面向智慧工厂的领域本体构建方法研究与实现

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智慧工厂是现代工厂信息化发展的新产物,也是工业互联网时代的必然产物。其在数字化工厂的基础上,利用物联网的相关技术加强了信息管理和服务。然而智慧工厂中使用的各种智能数字设备以及平台具有多样性。因此,其产生的感官数据的语法、类型和格式存在高度异构性,很难理解所交换内容的确切含义(语义),数据共享难以实现。基于本体的语义互操作技术可为不同应用程序和服务提供有意义的数据交换标准,促进异构数据的共享。根据智慧工厂参考架构模型为智慧工厂构建领域本体,以其作为智慧工厂中智能设备和平台之间数据交互的底层知识库,能有效解决上述问题。然而,以传统领域本体构建方法构建智慧工厂领域本体时,将面临其领域内知识概念数量大、相似概念多、概念与概念之间的层次关系复杂,对其概念的抽取、分类、定义和约束困难等诸多问题。此外,随着智慧工厂的发展,必然会产生大量的新的概念需要被添加到领域本体中,而以传统领域本体构建方法构建的领域本体很难实现本体知识的扩展。针对以上问题,本文提供一种基于核心概念本体的领域本体构建方法,将本体集成与本体映射技术引入领域本体创建的过程中,可避免相似概念定义规则冲突,实现对已有本体的复用,简化领域本体的创建过程,并可根据需求实现本体知识的扩展更新。本文的主要研究工作如下:1.研究传统领域本体构建方法在构建智慧工厂领域本体时将面临的问题及其原因,在原有方法的基础上,设计一种能有效解决上述问题的领域本体构建方法。2.对现有智慧工厂参考架构模型进行合理的优化整合,根据优化整合后的架构模型筛选智慧工厂领域内的核心概念,建立概念与概念之间的层次关系,确立核心概念本体的内容组成结构。3.研究异质本体的类型及导致其本体异质的原因,根据本体异质类型的不同研究相应的本体集成方法,增加核心概念子本体的重用率(部分核心概念子本体可通过本体集成的方法直接或间接重用,剩余部分则需手动构建)。4.研究基于相似度计算的本体映射模型,以该模型建立核心概念本体及其子本体之间的关联关系,最终形成一个统一的智慧工厂领域本体。5.实现智慧工厂领域本体的构建,通过本体实例映射验证和语义规则推理验证对所构建的智慧工厂领域本体的可用性进行评测,并分析对比本方法的优缺点。
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