查。

（二）本体的描述语言

本方案中烟机设备的信息模型本体的描述使用的是OWL语言。OWL：WebOntologyLanguage的简称，是W3C最新推荐的本体描述语言的标准，是在万维网上发布和共享的Ontology的语义标记语言。OWL与RDF相比，提供了更多的具有形式语义的词汇，所以在Web内容机器上，OWL的可理解性要强于XML、RDF和OWLFull。OWL底层格式符合XML标准格式，可在不同类型的操作系统和应用语言不同类型的计算机之间进行交换。

（三）本体的开发工具

本体编辑工具又称本体构建工具，是辅助本体构建、编辑、维护与开发的软件系统。这些工具有很多，根据所支持的本体描述语言分为两类：第一类是基于某种特定语言的工具，如Ontolingua，OntoSaurus，WebOnto及WebODE等，其中前三个在一定程度上也支持基于AI的多种本体描述语言；第二类是独立于特定语言的工具，如Protege，OntoEdit，OilED等，它们支持导入及导出多种本体描述语言格式（如XML、RDF、RDFS、OWL等）。其中前两个是整合的本体开发工具，它们能够很容易添加新的模块，可扩展性良好。上面提到的几种编辑工具都是比较常用的本体构建工具，本文中的本体构建采用的是Protege。

（四）基于本体技术构建设备资源本体模型

对接入物联网设备的描述可以分为两个方面：一方面，是物联网设备本身所携带的信息，另一方面，是由设备接入所产生的信息。

1.设备的属性信息：描述设备的基本属性及设备特有的领域属性。设备的基本属性是指所有设备都具有的公共的属性，包括设备ID、设备名称、设备类型、设备型号、设备结构等；设备的领域属性信息是指不同类型的设备所特有的属性

2.设备的状态信息：描述设备的性能状态（描述资源是否可以使用）、设备使用状态（描述设备是否正在被使用）、设备故障状态等。

3.设备的控制信息：描述设备提供的访问控制该设备的接口信息、通信方式和描述。通讯方式包括TCP/IP、串口通讯方式，描述包括通讯协议、返回值类型、参数信息等。

4.设备关系信息：描述了设备资源单体相互依赖的关系。包括并发关系、选择关系、前驱/后继关系、控制关系、支持关系。其中，并发关系，表示资源A和B的使用和选择需要同时发生；选择关系，资源A和B的使用二者择其一；前驱/后继关系，表达了资源使用之间的先后关联；控制关系，资源A的应用对于另外一个资源B的选择与应用产生支配和决定关系；支持关系，资源A的使用需要另一资源B的应用为支持。

二、烟草行业制造资源建模

（一）设备层建模

烘丝机本体模型信息参数

属性信息：设备编码、资源名称、资源型号、设备制造商、设备功能特征、设备位置、设备基本技术参数、设备随机资料

状态信息：设备状态信息、生产状态信息

控制信息：接口类型、通信方式、控制方式、关键参数信息、操作描述、报警描述

关系信息：并发、选择、前驱/后继、控制、支持

（二）执行单元层建模

执行单元信息参数

属性信息：任务单元编码、任务单元名称、所属生产线编码、人员类型、物料类型、标准规范

任务信息：批次信息（工单编码、工单顺序号、批次编码、牌号、计划开始时间、计划结束时间、计划产量、班次、班组）、工艺信息（所属工艺版本号、版本状态、产品路径编码、产品路径名称、参数类型编码、参数类型名称、参数编码、参数名称、单位、设定值、水电气要求、温湿度环境要求）、物料信息（BOM版本号、投入物料编码、投入物料名称、投入物料数量、投入物料顺序、辅料名称、辅料数量、辅料比例、产出物料编码、产出物料名称）

状态信息：生产模式、生产状态、任务状态

控制信息：关键参数信息

关系信息：并发、选择、前驱/后继

参考文献：

[1]王锋.面向烟草行业的生产管理系统研究与开发[D].杭州：浙江大学，2003

[2]张昌柱.精细化在卷烟厂制丝线生产管理中应用研究[D].合肥：合肥工业大学，2006