一种基于本体的汽车维修知识管理系统

陈瑞昭　卢　鹏

[摘要]本体是一种能在语义和知识层次上描述领域相关问题的概念模型框架，能较好解决领域知识的共享和重用，因而在计算机的许多领域得到广泛应用。本文以KAON2为本体开发平台，为汽车维修企业开发一个建立在J2EE分布式组件环境的知识管理系统，它具有提供语义匹配的能力，系统框架由表示层、逻辑层及数据层3个部分组成。该系统同样适用于知识驱动的企业。

[关键词]汽车维修业；本体；知识库；知识管理系统

[中图分类号]F270.7；TP393[文献标识码]A[文章编号]1673-0194(2009)11-0092-03

1引言

作为技术密集型的汽车维修业，许多技术和能力都是由员工个人所掌握，如果员工频繁跳槽，务必使企业知识四处散落并且难于寻找。汽车维修企业能否在激烈竞争中站稳脚跟，主要是取决于知识的积累和运用。实施以知识资源为对象的知识管理，将对汽车维修业的效率提升和资源优化配置有着举足轻重的作用，本文以KAON2 API为本体开发平台，为汽车维修企业开发一个建立在J2EE分布式组件环境的基于本体知识管理系统，完成知识的采集、应用及交流分享。

本体最早从哲学领域的研究中发展而来的一个概念，它是对概念体系的明确的、形式化、可共享的规范说明。由于本体明确了概念与概念之间的关系，有比较健全的约束，数据的集成以及软件的重用在本体的思想下将变得容易实现，因此在知识管理中引入本体，使知识对象化，必定会给知识的集成和重用也带来益处，而且通过将与之匹配的知识也对象化，可以使与之匹配的知识对象的关系和属性得到完整和清晰的描述，通过这些关系和属性，用户可以获取更适合自己需求的知识，从而避免在知识获取时大量无关信息的混入

2汽车维修企业的本体模型

如图1所示为汽车维修企业的基于本体的知识管理系统框架图，根据用户群体的目标不同分为3类工作人员：汽车维修一线人员、知识工程师及汽车专家。本体包含信息本体及领域本体，信息本体主要是汽车维修企业中一般信息，如企业新闻、行业信息等，而领域本体主要是跟汽车维修密切相关的资料，包括相关概念、关系、推理及汽车诊断知识，它是系统提供语义匹配功能的基础。

在知识管理系统中担任不同的角色具有不同的权限，汽车专家直接通过本体管理界面对本体进行维护，知识工程师则通过需求分析、概念收集、本体分析、本体实现4个阶段创建本体，将汽车维修知识和经验进行保存和沉淀，以提供在组织内的共享，而大量的汽车维修一线人员则通过知识共享系统对知识信息的快速查询，当接到客户的问题，需要了解相关业务内容、政策、服务时，他们就可利用知识地图或关键字进行搜索所需要的业务知识，并实时反馈给最终用户，也可以把自己维修经验、心得体会反馈给知识工程师，通过本体分析，决定是否加入本体库，通过这种方法，既可以及时收集一线维修技师的第一手经验，又可以进行监控，保证本体库的质量。

3知识系统的体系架构

从前面的本体模型分析可知，一个完整的本体应用，主要包括3个部分(如图2所示)，分别是数据层(知识库／本体库)、逻辑层(规则库)和表示层(应用系统接口层)。表示层与数据层的联系是通过逻辑层来实现的，而推理的核心部分是规则库的定义与实现。

3.1表示层

表示层是连接用户与系统的接口，负责响应用户操作，并显示处理结果，主要包含JSP页面，采取单一登录机制，是用户访问系统的唯一入口，主要是有个人知识、公共知识管理、搜索引擎、统计分析及系统管理等功能模块入口。

3.2逻辑层

知识管理系统是建立在Java J2EE的基于构件的分布式平台，J2EE服务器部署在逻辑层，它包含3个主要组成部分：基本组件，知识管理组件，本体管理组件。其中，知识管理组件管理两种类型的知识对象：个人知识对象和公共知识对象。个人知识对象是由个人知识管理组件进行维护，通过个人知识实体完成创建、分享、浏览及删除个人知识。公共知识管理组件管理公共的知识对象，它通过公共知识实体提供公共知识的创建、分享、删除、浏览的功能。知识搜索组件通过领域管理、信息管理组件、JAXB及KAON服务进行搜索，它不同于传统的基于内容的搜索，它是基于元模型的搜索，跟传统的搜索方法相比具有更好的性能。

领域知识和信息知识管理组件由KAON API实现，提供了概念操作和推理。KAON服务是一个RDF服务器，这样能在关系数据库内保持RDF模式，并在J2EE下实现。信息本体存储为一个XML文件，JAXB提供了一个方便和有效的办法获取XML文件。利用JAXB技术负责维持本体的信息，JAXB还提供了API和工具，以汇编成XML架构Java类。

3.3数据层

所有数据都贮存在数据层，它包括个人知识库、公共知识库、信息本体库、领域本体库及用户数据库。总的说来，建立基于本体的知识管理系统，最主要的工作就是本体的构建，下面将对此进行探讨。

4本体的构建

本体的构建是所有工作的基础部分，也是关键部分，这项工作不是知识工程师能够单独完成的，需要一线汽车维修技师和汽车专家通力合作才能完成的。虽然KAON2、Ontoprise及Ontopia都能提供了一套完整的本体建设、维护和应用工具套件，特别说明的是KAON2和Ontopia这些工具套件可以部署到Java J2EE分布式组件架构，使得基于本体的系统更加灵活和强大。出于这个原因和考虑其开源性，所以我们把KAON2作为系统的开发平台进行知识本体的建模，并采用DublinCore作为描述逻辑的建模原语，再映射成特定的知识本体表示语言RDFS。

4.1本体构建工具及技术

Dublin Core是数字图书馆使用的一组简单的15个核心元素的元数据集合，主要用于描述数据对象和元数据交换，是用于标识电子资源的一种简要目录模式，它有一个XML Schema，定义了如何使用XML捕述这类信息。Dublin Core可以有效地对各种信息编目，并且使它们易于修改、查询和使用。Dublin Core目前在信息描述和定义中的应用使语义Web得以实现。通过使用一种统一的标准来描述数据，同时，更重要的是使用精心设计并经过实践检验的解决方案，可以详细捕述其他XMI。文档中的数据，从而可以在不同来源之间有效地交换和比较信息。

尽管XML规范了Web上数据表示和数据交互，并已被工业界广泛接受，但仍存在着公认的缺陷，即：XML不能表达形式化语义。因此，资源描述框架RDF(Resource Description Framework)于2004年2月发布，采用<主语谓词宾语>三元组表达形式。此外，RDF

的词汇描述语言RDF Schema(RDF—S)在RDF的基础上定义了资源的类，以及类和属性的等级划分等等。

JAXB是一个业界的标准，是一项可以根据XML Schema产生Java类的技术，JAXB提供了将XML实例文档反向生成Java对象树的方法，并能将Java对象树的内容重新写到XML实例文档。从另一方面来讲，JAXB提供了快速而简便的方法将XML模式绑定到Ja—va表示，从而使得Java开发者在Java应用程序中能方便地结合XML数据和处理函数。

4.2构建本体的方法

构建本体的常用方法有TOVE法、IDEF-5法、骨架法、企业建模法、METHONTOLOGY法、循环获取法、七步法等。构建本体的核心在于严格确定领域内的术语、属性、关系和规则等，确立术语间的语义网络，建立术语库和关系库，并用规范化、形式化的语言进行描述和存储，使计算机能够识别和处理。

由于汽车维修技术或维修实践中的知识通常是用自然语言、图形、表格等形式表示的，而汽车维修知识库中的知识是用计算机能够识别的、运用的形式表示的，因此需要把从汽车维修技师及维修实践抽取的知识送入汽车维修知识库供求解问题使用，应进行知识表示形式的转换工作。知识输入把适当模式表示的知识经编辑、编译送人汽车维修知识库，也就是本体库。以此为基础通过知识挖掘从企业的大量文档中挖掘出新的信息，然后根据本体映射规则将这些信息转化为本体，以使该本体能应用到系统中。

另外，为了在业务运营过程中，迅速快捷地得到专业知识，根据一线工作人员对知识的要求，把知识按用途、类别收集整理，通过知识地图把知识系统化，组建成知识分类体系。

5工程实践结果

本文所设计的基于本体的汽车维修知识管理系统已于2006年6月在广州两家汽车4s店上线运行，取得良好的效果。

6结束语

知识管理还是一个较新的概念和管理理念，运用信息技术在企业实现知识管理还有一个相对漫长和艰苦的阶段，特别是将知识管理系统从基本的知识采集归纳、整理分类、查询检索，发展成为直接知识的创新，真正实现知识管理是今后的知识系统发展的目标。本文仅仅是对汽车维修业的知识管理系统分析与设计的初步研究和探索，至于通过推理等方法构造一个决策支持智能系统则是下一步的努力方向。