工艺本体范文（精选3篇）
工艺本体 第1篇
工艺知识是在企业的设计、生产准备、制造和经营管理活动中,贯穿产品全生命周期的与工艺有关的知识[1]。现在,越来越多的制造企业开始认识到工艺知识管理的重要意义,并开始探索建立与实现工艺知识管理的方法。随着信息技术的不断发展,特别是网络技术的飞速进步,基于网络环境的工艺知识管理系统逐渐成为研究的热点。但是,由于工艺知识具有复杂性、隐含性、动态性等多种特征,比如知识之间关系复杂,知识载体形式多样(包括数据库、文本、图像、音频、视频等多种形式),并且很多经验知识存在于工艺人员的大脑里而未显性表示等等,这些都给工艺知识管理带来了很大困难。因此,需要一种方法能够对工艺知识进行有效的表示和集成,并能准确描述和刻画工艺知识之间的联系,从而实现有效的工艺知识管理。
本体(Ontology)是共享概念模型的明确的形式化规范说明[2]。本体作为人工智能和知识工程领域中一种新兴的知识表示方法,它可以描述和表达相关领域的知识,提供对该领域知识的共同理解,确定该领域内共同认可的词汇(术语),并给出这些词汇之间相互关系的明确定义。本体在语义层次上提供了领域内概念及概念之间的关系,是领域知识概念化的明确的规范说明,为知识的共享和重用奠定了基础。将本体应用于工艺知识管理,通过构建工艺知识本体,可以对工艺知识进行有效地表达和组织,同时可以反映出工艺知识之间的深层次联系。
2 基于本体的工艺知识管理框架
本文提出了一种基于本体的工艺知识管理框架,如图1所示。通过构建工艺知识本体,利用本体中定义的概念和属性来描述工艺领域内共同认可的词汇和这些词汇间的相互关系,可以有效地解决工艺知识的表示。通过本体与不同工艺知识载体之间的映射,可以解决工艺知识载体形式的多样性,从而增加工艺知识管理的可扩展性和用户透明性。
在工艺知识管理框架中,底层的部分是工艺知识的存储层,包括存储工艺知识上层概念及关系的本体文件,存储工艺知识具体信息的知识载体,如数据库、文件,其中在本体中通过定义概念和属性来表达工艺知识中共同认可的词汇(术语)及相互间的关系,表达了工艺知识中上层知识。为了实现本体中描述的上层知识与不同载体中的具体信息的联系,需要将二者通过映射联系起来。通过数据库映射或文件映射,将数据库的模式信息与本体文件中的映射实体相对应或将文件的元数据与概念的实例相对应。通过这样的映射过程,使用户的操作不针对具体的载体形式,只是针对本体中定义的概念和属性,然后通过本体中概念和属性与具体载体形式映射得到操作的目标(数据库中的字段或文件的路径信息),这种方法可以屏蔽由于知识载体形式多样性造成的工艺知识管理上的困难。
框架的中间部分为工艺知识管理的逻辑实现部分,包括本体分析、Jena、SQL语句构造、文件读写、JDBC/ODBC、结果处理等模块。本体分析是整个逻辑部分的核心模块。本体分析模块接受来自用户的操作,如工艺知识检索,并接收来自OWL文件中的本体信息、映射实体信息、文件路径信息,将这些信息根据用户的操作分别发送给结果处理模块、SQL语句构造模块和文件读写模块。Jena是HP Labs开发的一个开源的项目,它是用Java语言写好的API,可以用于对OWL文件进行读写等操作。在Jena的基础上可以方便地开发出用于处理自己的OWL文件的程序,从而实现对OWL文件进行解析,将OWL文件中描述的工艺知识本体信息、映射实体信息、文件路径信息返回给本体分析模块。SQL语句构造模块接受来自本体分析的映射实体信息,此映射实体信息中包含了用户进行操作的数据库表和字段的信息。SQL语句构造模块根据此映射实体信息,动态生成SQL语句,通过JDBC/ODBC从而实现对数据库的操作。当进行查询操作时,最终将查询到的数据库中的信息返回给结果处理模块。文件读写模块接受来自本体分析的文件路径信息,并对相应的文件进行操作。当进行读文件操作时,将文件中的信息返回给结果处理模块。结果处理模块接受三方面的信息,包括本体信息、数据库信息和文件信息,并对这三方面的信息进行进一步的处理,如排序,将最终的结果返回给用户。
用户进行工艺知识管理时,以工艺知识检索为例,当用户选择了对工艺知识中某个概念进行检索时,首先本体分析模块调用Jena提供的API,对OWL文件进行分析,获得查询概念的基本属性与扩展属性,并根据本体中描述的概念体系结构和查询概念的扩展属性,获得与查询概念相联系的概念,并将这些本体信息返回。另一方面,根据映射关系,获得查询概念及与之相联系的概念与属性对应的映射实体和文件路径信息,并将这些信息返回。本体分析模块将根据用户的检索条件,将涉及到的映射实体信息或文件路径信息发送给SQL语句构造模块或文件读写模块。SQL语句构造模块构造SQL语句,通过JDBC/ODBC对数据库进行查询,并将数据库中的信息返回给结果处理模块。文件读写模块根据路径信息,将相应的文件信息返回给结果处理模块。结果处理模块对返回的本体信息、查询得到的数据库信息及文件信息进行进一步的处理,最终将处理后的结果返回给用户。
3 本体构建方法
根据本体的建模原语[2],本体的构建主要是通过构建相关领域的概念、属性和实例来实现的。本体的构建一般是针对某个特定领域,而各个领域有着各自的特点,所以目前没有一种通用的方法来构建本体[6]。根据制造工艺领域的特点,本体的构建方法可以概括如下:
3.1 列出领域概念及概念的体系结构
此过程主要是将相关领域内涉及的概念以及概念间层次关系列出。通过这样一个过程,明确定义了相关领域共同认可的词汇(术语)及词汇间层次关系。这里采用“自顶向下”的方法,即先列出顶层概念,然后逐步细化。任何领域的概念体系都是一个庞大的结构,只需根据所要管理的知识内容列出相应的概念,然后通过不断地循环改进,最终达到将所有需要的概念列出。以金属切削领域为例,为了描述该领域内的词汇(术语),首先可以定义顶层的概念:工件材料、刀具材料、切削液、机床、切削用量等。而对于工件材料这个概念,又可以定义它的子概念:铸铁、碳钢、合金钢、有色金属及合金等。通过这样一个过程,最终形成一个树状的概念体系结构,从而描述相关领域共同认可的词汇(术语)及层次关系。
3.2 定义概念的属性
通过定义概念的属性,明确定义了相关领域内共同认可的词汇(术语)所具有的特性及词汇间相互关系。在这里,把属性分为两种,一种是基本属性,另一种是扩展属性。以工件材料这个概念为例,通过定义它的基本属性工件材料编号、工件材料名称、工件材料硬度等,从不同方面描述了工件材料这个概念所具有的性质。通过定义工件材料的扩展属性—“适于被加工”,从知识的内在联系上揭示了工件材料与刀具材料之间的联系。通过概念属性的定义,不仅描述了概念本身具有的特征,并且将概念间的关系也体现了出来,使概念之间最终形成一个网状的结构,从而表达了相关领域知识的组成和知识间的联系。
3.3 本体编码
本体编码就是将列出的概念与概念间的关系用本体描述语言来表示,从而便于计算机的处理。本体编码最终的结果是形成描述领域知识的概念及概念关系的文件。W3C(World Wide Web Consortium)推荐的本体描述语言为OWL(Ontology Web Language),相对于其它本体描述语言,OWL具有更强的描述功能。目前本体的编码一般是通过可视化的本体编辑工具,然后由此工具来直接生成OWL代码。Protégé是斯坦福大学基于Java开发的开源的本体编辑工具,它提供了对多种本体描述语言的支持,并且用户界面友好,接口丰富,适合本体的可视化编辑,是现今最流行的本体编辑工具之一。通过Protégé可视化的界面,定义工艺知识相关的概念以及概念的属性,最终生成“*.owl”文件,此文件中保存的就是建立的工艺知识本体(如图2所示)。
4 映射方法
映射,是指将本体中定义的概念和属性与工艺知识载体中的信息相关联的过程。本体描述的是相关领域概念及概念间相互关系,是相关领域上层知识,而具体的信息存储在不同的载体中。为了实现本体与不同载体中的信息的联系,需要将二者通过映射联系起来。通过映射,屏蔽了工艺知识载体形式多样性。本体中存储了上层概念及概念间的关系,具体的信息可以存储在不同的载体中,如数据库、文件。用户的操作不针对具体的载体形式,只是针对本体中定义的概念和属性,然后通过本体中概念和属性与具体载体形式映射得到操作的目标(数据库中的字段或文件的路径信息),进而对相应的工艺知识载体中的信息进行操作。通过映射过程,增加了工艺知识管理的可扩展性。下面以数据库映射为例,说明具体的映射方法。
数据库映射,是指将本体中定义的概念和属性与数据库中的模式信息相关联的过程。数据库映射的基本思想是:本体中的概念对应数据库的中的实体表,概念的基本属性对应表中的字段,而概念的扩展属性对应数据库中的关系表。根据数据库映射种类的不同,将数据库映射分为概念映射与扩展属性映射。
4.1 概念映射
定义1概念映射。对于数据库中实体表Ti的字段Fi,在本体中存在对应的概念Ci的基本属性Pi,通过映射规则M,使得(Pi,Ci)=M(Fi,Ti),称该关系式为概念映射。
概念映射的作用是,当在本体中得到某个概念或概念的基本属性后,通过概念映射,可以得到此概念对应的表或者此概念基本属性对应的表中的字段。为了实现概念映射,在本体文件中定义一个类,使该类满足以下条件:(1)该类具有字段名、所属表名、数据库名、数据库类型、数据库IP五个属性;(2)该类具有实例,通过该实例可以指向数据库中的一个字段;(3)该类作为概念的基本属性的Range。如果该类满足以上条件,就称该类为从基本属性到字段的概念映射类,称该类的实例为从基本属性到字段的概念映射实体。在数据库中唯一确定一个字段需要以下信息:字段名称、表的名称、数据库名称、数据库类型、数据库IP[3],通过概念映射类与概念映射实体,最终可以实现本体中基本属性和概念与数据库中的字段和表的对应,如图3所示。
4.2 扩展属性映射
定义2扩展属性映射。对于数据库中的关系表Ti,在本体中存在对应的概念Ci的扩展属性Pi,通过映射规则M,使得Pi=M(Ti),称该关系式为扩展属性映射。
扩展属性映射的作用是,当在本体中得到联系概念间的扩展属性时,通过扩展属性映射,可以得到此扩展属性对应的关系表,从而得到此扩展属性的详细信息。为了实现扩展属性映射,在本体文件中定义一个类,使该类满足以下条件:(1)该类具有表名、数据库名、数据库类型、数据库IP四个属性;(2)该类具有实例,通过该实例可以指向数据库中的一个表;(3)该类作为概念的扩展属性的Range。如果该类满足以上条件,就称该类为从扩展属性到关系表的扩展属性映射类,称该类的实例为从扩展属性到关系表的扩展属性映射实体。在数据库中唯一确定一个表需要以下信息:表的名称、数据库名称、数据库类型、数据库IP,通过扩展属性映射类与扩展属性映射实体,最终可以实现本体中扩展属性与数据库中的关系表的对应。
通过概念映射和扩展属性映射,在本体文件中形成了概念映射实体和扩展属性映射实体,将这两者统称为映射实体。映射实体中存储了数据库表和字段的信息。通过映射实体,本体中描述的概念和属性可以与数据库中的模式信息相联系,用户的操作可以不用针对具体的数据库而进行,从而屏蔽了数据库形式的多样性,增加了工艺知识管理的可扩展性。
5 基于本体的工艺知识管理系统
根据图1的框架结构,开发了基于本体的工艺知识管理系统。以金属切削领域为研究对象,在本体中定义该领域的概念及概念间的关系,并利用Protégé软件进行本体编码,最终形成一个描述该领域上层知识的OWL文件。金属切削领域具体的信息存储于数据库中。通过数据库映射,将数据库的模式信息与本体中对应的概念和属性相关联。
整个系统基于B/S结构,工艺知识管理的显示界面及与用户的交互界面由JSP技术来实现,工艺知识管理的逻辑部分由Java Bean技术来实现。图4显示了工艺知识管理系统中工艺知识检索界面。该界面由两部分构成,左边部分用于显示本体中概念结构,它显示了所研究领域的知识的构成情况。右边部分用于显示具体的信息,包括基本信息与扩展信息。基本信息用于显示用户查询后返回的数据库中存储的信息。扩展信息部分,包括三部分,相关概念、基本属性和相关联属性。相关概念部分用于显示查询概念的上级、同级或下级概念,此部分从概念体系结构上列出了与查询概念相关的其它概念,便于用户进行进一步的查询。特别是当用户查询的概念没有基本信息时,用户可以通过查询该概念的同级或者上级概念从而近似得到相关信息。基本属性部分用于显示查询概念的基本属性,并可接受用户输入相应的查询条件对数据库中的信息进行查询。相关联属性部分用于显示查询概念的扩展属性,此部分从知识本身的内在联系上揭示了概念间的关系,通过扩展属性可以得到查询概念与其它概念的联系,并根据这种联系进行进一步的查询。
以查询工件材料为例,点击左侧树结构中的“合金钢”,在右侧显示了“合金钢”的相关信息(如图4所示)。基本信息的数据库信息部分,显示了此概念在数据库的信息。扩展信息的相关概念部分,显示了合金钢的上级、下级和同级的概念。基本属性部分列出了此概念的基本属性,通过概念映射将基本属性对应到具体的数据库中表的字段,输入相应的查询条件,经过SQL语句构造,最终可以查询到数据库中的信息。相关联属性部分显示了合金钢的扩展属性,包括适于被加工、不适于被加工、适于被润滑等。
当查询到工件材料合金钢的相关信息后,对于用户来说,如果还想查询需要用什么样的刀具材料来加工这样的工件材料,可以利用本体中定义的工件材料与刀具材料的“适于被加工”关系,这种关系正是揭示了知识间存在的内在联系,通过本体中定义的这种关系可以查询到具体的信息。在相关联属性中选择“适于被加工”,可以用于查询合金钢这种材料适于哪种刀具材料加工。点击“查询”按钮,则出现图5所示的“适于被加工”查询界面,通过扩展属性映射将“适于被加工”对应到具体的数据库中的关系表,选择“合金钢”,点击“查询”按钮,经过SQL语句构造,最终可以查询到数据库中的具体的信息,如图6所示。
6 总结
将本体运用于工艺知识管理,利用本体描述工艺知识的概念及概念间相互关系,一方面表现了相关领域的知识构成,另一方面有效地表达知识间存在的相互关系,从而可以使用户利用这些关系准确快速地找到所需要的知识。利用本体与不同工艺知识载体的映射,屏蔽了由于工艺知识载体多样性带来的管理上的困难,增加了工艺知识管理的可扩展性和用户透明性。
参考文献
[1]孙丽,王秀伦,杨志刚.网络环境下工艺知识管理系统的研究与开发[J].中国机械工程,2003,14(3):213-215.
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[4]许卓明,王琦.一种从关系数据库学习OWL本体的方法[J].河海大学学报(自然科学版),2006,34(2):208-211.
[5]相克俊,刘战强,艾兴.基于混合推理的高速切削数据库系统的建立[J].计算机集成制造系统,2006,12(3):420-427.
工艺本体 第2篇
在科技高速发展的今天,企业中的知识迅速膨胀,制造企业也不例外。知识管理,就是为企业实现显性知识和隐性知识共享提供新的途径,利用集体的智慧提高企业的应变和创新能力。工艺知识是涉及产品全生命周期的,目前国内工艺知识管理主要应用于CAPP范畴,主要对产品设计过程中的工艺知识进行了有效的管理,也有很多高校和研究院正在对产品全生命周期的工艺知识管理展开了深入研究。而国外对工艺知识的管理研究则侧重于知识管理的框架和知识表达方式及评价[1]。其中,工艺知识的共享是工艺知识管理中很重要的一部分,如果知识库中的知识不能够及时地共享,那么工艺知识管理的水平就要大打折扣。
工艺知识检索是知识共享的一种有效途径,面对产品全生命周期的大量工艺知识,北京航空航天大学的姜明提出了一种基于内容的工艺知识检索方法[2],此方法是通过Lucene检索工具包中的检索方法,构建了工艺文档的索引结构,并对其内容进行抽取和分词,是一种基于内容的检索方法。但这种方法只是机械的分词匹配,工艺术语之间的关系在索引中并不能体现出来,若能将工艺术语之间的关系添加至索引中,就可以使得检索过程对工艺文档和用户输入的查询条件进行推理解析后再查询,这样检索过程将更加智能化,成为一种工艺知识语义检索的方法。
构建工艺术语之间的联系,采用比较多的是构建工艺本体。目前,越来越多的领域在其知识管理中引入了本体,如飞机故障知识本体[3]、几何学知识本体[4]。部分制造业知识管理中也引入了本体,如OHSMKBS领域本体[5]、机械加工工艺本体[6]等。在制造业中我们将工艺知识的相关本体简称为工艺本体。
在工艺知识语义检索中,通过工艺本体对文档内容和查询关键字进行扩展,扩展的方式则依据工艺知识管理系统的具体检索需求。目前,采用较为广泛的是三元组扩展[7],三元组(主体,谓词,客体)可以准确地表达工艺术语之间的联系。本文通过在Lucene索引结构和查询条件结构中引入工艺术语语义三元组属性项,在基于内容检索的基础上,对工艺文档的内容进行了语义扩展,弥补了检索过程中机械分词匹配查询的单一性,使得工艺知识检索系统对文档内容的检索更加语义化,智能化。
1 工艺本体与Lucene融合的工艺知识检索结构
Lucene工具包提供了中文分词、文档建索和文档检索工具,虽然可以将工艺术语词典加入Lucene词典中实现对工艺术语的分词,但在查询时,只能进行机械的工艺术语匹配,并不能很好地体现文档内容的语义。
为将文档内容的语义抽取出来,在Lucene分词后,对其中的工艺术语进行语义扩展,这种扩展主要是依据构建的工艺本体中工艺术语之间的联系,分析工艺术语及其上下文中的其他术语,将其扩展为一个子句,也就是三元组,由于这种三元组表达了文档中内容论述的主题或方向,因此我们称其为语义三元组。
将扩展后的语义三元组添加到Lucene索引中后,查询时同样对用户输入的查询条件进行扩展,得到查询语义三元组,去查询对应的语义三元组索引项,这样就形成了完整地语义检索过程。
本文通过分析工艺文档的属性和检索需求,采用Lucene和工艺本体结合的方法,提出了一种工艺知识语义检索方法的总体流程,如图1所示。
工艺知识语义检索方法共分为三个部分,即工艺文档建索,工艺文档查询,检索结果返回。
工艺文档建索过程,是在存储到知识库的同时,抽取其各类属性,工艺文档的属性分为内容属性和文档相关信息属性,内容属性需要通过中文分词后建立索引,而相关信息则直接抽取后建立索引。但对于文档的语义信息,并不像文档作者或文档发表日期这类属性可以直接抽取,需要对文档内容中的工艺术语及其上下文进行推理扩展后才能获得。因此,依据工艺本体中工艺术语之间的各类关系,对文档内容中工艺术语进行扩展后得到文档语义信息,最后与其他属性项一起添加至Lucene索引结构中。
工艺文档查询过程,是对用户输入的查询条件进行整合,获得用户需要查询的内容以及其他约束(如文档作者等),对于用户输入的内容需要进行中文分词后才能建立查询条件,然而对于文档的语义信息,因为用户输入地查询关键字并不是语义三元组,因此需要对其输入的关键字进行同建索过程相同的语义扩展后,获得语义三元组,生成查询条件。最后,将所有的查询条件进行整合获得总查询条件,对Lucene索引文件进行查询。
检索结果返回过程,是将Lucene查询得到的抽象结果总集,每一条结果记录中都包含了其对应的数据库位置信息,进而查询工艺知识库,得到目标工艺文档。
2 工艺本体与Lucene索引和查询条件融合
2.1 工艺本体与Lucene索引融合
工艺本体主要存储了工艺术语之间的联系,给定目标工艺术语,依据工艺本体中建立的关系可以对其进行扩展,扩展后得到目标工艺术语的相关语义三元组。独立的工艺术语并不能体现工艺领域中具体的语义,例如“热处理”,热处理的知识一般包括热处理的简介,热处理对材料性能的影响,热处理在工艺过程中的工序安排等,独立的“热处理”并不能表达出具体的语义。
在Lucene索引结构中如果添加语义三元组索引项,可以将工艺文档内容进行推理扩展后再建立索引。Lucene的索引结构以及建索过程都是用户自己定义的,因此可以完美地将工艺本体中的关系,通过推理扩展后,融入到Lucene索引结构中。
例如,某篇文档中大量出现了“热处理”和“硬度”“韧性”等工艺术语,只将这些关键字添加至索引中,并不能体现他们之间的关系,通过工艺本体中“热处理”与“材料性能”的关系和“材料性能”与“硬度”、“韧性”的关系,可以扩展得到“热处理影响硬度”、“热处理影响韧性”、“热处理影响材料性能”等语义三元组,再将这些语义三元组添加至Lucene索引中,如此,Lucene索引中不仅包含了该文档的内容及时间作者等信息,也包含了文档内容中的语义信息。
本文通过分析工艺文档检索需求以及工艺本体与Lucene融合需求,设计了如图2所示的工艺本体与Lucene融合后的索引结构。
工艺文档的属性有很多,具体抽取哪些属性是依据检索时的需求来设计的,当然文档本身的属性并不能体现文档内容中包含的语义,在抽取基本属性后,添加至工艺文档的属性结构中,对于文档语义信息而言,在抽取获得纯文本后,依据工艺本体中工艺术语之间的关系,对其进行语义扩展,得到对应的语义三元组,再将这些语义三元组作为一项属性添加至属性结构中。
最后,将所有属性项封装,在封装时,共分为三个索引项,数据库定位索引项用来确定工艺文档在工艺知识库中的位置;约束条件索引项在查询时进行约束,不进行中文分词,实现一种精确匹配;内容检索索引项在查询时进行中文分词,实现一种模糊匹配。
2.2 工艺本体与Lucene查询条件融合
查询条件,是Lucene工具包将用户输入的检索关键字以及某些约束条件,依据查询规则整合成一个总的可以对Lucene索引文件进行读取查询的条件。查询条件的查询规则以及查询的索引项需要满足Lucene的索引结构,应该与索引项一一对应。
工艺本体在对查询条件扩展时,不仅因为Lucene索引结构中加入了语义三元组属性,而且作为语义检索的要求,一个完整的语义检索系统,不仅要能理解工艺文档的内容,对文档内容进行扩展,更需要理解用户输入的检索条件,对检索条件进行扩展。查询时应该与建索时进行同样的语义扩展,所谓同样的扩展,就是推理扩展的规则应该一致,这样在扩展后得到的语义三元组与索引中的语义三元组匹配才有意义。
例如,用户输入“热处理材料性能”或者“热处理对材料性能有什么影响”进行检索,无论哪一种,都需要对其分词后采用工艺本体中术语之间的关系进行推理扩展,将其转换成“热处理影响材料性能”语义三元组,再去对索引文件中语义属性进行查询。如此,若某篇文档中语义属性中也包括“热处理影响材料性能”这个三元组,则通过Lucene的相关度计算后会得到较高的匹配度。
本文通过分析工艺本体与Lucene融合后的索引结构,以及各个属性项的查询需求,设计了如图3所示的工艺本体与Lucene融合后的查询条件结构。
用户输入的检索条件中,依据检索需求,获取其输入的内容,建立对应的查询条件,然而对于语义检索条件而言,并不是用户输入的,是通过工艺本体分析用户输入的内容查询关键字,进行语义扩展后得到对应的语义三元组,将这种语义三元组依据查询规则建立语义索引项的查询条件。
最后,将所有的查询条件通过Lucene布尔运算整合为总查询条件,总查询条件中分为两类查询条件,约束查询条件是对约束条件索引项进行精确查询,即不分词的查询;内容查询条件是对内容检索索引项进行模糊查询,即包括中文分词的查询。
3 工艺本体模型及与语义扩展功能的映射关系
3.1 工艺术语标准
工艺本体构建的最终目的是工艺知识的语义检索,工艺知识的检索中包含了大量的工艺术语,因此工艺本体中应包含大量工艺术语,而且对工艺术语之间的层次关系也应有明确的定义。
依据中华人民共和国国家标准《机械制造工艺基本术语》GB/T4863-2008中收录的工艺术语以及之间的层次关系,可以构建工艺本体的层次结构树,然后对树上每个节点依据工艺领域中工艺术语之间的关系添加属性、约束等,最终完成工艺本体模型的构建。
3.2 工艺本体模型
工艺本体的构建应满足在检索中的扩展要求。对于某个工艺术语而言,在工艺领域中可能包含其概念分类方面的知识、与同类术语比较的知识、与其他术语联系的知识等。例如“淬火”,可能有“淬火”与材料性能之间的影响、与正火等其他工艺方法的比较、与加工精度之间的关系等,同时淬火与硬度之间的关系应能被理解为淬火与材料性能之间的关系。
根据语义扩展的需求,本文采用protégé构建了工艺本体,由于篇幅关系,图4给出了工艺本体模型的一部分。
可以看出,工艺本体的构建是依据工艺知识检索中的需求而建立的,通过构建工艺术语之间的联系,可以在检索过程中通过对索引和查询条件进行语义扩展,进而实现工艺知识的语义检索。
3.3 工艺本体与语义扩展功能映射
依据扩展时工艺领域中的语义关系,工艺本体中的工艺术语设置了同义词实例,相关约束,以及工艺本体中树状结构的父子关系。在扩展时,为了得到语义三元组,不仅需要根据约束关系直接扩展,而且还应该在扩展之前,进行工艺术语的同义词替换,以及根据父子兄弟关系的继承原则去更好地表达工艺文档的内容语义。工艺本体与扩展功能之间的关系映射结构如图5所示。
父子关系和兄弟关系,如“材料性能”的子类应该包含“硬度”、“强度”、“韧性”等,“硬度”与“强度”、“韧性”等构成一种兄弟关系。这种关系可以实现一种语义传递,例如“热处理”与“硬度”有关系,“硬度”又属于“材料性能”,通过推理就可以得到“热处理”与“材料性能”之间的关系。
同义词关系,每个工艺术语应有其对应的同义词实例,因为用户输入的条件和工艺文档中的词汇并非与工艺本体中类的名称完全一致,例如,若不能将“材料的性能”转换为“材料性能”,是无法对其进行扩展的,因为工艺本体中不包括“材料的性能”这个类。
约束关系,这是语义三元组扩展的核心关系,如“热处理”与“材料性能”之间的约束,是得到“热处理影响材料性能”三元组的直接来源。
父子兄弟关系实现了关系的继承,同义词关系实现了同义词的替换,这两者最终的服务对象都是语义三元组的扩展。因为通过工艺本体中关系的语义推理获得合理的语义三元组才是工艺本体的价值和意义所在。
4 基于本体和Lucene的工艺知识检索系统实现
在工艺知识管理系统中的工艺文件检索模块中,以“热处理材料性能”作为关键字查询,得到的结果如图6所示。
可以看到,在“热处理对硬度影响”这篇文档中,虽然没有出现“材料性能”这个关键词,但由于大量出现了“硬度”,在工艺本体中,“硬度”属于“材料性能”的子类,因此根据热处理与硬度之间的关系,扩展后得到了“热处理影响材料性能”这一主题,查询时也将查询条件转换为此三元组,因此Lucene在检索时,由于匹配度很高而进行了合理的排序,达到了语义检索的目的。
5 结论
工艺本体 第3篇
观念错了,方向错了,南辕北辙,是不能达到目的的。上海师范大学吴忠豪教授明确指出:转变语文教学观念,需要从三个方面同时着力,一是从“教课文”到“教语文”;二是从“非本体”到“本体”;三是从“教过”到“学会”。
1)“怎么教”“怎么教好”没有解决。教与学的因果关联不需要赘述,但大量的事实显示人们并没有处理好教与学的辩证关系。要么“教什么”出现问题,要么“怎么教”“怎么教好”出现问题。
平时在教学中,很多地方都没有做到位。我们都是围绕课文设计教学过程,在制定教学目标时,主要放在理解课文内容,体会作者情感上;而课堂教学时间也主要用在理解课文内容,突破文章重难点上,大家都只是在教课文,不是在用课文教语文。在教学中,一篇课文只是一个例子,我们要能抓住课文的知识点和切入点,把文本作为载体,来教学生学语文,在课堂中注重引导学生多读书、多积累,使学生初步学会运用祖国语言文字进行交流沟通。比如,如何指导学生写批注。要先指导学生如何做批注,怎样将自己在静心阅读中体会最深的道理写出来,老师可以用展台展示自己做的批注,使学生在老师的示范中去学习领悟的方法、做批注的方法,在认知中运用,在运用中得到迁移。
语文教学的关键,在于能让学生学好。哪怕教得再好,学生没有学好,这样的课依旧是低效的课。从“教课文”到“教语文”、从“教过”到“学会”等观念的转变,实质是解决“怎么教”“怎么教好”的问题,传统课堂无不朝向这两个方面在努力,新课程改革也是如此的做,只不过事倍功半罢了。回归教育原点的轴心时代,往往能矫枉过正。当“怎么教”“怎么教好”等策略性知识不能解决问题时,重新对“教什么”加以全面反思,无不是新的有价值的回归教育原点的正确取向。
2)“教什么”引发的偏差。语文教学从“非本体”到“本体”观念的转变,实质在于解决“教什么”的问题。近年,虽有人不时发现“教什么”出现偏差,知其然,但却不知其所以然。倡导从“非本体”到“本体”观念的转变,提及“非本体”教学内容引发的偏差,实属吴忠豪教授针对语文教育教学弊端的重大突破与超越。他为此给予“非本体”和“本体”教学内容内涵和外延的界定,指出“本体”教学内容,主要是语文课程独有的,反映课程本质特征的教学内容,包括语文知识、语文方法和语文技能;“非本体”教学内容,主要是非语文课程本质特征的各科共同承担的教学内容,包括情感态度价值观、审美教育、多元文化。看得出,从“非本体”到“本体”不只是观念的转变,更是一个实践性的方向的抉择,观观之变会同时带动一系列的实践之变。
2 给予专业素养提升的建议
一是加强语文教学操作层面的更改。纵观无数的语文课堂,在操作层面上并非缺乏教育技术、信息技术和教学技艺,更多的是缺乏科学的预设。在教学内容设置上,建议课前预设时,适量增强“本体”内容学习的系统性,能对照传统的教学设计,在“本体”内容设计增设上有突破,在学生习得新知、能力与方法上有所增强;在时间的安排上,能适量的增加“本体”学习内容的时间,适量压缩“非本体”内容教学时间。在课堂生成中,正如崔峦教师所说的“语文课要与内容分析说再见”,能重点围绕学生的学习,不再是碎片化的呈现教学目标,而是有序的逐级引领学生积累、迁移与应用,把课堂变成教师引领学生参与实践的舞台,由“教课文”变成用课文学语言,以提升阅读理解能力、运用语言能力以及学习能力,能让学生在一课一得,一个单元有一突破,一个学期有一超越,真正实现语文教学的“华丽转身”。
二是加强语文课程理论层面的更新。涉及课程理论层面的更新主要体现在两个方面:首先是课程价值观的转变。传统课程设置中,虽然重知识、方法和技能习得,但中心却是思想情感和非本体教学内容。当前,实现“非本体”到“本体”观念的转变,关键在于能将语言文字运用和“本体教学内容”纳入教学中心“第一岛链”位置,将情感、态度和价值观等“非本体”内容纳入“第二岛链”位置,在语文课程内容处理时,能让学生真正投入语文实践中。其次是加强语文课型重构。正如吴教授所指,当前的“教课文”变成“教语文”,重构的课型至少需要在三个点上有改进或演化:读书课(指导),每周能安排1~2课时;阅读表达课,每周能安排3课时;写话习作课(方法指导课),每周能安排1~2课时。
三是进行语文教育哲学层面的研习。语文教学出现高耗低效多年,一个主要的原因在于语文教师缺乏对语文教育系统性的思考,整体批判与创新精神缺乏,大量的教师并不缺少对教育新技术、新理念掌握,缺乏的是对教育教学的基本思考,以至于出现方向性的迷茫。任何一种基于某一时段的变革,就只能是在原有问题上的推陈出新,如果不能与时俱进,其新知、理念、方法和策略都会过时,当解决不了新问题时甚至会成为绊脚石。其实,语文教育也是如此。“非本体”与“本体”观念之间存在着辩证关系,两种观念都会在今后一个时期内长期存在,甚至在一个相对较长的时间里难以相互的转化。古代几千年的语文教育主要凸显的是“本体”观念,而近代、现代近百年的语文教育便朝向“非本体”观念转化。当下的语文教育已经是“非本体”观念呈泛滥趋势,如若缺乏语文教育哲学层面的思考,忽略对课程方法论的研习,是很难真正认识到当前语文教育弊端的。若对语文教育哲学层面加以研习,定能找到“非本体”与“本体”观念之见的支点,从而真正的让语文教育处于健康的平衡状态。
参考文献
[1]吴忠豪.从教课文到教语文[M].高等教育出版社,2012.