作者：吴佑波,陶熠
出版社：西南财经大学出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
基于本体的汽配行业外协加工服务业务协作方法研究试读：
前言
我国从制造大国迈向制造强国的进程中，制造服务业越来越受到社会和学术界的关注。制造服务是面向制造的服务，云制造是一种制造服务，外协加工也是一种制造服务。外协加工如何促进制造资源的优化和配置、提高制造效率、快速响应市场的需求、实现企业间的紧密业务协作是关键。本书以汽配行业为研究对象，对基于本体的汽配行业外协加工服务业务协作方法进行了深入研究，提出通过外协加工服务平台对资源进行更为有效的配置，提高汽配行业外协加工服务能力水平，实现汽配行业从现有的MTS制造模式向ATO制造模式转变。
本书第1章在研究制造服务、业务协作、本体技术国内外研究现状的基础上，提出了本书的主要研究内容和拟解决的科学问题。第2章主要研究了汽配行业外协加工服务模式、业务协作知识建模需求、本体建模及集成方法，建立了外协加工服务业务协作知识本体和过程本体，对外协加工服务业务协作本体集成进行了研究，提出了外协加工服务业务协作知识本体集成以及知识本体与过程本体集成的方法。第3章对基于本体的外协加工服务业务协作资源配置及任务分解进行了研究，建立任务本体、资源本体和计划本体模型，实现业务协作资源配置及任务分解，提出了外协加工服务业务协作两阶段资源配置方法，基于平台的资源配置本体查询、搜索和映射发现方法，利用基于结构语义相似度改进算法实现了业务协作资源配置，并进行了实例验证。利用基于混沌理论的混合粒子群算法进行外协加工服务业务协作任务分解，通过算例验证了算法的可行性。第4章研究了基于本体的外协加工服务业务协作运行及调度技术，建立了多维矩阵式业务协作组织模型、业务协作运作参考模型BCOR（Business Collaboration Operation References）和Web服务本体。本书通过对Web服务本体和资源本体的集成实现了业务协作的运行，用实例验证了方法的正确性；提出了业务协作链的定义，利用基于Petri网的方法构建了业务协作链，利用基于贪婪算法的方法对业务协作链进行了优化；对外协加工服务业务协作执行过程实时调度进行了研究，提出了外协加工服务实时调度六元组模型，利用基于S-DAG的方法实现外协加工服务实时调度过程，建立了服务执行过程异常处理机制。第5章建立了面向汽配行业的外协加工服务业务协作平台，在分析汽配行业制造资源的云状特征、外协加工服务业务协作的集群特性以及外协加工服务业务协作平台特点的基础上，提出了外协加工服务业务协作平台五层次体系架构和六大功能模块，并用原型系统实例验证了本书所述方法的有效性。第6章对全书进行了总结，并对今后的研究工作进行了展望。
本书第1、3、4、6章由吴佑波完成，第2、5章由陶熠完成，全书由吴佑波统稿。本书的出版受到重庆工商大学科研启动基金（2013-56-02）和重庆工商大学青年博士基金（1352022）的资助。
值此书稿完成付梓之际，作者仍觉得全书有较多待完善之处，恳请同行给予善意指正，容日后修正。衷心感谢导师潘晓弘教授的悉心指导，同时感谢西南财经大学出版社林伶老师的认真负责，使本书得以顺利出版，在此深表谢意！吴佑波 陶熠2015年8月
摘要
本书结合国家863课题和浙江省重大科技攻关项目，以汽配行业为研究对象，对基于本体的汽配行业外协加工服务业务协作方法进行了深入研究。汽配行业如何从现有的MTS制造模式向ATO制造模式转变，快速响应市场的需求？关键方法之一是实现企业间的紧密业务协作。本书提出通过外协加工服务平台对资源进行更为有效的配置，可提高行业外协加工服务能力水平。
第1章分析了本书的研究背景和研究目的，在研究制造服务、业务协作、本体技术国内外研究现状的基础上，提出了本书的主要研究内容和拟解决的问题。
第2章主要研究了汽配行业外协加工服务模式、业务协作知识建模需求、本体建模及集成方法，建立了外协加工服务业务协作知识本体和过程本体，对外协加工服务业务协作本体进行了集成研究，提出了外协加工服务业务协作知识本体集成以及知识本体与过程本体集成的方法。
第3章对基于本体的外协加工服务业务协作资源配置及任务分解进行了研究，建立了任务本体、资源本体和计划本体模型，实现了业务协作资源配置及任务分解，提出了外协加工服务业务协作两阶段资源配置方法以及基于平台的资源配置本体查询、搜索和映射发现方法。本书利用结构语义相似度改进算法实现了业务协作资源配置，并进行了实例验证；利用基于混沌理论的混合粒子群算法进行外协加工服务业务协作任务分解，通过算例验证了算法的可行性。
第4章研究了基于本体的外协加工服务业务协作运行及调度技术，建立了多维矩阵式业务协作组织模型、业务协作运作参考模型BCOR和Web服务本体；通过对Web服务本体和资源本体的集成实现了业务协作的运行，用实例验证了方法的正确性，提出了业务协作链的定义；利用基于Petri网的方法构建了业务协作链，利用基于贪婪算法的方法对业务协作链进行了优化，对外协加工服务业务协作执行过程实时调度进行了研究，提出了外协加工服务实时调度六元组模型；利用基于S-DAG的方法实现外协加工服务实时调度过程，建立了服务执行过程异常处理机制。
第5章建立了面向汽配行业的外协加工服务业务协作平台，在分析汽配行业制造资源的云状特征、外协加工服务业务协作的集群特性以及外协加工服务业务协作平台特点的基础上，提出了外协加工服务业务协作平台五层次体系架构和六大功能模块，并用原型系统实例验证了本书所述方法的有效性。
第6章对本书所做的工作进行了总结，并对今后的研究工作进行了展望。
关键词：本体；外协加工服务；业务协作；业务协作链；业务协作平台1 绪论1.1 引言
我国是世界制造大国。随着资源、能源、环境约束的进一步加剧，低附加值的简单加工制造已不适应经济社会发展的要求。著名的微笑理论（如图1.1所示）揭示了利润与产品全生命周期各阶段的关系，说明了位于产品全生命周期前端的设计和后端的销售是利润的重要来源。制造业只有向微笑曲线两端的设计和销售阶段转化，从制造向服务延伸，才能实现产业的转型升级。制造业服务化便是重要途径之一。制造服务是为制造业服务的，也是为了服务而制造的。作为制造业转型升级的必由之路，制造服务是我国由制造大国向制造强国迈进的有力武器。图1.1 微笑理论
随着经济全球化步伐的进一步加快，企业面临的竞争进一步加剧，越来越多的企业意识到了与上下游企业协作的重要性。中小企业尤其是制造型中小企业，面对市场的波动需要快速做出应对，依靠加强企业间的协作来增加竞争砝码。而如何实现制造服务业务协作则有待进一步研究。1.2 本书的研究背景和目的1.2.1 本书的研究背景
汽车产业是国民经济重要的支柱产业，其重要性不言而喻。汽配行业位于汽车产业链的上游，是产业发展的助推器。汽配行业的制造服务水平的高低决定了产业的竞争力。当前我国的汽配行业发展水平还处于低位，行业中绝大多数企业是中小企业。要发挥产业助推器的作用，除了提高汽配件的自主创新能力以外，提高汽配行业整体制造服务水平同样重要。
如何对行业制造资源进行整合、实施制造服务以及提高汽配行业整体制造服务水平，是摆在业界面前的一道难题。开展汽配行业制造企业之间的业务协作是提升汽配行业制造服务水平的途径之一，也是实现制造企业利益优化的有效途径。随着经济全球化和制造全球化，企业间的业务协作越来越广泛，对业务协作信息的获取也变得越来越重要。
企业在开展外协加工服务业务协作时，却面临信息不对称的问题。企业对业务协作需求或供给信息的获取仅限于通过传统的电话、传真、邮件（E-mail）等方式进行。由于产品的多样性以及新产品层出不穷，传统方法对业务协作信息的描述很难做到完整和准确无误，很难避免协作过程中的语义分歧。这使得外协加工服务业务协作供需双方不能及时有效地获取业务协作信息和进行业务协作语义交互，进而阻碍了业务协作的开展。
当今Web技术迅猛发展，大量的知识存储于网络当中，其中也包含外协加工服务业务协作信息，但通过搜索引擎在海量的知识中寻找目标信息显得有难度。目前，面向外协加工服务业务协作的Web平台功能单一，资源和服务组织效率不高，需要通过采用更为有效的知识组织技术来加以解决。1.2.2 本书的研究目的
针对当前中小汽配制造企业淡旺季订单波动、大额订单不能满足、专业化分工导致独立订单完成能力受限等浪费制造资源和制造能力的问题，实施面向中小汽配制造企业的制造服务，建立面向汽配行业的外协加工服务业务协作平台，对业务协作资源和活动进行组织，支持中小汽配制造企业间开展高效的业务协作。（1）研究面向汽配行业的业务协作平台支持技术、业务协作平台知识组织和管理技术以及知识与业务协作过程集成技术，为构建面向汽配行业的业务协作平台提供支持，提高业务协作平台的可用性和便捷性，服务中小汽配制造企业。（2）研究外协加工服务规划与任务管理技术、资源配置技术，为中小汽配制造企业选择外协加工服务提供参考。（3）研究面向汽配行业的外协加工服务业务协作运作参考模型，为中小汽配企业实施业务协作提供参考依据；研究外协加工服务业务协作运行技术和优化方法，为中小汽配企业提供决策参考。1.3 制造服务业务协作关键技术研究现状1.3.1 制造服务研究现状
制造服务是随着经济社会的发展而发展起来的，关于制造服务的研究，主要有制造和服务的融合、制造服务模式、制造服务模型等以下几个等方面。
1．制造和服务的融合
温家宝总理指出要大力发展面向生产的服务业。中国科学院院士杨叔子指出了制造的内涵，并提出了制造与服务的一体化。中国工程院院士孙家广指出制造服务是经济社会发展的必然要求，制造业信息化的建设成果已经为制造服务的发展奠定了良好的基础；同时指出，制造服务市场还没发展起来。浙江大学祁国宁教授指出全球化压力、个性化压力、“高技术”压力和环境资源压力催生制造服务，制造向服务渗透是制造企业的必经之路，制造企业需要完成从提供产品和简单服务向提供解决方案和价值的转变。浙江大学顾新建教授指出开展制造服务是发展低碳经济的方向。清华大学王建民指出制造服务是产品全生命周期管理中间段的新的经济增长点，美国已将制造服务列为2010—2020年制造业信息化重点发展方向。中国社科院姜奇平对制造服务化的发展提供了后评估再投资发展的思路。国际知名工程机械制造商卡特彼勒基于“闭路式”产品回收办法提供的再制造服务享誉业界，其融资服务、再制造服务、物流服务在2007年即达到公司总收入的36%。
2．制造服务模式
中国工程院院士李伯虎提出，云制造是面向网络化制造的新模式。中国航天科技集团总工程师杨海成指出云制造是一种制造服务。白学明提出了一种面向纺织行业的制造服务模式，李政研究了一种基于Web服务的制造服务平台。李刚对服务型制造的起源、概念和价值创造机理进行了研究。张旭梅和郭佳荣对现代制造服务的内涵及制造服务典型的三种运营模式进行了分析，并就开展何种运营方式进行了研究。廖绍华提出了一种机床再制造服务模式。王景峰提出了一种制造服务逻辑关系确定方法。林建宗构建了面向服务型制造的协同制造服务平台。龙跃对制造服务企业与多供应商的合作模式进行了研究。
3．制造服务模型
文献提出了一种基于语义的制造服务模型，从制造服务的资源构成视图、基本信息视图、功能视图、服务质量视图、访问视图和状态视图对制造服务进行了建模。文献还对制造服务进行了形式化定义。姚远对网络化制造服务知识进行本体化建模，建立了一种制造服务本体。王景峰将制造服务定义为协同制造环境中人员、设备等制造资源和制造过程的封装，并建立了制造服务模型单元，研究了制造服务的合成和应用，提出了基于产品结构的制造服务分类描述模型和基于该模型的制造服务匹配合成方法。田雪莹研究了制造服务发现与匹配。闫崇京建立了一种制造服务模型。张卫利用灰色理论对制造服务中制造任务分配进行了研究。
以上研究显示，国内外学术界对制造服务有不同的表述，主要集中在制造业服务化、生产性服务业、服务型制造、产品服务系统等方面。尽管学术界对制造服务的定义和内涵有不同的认识和描述，但制造服务“面向制造的服务”这一特征却是学术界的共识。
即便业界对制造服务的内涵存在不同的理解，但制造服务的重要性和制造服务业发展的重大意义已经被广泛接受。如何开展制造服务、如何实现制造服务中的业务协作，成为摆在产业界和学术界面前的问题。制造服务包含了围绕制造这一核心内容的各种服务，如产品设计服务、物流运输服务、供应链服务、金融服务、质量控制服务、信息服务、技术服务、商业和贸易服务等。总结国内外相关文献研究，制造服务有以下显著特点：（1）制造服务与制造和服务的关联性。制造服务并非独立存在于企业业务活动过程之中。由于制造服务具有为制造活动进行服务的内涵特征，因此它与制造活动具有很强的关联性，没有制造就没有制造服务，对于制造服务的研究要建立在制造的基础上进行。此外，制造服务作为服务的一种，其服务的特性也异常显著。鉴于制造服务的服务特性，业务可以剥离，制造服务与制造的融合度决定了制造服务的竞争力。（2）制造服务单元分解和重组。由于制造服务的服务特性，制造服务可进行剥离，可按照不同的粒度大小将制造服务进行分解，重组成不同的服务组合，形成不同的制造服务能力。1.3.2 业务协作研究现状
计算机环境支持下的业务协作（Computer Supported Cooperative Work, CSCW）的研究主要从两个方面进行：一是以技术为中心，研究如何实现业务协作的计算机技术，如工作流系统；二是以协作任务为中心，研究基于不同协作任务流程和特点的实现技术。IBM于2009年发布了业务协作软件产品Lotus；宋大虎等研究了工程机械产品全生命周期业务协作内涵；邓珊等提出了基于SOA的企业间业务协作策略；刘超利用SOAP技术构建了法院业务协作环境；晏斌利用Web Service技术设计了敏捷制造企业联盟ERPII系统；卢新元等通过建立商务协同信息化集成模型实现了建筑企业业务协作；王作鹏等利用SOA技术建立了面向应用服务的企业群体协同工作平台；王淑营等通过对汽车产业链企业业务集成平台需求进行分析，建立了面向汽车产业链的企业业务集成平台；战洪飞提出了面向业务协作的本体编辑系统；徐英田等建立了业务协作流程模型；马智亮等研究了电子商务环境下道路管理业务协作模式；盛天文研究了机电设备售后维护服务的业务协作模式；林金娇通过统一的业务规定定义实现了企业间业务协作。
以上研究对不同的业务协作技术和业务协作内容进行了讨论，业务协作是将协作双方的信息和运作方法集成在一起的行为方式，业务协作中需要对协作内容和协作过程加以明确，实现业务协作需要信息的标准化和信息集成技术的支持，业务协作的质量和效率需要由业务协作的标准和规范来实现。企业间业务协作所需要传递的信息都需要在异构环境下是可以被理解的，不同企业应用系统的异构性对业务协作提出了挑战。
企业数据源异构性主要表现在系统异构、模式异构和语义异构三个方面。技术的发展，使用CORBA、DCOM和不同的中间件产品为解决系统异构和模式异构提供足够的技术支持，而XML的出现更好地解决了上述两个问题。然而，XML并没有提供描述企业信息交换的标准数据结构和术语，不能有效地解决语义冲突。企业间业务协作的全面融合还需要更高范畴的基础理论或设施的支持。这种基础设施具有两方面的特性：本体特性和语义互操作性。
不同的业务协作数据库逻辑上通过软件代理进入数字集市，实际上是通过本体及推理服务进行数据转换的过程，但又不必强迫对所有的操作者执行一个统一的标准。这种解决方案基于对本体论最新发展的研究。
业务协作的一个关键属性是数据和应用的松散的耦合集成，即一个不依赖于具体数据源的统一数据模型。它的关键部件就是按照本体论建立起来的元框架模型（Meta Model），可以起到多种离散系统互联的作用。1.3.3 本体技术的国内外研究现状
本体最初起源于古希腊哲学思想领域。1991年Neches等人将本体引入人工智能、知识工程、信息集成和共享等领域后，本体在众多领域中得到广泛应用。一般来讲，本体就是通过形式化语言对事物、信息等进行描述，通过本体映射消除语义差异，实现信息的共享和交互。STUDER R．等人将本体定义为“本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明”。
1.3.3.1 本体的研究现状
从总体上来看，当前对本体的研究包含3个层次的内容。（1）本体论工程。其主要目的是研究和开发本体的内容，包括两个方面，其一是研究和创建特定领域的本体库，其二是研究和建立通用知识的（或常识知识的）本体库。（2）本体的表示、转换和集成。研究用于表示各种本体的知识表示系统，提供形式化方法和工具，使所建立的本体能够方便地被共享和重用，提供不同的本体评价和比较框架，研究不同本体之间的转换方法和不同本体的集成方法，提供不同本体之间相互操作的手段。（3）本体的应用。主要研究以特定领域本体或通用知识本体为基础的应用。
Enterprise Ontology是一个应用于企业信息集成的本体项目。On2broker是Ontobroker扩展后的一种原型系统，On2broker把查询和推理引擎分开，并把W3C的XML和RDF标准集成在内。系统包括了一个数据库管理器、一个信息引擎、一个查询引擎和一个推理引擎。
On To Knowledge是一个欧洲EU IST正在开发的项目，旨在为KM建立一种基于Ontology的工具环境，处理大型机构Intranet内或Web上的大量异构的、分布的、半结构化的文档。
1.3.3.2 本体模型的研究现状
郭钢等利用本体对制造资源进行建模，研究了基于语义Web的网络化制造模式。从目前的研究来看有些本体模型已经投入了实际应用。例如：REA（Resource Event Agent）模型，主要用于供应链协同；Ontolingua模型，主要用于企业建模；TOVE模型，主要用于虚拟企业搭建。这些本体模型的表示方式、形式化程度、建模目标等都各不相同。根据本体不同方面的属性（如形式化程度、目的和描述对象），可以对本体进行不同的分类。从形式化程度进行划分，本体模型可大致分为如下4种类型：高度非形式化本体、结构非形式化本体、半形式化本体、严格的形式化本体。
1．本体模型建立的基本方法
文献基于本体论对制造企业物资管理领域进行建模分析，采用一种基于知识工程的本体模型开发方法，以“六元组”的形式组织表达制造企业物资领域本体模型。文献研究了面向对象的本体建模，对面向对象建模与本体建模之间的关系进行分析，阐述了用UML对本体进行建模的本体对象建模的方法。
2．本体建模的语言和工具
目前本体语言很多，如KIF, Ontolingua, OCML, FLogic, Loom, DAML+OIL和OWL（Ontology Web Language, Web本体语言）等。通过对几种典型的本体描述语言的比较，发现OIL, DAML+OIL以及OWL本体建模语言具有较好的综合性能。
最近几年出现的许多本体开发环境和工具其目标是支持本体开发过程和后续本体应用，主要有Protégé，OntoSaurus, WebOnto, OntoEdit等。
Protégé由美国斯坦福大学Stanford Medical Informatics开发的开放源代码软件，完全用Java实现。主要特点包括：可视化本体编辑；支持多重集成，能对数据进行一致性检查；具有很强的可扩展性，其他应用可以方便地附加到Protégé上运行；输出格式灵活多样：包括XML, RDF（S），OWL等；支持数据库存储等。
3．本体构建方法和流程
本体的开发需要一个严格规范化的流程。但是，一方面本体建模工程仍然处于相对不成熟阶段；另一方面，由于领域的不同，本体在工程中应用的广度和深度也不同。因而许多本体建模工程都具有自己的独特方法。常用的本体建立方法有：IDEF5方法、骨架法和TOVE方法等。
4．软件组件本体的研究现状
描述组件的代表性模型主要有Unicon, C2，REBOOT, SOFA，3C以及北大青鸟等。Unicon模型是卡内基·梅隆大学提出的。在Unicon组件模型中，“组件（component）”和“连接器（connector）”是其主要的构成部分。组件表达了系统中一组计算和状态的抽象，连接器则定义了组件之间的交互种类，通常用作组件交互的媒介。组件和连接器均有规约部分和实现部分。Unicon提供了相应的组装支持工具，但要扩展Unicon，特别是扩展组装工具很困难。
C2模型是一种层次的、基于消息的软件体系结构模式。在C2中，组件之间通过发送消息进行通信，类似于微软的COM，消息包括自上而下的通知消息和自下而上的请求消息，消息的传递由连接组件负责。
REBOOT模型是在REBOOT项目中总结提出的，它实质上是一个刻面（Facet）分类模型。该模型认为：可以用有限维信息空间的术语组合从若干个刻面的综合角度来刻画一个组件。另外该模型还提出了用同义词典（Thesaurus）来提供术语间语义关系的描述手段。
SOFA（SOFtware Appliances）为软件组件的开发和使用提供了一个平台。SOFA的目标是由组件合成应用，这些组件可以布置在Internet上。SOFA使用典型组件模型，把一个应用看作由层次化嵌套的简单或组合的组件组合形成。一个组合组件由其他组件组成，而一个简单组件没有子组件。SOFA模型已经有了一个JAVA版本的实现，可以进行组件的开发和组装。不过SOFA模型尚未提供对组件的语义描述，发现组件仍需要手工查找。
3C模型的命名主要来自该模型描述组件所采用的3个特征，即概念（Concept）、内容（Content）和语境（Context）。通过概念去理解组件的功能。内容概念描述组件如何完成概念所刻画的功能，如算法、结构等，它是概念的细化描述。语境刻画组件的应用环境，为组件的选用和适应性修改提供指导。3C模型给出了组件模型必须包含的一些内容，其本身并不适合应用于工程实践，而且也缺乏具体易懂的描述，因此仅仅具有一定的宏观指导意义。
北大青鸟组件模型从三个不同的、相互正交的视角来看待组件，而每个具体的组件都是形态、层次和表示构成的三维空间中的一个点。青鸟组件模型从九个方面来描述组件，即概念、操作规约、接口、类型、实现体、组件复合、组件性质、组件注释和组件语境。青鸟组件模型对于组件库的应用而言，提供了较充分的信息，组织也比较合理，但是整个组件模型没有提供严格的定义，比如基于形式化方法的组件模型定义，使得组件模型的理解和应用还存在一些问题。
在工业界，以OMG的CORBA, Sun的J2EE/EJB和Microsoft的COM/DCOM为代表的基于分布式对象技术的组件实现模型正在向实用化快速发展，它们的应用的范围和领域也越来越广。这三大标准模型的发展将对组件的基本构成及其体系结构的演化产生十分重要的影响。
以上的这些组件模型侧重于模型的语法正确性和有用性，而对组件的语义描述重视不是很够，缺乏形式化的描述，由此产生的歧义性，不利于异构组件的集成自动化。工业组件基本上使用分布式面向对象技术，不能完全满足组件技术的要求。同时各个工业模型之间的兼容性还不是很好，也给组件的集成和互操作带来困难。
除对软件组件模型的研究之外，其他关于软件组件的研究有：
文献提出了本体建模方法并结合MMFI（元模型互操作框架）以及联合信息管理技术来创建用于Web服务组件的注册联盟框架，介绍了基于这些方法的软件服务注册原型系统。
文献提出了本体的框架。文章首先定义了软件组件的本体，这些本体可以用于传统的中间件架构。例如：应用服务器。然后指出了一种Web服务的本体，通过重用已存在的基础本体和新的核心软件本体，提供了一些优点。
文献指出了Is_A关系是所有本体论的核心组件，被组织成“概念层次”。首先阐述了利用自动帮助来建立可靠的层次的问题。依赖称为“本体约束”是定义一个规范化的概念层次的基础。在第一部分中，列举了很多算法来获得规范化的层次，这些层次都是用Boolean函数产生的概念或者实例。第二部分是层次维护：自动插入、自动融合或者自动删除知识片。
文献提到在大量使用本体的时候，迫切需要在异构的本体组件中找到映射关系。这些映射是许多不同的形式包括不同本体的组件。为了支持本体的互操作性，通过构造异构映射来增加语义映射。该文献提出了一个扩展分布式描述逻辑来表达不同概念和关系之间的映射。
5．过程本体的研究现状
文献指出交叉组织的互操作性是B2B电子商务成功的关键，并提出：用一个过程本体来统一商业过程内部和外部，这个领域里的互操作问题需要中间件本体来降低映射的数量。
文献提到语义Web服务（Semantic Web Service, SWS）是语义Web和Web服务的结合，是Web下代出现的主要产品。在SWS中，服务描述有一部分是建立在过程本体之上的——称为商业过程的本体知识。该文献提出用SWKR（Semantic Web Knowledge Representation）方法解决过程本体中以前未解决的关键的问题。ISO 18629过程规范语言系列标准在一定程度上就是使用过程本体来表述的。
国内代表性的研究有：浙江大学计算机学院李善平对基于本体的产品知识表达研究；吴朝晖对基于OWL本体论映射研究；浙江大学CAD&CG国家重点实验室董金祥对基于语义的智能检索、服务匹配的研究；清华大学精密仪器系童秉枢对协同知识管理中利用共享本体建立产品状态模型的研究；上海交通大学计算机系王英林、张申生利用本体进行知识管理的研究；中国科学院数学与系统科学研究院陆汝钤、史忠植对本体进行大量的基础性研究。
1.3.3.3 本体映射的研究现状
本体映射是指两个本体存在语义级的概念关联，通过语义关联，实现将源本体的实例映射到目标本体的过程。本体映射方法为协调不同领域本体的语义差异提供了一种灵活、动态的解决方案。
目前，在本体映射方面的研究已有许多。本体映射方法按本体定义模型可以分为：①基于语法的方法；②基于概念实例的方法；③基于概念定义的方法；④基于概念结构的方法。按映射采用的技术可以分为：①基于规则的方法；②统计学的方法；③机器学习的方法。代表性的映射方法有：（1）J.Madhavan等人提出了一个通用的模式匹配方法——Cupid方法。该方法结合了语言和结构方面的模式匹配技术。输入的模式用图来表示，然后自顶向下和自底向上相结合搜索该图。整个匹配过程分为计算语言的相似度、计算结构相似性和映射生成阶段。（2）S.Melnik等人提出了图匹配算法—相似性扩散算法。该算法首先基于将OIM转换为有向图，然后使用固定点计算来决定图中的对应结点。算法原理是两个结点的相似性必须依赖于与之相邻的其他结点的相似度。先基于实例的语言名称计算结点初始相似值，再根据以前相邻结点的相似度再重复计算得到新的相似值，直到相似度变化不超过某一阈值。（3）AnHai Doan等人提出了GLUE系统，采用机器学习技术来发现不同本体中概念之间的语义映射关系。GLUE系统根据联合概率分布计算相似性，然后使用机器学习方法来建立相似矩阵，最后利用专家给出的领域约束来半自动地创建本体之间的语义映射。（4）P.Bouquet等人提出了CTXMATCH算法来实现语义映射。用逻辑表达式表示概念所蕴涵的词汇知识和结构知识。因此，概念之间语义关系是否成立只需判断两个概念逻辑表达式之间是否存在某种逻辑关系。Wu Youbo等人提出通过对数据库与本体之间建立映射关系，实现异构系统的互操作。
鉴于企业各自建立本体时其应用范围的局限性和不同本体之间存在个体差异性，不可避免存在本体间的语义冲突。因此用于解决不同本体概念间语义冲突的本体映射成为本体研究领域的一个重要问题。
本体映射方法大多采用多种匹配标准的组合方法，源于单一的本体映射标准不能提供足够精确的映射结果。而通过匹配算法的组合，采用多个匹配标准，可以挖掘多方面的本体信息，从而有效地提高了匹配质量。现有的本体映射方法大多数是基于模式信息的，并没有考虑大量的实例数据。未来的本体映射匹配算法除了考虑更有效地利用模式信息外，还应该更多地挖掘实例数据提供的信息，或者研究一些更有效的这些算法的组合映射方法。
1.3.3.4 本体集成的研究现状
Wache总结了现有的常见本体集成方法，主要有：
1．单一本体集成方法
单一本体集成方法如图1.2所示，适用于领域范围相近的本体应用。通过采用共享本体词汇库进行本体集成，在单一本体集成方法框架下，所有的本体知识表达都集中于一个本体词汇库。本体实例源于同一个本体模型，该方法要求本体模型能涵盖所有的应用，适用于本体知识表达简单、无复杂知识描述的应用环境。图1.2 单一本体集成方法
2．多本体集成方法
多本体集成方法采用多个本体模型，对不同应用场景建立局部本体模型，通过局部本体模型建立本体实例，如图1.3所示。该方法避免了单一本体集成方法中的通用本体模型建立困难的弊端，但局部本体之间需要通过映射来消除本体之间的冗余。图1.3 多本体集成方法
3．混合本体集成方法
混合本体集成方法集中了单一本体集成方法和多本体集成方法的优点，对不同的应用领域建立若干局部本体，局部本体在全局本体之下建立，通过对局部本体进行统一的规范化标准化描述，建立局部本体之间的关系，消除局部本体之间的异构，如图1.4所示。混合本体集成方法容易实现本体集成，且支持异构系统互操作。图1.4 混合本体集成方法
王正肖发明了一种基于本体的面向业务协作的信息系统数据集成方法；张凯研究了基于本体集成的资源共享平台，重点讨论了本体集成过程中不一致性的检查、处理问题和概念层次统一问题；王真星研究了本体概念层集成和语言层集成，并对集成过程中的冲突建立了解决方案；于娟研究了本体集成的一般工程化方法，对国内外具有代表性的本体建模工具PROMPT, OntoMerge, MAFRA, GLUE, OntoMap, OnMerge进行了比较分析；于晓繁研究了本体集成的主要方法，包括基于WCONS+的本体集成方法，基于RDFS闭包的本体集成方法，ONTOFUSION集成方法，ONIONS集成方法；聂规划研究了电子商务网站多源电子目录本体集成技术，给出了电子目录本体映射算法和电子目录本体合并算法；张忠平研究了基于OWL DL图闭包的本体集成方法；苟娟琼利用多层次本体集成的方法对服务系统进行建模；周宁对网络化制造行业服务平台的本体进行了研究；张太华研究了机电产品模块本体的集成技术。
从国内外相关文献对本体集成的研究可知，本体集成的前提是本体映射，根据本体映射结果实现本体集成。根据本体的异构特性，可对本体进行表示层、术语层、概念层、语义层和系统层的本体集成。本体集成的步骤包括本体映射、本体对齐和本体合并。对于不同的集成目的，可选择执行本体合并或不执行本体合并。
本体集成可减少本体构建的工作量，实现本体进化和本体重用，进行本体学习。本体集成可分为人工方法、半自动化方法、自动化方法，以及单一本体集成方法、多本体集成方法、混合本体集成方法。
本体集成减少了本体冗余，提高了本体应用的效率，但本体集成方法的设计是关键。如何设计更加有效的本体集成方法，减少本体应用中人工参与度，提高本体工程的适应性，是本体集成的进一步研究方向。1.4 本书主要研究内容及框架
本书结合国家863计划项目（2006AA04Z157）和浙江省重大科技攻关项目（2006C11237），以汽配行业为背景，研究基于本体的汽配行业外协加工服务业务协作方法，构建面向汽配行业外协加工服务业务协作平台，利用本体技术对外协加工服务业务协作领域知识和业务协作过程进行建模，建立多重本体的映射机制；研究外协加工服务业务协作资源配置及任务分解方法、外协加工服务业务协作运行方法与技术、外协加工服务业务协作平台体系结构和功能模型等。
本书主要研究内容包含以下几大部分：
1．面向业务协作的多重本体模型构建及集成（1）建立业务协作领域本体模型，包括知识本体、任务本体、资源本体、计划本体，为不同的领域知识建立规范化、标准化语义描述，消除协作过程中的语义分歧，对知识本体进行集成，减少本体冗余。（2）建立业务协作过程本体模型，建立一套过程建模的概念、符号和表示法，将业务协作过程本体与知识本体进行集成，支持企业间的业务协作。（3）建立外协加工Web服务本体，并将Web服务本体与资源本体集成，便于Web服务的查找和发现。
2．业务协作资源配置及协作任务分解
改进本体映射算法，采用语义结构相似度映射算法进行资源优化配置；利用基于混沌理论的参数优化方法对混合粒子群算法进行参数优化，用于外协加工服务业务协作任务分解。
3．业务协作运行方法与技术
基于贪婪算法的业务协作链优化技术，基于S-DAG的任务调度以及服务执行过程异常处理机制，构建外协加工服务业务协作运作参考模型BCOR，研究基于Petri网的业务协作链构建技术。
4．业务协作平台系统架构、功能模型及原型系统
构建面向汽配行业的外协加工服务业务协作平台系统架构，规划平台功能模型，开发平台原型系统。
全书分为研究现状及意义、理论方法层、关键技术层、系统应用层，以及总结展望。全书总体结构框架如图1.5所示。图1.5 本书的总体结构框架1.5 本章小结
本章分析了本书的研究背景，综述了制造服务业务协作关键技术中制造服务、业务协作和本体技术的国内外研究现状，在此基础上，提出了本书的研究目的和基于本体的面向汽配行业的外协加工服务业务协作方法，给出了本书的主要研究内容及全书总体结构框架。2 汽配行业外协加工服务业务协作本体建模及集成2.1 引言
在汽车产业链中，下游整车装配企业占据主导地位，中小汽配企业必须紧跟整车制造企业的制造进度。汽车制造业是完全竞争性行业。由于汽车的终端消费者对交货期、质量和成本的要求越来越高，整车企业对汽配企业的相关要求（如交货期、质量和成本等）也相应提高。如何适应市场的需求和变化，是汽配行业面临的一道难题。
以浙江为例，据不完全统计浙江省有汽配零部件生产企业共8 000多家，其中规模以上企业有1 200多家，集中在玉环、瑞安、萧山、宁波等地。中小汽配制造企业呈现区域集聚的特点，企业生产的汽配件产品品种多样。以浙江玉环汽配制造业为例，该地的汽配制造企业生产的零部件品种达31个系列，汽配件产品达5 000多种。区域汽配产业专业化分工明显，包含有铸造、机械加工、冲压、热处理、表面处理、装配等制造企业群。
在专业化分工的条件下，如何充分利用区域内制造资源，合理组织中小汽配制造企业的加工协作，提升中小汽配制造企业制造服务能力，减少制造资源闲置和浪费，是一项亟待解决的问题。2.2 汽配行业外协加工服务业务协作知识建模需求2.2.1 汽配行业外协加工服务
外协加工是一种制造服务，外协加工分为工序外协和零部件外协。工序外协是指制造企业对于某些大型、特殊加工对象，或对于某些加工对象的特殊工艺不具备加工能力、行政法规政策限制等情形，进而寻找外部协作伙伴进行加工的一种外协加工。零部件外协是指制造企业因专业化分工而将部分零部件的制造业务外包给协作伙伴或企业在制造能力不能满足订单需求的情况下将一部分零部件外包给协作伙伴进行加工制造等情形的一种加工方式。
制造服务是“面向制造的服务”，制造各阶段所需的服务包括了制造前的设计服务、工艺服务、市场调查服务、装备制造服务；制造中的外协加工、质量控制、人员培训服务；制造后的维修服务、销售服务、品牌服务、产品推广服务、供应链金融服务等。外协加工与制造各阶段所需服务示意图如图2.1所示。图2.1 外协加工服务与制造各阶段所需服务示意图
汽配行业中大多数企业选择的生产模式是混合生产模式。以某上市汽配制造企业为例，该企业的主生产计划中，40%是备货型制造（MTS），50%是面向订单制造（MTO），10%是面向订单设计（ETO）。大量的备货型制造（MTS）造成库存和资金的积压，货物和资金周转效率不高。中小汽配企业的制造能力不足又导致了企业不能直接选择MTO生产模式。
汽配行业企业可以通过选择外协加工服务来弥补MTS制造模式带来的不利影响，可以增强设备利用效率，提高中小汽配制造企业应对市场的敏捷性。外协加工服务作为整合汽配行业制造资源，优化制造资源配置，提升行业制造能力的一种制造服务模式，具有广阔的发展前景和极高的应用价值。
当前汽配企业获取外协加工业务协作信息，开展外协加工服务业务协作时，通常采用传统的电话、传真、E-mail等方式进行联系。传统方法对外协加工服务业务协作信息的描述有限，很难做到完整准确，很难避免信息传递的误解和语义分歧。业务协作信息获取的难度，传统协作方式带来的语义分歧阻碍了业务协作的开展。
因此，建立面向中小汽配企业的外协加工服务业务协作平台，整合制造资源，提高中小汽配企业制造的针对性和灵活性，提高企业市场订单的满足率，减少库存和浪费显得尤为重要。2.2.2 外协加工服务业务协作平台
外协加工服务业务协作平台作为外协加工服务集成平台，将外协加工业务协作资源和服务经过形式化描述后发布在业务协作平台上，服务需求方和服务供应商通过Web业务协作平台搜索和查找业务协作对象，并对业务协作资源进行组织。基于Web的外协加工服务业务协作平台同时为各制造企业提供业务接口，通过对制造企业的服务需求与服务资源进行双向配送，为外协加工服务供需双方提供良好的沟通平台和支持工具。用户还可对所需的不同制造服务内容进行个性化定制。
在基于Web的制造业务协作平台中，核心企业根据协作资源制定总体制造任务，并将总体制造任务分解成若干制造子任务，各业务协作企业间通过分工协作完成总体制造任务，如图2.2所示。图2.2 基于Web平台的外协加工制造业务协作示意图
业务协作平台包含业务协作知识表示与管理，业务协作资源描述，业务协作服务查找、搜索、匹配等功能。业务协作平台是分布式、开放式平台。因此，需要解决开放式Web协作平台知识语义描述问题。2.2.3 开放式Web业务协作平台知识建模
外协加工服务业务协作平台作为业务协作供需双方的业务协作支持平台，需要对业务协作双方的业务协作需求、业务协作资源、业务协作过程、业务协作任务、业务协作计划等提供支持工具，对业务协作相关知识、业务协作资源、业务协作过程、业务协作任务、业务协作计划进行标准化、规范化统一建模，以便于业务协作的开展。此外，业务协作平台为业务协作供需双方提供服务，需要对其提供的Web服务进行标准化、规范化建模，以利于业务协作供需双方对平台Web服务的使用。
利用外协加工服务业务协作平台开展业务协作时，外协加工服务需求方需要进行业务协作信息查找、业务协作需求匹配、业务协作任务和计划的确定等。分布式、开放式Web服务平台用户数量多、来源广泛、人员素质不一、企业运作方式差异等因素，且汽配产品零部件种类、规格多，性能参数各异，将导致外协加工服务Web服务平台信息量巨大。为了在海量的平台信息中对外协加工服务业务协作活动的相关知识进行及时而准确的获取、组织、共享和重用，领域知识的合理化建模显得尤为重要。
在已有基于Web的信息平台中，STEP, XML, EDI等建模技术在不同的应用环境中被广泛用来进行产品数据建模，但这些方法均有其不足之处。如STEP技术的应用领域集中在产品设计数据标准化描述，EDI技术用于国际贸易活动中订单契约、报关报检等环节贸易单证的信息数据交换。XML技术可进行数据存储，用于交换和共享数据。STEP, EDI等信息描述语言的不足之处在于运用这些方法建立的数据模型不能有效地解决产品知识共享、重用及语义异构问题。在外协加工服务业务协作领域，伴随业务协作领域和业务协作内容的扩张，业务协作活动产生的大量知识为业务协作领域知识的管理和集成带来困难。
外协加工服务业务协作平台在对协作资源建模和协作过程建模时需要解决知识共享和语义异构等问题。与传统的建模技术相比，本体建模是被证明了的用于知识建模的优秀方法之一，利用本体技术对业务协作领域知识进行建模具有以下优越性：①易于实现协作领域知识的重用；②易于实现业务协作知识的有序化、逻辑化；③为业务协作知识的共享提供便利。
本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明。利用本体技术对共享概念模型进行明确的形式化规范说明时，对于知识类本体，常用的建模手段包括N元组定义法和利用本体建模语言对建模对象进行本体语义描述，以及利用IDEF5图示化本体建模方法与本体建模语言语义描述。对于过程类本体，需要将常用的建模手段结合N元组定义法、IDEF5图示化建模方法和过程规范化语言进行过程本体建模。对于Web服务本体，常利用对顶层Web服务本体进行扩展和采用Web服务本体建模语言对Web服务进行语义描述的方法进行Web服务本体建模。
N元组定义法可对本体进行充分定义，利用N元组表达本体的概念、类别、属性、公理、关系等，其优点是对本体完整的准确的充分定义。IDEF5图示化本体建模方法的优点在于利用直观的图示化表达方法对建模对象进行建模，具有易读、直观可视等优点。利用本体建模语言对本体进行语义描述可完整地用计算机可识别语言对本体进行描述，结合程序设计对本体进行开发利用等。Web服务顶层本体提供了Web服务本体的基本架构，在顶层Web服务本体基本架构的基础上易于对Web服务本体进行扩展，建立具有不同应用范围、属性、功能的Web服务本体。
本书按外协加工服务业务协作的应用实际，建立知识本体OP、过程本体OX、任务本体OT、计划本体OM、资源本体ORS、服务本体OS六种本体。各种本体的关系如图2.3所示。其中，知识本体和过程本体是外协加工服务业务协作领域的底层本体，业务协作任务、计划、资源和服务均围绕过程和知识来开展。其中知识本体OP、任务本体OT、计划本体OM、资源本体ORS的建模采用知识类本体建模方法，即N元组定义法结合IDEF5方法或本体建模语言语义进行描述。本书中任务本体OT是对外协加工服务业务协作任务的明确的规范化语义描述。由于任一外协加工业务协作任务的具体唯一性，对任务本体OT的建模则采用IDEF5方法结合本体建模语言语义描述的方式进行。图2.3 本书各类本体关系图
过程本体OX的建模采用过程类本体建模方法，即采用过程本体建模语言、IDEF5图示化本体建模方法，结合N元组定义，对业务协作过程进行充分的准确描述。服务本体OS是Web服务类本体，采用对顶层Web服务本体进行扩展和利用Web服务本体建模语言进行语义描述的方式进行服务本体OS的建模。2.3 外协加工服务业务协作知识本体及过程本体建模
本节以汽配行业外协加工服务业务协作为研究对象，采用本体技术对外协加工服务业务协作领域知识建立知识本体，对外协加工服务业务协作过程建立过程本体，实现业务协作知识的及时获取、共享和重用，解决分布式Web服务平台带来的语义异构问题。
业务协作任务本体、业务协作资源本体、业务协作计划本体等本体的构建可见本书第3章，服务本体的构建可见本书第4章。2.3.1 外协加工服务业务协作知识本体建模方法
本体模型为外协加工服务业务协作提供知识表达和语义交互。常用的本体建模方法包括IDEF5、Uschold、TOVE、Methontology等方法。IDEF5方法通过使用图表语言和细化说明语言，获取关于客观存在的概念、属性和关系，并将其形式化表达为本体。IDEF5方法的五个步骤为：第一步，定义课题、组织队伍；第二步，收集数据；第三步，分析数据；第四步，本体初步开发；第五步，本体优化与验证。Uschold本体建模方法由爱丁堡大学Uschold等人创建，该方法创建本体的四个主要步骤为：第一步，明确范围和目的；第二步，建立本体，本体获得、本体编码和本体集成；第三步，本体评价；第四步，形成文档。TOVE本体建模方法由多伦多大学Gruninger等人总结出来，其具体步骤为：第一步，收集实际应用场景；第二步，非形式化的本体能力询问；第三步，术语的抽取和定义；第四步，问题的形式化；第五步，对本体词汇进行公理化。Methontology本体建模方法由西班牙马德里理工大学Fernandez提出，该方法源于软件工程开发方法，它将本体开发进程和本体生命周期两个方面区别开来，并使用不同的技术予以支持。该方法的本体开发进程包括项目管理、本体开发和本体集成等，提出了面向本体生命周期管理本体的全部开发过程。
文献提出的领域本体建立过程包含了自顶向下和自底向上过程，汽配行业外协加工服务业务协作领域本体建立过程也可采用该过程。（1）采用自顶向下设计过程：在汽配行业领域专家的参与下，建立面向汽配行业的外协加工服务业务协作概念、概念属性、属性间的各种关系和概念实例。（2）采用自底向上设计过程：将企业的本体集成为行业或更通用的本体。企业可以先参考行业的本体库，然后建立自己的本体库，用于自己的企业内部的系统集成；之后为了与其他企业进行系统集成，可以采用本体映射的方法与其他企业的本体库进行集成，形成更大的顶层本体库。（3）组合设计过程：自顶向下设计方法和自底向上设计方法的结合。先定义那些最显而易见的术语，再把它们概括和具体化。
借鉴以上已有的本体建立方法和过程，围绕汽配行业外协加工服务业务协作领域，以面向外协加工服务业务协作的本体集成为目的，提出面向业务协作的本体建立共性方法，其过程如图2.4所示。图2.4 面向业务协作的本体建立过程
2.3.1.1 外协加工服务业务协作知识本体构建原则
外协加工服务业务协作知识本体的构建需遵循以下几个本体构建所必须具备的原则。（1）客观和清晰：外协加工服务业务协作计划本体构建时需要用自然语言对定义的知识独享给出客观的、清晰的语义定义。（2）一致性：对推倒出的语义与其定义需进行相一致的推理。（3）完整性：所给出的定义要完全表达所描述知识对象的含义，其定义要求是完整的。（4）可扩展性：本体应用时可向本体内添加通用的或专用的语义描述，对其内容进行扩展，而不需要修改其已有的内容。（5）最小允诺原则：对进行本体建模的知识给出最少的约束，可以通过定义约束力最弱的公理来保证。（6）概念编码程度最小原则：概念的描述不能只依靠某特殊符号来表示，相似的概念应聚集成一组相同的元定义。（7）命名标准化：尽量使用标准的名字对本体建模对象知识进行命名。
2.3.1.2 外协加工服务业务协作知识本体建模语言的比较和选择
在进行外协加工服务业务协作知识本体建模语言的选择时，需要考虑包含表示知识的共享、重用、进化、搜索等方面功能的本体建模语言。由于不同的本体建模语言其本体建立过程差别很大，本书从内在逻辑、推理能力、分区定义、文档注释、全局属性、局部属性、概念属性、实例属性、默认值、类型约束、数量约束等方面对七种常用的本体语言XOL, SHOE, OML, RDFS, OIL, DAML+OIL, OWL进行了比较，如表2-1所示。表2-1 不同的本体建模语言能力的比较
从表2-1可以看出，OIL、DAML+OIL以及OWL是支持范围最广的本体建模语言。在构建外协加工服务业务协作知识本体时，要求本体具有良好的推理能力、分区定义和概念属性以及数量约束，而前四种本体建模语言XOL, SHOE, OML以及RDFS分别存在不同的缺陷。OWL语言是在DAML+OIL语言基础之上发展起来的，分为OWL Lite, OWL DL, OWL Full，每一种OWL语言具有各自不同的特点：（1）OWL Lite: OWL Lite提供了可供用户使用OWL的最基本的功能子集。（2）OWL DL: OWL DL提供了具有适当逻辑描述能力和计算能力的子集。（3）OWL Full: OWL Full是完整的OWL语言，其中放宽了OWL DL语言中的一些约束，使得OWL Full的逻辑描述能力更强。
从本体建模语言比较看出，OWL本体建模语言的功能最强，本书选择OWL语言来构建外协加工服务业务协作知识本体。外协加工服务业务协作知识本体的功能是实现外协加工服务业务协作领域知识的标准化语义描述，以及与过程本体的集成，进而实现知识服务。2.3.2 外协加工服务业务协作知识本体建模实例
外协加工服务业务协作领域知识主要包括产品类知识、协作类知识、过程类知识、资源类知识等。外协加工服务业务协作知识本体是对外协加工服务业务协作领域知识的规范化、形式化描述，包括外协加工服务业务协作知识的相关概念以及概念之间的约束和联系，包括类、属性、关系、公理和实例，可用五元组OP来表示。
用五元组OP=
OC表示知识本体类的集合，OC={产品类，协作任务类，协作计划类，协作资源类}。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]