面向創(chuàng)新設(shè)計(jì)知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)的研究

鄭立斌，代亞榮

ZHENG Li-bin1,2, DAI Ya-rong2

（1.景德鎮(zhèn)高等專科學(xué)校，景德鎮(zhèn) 333000；2.江蘇大學(xué)制造業(yè)信息化研究中心， 鎮(zhèn)江 212013）

0 引言

創(chuàng)新是企業(yè)得以生存和持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力，任何企業(yè)的持續(xù)增長必須建立在創(chuàng)新這一基礎(chǔ)上[1]。面對(duì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中的知識(shí)的價(jià)值不斷上升。通常，設(shè)計(jì)被劃分為幾個(gè)不同的階段：需求分析、概念設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)[2]。概念設(shè)計(jì)是最能體現(xiàn)知識(shí)、技術(shù)含量的過程，是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要階段。

知識(shí)反應(yīng)了客觀世界的本質(zhì)規(guī)律，可以利用現(xiàn)有的知識(shí)進(jìn)行相關(guān)的分析、處理，得到新的知識(shí)，這是創(chuàng)新的重要源泉。企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)需要許多的跨學(xué)科知識(shí)理論以及當(dāng)前該領(lǐng)域最新發(fā)展現(xiàn)狀。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中需要不同領(lǐng)域的大量知識(shí)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員受自身知識(shí)、專業(yè)的限制，使其創(chuàng)新能力得不到充分發(fā)揮。產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員所需知識(shí)傳統(tǒng)上大多依靠非正式渠道獲取，如查詢?cè)O(shè)計(jì)手冊(cè)、咨詢領(lǐng)域?qū)＜业萚3]。各種知識(shí)數(shù)據(jù)庫資源的出現(xiàn)為企業(yè)工程設(shè)計(jì)人員的提供了必要的知識(shí)保障。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和社會(huì)信息化程度的不斷提高，不同行業(yè)領(lǐng)域所積累的知識(shí)資源呈幾何級(jí)數(shù)遞增。現(xiàn)有的各個(gè)公司開發(fā)的知識(shí)庫內(nèi)容單一，各自具有自身的單一優(yōu)勢(shì)，但是不能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全生命周期所需要的知識(shí)，構(gòu)建全面的知識(shí)庫系統(tǒng)受各種因素的影響尚有一定的困難。工程設(shè)計(jì)人員直接通過互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎搜索知識(shí)資源會(huì)產(chǎn)生很多噪聲信息，檢索效率低。當(dāng)前已有文獻(xiàn)討論了知識(shí)的本體建模，如文獻(xiàn)[4,5]等，其主要是針對(duì)知識(shí)領(lǐng)域本體的構(gòu)建和本體的推理在知識(shí)庫中的應(yīng)用，但目前很少有文獻(xiàn)涉及到語義Web服務(wù)的知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)。

針對(duì)上述問題，本文通過語義Web服務(wù)的方式、引入知識(shí)領(lǐng)域本體，將分布式知識(shí)資源封裝為Web服務(wù)，設(shè)計(jì)了知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)框架。將各類知識(shí)庫有效的集成，形成完備的知識(shí)庫資源。通過擴(kuò)展UDDI的語義功能，提高了知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)的查全率和查準(zhǔn)率，也提高了發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的智能性和自動(dòng)化水平。使企業(yè)在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)階段能夠高效、準(zhǔn)確地獲取豐富的知識(shí)資源，為企業(yè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了有利的知識(shí)資源保障。

1 語義Web服務(wù)

圖1 Web Services的體系結(jié)構(gòu)

從圖1可以看出，Web Services的體系結(jié)構(gòu)具有三種服務(wù)角色：

1）服務(wù)提供者是服務(wù)的創(chuàng)建者和所有者，可以發(fā)布、更新或取消自身提供的服務(wù)、并且對(duì)服務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)；2）服務(wù)注冊(cè)中心是存儲(chǔ)可用服務(wù)描述信息的信息庫，提供服務(wù)的發(fā)布和定位功能，服務(wù)提供者在此注冊(cè)和發(fā)布服務(wù)，服務(wù)請(qǐng)求者在此查找服務(wù)，獲取服務(wù)的綁定信息；3）服務(wù)請(qǐng)求者是需要特定服務(wù)以完成自身任務(wù)的一方，利用服務(wù)注冊(cè)中心查找符合要求的服務(wù)，然后與服務(wù)提供者進(jìn)行綁定和交互，以調(diào)用該服務(wù)。

語義Web服務(wù)是語義網(wǎng)在Web服務(wù)中的應(yīng)用，通過語義網(wǎng)服務(wù)標(biāo)識(shí)語言O(shè)WL-S將知識(shí)資源元信息描述為具有結(jié)構(gòu)化形式語義的Web服務(wù)，使其具備機(jī)器可理解性和易用性，為服務(wù)的發(fā)現(xiàn)、執(zhí)行、解釋和組合的自動(dòng)化提供有效的支持，從而可以將Web服務(wù)領(lǐng)域的成果與智能主體技術(shù)進(jìn)行整合，有效、自主地發(fā)現(xiàn)知識(shí)資源，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)下知識(shí)資源的快速發(fā)布和發(fā)現(xiàn)。知識(shí)資源服務(wù)提供商在UDDI中發(fā)布所相關(guān)的服務(wù)，雙方只要都遵循Web Service規(guī)范，那么就可以進(jìn)行無障礙交流。

2 基本知識(shí)資源及表達(dá)建模

2.1 基本知識(shí)資源

基本知識(shí)資源主要包括：1）電子科技文獻(xiàn)；2）電子圖書；3）多媒體視頻；4）產(chǎn)品實(shí)例庫；5）專利庫；6）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；7）科學(xué)效應(yīng)庫；8）國內(nèi)、國際會(huì)議。

2.2 知識(shí)資源的表達(dá)建模

XML是Extensible Markup Language的縮寫，即可擴(kuò)展標(biāo)記語言。它是一種用來創(chuàng)建的標(biāo)記的標(biāo)記語言。1996年，萬維網(wǎng)協(xié)會(huì)簡稱W3C，開始設(shè)計(jì)一種可擴(kuò)展的標(biāo)記語言，1998年2月，XML1.0成為了W3C的推薦標(biāo)準(zhǔn)。XML簡化了計(jì)算機(jī)對(duì)文檔和數(shù)據(jù)交換的處理，使得現(xiàn)有的協(xié)議和軟件更為協(xié)調(diào)，從而簡化了數(shù)據(jù)的處理和傳輸。

3 基于語義Web Service 的知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)框架

3.1 Web Service的體系結(jié)構(gòu)

基于語義Web服務(wù)的知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)框架的總體架構(gòu)如圖2所示，主要分為客戶層、代理層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層。

客戶層：為用戶提供信息交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送、顯示等功能。客戶層包含服務(wù)提供者和服務(wù)請(qǐng)求者兩種用戶終端。

圖2 知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)框架的總體架構(gòu)

代理層：發(fā)布代理負(fù)責(zé)接收服務(wù)提供者的發(fā)布、更新或刪除請(qǐng)求，并在UDDI注冊(cè)中心進(jìn)行相應(yīng)的發(fā)布、更新或刪除請(qǐng)求。查詢代理負(fù)責(zé)接收服務(wù)請(qǐng)求者的查詢請(qǐng)求信息，并根據(jù)請(qǐng)求者的查詢信息搜索注冊(cè)中心，返回查詢結(jié)果。要實(shí)現(xiàn)基于語義Web服務(wù)的知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)，必須對(duì)知識(shí)資源的發(fā)布以及請(qǐng)求信息進(jìn)行語義處理，語義描述代理將完成這一任務(wù)。

應(yīng)用層：由UDDI注冊(cè)中心、UDDI語義層、匹配引擎組成。UDDI注冊(cè)中心用于發(fā)布和存儲(chǔ)知識(shí)資源的服務(wù)描述，并使客戶能夠發(fā)現(xiàn)并訪問該服務(wù)。UDDI語義層是基于語義的Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)，為匹配引擎提供知識(shí)保障。由于UDDI注冊(cè)中心不支持基于語義的查找，因此在本框架中充分利用和發(fā)揮UDDI的長處，保留UDDI這一成熟的技術(shù)，同時(shí)在UDDI外增加一個(gè)語義層，支持基于語義的查找，通過這個(gè)語義層性能查詢端口，并結(jié)合匹配引擎，可以實(shí)現(xiàn)基于語義的知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)層：由知識(shí)資源庫、本體庫和用戶信息庫組成。知識(shí)資源庫提供知識(shí)資源的詳細(xì)描述信息；本體庫提供知識(shí)資源相關(guān)的語義知識(shí)；用戶信息庫提供用戶注冊(cè)信息、偏好等信息，是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)的基礎(chǔ)。

3.2 基于語義Web Service的知識(shí)發(fā)現(xiàn)流程

在服務(wù)發(fā)布過程中，代理接收服務(wù)提供者的發(fā)布信息，并映射成UDDI的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如tModel、businessService等后，調(diào)用UDDI的API完成服務(wù)在注冊(cè)中心的發(fā)布。UDDI注冊(cè)完成后，得到服務(wù)的唯一標(biāo)識(shí)符，并返回給代理。然后代理再將這個(gè)服務(wù)的標(biāo)識(shí)ID結(jié)合服務(wù)發(fā)布信息的語義標(biāo)注信息存入服務(wù)語義信息數(shù)據(jù)庫即OWL-S語義庫中。這樣通過唯一標(biāo)識(shí)符將服務(wù)語義信息標(biāo)識(shí)的Web Service，與在UDDI中注冊(cè)的Web Service聯(lián)系起來。在服務(wù)請(qǐng)求的過程中，當(dāng)代理模塊識(shí)別出服務(wù)請(qǐng)求者的查詢請(qǐng)求后，將查詢請(qǐng)求發(fā)送到服務(wù)匹配引擎。服務(wù)匹配引擎根據(jù)當(dāng)前服務(wù)語義信息庫和本體庫中的信息，通過匹配算法計(jì)算匹配的級(jí)別，匹配到符合需求的服務(wù)及其標(biāo)識(shí)信息。然后直接通過調(diào)用UDDI接口，檢索UDDI注冊(cè)中心，獲取到與服務(wù)標(biāo)識(shí)信息相對(duì)應(yīng)的、具體的服務(wù)信息，并通過代理返回給服務(wù)請(qǐng)求者。

4 應(yīng)用實(shí)例

各種知識(shí)資源服務(wù)提供商，按照UDDI發(fā)布規(guī)范，在UDDI中分類發(fā)布Web服務(wù)，將相關(guān)的知識(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)一封裝為Web服務(wù)，對(duì)外提供統(tǒng)一的訪問接口。某企業(yè)通過市場(chǎng)需求分析發(fā)現(xiàn)目前普通數(shù)控機(jī)床換刀機(jī)械手具有較好的市場(chǎng)前景，需要開發(fā)新型數(shù)控機(jī)床換刀手的系列產(chǎn)品，并且考慮申請(qǐng)國家發(fā)明專利。該企業(yè)設(shè)計(jì)人員通過在UDDI中語義查詢“機(jī)械換刀手”，然后通過本體語義分析，將關(guān)鍵字“機(jī)械換刀手”進(jìn)行語義擴(kuò)展（包括外文擴(kuò)展）。根據(jù)語義信息在UDDI中進(jìn)行語義相似性匹配，按照相似度排序返回給該企業(yè)有關(guān)各種知識(shí)資源。如：在電子科技文獻(xiàn)中獲取了相關(guān)機(jī)械換刀的最新中文文獻(xiàn)資料和外文文獻(xiàn)資料；在視頻資源當(dāng)中獲取了“機(jī)械手”方面的視頻；在專利庫里面獲取了“機(jī)械手”方面的專利信息等等。設(shè)計(jì)工程人員根據(jù)返回的結(jié)果進(jìn)行綁定相關(guān)的服務(wù)，獲取具體的知識(shí)資源資料，供設(shè)計(jì)人員參考設(shè)計(jì)。通過Web服務(wù)方式高效地獲取了相關(guān)的知識(shí)資源，避免反復(fù)登入不同的網(wǎng)站進(jìn)行知識(shí)搜索，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)人員的寶貴時(shí)間，并且得到了較完備的相關(guān)知識(shí)體系。

5 結(jié)論

本文分析了現(xiàn)有面向創(chuàng)新設(shè)計(jì)知識(shí)資源獲取的不足之處，提出了基于語義Web服務(wù)的知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制。引入本體、設(shè)計(jì)了知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)框架。將分布式知識(shí)資源有效的集成，提高了知識(shí)資源發(fā)現(xiàn)的查全率和查準(zhǔn)率，消除了在創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中尋找知識(shí)資源的噪聲信息，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了有力的知識(shí)資源保障。

[1]李彥,王杰.創(chuàng)造性思維及計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2003,(12):1092-1096,1104.

[2]廖榮福,李彥,李文強(qiáng).面向產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的知識(shí)庫研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2008,(7):5-9.

[3]王克勤,同淑榮.產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)分類及知識(shí)供應(yīng)研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù).2008,(12):1655-1658.

[4]張權(quán),姚遠(yuǎn),胡慶夕,等.網(wǎng)絡(luò)化制造領(lǐng)域本體知識(shí)建模的研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用.2008,(8):2126-2128.

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