曾雅萍，王波，馮昊，魏清華

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心，北京 100029）

航空發(fā)動機領域本體構建與應用展望

曾雅萍，王波，馮昊，魏清華

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心，北京 100029）

本文在文獻統(tǒng)計分析和航空動力技術體系分析的基礎上，結合《國防科技工業(yè)敘詞表》，設計航空發(fā)動機領域本體的整體框架，并利用Protégé4.3完成航空發(fā)動機領域本體的知識體系構建和可視化展示研究。最后對航空發(fā)動機領域本體的應用進行展望。航空發(fā)動機領域本體庫的構建，為提高該領域的知識組織和知識服務效率奠定基礎。

本體；領域本體；本體構建；本體應用；航空發(fā)動機

1　前言

航空發(fā)動機技術被譽為現(xiàn)代工業(yè)“皇冠上的明珠”，是一個國家科技、工業(yè)、經(jīng)濟和國防實力的重要標志。我國從富國強軍的戰(zhàn)略高度出發(fā)，已組建中國航空發(fā)動機集團公司，希望加快實現(xiàn)航空發(fā)動機及燃氣輪機自主研發(fā)和制造生產(chǎn)。航空發(fā)動機是國之重器，是裝備制造業(yè)的尖端，盡快在這一領域實現(xiàn)突破，對于增強我國經(jīng)濟和國防實力、提升綜合國力具有重大意義。航空發(fā)動機領域的科學研究與航空事業(yè)的發(fā)展有直接而密切的聯(lián)系，可以說它是航空事業(yè)發(fā)展的推動力。當前，隨著航空科技信息資源規(guī)模的急劇增加，航空發(fā)動機領域科研人員面臨被信息海洋湮沒，難以有效積累和利用知識等問題。究其原因，計算機難以理解信息內容是重要影響因素。因此，有效積累航空發(fā)動機領域的知識，組織發(fā)動機專業(yè)的信息資源，為我國航空科技領域科研和管理人員提供有力的信息支持；快速獲取所需科技信息，進行語義智能信息檢索和知識挖掘，逐步實現(xiàn)從信息存儲到知識組織的轉變、信息檢索到知識發(fā)現(xiàn)的轉變，是航空科技信息工作者義不容辭的責任。

本體可以捕獲相關領域的知識，提供對該領域知識的共同理解，確定該領域同行認可的術語，并從不同層次的形式化模型中給出術語間相互關系的明確定義。因此，近年來本體在信息系統(tǒng)、人工智能軟件、語義智能檢索等方面得到廣泛應用?；诖?，本文試圖通過構建航空發(fā)動機領域本體，希望能為我國航空科技領域科研和管理人員快速獲取所需科技信息提供有力支持，為科技信息資源深度加工和有效利用提供技術保障。

2　航空發(fā)動機領域本體整體設計

2.1航空發(fā)動機領域本體范圍的確定

本文通過參照相關專業(yè)文獻，統(tǒng)計分析搜集的學術文章，考察目前國內外對航空發(fā)動機進行研究時涉及的相關領域，并運用本體系統(tǒng)能力分析法，結合航空動力的技術體系分析，同時咨詢航空發(fā)動機領域專家來確定航空發(fā)動機領域本體的范圍。

2.1.1本體系統(tǒng)能力分析法

本體系統(tǒng)能力分析法即對本體所能回答問題的初步確定。首先，擬定所建領域本體可能涉及的問題。如本研究本體涵蓋哪個領域，應用于哪些方面，可回答哪些問題，由誰來使用和維護等。其次，通過綜合分析確定航空發(fā)動機領域本體范圍涉及的相關信息并進行歸納。具體包括航空發(fā)動機本身的特征（如航空發(fā)動機的特征屬性、組成部分和類型，航空發(fā)動機的設計、制造與維修），航空發(fā)動機所用的先進材料，航空發(fā)動機試驗，航空發(fā)動機研究制造機構，航空發(fā)動機裝配的飛行器，航空發(fā)動機實例的相關描述（如某臺航空發(fā)動機的研制概況、現(xiàn)狀、效能和前景等）。

2.1.2航空動力的技術體系分析

航空發(fā)動機屬航空動力范疇，航空動力的技術體系十分復雜，通常從科學學科、產(chǎn)品組成、設計要求和研制工作性質等四個方面描述或表征。在科學學科方面，涉及工程熱力學等近10個學科；在產(chǎn)品組成方面，涉及發(fā)動機總體及20多個部件和系統(tǒng)，有幾萬個零件；在設計要求方面，涉及發(fā)動機性能等；在研制工作性質方面，可分為研究、設計、試驗和制造等不同性質的工作。

如果按照工作性質來描述，航空動力的技術體系可形成一個金字塔樣的體系結構，該結構分為四個層次：航空發(fā)動機作為終極產(chǎn)品為第一層次，第二層次由研究、設計、試驗、制造和材料5個系統(tǒng)組成，第三層次有幾十個子系統(tǒng)，第四層次有上百個技術單元。第二層次的研究系統(tǒng)屬于預研范疇，包括應用基礎研究、應用研究和技術驗證。設計系統(tǒng)指型號研制中的工程設計工作，旨在預研成果的基礎上，根據(jù)戰(zhàn)術技術或適航性要求，考慮制造技術的現(xiàn)狀，設計和編制出可供原型機制造、試驗和鑒定用的圖樣、工藝規(guī)范和試驗要求等。受試驗的驗證和反饋，反復迭代。設計工作可分為方案設計、技術設計和詳細設計三個階段，不僅有傳統(tǒng)的性能、結構和強度設計，還包括近年興起的環(huán)境特性設計、可靠性設計、維修性設計、保障性設計和經(jīng)濟可承受性設計等；試驗系統(tǒng)指發(fā)動機研制過程中的試驗工作，試驗系統(tǒng)按試驗目的可分為科學研究試驗、型號研制試驗和批生產(chǎn)發(fā)動機試驗等；制造系統(tǒng)以解決發(fā)動機試驗件、原型機和批生產(chǎn)發(fā)動機的制造為工作內容，包括與發(fā)動機制造緊密相關的精密成形技術、特種加工技術、連接制造技術、熱處理技術、表面防護與強化技術、數(shù)字化制造技術和檢測技術；材料系統(tǒng)以提供發(fā)動機所需材料和相關性能為工作內容［1］。

經(jīng)分析，初步確定航空發(fā)動機領域本體覆蓋航空發(fā)動機設計、制造、材料、試驗、應用和維修等專業(yè)范圍。所涉及的航空發(fā)動機產(chǎn)品有渦輪噴氣/渦輪風扇發(fā)動機、渦輪軸/渦輪螺槳發(fā)動機、活塞式發(fā)動機以及特種能源發(fā)動機及其零部件和附件系統(tǒng)等，其應用安裝的飛行器主要包括殲擊機、轟炸機、直升機、運輸機、無人駕駛飛機、導彈、靶機等，另外相關研究機構、制造公司與研究人員亦是重要的信息來源。航空發(fā)動機領域本體結構示意圖如圖1所示。

圖1　航空發(fā)動機領域本體結構示意圖

航空發(fā)動機領域本體的構建是一項復雜度高、技術難度大的技術工程。本研究本體相關領域知識的描述是為揭示航空發(fā)動機領域知識服務的，以提高航空發(fā)動機領域知識組織及檢索效率，整個本體的構建不能脫離航空發(fā)動機的主體地位。

2.2航空發(fā)動機領域本體類及類的等級體系

在技術調研與定量分析的基礎上，篩選出組成航空發(fā)動機領域本體要素的重要概念，并分析概念間的關系，確定核心大類和概念的等級體系和層次，以進行概念的有效擴展。

2.2.1航空發(fā)動機領域本體核心大類確定

該領域本體概念體系的構建首先需確定領域本體的根結點（一級核心概念），即本領域最概括的概念。這些概念與航空發(fā)動機緊密相關，其確定原則有最大相關性原則和相對獨立性原則。與航空發(fā)動機領域相關的概念數(shù)不勝數(shù)，本文僅選取概念間相對獨立且最重要、最相關的概念。該本體一級概念確定的依據(jù)主要有以下3方面。

（1）根據(jù)本體構建領域范圍的分析，確定與航空發(fā)動機密切相關的領域，抽取能代表該領域的上層概念。

（2）通過國防科技工業(yè)數(shù)字圖書館（簡稱“國防數(shù)圖”）數(shù)據(jù)庫和中國知網(wǎng)（China National KnowledgeInfrastructure，CNKI）數(shù)據(jù)庫，檢索航空發(fā)動機技術相關的文獻信息，對其進行分析統(tǒng)計。如本文在CNKI及國防數(shù)圖數(shù)據(jù)庫中檢索與航空發(fā)動機相關的文獻數(shù)據(jù)，從關鍵詞和分類角度進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計共57 926篇（1950—2013年）涉及航空發(fā)動機方面文獻的關鍵詞及學科分布情況，作為形成本體大類的數(shù)據(jù)依據(jù)。從關鍵詞角度分析，多涉及航空發(fā)動機系統(tǒng)、設計、結構、試驗、飛行器、飛機、材料、制造、故障診斷與維修等方面詞匯（見表1）。另外，按分布學科檢索航空發(fā)動機相關文獻57 834篇，內容涉及近40個學科，取文獻量超過800篇的學科，包括航空航天科學與工程、工業(yè)經(jīng)濟、金屬學及金屬工藝、動力工程、武器工業(yè)與軍事技術、自動化技術、機械工業(yè)、交通運輸經(jīng)濟、計算機軟件及計算機應用、材料科學等（見表2）。

航空發(fā)動機相關文獻系 統(tǒng)設 計結 構試 驗飛 機材 料制 造故障診斷與維修飛行器57 926 33 399 32 120 27 251 22 095 21 545 17 940 14 765 9 237 3 631

表2　分類角度統(tǒng)計文獻學科分布情況表篇

綜合以上分析數(shù)據(jù)初步確定一級核心概念范圍。

（3）請領域專家斟酌認可。在上述統(tǒng)計分析及專家鑒定的基礎上，綜合發(fā)動機的型號、設計、制造、材料、試驗、維修和應用等方面確定航空發(fā)動機領域本體由10個一級核心大類構成，分別為航空發(fā)動機類型、航空發(fā)動機結構（航空發(fā)動機部件和航空發(fā)動機系統(tǒng)）、航空發(fā)動機設計、航空發(fā)動機制造技術、航空用材料技術、航空發(fā)動機故障與維修、航空發(fā)動機試驗技術、航空發(fā)動機用途、航空人物、航空機構［2］。

領域本體核心大類確定后，將采用自頂向下或自底向上相結合的等級體系構建方法，作為領域本體進行概念體系擴展的基礎。由Protégé4.3構建的航空發(fā)動機領域本體一級核心大類可視化結構圖如圖2所示。

圖2　航空發(fā)動機領域本體一級核心大類可視化結構圖

2.2.2航空發(fā)動機領域本體概念體系的擴展

本體中的關系可分為兩大類：等級關系和非等級關系。等級關系是以樹狀結構對某一大類內在體系結構進行揭示，非等級關系是以網(wǎng)狀結構反映各大類及各實例間的聯(lián)系。首先，根據(jù)領域本體的最上層核心概念并作為頂層大類，據(jù)此自頂向下對概念進行細化（即等級體系的擴展）體現(xiàn)概念間的等級關系。定義種屬關系，形成該領域本體的縱向基本框架。然后，將《國防科技工業(yè)敘詞表》（簡稱《國防表》）、專業(yè)手冊及文獻資料中提取的下層具體概念，按其歸屬，自頂向下或自底向上地并入已構建完成的概念體系。

以航空發(fā)動機為例，種屬關系下位類的定義選用航空發(fā)動機某一適合的分類標準，劃分4個二級子類，即活塞式發(fā)動機、空氣噴氣式發(fā)動機、組合式發(fā)動機、特種能源發(fā)動機。如圖3所示，箭頭指向為子類，如“空氣噴氣發(fā)動機”是“航空發(fā)動機”的子類，可繼承航空發(fā)動機的所有屬性，如此層層擴展子類，航空發(fā)動機共分為78個子類。該分類具有一定的靈活性，存在合理的交叉。由于航空發(fā)動機的用途本身存在很多交叉，通過適當控制，既能反映客觀實際，又使航空發(fā)動機類型間的交叉程度保持在一定范圍內。如單轉子升力渦輪噴氣發(fā)動機既屬于單轉子渦輪噴氣發(fā)動機，又屬于升力噴氣發(fā)動機［3］。

圖3　航空發(fā)動機類型可視化結構圖

航空發(fā)動機結構包括航空發(fā)動機部件和系統(tǒng)。發(fā)動機部件分為27個二級類共36個子類，如發(fā)動機殼體、進氣道、燃燒室、渦輪、壓氣機、汽化器、排氣管、螺旋槳等；發(fā)動機系統(tǒng)12個二級類共47個子類，如點火系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、發(fā)動機自動控制系統(tǒng)、發(fā)動機防冰系統(tǒng)、防喘振系統(tǒng)等。

航空發(fā)動機領域本體體系龐大，涉及多個領域，如飛行器、動力裝置（發(fā)動機）、試驗技術等。因此，除等級關系外，還體現(xiàn)為非等級關系。這部分概念體系構建的難點在于如何將航空發(fā)動機本體復雜的構成劃分為完整的、互不交叉的子類，又不能涉及程度過深，避免使航空發(fā)動機領域邊緣溢出，從而導致領域本體范圍不明確。因此，在本體構建之初對本體領域和范圍的定義非常重要。通過系統(tǒng)能力問題的定義和對本體應用更加深入地分析，可以決定相關領域構建的深入程度。本文確定本體的非等級關系涉及領域有飛行器、動力裝置（發(fā)動機）、試驗技術、制造技術、材料技術、研究制造公司、發(fā)動機設計等。對飛行器的子類擴展，以航空發(fā)動機需要安裝的型號為主要立類標準，以此擴展飛行器的子類。如渦槳6安裝于運8飛機，運8飛機屬于運輸機，則將運輸機列于飛行器的航空器下。

在本體構建過程中，不可避免地會有大量來自其上層領域和相關領域的概念，通過自建的方式滿足本體對知識的揭示需求是不可能的。理想狀態(tài)是相關領域的本體已經(jīng)存在，其表達方式和邏輯結構與領域本體比較一致，可以直接對其復用。但目前的情形是滿足要求的本體并不存在，在領域本體構建中需留出一個標準化的接口，便于后期的集成和復用。本文對非等級關系只作了研究性的探索，并未完全擴展到各級子類，而是從航空發(fā)動機的一條主線即設計、制造生產(chǎn)、材料、試驗、應用等方面試驗性地進行領域本體的構建，為推廣到全局奠定基礎。

針對本體的各大類，應查詢最新技術涉及的新術語，并添加到本體概念，同時作為新科技詞匯補充進《國防表》。

2.3航空發(fā)動機領域本體類的屬性定義

屬性是本體描述概念特征的重要部分，是該領域實體區(qū)別于其他實體的標識，或者說本體中的屬性代表一種關系。網(wǎng)絡本體語言（Web Ontology Language，OWL）的屬性包括：（1）對象屬性（Object Properties，OP），代表個體間的關系；（2）數(shù)據(jù)屬性（Datatype Properties，DP），代表個體和基本數(shù)據(jù)類型的關系（如發(fā)動機起飛功率、發(fā)動機耗油率等）；（3）注釋屬性（Annotation Properties），對元數(shù)據(jù)起解釋作用。

可定義一個航空發(fā)動機屬性模板，既能保證盡量全面地描述航空發(fā)動機的主要特征，又能使屬性的定義更加明晰和規(guī)范。以下分別就對象屬性和數(shù)據(jù)屬性進行描述及設計。

2.3.1航空發(fā)動機領域本體對象屬性的定義

本體的對象屬性體現(xiàn)概念間非等級關系，本文指航空發(fā)動機和其他一級概念、實例與實例間的關系，反映事物間固有的內在聯(lián)系。概念間存在豐富的語義關系，但由于開發(fā)人員表達習慣的不同及對關系理解的偏差，使本體的關系描述比較混亂，不利于知識的揭示。此外，關系定義的標準化和規(guī)范化也是需要考慮的問題。為此，本文結合Protégé中對象屬性描述的基本原則，確定對象屬性統(tǒng)一采用“has”或“is”，便于機器可讀。

本研究的對象屬性根據(jù)航空發(fā)動機領域本體的特殊需要建立概念間的關系，共定義近50種對象屬性。（1）安裝關系，表示航空發(fā)動機的用途，用“isStalled”表示。（2）制造與維修關系，用以反映航空發(fā)動機產(chǎn)品所用的制造技術和維修狀況，用“hasManufactureAnd Maintenance”表示。（3）故障關系，描述航空發(fā)動機故障現(xiàn)象的術語。故障方面的知識對航空發(fā)動機產(chǎn)品非常重要，用“hasEngineFaults”表示。（4）人物、機構、產(chǎn)品歸屬關系，用于描述國內外航空機構歸屬的國家及航空人物歸屬的航空機構（如航空發(fā)動機產(chǎn)品、部件的設計，制造的國別、企業(yè)名或機構名，航空發(fā)動機專業(yè)重要人物的情況等），用“hasBelongTo”表示。（5）制成材料關系，用于表示發(fā)動機產(chǎn)品、零（部）件的制成材料，用“IsMaterialsOf”表示［4］。

本文定義的對象屬性涉及發(fā)動機、材料、制造公司、研究機構、人物等方面的相關信息。另外，子類的對象屬性可在所有數(shù)據(jù)屬性定義后，再根據(jù)數(shù)據(jù)的分類情況進行綜合分析后完善。

2.3.2航空發(fā)動機領域本體數(shù)據(jù)屬性的定義

本體數(shù)據(jù)屬性的定義有兩種：（1）通用屬性的定義。通用屬性是所有航空發(fā)動機都具有的，由“航空發(fā)動機”概念定義，可被下位所有發(fā)動機繼承，本研究本體試驗庫所定義的通用屬性可分為航空發(fā)動機的基本信息（包括研制、生產(chǎn)、銷售概況、外形特征及用途等）和航空發(fā)動機的性能參數(shù)（包括耗油率、燃料消耗量、增壓比、空氣流量、干質量等）。（2）特有屬性的定義。具體由航空發(fā)動機的下位類定義。本研究本體數(shù)據(jù)航空發(fā)動機領域本體屬性定義的主要依據(jù)是航空工業(yè)出版社出版的《世界發(fā)動機手冊》《世界飛機手冊》和國防數(shù)圖數(shù)據(jù)庫型號數(shù)據(jù)。通過制定數(shù)據(jù)采集基本規(guī)則，批量提取發(fā)動機相關屬性數(shù)據(jù)，而后對提取的屬性數(shù)據(jù)進行分析并按一定的原則進行排序、比較、去重加工，最后在提取的近1 500個數(shù)據(jù)中篩選出300多個初步定義，并請領域專家斟酌確認數(shù)據(jù)屬性。定義的數(shù)據(jù)屬性示例如表3所示。屬性確定是個動態(tài)過程，在以后的數(shù)據(jù)加工中，根據(jù)數(shù)據(jù)實際情況進行必要的增加、刪除和改動，直至數(shù)據(jù)屬性趨于完善，使定義的數(shù)據(jù)屬性能基本反映航空發(fā)動機及相關專業(yè)的主要特征。

表3　航空發(fā)動機領域本體部分數(shù)據(jù)屬性（DP）示例表

2.4航空發(fā)動機領域本體實例創(chuàng)建

2.4.1航空發(fā)動機領域本體實例數(shù)據(jù)采集來源

本體實例數(shù)據(jù)采集來源包括：（1）工具書（如《世界發(fā)動機手冊》《世界飛機手冊》）收錄的航空發(fā)動機及與航空發(fā)動機相配備的飛行器型號；（2）國防數(shù)圖數(shù)據(jù)庫文獻中提取的航空發(fā)動機介紹；（3）互聯(lián)網(wǎng)提供的航空發(fā)動機種類實例［5-6］。

本文的本體航空發(fā)動機領域本體試驗庫按照制定的基本原則和規(guī)定的數(shù)據(jù)格式采集實例數(shù)據(jù)，編程后批量導入，完成實例數(shù)據(jù)填充。

2.4.2航空發(fā)動機領域本體實例數(shù)據(jù)加工原則

由于實例數(shù)據(jù)的來源不同、格式各異，所以需制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)加工原則。

根據(jù)本體構建的顆粒度不同，實例的具體程度也不同。從實用性和可行性出發(fā)，確定本研究本體的實例為某類航空發(fā)動機某一系列的具體型號及其改型型號。主要原因包括：（1）從屬于某一具體系列下的各型號的航空發(fā)動機的特征雖然差別不大，但屬性值不完全相同，因此須涵蓋所有具體型號；（2）為使研究方法能從試驗庫數(shù)據(jù)移植到實體庫，使研究更具繼承性。

2.4.3航空發(fā)動機領域本體實例數(shù)據(jù)與屬性的關聯(lián)

將采集的數(shù)據(jù)與定義的屬性關聯(lián)，制作統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)屬性定義規(guī)范樣例，為機器批量數(shù)據(jù)輸入奠定編程基礎（見表3）。

表3　實例數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)屬性定義規(guī)范樣例表

3　航空發(fā)動機領域本體的實現(xiàn)

本文在利用Protégé4.3創(chuàng)建OWL本體時，需要對填充的類、屬性和實例進行相應的設置，以網(wǎng)狀結構展示航空發(fā)動機領域的知識體系，并進行一定的知識推理。

3.1航空發(fā)動機領域本體類、屬性和實例的設置

該領域本體在創(chuàng)建類的基礎上定義對象屬性和數(shù)據(jù)屬性，設置屬性特征和屬性約束。如航空發(fā)動機部件“isPartOf”屬性，其定義域和值域分別設置為“航空發(fā)動機部件”和“航空發(fā)動機”。該屬性可設置為“transitive”，即具有傳遞性。為該屬性添加限制條件，確保航空發(fā)動機部件“isPartOf”的值全部來自于“航空發(fā)動機”的實例（見圖4）。因此，如果“航空發(fā)動機部件”的一個實例“渦輪增壓器（TD07）”通過屬性“ispartof”與“渦槳6”相連，那么可以推理得出“渦槳6”是“航空發(fā)動機”的一個實例。以此增強語義表達能力和推理能力（見圖5和圖6），最后根據(jù)已建成的類、屬性及關系進行實例添加。本研究本體主要對航空發(fā)動機的下位類概念進行實例填充，共創(chuàng)建1 000多個實例，本研究本體中的實例為試驗性的，因而數(shù)量有限。以“WJ6發(fā)動機”為例，為抽象概念體系定義的屬性特征填充具體屬性值，從“WJ6”航空發(fā)動機的構成、制造工藝、故障維修、采用材料、研制機構、制造公司以及應用等方面展示構建的航空發(fā)動機領域本體的個體全貌［7］（見圖7），以WJ6（渦槳6）為檢索詞可一次性檢索出與渦槳6發(fā)動機緊密相關的多方面信息內容。

圖4　屬性約束機制的限制

圖5　推理前“TD07”不在對象屬性中示意圖

圖6　推理后“TD07”自動填充到對象屬性位置中示意圖

3.2航空發(fā)動機領域本體試驗庫可視化展示

本文基于Protégé4.3軟件對航空發(fā)動機領域本體構建進行實踐操作，設計并構建包含700多個概念、近50個對象屬性、320多個數(shù)據(jù)屬性和1 000多個實例的航空發(fā)動機領域本體試驗庫。以下通過可視化工具對本研究本體的結果進行展示（見圖7，圖8）。

圖7　航空發(fā)動機領域本體試驗庫可視化展示圖（檢索詞：渦槳6）

圖8　航空發(fā)動機領域本體試驗庫可視化展示圖

至此，在文獻調研的基礎上，結合《國防表》和國防數(shù)圖數(shù)據(jù)庫，選擇OWL語言作為本體描述語言，采用七步法、利用Protégé4.3作為本體構建工具，初步完成航空發(fā)動機領域本體試驗庫的構建。但在領域本體庫的構建中，因知識面難免片面以及領域新知識的不斷變化，篩選的概念應動態(tài)管理，領域本體庫的構建應是一個不斷持續(xù)與積累更新的過程［8-9］。

4　航空發(fā)動機領域本體應用展望

本體可在知識表達和知識處理等諸多領域得到廣泛應用，本文試圖通過試驗性地設計航空發(fā)動機領域本體試驗庫在國防數(shù)圖中的應用環(huán)境，探索其應用方案，為航空發(fā)動機領域本體在航空發(fā)動機科研生產(chǎn)中的實際應用奠定應用基礎。

航空發(fā)動機領域本體在國防數(shù)圖應用環(huán)境框架的設計思想：知識層次以航空發(fā)動機領域本體為核心，以該領域知識管理為目標，有效地解決航空發(fā)動機領域知識管理中的問題（如航空發(fā)動機領域知識導航、組織、檢索和挖掘等）。其整體應用環(huán)境框架結構如圖9所示。

圖9描述的本體應用環(huán)境分為前臺和后臺兩種應用環(huán)境。后臺環(huán)境為后臺管理員提供本體庫等的建立、維護工作；前臺環(huán)境為用戶提供可視化服務界面，為實現(xiàn)多領域知識檢索，需提供領域知識分析器。具體步驟包括5點。

（1）以構建“航空發(fā)動機領域本體”為本體試驗庫并進行擴建；將本體試驗庫中的數(shù)據(jù)，按規(guī)定的格式存儲在國防數(shù)圖的數(shù)據(jù)庫中；如果檢索系統(tǒng)對推理能力要求不高，航空發(fā)動機領域本體可用概念圖的形式表示并存儲，數(shù)據(jù)可以保存在一般的關系數(shù)據(jù)庫中，采用圖匹配技術完成信息檢索。如果要求比較強的推理能力，一般需要用一種描述語言（如Loom、Ontolingua等）表示本體，數(shù)據(jù)保存在知識庫中，采用描述語言的邏輯推理能力完成信息檢索。由于本體能通過概念間的關系表達概念語義能力，所以能夠提高檢索的查全率和查準率。

（2）以在國防數(shù)圖數(shù)據(jù)庫中按一定原則篩選的有關數(shù)據(jù)作為試驗數(shù)據(jù)來源，形成應用樣本庫。

（3）建立本體試驗庫與應用樣本庫間的關聯(lián)映射。

（4）對用戶所需的應用提供可視化界面來獲取請求，推理機制分析器按照本體把用戶請求轉換成規(guī)定的格式，在航空發(fā)動機領域本體的幫助下從樣本庫中匹配出符合條件的數(shù)據(jù)集合。

圖9　航空發(fā)動機領域本體應用環(huán)境框架

（5）檢索的結果經(jīng)過定制處理后，返回給用戶?？筛鶕?jù)不同用戶的興趣愛好及要求描述，編輯檢索結果提供給用戶，使用戶與本體應用環(huán)境有更進一步的交互。

通過以上技術方法，可在國防數(shù)字圖書館系統(tǒng)中調用航空發(fā)動機領域本體試驗庫，嘗試性地進行知識導航、知識檢索、知識挖掘等方面應用實踐試驗［10］。

5　結語

由于本文所提的方法只限于理論層面，本體試驗庫建設也僅是試驗性地就某一型號發(fā)動機為例建一完整的屬性和關系，并沒有對所有概念和實例進行定義，亦沒有在實際中應用檢驗，所以構建方法在科學性和可操作性上還存在一些問題。如框架結構的完整性、類目選擇的合理性及在概念關系的深入挖掘，提高本體推理能力等方面還有待更深入的研究。綜上所述，航空發(fā)動機領域本體試驗庫的建立，立足于發(fā)動機的本質，從語義和知識層次上描述信息，具有良好的概念層次結構；支持邏輯推理，能夠捕獲發(fā)動機領域知識；確定共同認可的術語，從不同層次的形式化模型中明確術語和術語間關系，實現(xiàn)人機更好的交流和知識共享；有助于提高航空發(fā)動機領域信息資源檢索和知識服務的效率，在促進傳統(tǒng)知識組織系統(tǒng)的轉型發(fā)展方面有所突破；為國防科技領域本體的建立提供構建方法和過程，為更進一步研究領域本體在大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)和挖掘奠定基礎，為其他領域本體的構建提供借鑒。

［1］ 《新航空概論》編寫組. 新航空概論［M］.北京:航空工業(yè)出版社，2010.

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［10］ 岳麗欣，劉文云.國內外領域本體構建方法的比較研究［J］.情報理論與實踐，2016（8）:119-125.

Aircraft Engine Domain Ontology Construction and Application Prospects

ZENG YaPing， WANG Bo， FENG Hao ，WEI QingHua
（Aviation Industry Development Research Center of China， Beijing 100029， China）

Based on the analysis of literature statistics and the analysis of aviation power technology framework， the architecture of aviation engine domain ontology is designed， combining with National Defense Industry Thesaurus. The study on the construction and visualization of aviation engine domain ontology system is finished by using Protégé 4.3 ontology building tool. Finally， the application of aviation engine domain ontology is prospected. The efficiency of knowledge organization and knowledge service in aviation engine domain will be improved by this work.

Ontology； Domain Ontology； Ontology Construction； Ontology Application； Aircraft Engine

B016；V23

10.3772/j.issn.1673-2286.2016.10.009

曾雅萍，女，1963年生，副研究員，研究方向：信息資源管理、知識組織及數(shù)字圖書館，E-mail：yapzeng36@aliyun.com。

王波，男，1978年生，高級工程師，研究方向：信息資源管理、知識組織及數(shù)字圖書館，E-mail：acai_wb@126.com。

馮昊，男，1984年生，工程師，研究方向：信息資源管理、知識組織及數(shù)字圖書館，E-mail：adrfhao@163.com。

魏清華，女，1976年生，高級工程師，研究方向：信息資源管理、知識組織及數(shù)字圖書館，E-mail：weiqinghua_hk@163.com。

（2016-09-21）