基于三维框架本体建模的钢铁生产工艺知识库系统设计与实现
摘要：钢铁生产工艺知识复杂多样，难以进行有效的组织和管理，不利于企业提升生产工艺水平，针对该问题提出基于产品-工序-目标的钢铁生产工艺知识本体建模方法。构建钢铁生产工艺本体模型，与实际生产工艺数据进行映射，建立钢铁生产工艺知识库，用于知识本体检索和知识本体推理等服务。论文首先介绍了系统开发和设计中用到的关键技术，然后介绍了系统的基本架构，最后介绍了系统的部分功能模块。
关键词：三维框架；本体建模；知识库
中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2017）02-0242-03
Design and Implementation of Knowledge Base System for Steel Production Process Based on Three Dimensional Framework Ontology Modeling
WANG Ying， DAI Yi-ru， WANG Jian
（CIMS Research Center，TongjiUniversity，Shanghai 201804，China）
Abstract：The iron and steel production process knowledge is complicated， difficult to carry out effective organization and management， is not conducive to enterprises to improve the level of production technology. This paper presents a method of production process of iron and steel knowledge ontology modeling based on the products-process-target. The ontology model mapped with the actual production process data is used by the knowledge base for the service of ontology retrieval and ontology reasoning. Firstly， this paper introduces the key technologies used in the system development and design， and then introduces the basic structure of the system， last， introduces some functional modules of the system.
Key words：3D framework； ontology modeling； knowledge base
1背景
钢铁生产工艺知识来源复杂，结构异质，其多源异构性增加了钢铁企业进行知识创新活动的难度和复杂度。有效组织和管理工艺知识的多源性、规范知识的语义异构性、增强知识对钢铁产品自主创新的重要支撑作用，是钢铁企业当前需要重点突破的难题。
本文针对钢铁行业生产工艺知识的多源异构性，提出了一种基于产品-工序-目标的本体建模方法，建立鋼铁生产工艺本体模型，将本体模型实际生产工艺数据进行映射，用于知识本体检索和知识本体推理等服务，为工艺建模、在线工艺优化提供有价值的知识，有助于全面提高钢铁生产工艺设计水平。
2 系统中的关键技术
2.1钢铁生产工艺知识的三维框架体系
针对钢铁生产工艺知识的特点，为了有效组织和管理知识的多源性、规范知识的语义异构性，增强知识对钢铁生产工艺自主创新的重要支撑作用，本文提出一种基于产品—工序—目标的钢铁生产工艺知识的组织框架体系，该体系分别从产品维、工序维、目标维三个维度提供多源异构的钢铁生产工艺知识的组织方法。
每一个维度的具体内容描述了生产工艺知识的不同侧面。其中，产品维包括：高强韧度、轻质化汽车板，超高强度、韧度钢材，工程机械用高强钢，高强集装箱板及铁道车厢用钢，中/重型卡车用钢；工序维包括：炼铁、炼钢、精炼、连铸、热轧、冷轧；目标维包括：智能化、绿色化、安全化。例如：当工序维的具体描述设定为炼铁，生产工艺知识包含所有产品在炼铁工序中的相关知识内容；当上述三个维度同时具体描述时，生产工艺知识包含针对中/重型卡车用钢产品在炼铁工序中与安全相关的知识内容，如图1所示。
2.2构建钢铁生产工艺知识本体模型
根据钢铁生产工艺知识的三维框架体系，对钢铁生产工艺知识进行抽取，定义类、关系、属性以及实例，明确各类之间的层次结构，个体之间的对象属性和数值属性，建立钢铁生产工艺知识的概念模型，定义概念模型到本体模型的映射规则，根据映射规则建立钢铁生产工艺知识本体模型。
按照三维框架体系，构建钢铁生产工艺知识的概念模型为：
[Fxyz=i=15j=16k=13Fxiyjzk（C，SUP，SUB，POP，BOP，DP，I）]
其中：
[C]：表示该概念模型所属的类；
[SUP]：表示该概念模型所属类的父类；
[SUB]：表示该概念模型所属类的子类；
[POP]：表示当前类与父类中实例之间的关系；
[BOP]：表示当前类与子类中实例之间的关系；
[DP]：表示该概念模型所拥有的数值属性；
[I]：表示该概念模型所拥有的对象；