基于本體和工作流的網絡工程實訓管理系統研究

摘 要:首先分析了當前管理系統開發過程中存在的重復規劃問題，然后對管理系統開發所采用的本體和工作流進行了研究。對本體建模常用的IDEF-5方法和工作流建模常用的Petri網方法進行了修改，針對網絡工程實訓管理系統的實際應用需要進行了本體建模和工作流建模，并在此基礎上設計開發了網絡工程實訓管理系統。該系統開發過程中所建立的本體庫在教務管理系統、學生學籍管理系統等的建立過程中具有實用價值。該系統的開發過程對管理系統建立過程中存在的重復規劃問題的解決具有參考意義。

關鍵詞:本體; 工作流; 建模; 管理系統; 網絡工程

中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)10-0046-03

Management System of Networks Engineering Experiment

Training based on Ontology and Workflow

WANG Ya-wen， RONG Xiao-feng

(College of Computer Science Engineering， Xi’an Technological University， Xi’an 710032，China)

Abstract:The repetitive layout problem existing in the process of the development of management system was analyzed. After that two new techniques of ontology and workflow were studied， the IDEF-five methods usually used in the modeling of ontology and the Petri net methods usually used in the modeling of workflow were improved， the ontology and workflow were modeled according to the actual application of management system of networks engineering experiment training， and the management system of networks engineering experiment training was developed under this condition. The ontology database established in the development process of this system can also be used in the development of teaching management system， students qualification management system and so on. The development of this system has the reference significance to the repetitive layout problem in the development of management systems.

Keywords:ontology; workflow; modeling; management system; network engineering

為了提高工作效率，國內高校已經推行網絡化辦公，根據工作的需要，很多高校都相繼建立了教務管理系統、科研管理系統、財務管理系統、學生學籍管理系統等一系列網上辦公系統。因為這些系統是由不同的部門建立，來滿足各部門各自的工作需要，因此每個系統在建立時都很少考慮與其他系統之間的聯系，比如，教務管理系統由教務處建立，科研管理系統由科研處建立，這兩個系統都是針對學校的師生，系統的用戶是一樣的，系統常用的功能和操作也是相似的。如果沒有考慮到這些，每個部門都各自建立自己的系統，這樣必然造成系統的重復規劃，造成很大的人力和財力浪費。在進行系統建設時，充分考慮各個系統之間的聯系和減少重復規劃所帶來的浪費則是需要研究的重點和方向。本文根據網絡工程實訓管理系統的實際應用需要，采用改進的本體和工作流的建模方法進行建模，開發了網絡工程實訓管理系統，該系統的開發對解決管理系統建立過程中存在的重復規劃問題具有參考意義。

1 技術背景

工作流技術是利用計算機技術使業務流程全部或者部分自動化。在此過程中，將文檔、信息或任務按照預定的規則傳遞，企業人員、已有軟件之間互相協調工作，以實現企業業務的整體目標[1-3]。工作流技術提高了知識應用的效率，降低了運行成本，但是在實際應用中，每個領域對同樣事務的認知水平和知識表示方法存在不同:關注點不同，導致對同一事務的認知重點不同;知識水平不同，導致對同一事務的認知程度不同;實際需要不同，導致對事務的知識表示方法和文件存儲格式不同，這也導致了在知識共享方面存在很大困難。正是因為以上問題的存在，工作流在實際應用時優勢不能得到很好的發揮。本體的出現，很好地解決了知識共享的問題。

本體最初是哲學上的一個概念，后來被應用到計算機領域，它是共享概念模型中明確的形式化規范說明[4]，其目標是捕獲相關領域的知識，提供對該領域知識的共同理解，確定該領域內共同認可的詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些詞匯(術語)和詞匯間相互關系的明確定義[5-7]。利用本體可以避免對同一事物描述的差異性，提高知識表示的準確性，有效地解決了知識管理中文件數據格式不一致以及缺乏結構性、跨部門之間對同一事物的分類及特性認知的差異以及關系定義的不明確等問題。

2 系統實現

2.1 系統框架

網絡工程實訓管理系統的整體框架如圖1所示。

圖1 系統框架

數據庫為系統提供數據支持，負責數據格式定義，存儲實訓內容、成績和用戶實例等信息。

數據庫引擎負責數據格式轉換、數據存取的異常處理以及底層數據庫接口調用功能的封裝。

工作流引擎通過過程定義解析、工作流過程控制、工作流活動控制和資源管理，完成對業務過程的控制和業務活動的調度;完成對用戶角色和相關應用程序等資源的管理;完成數據庫與XML文檔之間的數據交換，接收工作流啟動者選定的各個相關處理步驟中所涉及的用戶列表來生成工作流實例，并控制過程實例的創建、激活、掛起、終止等。應用服務組件負責具體應用與工作流之間的匹配。它與具體的應用有關，與具體的實現技術以及編程語言無關。本體庫是本體數據庫的簡稱。本體庫負責本體的存儲、標識、版本化、分類，同時在新的本體被添加進來時負責新舊本體的兼容。

本體知識定義是以本體論為基礎建立的，它負責驗證用戶輸入信息的正確性，同時根據具體應用調用相應的本體，能夠改善不同應用中對本體詞匯的差異性。

2.2 本體建模

根據網絡工程實訓管理系統實際使用的需要，從系統用戶角度出發，采用改進的IDEF-5[8]本體建模方法，建立了管理人員、教師和學生3個本體，如圖2所示。3個本體之間的相互關系如圖3所示。對每一個本體，可以建立如圖4所示的本體描述概要表。圖3中每2個本體之間的操作關系可以在本體描述概要表中進行查找。由圖3可以看到，管理人員本體可以對其他2個本體進行相應的操作，教師本體可以對學生本體進行相應的操作，學生本體只能對自身進行相應的操作。由于篇幅所限，其他的本體信息這里不再列出。

圖2 系統中所建立的本體示意圖

圖3 本體關系示意圖

名稱:管理人員本體分析人:王亞文審核人:容曉峰

版本:1.0審核開始時間:2009-08-16審核結束時間:2009-08-31

目的:開發管理人員本體

與其他本體的關系:系統中權限最大的本體，能夠對教師本體和學生本體進行操作

觀點所有者:系統開發人員

操作權限列表

添加其他管理人員(▲) 添加教師 添加學生

刪除其他管理人員(▲) 刪除教師 刪除學生

修改其他管理人員信息(▲) 修改教師信息 修改學生信息

設置其他管理人員權限(▲) 設置教師權限 設置學生權限

修改自身信息 實訓成績更改管理 實驗室預約管理

…

注:標有▲記號的權限表示只有系統管理員(超級管理員)具有

圖4 管理人員本體描述概要表

這里對IDEF-5本體建模方法進行了改進，主要改進為:在本體描述概要表中增加了操作權限列表，以方便對每個用戶本體的操作權限進行定義;在本體關系中增加了自操作，以滿足實際的需要。

該系統本體以OWL DL描述邏輯為基礎，利用Protégé 3.1.1應用程序作為本體的設計和開發工具，建立系統用戶本體。管理人員本體的描述如下(其他略):

xatu.edu.cn/wanggong/XMLSchema#int\" />

xatu.edu.cn/wanggong/XMLSchema#string\" />

…

2.3 工作流建模

工作流技術中的核心工作是工作流模型的建立。由于Petri網[9-10]具有直觀的圖形表示、形式化的語義、狀態和事件的顯示表示以及豐富的數學分析技術等特點，尤其適合工作流程管理領域的建模需求，因此這里采用基于Petri網的建模方法。基于Petri網的工作流建模方法中事務的參與者只有一個，根據實際需要，對模型進行了修改，完全依照實際事務的執行過程，同時將事務的參與者增加到兩至三個。根據網絡工程實訓管理系統使用的需要，可以建立學生實驗工作流模型、成績修改工作流模型、實驗添加工作流模型等若干個工作流模型。由于篇幅所限，僅列出學生實驗工作流模型示意圖如圖5所示。

圖5 學生實驗工作流模型

圖5所示的學生實驗工作流模型基本反映了學生參加實驗并獲得實驗成績的整個過程。這里需要注意的是學生提交完實驗結果后可以選擇做其他實驗，教師若沒有完成實驗成績的提交則要反復提交實驗成績才能完成整個工作流。

3 本體庫的共享

網絡工程實訓管理系統所建立的本體庫中詳細定義了系統各種類型的用戶以及他們之間的關系，定義了各種用戶的權限和他們相應的操作，這些內容都對應相應的程序代碼。如果后續要建立教務管理系統、學生學籍管理系統等系統時，這里所建立的本體可以拿來直接使用或者稍加修改后再使用，這樣即可減少重復規劃所帶來的浪費。

4 結 語

將工作流技術與本體結合起來，有效地解決了工作流技術使用過程中認識的差異性和知識共享的問題。設計開發的網絡工程實訓管理系統運行良好，所建立的本體庫在將來教務管理系統、學生學籍管理系統中具有實用價值。該系統的開發過程對解決管理系統建立過程中存在的重復規劃問題有參考意義。

參考文獻

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