基于IDEF5陆军部队级装备维修保障业务流程建模研究

李黎明，古 平，王 巍，朱常安

（陆军工程大学石家庄校区，河北 石家庄 050003）

我军建设不但基本实现了机械化，而且在信息化建设方面也取得了很大进展。尤其在信息时代的陆军装备保障研究中，在研究复杂装备保障工程方面，仿真已成为研究该领域的关键路径，如果把军事系统层面上升到仿真系统层面，要建立被仿真的军事系统，就必须对它有深刻的认识和理解，才能建立它的军事概念模型。这是建立军事系统之后的第一次抽象，是连接真实军事系统及其仿真系统的纽带[1]。因此该活动的成功与否，在一定程度上是由军事概念模型的质量所决定的。当前我军信息化保障的总体水平有了明显提高，然而，制约军队装备维修保障业务流程发展的因素依然存在。如自动化程度不高，有些信息还需要手工填写；标准化不强，容易报错；信息不易共享，存在内容不一致等问题。在了解和分析军队装备维修保障业务流程相关内容的基础上，采用IDEF5实现其概念建模，采用形式化的方式对其本体进行描述，主要是借助Protégé这种媒介软件工具对其进行本体建模，以此来解决其领域信息不易共享、格式不一致的问题。

1 本体论

1.1 本体论含义

本体论原本是哲学范围内的术语。本体论就是关于对有关事物的概念的本质和关系的抽象描述。如果把它应用于工程领域中，那它是对该领域客观存在概念化的描述[2]。目前，对本体论的研究在各个领域正在不断地深入以及完善，比如：图书情报、信息集成、人工智能以及语义Web等领域。它可以用来解决知识的表示和共享方面的问题。所以，在军事领域进行概念建模具有较强的现实意义，针对该领域的研究深入拓展，在技术方面上，可以支持此领域知识在计算机上实现共享。

1.2 IDEF5本体模型的优势

采用本体建模的优势体现在本体论过程分析和其开发得到的结果，如表1所示。

表1 本体模型的优势

1.3 IDEF5本体的基本要素

根据佩雷斯等人使用分类，在新体制下陆军部队级装备维修保障业务流程本体开发过程中，构成本体的4个基本元素为：类、关系、公理和实例[3]。

（1）类（Classes）。该元素含义很宽泛，描述客观世界对象的类型，用于表达其概念和内涵。如军事装备维修领域的装备维修和装备实施。（2）关系（Relations）。该要素描述类之间、个体之间、类和个体之间的相互作用，表达概念之间的关系。如表达概念与个体之间的关系就可以用Part-of来表示，Part-of（装备送修，作业前准备）表示装备送修是作业前准备的一个组成部分。（3）断言或公理。公理是大家公认的基本命题，不需要再证明了。（4）实例。实例是指客观世界中存在的客观例子。

1.4 新体制下陆军部队级装备维修保障业务流程本体的构建

部队级装备维修保障业务流程要达到快速、全面、连续、准确的保障能力目标。把它的组织体系、岗位职责和标准规范等作为基础，通过采取一系列有规律的活动和方法，促进各单位和各要素能够顺利、高效地开展它的保障工作，为陆军部队级装备维修保障业务工作的开展提供了依据[4]，挖掘它的本体模型的构建过程主要步骤如图1所示。

图1 陆军部队级装备维修业务流程（过程）本体构建步骤

第一步：收集其本体时所需的维修业务相关的原始数据以及信息等。这里就需要有关专家的协作，来获取有关它的知识。如：它在此领域内的概念和组成此业务流程的有关要素，此外还应该使用该领域专业知识作为其数据源。

第二步：新体制下陆军部队级装备业务流程相关的核心概念、关系与活动的提取。分析数据进行本体抽象。根据所获得的数据分析业务流程中涉及的概念、关系和活动，提取它的语义信息，然后对其概念之间的层次关系和活动之间的关系进行界定。

它的业务流程主要包括3个相互关联的活动：作业前准备、作业实施和作业完成。作业前准备由装备维修部门根据送修单位提交的装备维修申请表进行审核，经审核批准后，开具维修凭证给送修单位，对于无法现场接收文件的单位，装备维修部门将维修凭证传真件或扫描件电子版传至送修单位，而后送修单位将待修装备和维修凭证交接给承修机构进行作业实施即完成作业前准备。

承修机构的作业实施根据接到维修凭证和送修装备后及时安排修理人员对待修装备进行检测，确定故障并制定合理高效的维修计划，填写设备维修鉴定表，对设备进行维修。操作完成后，上级业务部门应当及时通知送修单位对送修装备修竣后进行验收，修竣验收完毕后办理好有关手续，而后做好交接。

第三步：新体制下建立陆军部队级装备维修保障业务流程图的表格本体模型，形式语义描述。构建它的核心模型，需要利用IDEF5技术方法提取构建其本体模型的关键概念和属性。在利用逻辑关系的基础上建立起它们的概念关系，本文重点介绍待修复装备的维护。

第四步：分别对新体制下的陆军部队级装备维修保障业务流程本体进行验证、改进和确认，并保存到相应的本体数据库中。利用相关推理工具Protégé对语义信息进行推理和论证，并对构建的模型进行细化和确认，以保证实体抽取建模的合理性。

2 对其流程本体构建的实例

基于IDEF5的图表语言在本体的开发上支持可视化服务，这种方法的采用对于无论是业务开发者、使用者或者交流者，都非常容易理解，人们容易采纳它。OWL作为一种描述语义的本体，对其在语法、语义和推理等方面具有辅助或者支持的作用，并且基于Web的本体表示语言方面也是它的首要选择。在用户的领域模型编写清晰、正式的概念性描述方面，它是被允许的。所以，本文把IDEF5和WL语言相结合，描述了新体制下部队级装备维修保障业务流程本体。在IDEF5可视化的基础上，OWL语言既可以精确定义其语法，也可以精确定义其形式语义。

基于IDEF5方法，如图2所示，以新体制下陆军部队级装备维修保障业务流程本体模型的构建为例。装备维修申请到装备修竣验收的业务流程为核心，它的流程主要包括作业前准备、作业实施、装备维修和待修装备等类，并且以它们之间的关系建立联系。下面具体分析主要的类和关系。

图2 新体制下陆军部队级装备维修保障流程本体

（1）装备维修类。装备维修类使用硬件或者软件的方式对待修的机械类、电子信息类、软件类和油液类4种装备进行维修，装备维修类在维修操作前接收该类提供的信息，在作业实施类的指挥下对待修装备进行装备维护和修理。设备、装备维修类是二元关系Work-in和Completion of job作业的值域，是二元关系Maintenance的自变量，Pre-work preparation约束其作业准备情况，Completion of job约束其作业完成情况，Subkind-of约束其待修装备类型。

（2）作业前准备类。利用装备维修申请表、维修凭证和装备送修设备等手段和方式，确定和跟踪待修装备的类型等，为其业务提供有益的信息服务的类。作业前准备类是二元关系Part-of和Activity-of的值域，是Pre-work preparation和Sequntial-Connection的自变量。Part-of约束其组成部分，Activity-of约束其活动的内容。维修作业前准备实施的对象，由Pre-work preparation对其进行约束，Sequntial-Connectionn约束它们顺序活动的内容。

（3）作业实施类。根据鉴定结果，负责此项维护、维修任务的机构，按照方案和规定时限内对送修装备进行修理的一系列活动，确保对故障进行彻底排除以及提升其修复效率。作业实施类应根据作业前准备类提供的信息和送修装备，管理和控制作业前准备类，通过协调和控制、指挥装备维修类来实施装备维修保障业务活动。作业实施类的核心功能主要是对待修装备进行检验鉴定、请领器材和组织修理。Activity-of,Sequntial-Connection的值域是作业实施类，它是Sequntial-Connection和Work in的自变量，Work in约束其下级对象。

（4）待修装备类。待修类别包括新体制下待修的各类装备，主要由4种装备构成，分别为机械类、电子信息类、软件类和油液类。之所以这样区分是因为无论是何种装备或何种分类，随着陆军武器装备趋向于标准化、组合化、模块化和系列化发展，装备的技术构成逐渐趋于相似，机电液技术横向一体化特征愈加明显。因此，可以将装备构成划分为机械类、电子信息类、软件类和油液类4种[5]。例如，在同样的维修情况下，一般油液类的陆军装备比机械类、电子信息类和软件类维修保障的时间要长。由于油液类是仅能使用一次的消耗品，维修问题在很多情况下是不存在的，主要是采取更换的方法进行维修或维护。因此在这里将待修装备的对象区分为机械类、电子信息类、软件类和油液类4种。不仅Subkind-of的值域是待修装备类，而且也是Maintenance的值域，约束其子类的构成是Subkind-of，Maintenance约束对其进行维修的新体制下陆军部队级装备维修保障业务流程。

根据图2所示的模型，第一，把它转化成OWL文件；第二，完成OWL文件在过程本体数据库中的存储。OWL语言转换描述部分如下：

因此，可以得出具有普遍性和适用性的流程本体模型，对于新体制下陆军部队级装备维修保障业务流程的映射，就可以根据它来实现。

3 结束语

本文对新体制下陆军部队级装备维修保障业务领域存在信息难以“共享”和“重复”等问题，构建其本体模型，采用IDEF5图形表达与OWL语言相结合的方法来实现其目的。把图表式和细化语义结合使用，满足它在不同的应用场景中互相补充，不仅能够快速直观地构建本体模型，而且它的语义信息能够被准确地描述和推理。利用推理工具Protégé对语义信息的推理进行了验证，表明新系统下的军级装备维修保障业务流程本体的语义一致性得到了显著提高。为其军事概念模型的语义一致性和信息化、智能化处理打下良好的基础。