面向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)研究
一、引言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，知識(shí)資源已經(jīng)成為保持供應(yīng)鏈競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要支柱。尤其近年來(lái)，學(xué)術(shù)界對(duì)供應(yīng)鏈知識(shí)管理的研究逐漸深入。其中，國(guó)外學(xué)者主要偏重具體實(shí)踐方面的研究，并與豐田、戴爾等知名企業(yè)展開(kāi)合作，取得了豐富的實(shí)踐成果。而國(guó)內(nèi)學(xué)者則主要關(guān)注理論方法方面的創(chuàng)新，在知識(shí)管理架構(gòu)、策略等方面取得了一定的理論成果。然而，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，稍縱即逝的商機(jī)要求供應(yīng)鏈向敏捷化方向發(fā)展。以農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈為例，近年來(lái)人民生活水平日益提高，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)數(shù)量和質(zhì)量都有了很大變化，人們的口味也越來(lái)越挑剔。如何針對(duì)顧客日常需求的變化進(jìn)行敏捷供應(yīng)鏈快速組建并在短時(shí)間內(nèi)提供相應(yīng)產(chǎn)品成為農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈發(fā)展中的難題。傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈知識(shí)管理已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)新的商業(yè)環(huán)境。目前已經(jīng)有學(xué)者開(kāi)始關(guān)注敏捷供應(yīng)鏈中的知識(shí)共享及知識(shí)重用，但對(duì)敏捷環(huán)境下知識(shí)管理系統(tǒng)的相關(guān)研究還很少。因此，本文以北京市農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈為研究背景，以敏捷化為目標(biāo)構(gòu)建一個(gè)敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)引入面向服務(wù)的思想以增強(qiáng)分布處理能力和可擴(kuò)展性。在此基礎(chǔ)上采用本體、工作流管理等方法對(duì)其中的知識(shí)服務(wù)檢索、組合等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，以期進(jìn)一步提升北京市農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的敏捷性和知識(shí)管理水平，為都市型農(nóng)業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
二、研究背景
北京市是農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)的大都市，據(jù)相關(guān)資料推算，全市每年消費(fèi)蔬菜約40億公斤，果品約29億公斤，生豬約400萬(wàn)頭。隨著北京市國(guó)際化程度日益增強(qiáng)以及2008年奧運(yùn)會(huì)的臨近，中高檔蔬菜瓜果、肉食的需求與日俱增。因此，構(gòu)建與之相適應(yīng)的現(xiàn)代化農(nóng)產(chǎn)品物流體系是北京市當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中亟待解決的重要問(wèn)題。北京市各級(jí)農(nóng)業(yè)管理部門(mén)也認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，在近年來(lái)實(shí)施的改革過(guò)程中，農(nóng)產(chǎn)品物流體系得到了長(zhǎng)足發(fā)展，取得了一定成績(jī)。但是與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在的問(wèn)題依舊比較明顯：(1)基礎(chǔ)設(shè)施投入不足。在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)上投入較大，但產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)和物流設(shè)施等方面卻明顯投入不足，加工水平低、運(yùn)送方式落后、冷鏈運(yùn)送比例小，致使產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，難以滿足奧運(yùn)期間巨大的物流需求。(2)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)不完善。主要表現(xiàn)在物流主體不清晰，眾多小農(nóng)戶、農(nóng)民合作組織加上農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)、批發(fā)商、零售商，一起構(gòu)成了農(nóng)產(chǎn)品流通主體多元化的格局。(3)物流信息不暢。北京市農(nóng)戶生產(chǎn)規(guī)模較小，市場(chǎng)主體分散，信息傳遞手段落后，導(dǎo)致產(chǎn)品流通時(shí)間拉長(zhǎng)，農(nóng)戶在供應(yīng)鏈全過(guò)程中處于被動(dòng)地位，無(wú)法及時(shí)獲得有效的供求信息，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷(xiāo)售處于無(wú)序狀態(tài)，難以快速滿足消費(fèi)者的需求。
三、面向服務(wù)的敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)
本文針對(duì)上述農(nóng)產(chǎn)品流通體系中知識(shí)管理存在的不足，從供應(yīng)鏈管理和信息管理的角度提出了面向服務(wù)的敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)(Services-Oriented Agile Knowledge Management System)。該系統(tǒng)基于Web服務(wù)技術(shù)，支持異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的分布式瀏覽器/服務(wù)器模式，對(duì)系統(tǒng)中的所有用戶提供分布透明性、跨平臺(tái)透明性以及異構(gòu)數(shù)據(jù)透明性。其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)敏捷供應(yīng)鏈中知識(shí)資源的分布式動(dòng)態(tài)集成，包括提供知識(shí)資源的動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)、集成和綁定等服務(wù)，從而解決了敏捷環(huán)境下知識(shí)資源集成的關(guān)鍵問(wèn)題。
(一)相關(guān)概念
面向服務(wù)的架構(gòu)自提出以來(lái)一直沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的形式化定義，許多學(xué)者對(duì)此方面進(jìn)行了研究。侯麗珊等提出了基于環(huán)境本體的服務(wù)描述框架并用基于?仔演算的進(jìn)程表達(dá)式表示服務(wù)的行為語(yǔ)義。饒?jiān)仍趯?duì)時(shí)序邏輯語(yǔ)言XYZ/E進(jìn)行擴(kuò)展的基礎(chǔ)上對(duì)面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的核心概念進(jìn)行了形式化定義。然而，上述研究都只針對(duì)傳統(tǒng)服務(wù)展開(kāi)，沒(méi)有考慮到知識(shí)服務(wù)的推理性、創(chuàng)新性和語(yǔ)境相關(guān)性等特點(diǎn)。因此，本文根據(jù)知識(shí)的特性，對(duì)敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)中相關(guān)概念進(jìn)行如下定義：
定義1敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)：由多個(gè)服務(wù)角色通過(guò)基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的基本連接件按照特定的業(yè)務(wù)模式組合而成的一個(gè)分布式敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)，能夠根據(jù)角色的請(qǐng)求及環(huán)境的變化迅速做出反應(yīng)，提供相應(yīng)的知識(shí)服務(wù)。
定義2知識(shí)服務(wù)(Knowledge Service)：由一個(gè)或多個(gè)知識(shí)模塊組合而成的具有獨(dú)立功能的、自治的軟件體，通過(guò)WSDL對(duì)外部接口進(jìn)行描述，利用SOAP消息來(lái)完成消息通信。詳細(xì)定義為：KS=，其中ID代表服務(wù)名稱。DIS代表服務(wù)描述，主要包括服務(wù)功能描述和服務(wù)契約描述兩部分。IF代表服務(wù)接口，是服務(wù)功能特征的集合。ATTR是服務(wù)屬性的描述，包括屬性、屬性值以及之間的映射關(guān)系。
定義3知識(shí)服務(wù)組合(Compositional Knowledge Service):由多個(gè)基本知識(shí)服務(wù)根據(jù)特定需求組合而成的具有復(fù)雜功能的軟件體。其內(nèi)部的消息通訊與服務(wù)調(diào)度以及與外部服務(wù)間的通訊使服務(wù)組合具有更為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)行為，且服務(wù)的重用粒度也更大。詳細(xì)定義為：CKS=，其中KS為基本服務(wù)集合，其他定義與上述知識(shí)服務(wù)類(lèi)似。
定義4知識(shí)服務(wù)描述(Knowledge Service Distribution)是對(duì)服務(wù)功能以及調(diào)用契約的描述，定義為SD=。其中SF為功能描述，包括接口功能、參數(shù)格式等。SC為調(diào)用契約，包含調(diào)用協(xié)議、調(diào)用權(quán)限等，其中知識(shí)服務(wù)接口(Service Interface)是服務(wù)訪問(wèn)的語(yǔ)法規(guī)范，僅提供服務(wù)名及特征，并不描述服務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式。定義為：SI=，其中SIP是接口參數(shù)的集合，SLM是服務(wù)方法的集合。
定義5知識(shí)服務(wù)屬性(Service Attribute)：對(duì)服務(wù)特征的描述。可細(xì)分為靜態(tài)屬性和動(dòng)態(tài)屬性。靜態(tài)屬性值不隨時(shí)間變化而變化，只是與其他服務(wù)區(qū)分的基本依據(jù)。動(dòng)態(tài)屬性則會(huì)隨著時(shí)間等外部條件的不同而取不同的值，刻畫(huà)了資源的變化特征，例如服務(wù)狀態(tài)、服務(wù)負(fù)載等。定義為：SA=，其中ATTR={a1,…，an}是服務(wù)屬性的集合;RAN={v1,…，vm}是服務(wù)屬性值的集合;f：ATTR->f(RAN)是資源屬性到其值域上的一個(gè)映射。
(二)體系結(jié)構(gòu)
敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)主要分為三層，包括交互層、應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層。其中交互層是系統(tǒng)面向用戶的接口，對(duì)外提供系統(tǒng)的公共服務(wù)，主要負(fù)責(zé)接收服務(wù)請(qǐng)求，并進(jìn)行服務(wù)請(qǐng)求的解析，將相關(guān)信息提交給系統(tǒng)其它模塊進(jìn)行下一步處理。而應(yīng)用層是系統(tǒng)的核心，主要包括以下幾個(gè)模塊：
服務(wù)注冊(cè)模塊在傳統(tǒng)VDDI的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行語(yǔ)義擴(kuò)充，除了保持UDDI基于關(guān)鍵字的.服務(wù)查詢和發(fā)現(xiàn)功能外，還擴(kuò)展了基于語(yǔ)義的服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)的注冊(cè)、查詢和語(yǔ)義映射工作。經(jīng)過(guò)接口封裝的各應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)，除了在UDDI進(jìn)行正常注冊(cè)之外，還使用領(lǐng)域本體對(duì)其進(jìn)行語(yǔ)義描述，以支持兩種不同類(lèi)型的服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制。
服務(wù)匹配模塊根據(jù)服務(wù)請(qǐng)求內(nèi)容，對(duì)服務(wù)注冊(cè)中心的服務(wù)進(jìn)行關(guān)鍵字及語(yǔ)義匹配，并返回最優(yōu)服務(wù)。在服務(wù)運(yùn)行的同時(shí)，由監(jiān)控模塊根據(jù)服務(wù)匹配和運(yùn)行的情況對(duì)服務(wù)進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果追加到服務(wù)注冊(cè)信息中，作為今后服務(wù)匹配和選擇的參考因素。
服務(wù)組合模塊只有當(dāng)一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求需要一個(gè)復(fù)雜業(yè)務(wù)過(guò)程才能夠完成時(shí)發(fā)揮作用。首先該服務(wù)請(qǐng)求會(huì)分解為基本服務(wù)請(qǐng)求，每個(gè)基本服務(wù)請(qǐng)求都要經(jīng)過(guò)服務(wù)的匹配過(guò)程，最后所有匹配的服務(wù)按照業(yè)務(wù)定義中的邏輯順序進(jìn)行服務(wù)組合，形成可執(zhí)行流程，最后解釋執(zhí)行。
數(shù)據(jù)層主要對(duì)成員的基本信息和服務(wù)信息進(jìn)行存貯和分析，以建立聯(lián)盟知識(shí)庫(kù)。
(三)組建過(guò)程
以農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈為例，敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)組建過(guò)程描述如下：(1)首先以行業(yè)協(xié)會(huì)的形式建立農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)聯(lián)盟，并對(duì)聯(lián)盟中的企業(yè)進(jìn)行分類(lèi)，包括生產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售企業(yè)等，其中每個(gè)企業(yè)均需要進(jìn)行資格認(rèn)證并進(jìn)行評(píng)級(jí)，通過(guò)認(rèn)證后各成員連入聯(lián)盟內(nèi)部Intrenet并在UDDI注冊(cè);(2)當(dāng)有合適的市場(chǎng)機(jī)遇出現(xiàn)時(shí)，聯(lián)盟統(tǒng)一發(fā)布市場(chǎng)信息并進(jìn)行分析，確定所需供應(yīng)商類(lèi)型。有合作意向的成員向聯(lián)盟提出申請(qǐng)，聯(lián)盟根據(jù)市場(chǎng)情況并結(jié)合成員的各項(xiàng)評(píng)級(jí)及所提供服務(wù)的質(zhì)量評(píng)級(jí)進(jìn)行供應(yīng)商選擇并組建供應(yīng)鏈;(3)供應(yīng)鏈組建完畢后，入選的注冊(cè)完畢后，敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)初步形成。當(dāng)有成員需要知識(shí)服務(wù)時(shí)首先到聯(lián)盟知識(shí)門(mén)戶提交進(jìn)行知識(shí)服務(wù)請(qǐng)求，若此服務(wù)存在則進(jìn)行共享權(quán)限確認(rèn)，然后由協(xié)會(huì)作為第三方與服務(wù)提供者綁定并進(jìn)行交互。(5)當(dāng)市場(chǎng)機(jī)遇消失后，敏捷供應(yīng)鏈解散，各企業(yè)知識(shí)服務(wù)注銷(xiāo)，重新回到步驟(2)。組建過(guò)程如圖3所示。
(四)應(yīng)用實(shí)例
這里，以農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)為例，對(duì)敏捷知識(shí)服務(wù)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。在對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行清洗加工的過(guò)程中，加工企業(yè)通常需要了解農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥使用量及所包含的化學(xué)成分，而作為需進(jìn)一步對(duì)農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行知識(shí)查詢。在敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)的支持下，農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)只需要向聯(lián)盟提交知識(shí)查詢即可，由系統(tǒng)進(jìn)行知識(shí)服務(wù)的組合調(diào)用并迅速發(fā)現(xiàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的敏捷重用，使原有查詢過(guò)程得到簡(jiǎn)化。
四、關(guān)鍵技術(shù)
(一)服務(wù)檢索與組合技術(shù)
知識(shí)服務(wù)作為一種語(yǔ)義密集型的高層應(yīng)用，用戶通常需要具備全面知識(shí)才能正確使用，傳統(tǒng)UDDI基于關(guān)鍵詞和簡(jiǎn)單分類(lèi)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制已經(jīng)不能很好滿足需要。因此，本文在敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)中提出一種基于領(lǐng)域本體和語(yǔ)義相似度的知識(shí)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法。首先將用戶查詢需求進(jìn)行語(yǔ)義擴(kuò)展，細(xì)分為功能需求、質(zhì)量需求等，然后判斷功能需求是基本服務(wù)還是組合服務(wù)，若為基本服務(wù)則直接對(duì)UDDI中已有服務(wù)進(jìn)行語(yǔ)義查詢。若為組合服務(wù)，則對(duì)該查詢進(jìn)行基本分解后進(jìn)行相似度計(jì)算，得出結(jié)果后再使用工作流技術(shù)實(shí)施服務(wù)組合，如圖4。其中，服務(wù)組合是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新的服務(wù)形式。目前研究方向主要有基于流程的方法和基于人工智能的方法。前者以工作流技術(shù)為基礎(chǔ)，具有代表性的成果有WSFL、BPEL4WS等;后者以語(yǔ)義描述模型為基礎(chǔ)，具有代表性的成果是OWL-S。而本文提出的方法則將服務(wù)檢索與組合相結(jié)合、人工智能與工作流相結(jié)合，充分考慮了知識(shí)服務(wù)自身的特點(diǎn)。
(二)服務(wù)質(zhì)量描述及評(píng)價(jià)方法
傳統(tǒng)UDDI沒(méi)有考慮服務(wù)質(zhì)量的問(wèn)題，當(dāng)請(qǐng)求者從UDDI上同時(shí)檢索到若干相關(guān)服務(wù)時(shí)將面臨著選擇問(wèn)題，因此Web服務(wù)中的質(zhì)量(QoS)管理，特別是服務(wù)組合的QoS管理，成了迫切需要解決的問(wèn)題。當(dāng)前，已經(jīng)有一些研究領(lǐng)域提出了基于QoS的服務(wù)評(píng)價(jià)及組合方法，但是這些方法大多數(shù)都沒(méi)有考慮Web環(huán)境的動(dòng)態(tài)性，而且只支持特定的服務(wù)類(lèi)型。針對(duì)這些問(wèn)題，本文提出一種支持QoS的服務(wù)描述及評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)。該方法根據(jù)農(nóng)業(yè)及農(nóng)產(chǎn)品流通的特點(diǎn)定義了一組描述服務(wù)的QoS屬性集，采用QoS協(xié)商和反饋評(píng)價(jià)機(jī)制，支持?jǐn)y帶QoS描述信息的服務(wù)發(fā)布以及基于QoS約束的服務(wù)發(fā)現(xiàn)。該模型不需要改變UDDI的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，而是基于WSDL直接對(duì)現(xiàn)有的UDDI服務(wù)進(jìn)行擴(kuò)展。具體實(shí)現(xiàn)方法將另文詳述。
五、結(jié)束語(yǔ)
人民生活水平的快速提升給農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇，同時(shí)也給涉農(nóng)企業(yè)及供應(yīng)鏈提出了更高要求。本文首先簡(jiǎn)要分析了當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)需求以及北京市農(nóng)產(chǎn)品流通體系的概況，在此基礎(chǔ)上基于Web服務(wù)技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)，將供應(yīng)鏈中各企業(yè)成員的知識(shí)模塊打包為知識(shí)服務(wù)進(jìn)行松耦合管理，并對(duì)知識(shí)服務(wù)檢索、服務(wù)組合以及質(zhì)量評(píng)價(jià)等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。通過(guò)該系統(tǒng)的實(shí)施，能夠?yàn)樯孓r(nóng)企業(yè)及供應(yīng)鏈提供完善的運(yùn)作模式和可行的支持環(huán)境，對(duì)推動(dòng)農(nóng)產(chǎn)品物流信息化的發(fā)展，乃至整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品物流的發(fā)展將起到積極作用。然而設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在敏捷知識(shí)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文將進(jìn)一步關(guān)注訪問(wèn)控制、事務(wù)處理等技術(shù)的研究并實(shí)現(xiàn)一個(gè)原型系統(tǒng)。
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