一种基于知识库并支持复杂产品先进制造系统的语义ＳＯＡ集成方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于知识库并支持复杂产品先进制造系统的语义ＳＯＡ（Ｓｅｒｖｉｃｅ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）集成方法。该方法是以ＳＯＡ为运行空间，以知识库为核心提供语义支持，提出了一种语义ＳＯＡ体系框架，以及该框架下知识库的组织和建立以及语义ＳＯＡ实现方法。本发明专利技术借助现有语义Ｗｅｂ思想、ＳＯＡ架构和知识库建模架构，针对复杂产品先进制造系统的特点和具体要求，对知识库中领域本体、服务本体、案例本体的组织和表示以及知识库支持下语义ＳＯＡ实现中的服务语义发布、查询、调用等六大关键技术进行了设计和阐述。以期解决集成系统语义异构问题，并最终达到提高系统集成智能化和自动化的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于知识库并支持复杂产品先进制造系统的语义SOA集成方法， 即一种以SOA为运行空间，以知识库为核心提供语义支持，以信息的知识级表示、交换、共 享和重用为目的的集成方法。该专利技术属于分布式制造系统信息集成

技术介绍
面向服务架构(SOA)是近年来发展迅速的一种新的信息系统集成框架，采用SOA 技术框架实现企业异构信息系统间的集成已得到业界认可。SOA解决了传统集成系统结构 复杂且灵活性差、无法适应分布式企业环境下不同企业间的动态业务需求与企业内部业务 流程的实时变化等问题，为新一代的复杂产品先进制造集成系统提供了一个灵活的、易集 成、易实现的平台。尽管SOA给信息系统集成带来许多优势，但基于SOA的集成系统仍然存 在着语义异构、系统集成智能程度不高等问题。 知识库是结构化、易操作、易利用、全面有组织的知识集群，是对某一 (或某些)领 域问题求解需求，采用某种(或若干)知识表示方式在计算机中存储、组织、管理和使用的 互相联系的知识集合。目前，知识库已成为信息系统、软件、人工智能、数据库、知识工程等 领域研究的热点，国内外有大量研究报道。知识库已在决策支持系统、专家系统、P匿、CAPP 等方面取得了良好的应用效果，可以预见其旺盛的生命力和美好的发展前景。针对基于SOA 的复杂产品先进制造集成系统中存在的问题和不足，引入知识库建模架构对语义S0A集成 系统中的知识和服务进行组织和建模，建立面向复杂产品先进制造系统的知识库，进而提 供语义支持。
技术实现思路
(1)目的本专利技术涉及一种基于知识库并支持复杂产品先进制造系统的语义S0A 集成方法，即一种以S0A为运行空间，以知识库为核心提供语义支持，以信息的知识级表 示、交换、共享和重用为目的的集成方法。通过利用知识库对SOA集成系统中的知识和服务 进行组织存储从而提供语义基础，利用语义S0A作为集成手段对知识库中的语义信息进行 推理和应用，以解决集成系统语义异构问题，并最终达到提高系统集成智能化目的。 (2)技术方案语义S0A以服务为核心，一切活动围绕服务展开，并通过知识库提 供知识管理与语义支持，主要分为服务实现层、服务表示层、服务操作层以及服务应用层四 个层次。 最底层是服务实现层。在复杂产品设计制造过程中，有许多分布、异构和动态的资 源，包括计算资源、软件资源、存储资源等。要想让这些异构资源更好地为复杂产品设计制 造提供更多便利的服务，就需要对这些资源进行集成，把现有的各种资源封装成服务，同时 也可以把现有的服务和资源封装成新的服务，为S0A集成系统提供最基本的元素，即服务。 服务表示层提供语义S0A集成框架的语义基础。当完成服务创建、服务部署的工作后，服务则成为可用元素。下一步最重要的是如何实现服务的描述，为服务查询和调用提 供数据支持。传统的WSDL和UDDI模式能在一定程度上满足用户的需求，但只能限制在语 法层次，无法上升到语义层次。采用OWL-S和知识库将服务进行语义化描述和管理，能使服 务描述被计算机所理解，进一步被自动处理和应用。同时，领域本体可以对服务描述进行深 层次的扩充和处理，使对服务的描述上升到语义层次。 服务操作层是语义SOA集成框架的实现层。服务的最终目的是为了能被查询和调 用，为服务使用者提供便利。所以在服务使用者和服务之间，必须提供相应的语义服务操 作，主要包括语义服务标注、扩充、注册、匹配、分解、组合、调用等，这些操作在知识库的语 义支持下来完成。 服务应用层提供相应的对外接口 ，主要包括两部分， 一部分是用户接口 ，与用户进 行交互，采用B/S结构，使服务提供者和服务使用者能够发布、修改、查询服务；另一部分是 智能系统接口，实现语义SOA系统与其它智能系统的对接，实现自动的服务发布、查询以及 调用等操作。 本专利技术提出基于知识库的、支持复杂产品先进制造系统的语义SOA集成框架，通 过利用知识库对SOA集成系统中的知识和服务进行组织存储从而提供语义支持，利用语义 SOA作为集成手段对知识库中的语义信息进行推理和应用，以解决集成系统语义异构问题， 最终达到提高系统集成智能化和自动化的目的。附图说明 图1是基于知识库并支持复杂产品先进制造系统的语义SOA体系框架图； 图2是知识库组成结构图； 图3是基于知识库的语义SOA实现流程图； 图4是服务语义匹配流程图； 图5是服务语义分解流程图； 图6是服务语义调用流程具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细的描述。 本专利技术包括一种基于知识库的、支持复杂产品先进制造系统的语义SOA体系框架 以及该框架下知识库的组织和建立，以及语义SOA实现流程，如图1和图3所示。语义SOA 实现流程主要分为四个过程知识库建立、服务语义发布、服务语义查询、以及服务语义调 用。具体实现步骤如下 第一步，建立面向复杂产品设计制造全生命周期的知识库，主要包括领域本体库、 服务库和案例库，如图2所示。 首先，通过捕获复杂产品设计制造相关领域的知识，提供对相关领域的共同理解， 确定相关领域内共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇(术语)及 词汇间相互关系的明确定义，采用Stanford大学开发的Prot6g6作为建模工具，采用OWL 作为建模语言，采用改进的七步法作为建模方法，建立领域本体库，进而提供人机之间、机 器和机器之间互相理解的语义。 其次，根据语义S0A过程的不同应用，将服务描述定义为五种本体类型，以便从不 同抽象级别上对服务进行语义化描述。这五种本体为预服务本体、服务本体、预请求本体、 请求本体、应用本体。以OWL-S editor和OWL-S API作为建模工具，以Jena和Racer作为 推理工具，以OWL-S作为建模语言，对以上服务库中的五大类型本体进行建模和应用。 再次，案例是指将语义SOA过程中的每次服务请求、匹配结果、应用本体以及执 行评价等，按一定的组织方式存贮起来，积累成案例库。案例可以定义为一个五元组C = 〈PR0，R0，MR，A0，QE〉。其中PRO、R0、AO是服务库中包含的内容；MR是服务查询过程中匹配 结果的集合；QE是所选服务执行后质量评价的集合。选择以面向对象表示方法进行案例表 示，以OWL作为案例描述语言，以OWL中类概念的具体实例来存储案例信息。 第二步，服务语义发布过程是由服务提供者发起，在知识库的支持下，实现从服务 构建、部署，到服务注册的过程，主要分为以下几个步骤 首先，需要构建和部署服务。服务的构建阶段包括开发和测试服务发现、定义服务 接口描述和定义服务实现描述。服务的实现主要有3种方法创建新的服务、把现有的应用 程序封装成服务以及将其它服务和应用程序组成新的服务。服务构建以后，需要将服务的 可执行文件部署到相应的执行环境中去。 其次，服务提供者提供服务描述的WSDL文件和服务相关信息，利用相应的语义标 注工具，生成相应0WL-S格式的预服务本体，同时存储到知识库中。 再次，预服务本体中仍存在语义异构问题，需要进一步对预服务本体进行分析，同 时从领域本体中抽取相应的语义信息，对预服务本体进行语义扩充，生成服务本体。抽取服 务本体中的部分信息，注册到服务中介中去，以便服务查找匹配时使用；最后，服务本体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于知识库并支持复杂产品先进制造系统的语义ＳＯＡ集成方法，该方法的特征在于：基于知识库并支持复杂产品先进制造系统的语义ＳＯＡ体系框架以服务为核心，一切活动围绕服务展开，并通过知识库提供知识管理、服务管理、案例管理与语义支持，自底向上分为四层，分别为服务实现层、服务表示层、服务操作层以及服务应用层；该方法包括以下步骤：步骤１）引入知识库建模架构对语义ＳＯＡ集成系统中的知识和服务进行组织和建模，建立面向语义ＳＯＡ的知识库；步骤２）服务实现层将复杂产品设计制造过程中计算资源、软件资源、存储资源分布、异构和动态的资源进行集成，并封装成服务，也可以把现有的服务和资源封装成新的服务同时将服务部署到相应的发布容器中，为集成系统提供最基本的元素即服务；步骤３）服务表示层将步骤２中产生的服务进行语义化描述和管理，并将服务的描述上升到语义层次，使服务描述能被计算机所理解，进一步被自动处理和应用，最后存储到步骤１中建立的知识库中，为步骤４提供语义基础；步骤４）服务操作层根据步骤１中知识库提供的语义信息和步骤２中部署的服务，进行相应的语义操作，包括服务语义标注、扩充、注册、匹配、分解、组合、调用；步骤５）服务应用层提供相应的对外接口，实现与用户或其它智能系统的动态交互，同时将相应信息传递给步骤４中的服务操作层进行语义处理。...

【技术特征摘要】
一种基于知识库并支持复杂产品先进制造系统的语义SOA集成方法，该方法的特征在于基于知识库并支持复杂产品先进制造系统的语义SOA体系框架以服务为核心，一切活动围绕服务展开，并通过知识库提供知识管理、服务管理、案例管理与语义支持，自底向上分为四层，分别为服务实现层、服务表示层、服务操作层以及服务应用层；该方法包括以下步骤步骤1)引入知识库建模架构对语义SOA集成系统中的知识和服务进行组织和建模，建立面向语义SOA的知识库；步骤2)服务实现层将复杂产品设计制造过程中计算资源、软件资源、存储资源分布、异构和动态的资源进行集成，并封装成服务，也可以把现有的服务和资源封装成新的服务同时将服务部署到相应的发布容器中，为集成系统提供最基本的元素即服务；步骤3)服务表示层将步骤2中产生的服务进行语义化描述和管理，并将服务的描述上升到语义层次，使服务描述能被计算机所理解，进一步被自动处理和应用，最后存储到步骤1中建立的知识库中，为步骤4提供语义基础；步骤4)服务操作层根据步骤1中知识库提供的语义信息和步骤2中部署的服务，进行相应的语义操作，包括服务语义标注、扩充、注册、匹配、分解、组合、调用；步骤5)服务应用层提供相应的对外接口，实现与用户或其它智能系统的动态交互，同时将相应信息传递给步骤4中的服务操作层进行语义处理。2. 根据权利要求1所说的方法，其特征在于步骤1中所说的知识库由三部分组成领 域本体库、服务库、案例库。3. 根据权利要求2所说的方法，其特征在于步骤1中建立的领域本体库是指捕获复 杂产品设计制造全生命周期的知识，提供对领域知识的共同理解，确定相关领域内共同认 可的词汇，进而解决语义异构问...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霖，丛凯，陶飞，宋晓，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]