基于本體和工作流的網(wǎng)絡(luò)工程實訓管理系統(tǒng)研究

為了提高工作效率，國內(nèi)高校已經(jīng)推行網(wǎng)絡(luò)化辦公，根據(jù)工作的需要，很多高校都相繼建立了教務(wù)管理系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、財務(wù)管理系統(tǒng)、學生學籍管理系統(tǒng)等一系列網(wǎng)上辦公系統(tǒng)。因為這些系統(tǒng)是由不同的部門建立，來滿足各部門各自的工作需要，因此每個系統(tǒng)在建立時都很少考慮與其他系統(tǒng)之問的聯(lián)系，比如，教務(wù)管理系統(tǒng)由教務(wù)處建立，科研管理系統(tǒng)由科研處建立，這兩個系統(tǒng)都是針對學校的師生，系統(tǒng)的用戶是一樣的，系統(tǒng)常用的功能和操作也是相似的。如果沒有考慮到這些，每個部門都各自建立自己的系統(tǒng)，這樣必然造成系統(tǒng)的重復規(guī)劃，造成很大的人力和財力浪費。在進行系統(tǒng)建設(shè)時，充分考慮各個系統(tǒng)之間的聯(lián)系和減少重復規(guī)劃所帶來的浪費則是需要研究的重點和方向。本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)工程實訓管理系統(tǒng)的實際應(yīng)用需要，采用改進的本體和工作流的建模方法進行建模，開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)工程實訓管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的開發(fā)對解決管理系統(tǒng)建立過程中存在的重復規(guī)劃問題具有參考意義。

1 技術(shù)背景

工作流技術(shù)是利用計算機技術(shù)使業(yè)務(wù)流程全部或者部分自動化。在此過程中，將文檔、信息或任務(wù)按照預定的規(guī)則傳遞，企業(yè)人員、已有軟件之間互相協(xié)調(diào)工作，以實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)的整體目標。工作流技術(shù)提高了知識應(yīng)用的效率，降低了運行成本，但是在實際應(yīng)用中，每個領(lǐng)域?qū)ν瑯邮聞?wù)的認知水平和知識表示方法存在不同：關(guān)注點不同，導致對同一事務(wù)的認知重點不同；知識水平不同，導致對同一事務(wù)的認知程度不同；實際需要不同，導致對事務(wù)的知識表示方法和文件存儲格式不同，這也導致了在知識共享方面存在很大困難。正是因為以上問題的存在，工作流在實際應(yīng)用時優(yōu)勢不能得到很好的發(fā)揮。本體的出現(xiàn)，很好地解決了知識共享的問題。

本體最初是哲學上的一個概念，后來被應(yīng)用到計算機領(lǐng)域，它是共享概念模型中明確的形式化規(guī)范說明，其目標是捕獲相關(guān)領(lǐng)域的知識，提供對該領(lǐng)域知識的共同理解，確定該領(lǐng)域內(nèi)共同認可的詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些詞匯(術(shù)語)和詞匯間相互關(guān)系的明確定義。利用本體可以避免對同一事物描述的差異性，提高知識表示的準確性，有效地解決了知識管理中文件數(shù)據(jù)格式不一致以及缺乏結(jié)構(gòu)性、跨部門之間對同一事物的分類及特性認知的差異以及關(guān)系定義的不明確等問題。

2系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)框架

網(wǎng)絡(luò)工程實訓管理系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。

數(shù)據(jù)庫為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，負責數(shù)據(jù)格式定義，存儲實訓內(nèi)容、成績和用戶實例等信息。

數(shù)據(jù)庫引擎負責數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存取的異常處理以及底層數(shù)據(jù)庫接口調(diào)用功能的封裝。

工作流引擎通過過程定義解析、工作流過程控制、工作流活動控制和資源管理，完成對業(yè)務(wù)過程的控制和業(yè)務(wù)活動的調(diào)度；完成對用戶角色和相關(guān)應(yīng)用程序等資源的管理；完成數(shù)據(jù)庫與XML文檔之間的數(shù)據(jù)交換，接收工作流啟動者選定的各個相關(guān)處理步驟中所涉及的用戶列表來生成工作流實例，并控制過程實例的創(chuàng)建、激活、掛起、終止等。應(yīng)用服務(wù)組件負責具體應(yīng)用與工作流之間的匹配。它與具體的應(yīng)用有關(guān)，與具體的實現(xiàn)技術(shù)以及編程語言無關(guān)。本體庫是本體數(shù)據(jù)庫的簡稱。本體庫負責本體的存儲、標識、版本化、分類，同時在新的本體被添加進來時負責新舊本體的兼容。

本體知識定義是以本體論為基礎(chǔ)建立的，它負責驗證用戶輸入信息的正確性，同時根據(jù)具體應(yīng)用調(diào)用相應(yīng)的本體，能夠改善不同應(yīng)用中對本體詞匯的差異性。

2.2 本體建模

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)工程實訓管理系統(tǒng)實際使用的需要，從系統(tǒng)用戶角度出發(fā)，采用改進的IDEF-5本體建模方法，建立了管理人員、教師和學生3個本體，如圖2所示。3個本體之間的相互關(guān)系如圖3所示。對每一個本體，可以建立如圖4所示的本體描述概要表。圖3中每2個本體之間的操作關(guān)系可以在本體描述概要表中進行查找。由圖3可以看到，管理人員本體可以對其他2個本體進行相應(yīng)的操作，教師本體可以對學生本體進行相應(yīng)的操作，學生本體只能對自身進行相應(yīng)的操作。由于篇幅所限，其他的本體信息這里不再列出。

這里對IDEF-5本體建模方法進行了改進，主要改進為：在本體描述概要表中增加了操作權(quán)限列表，以方便對每個用戶本體的操作權(quán)限進行定義；在本體關(guān)系中增加了自操作，以滿足實際的需要。

該系統(tǒng)本體以O(shè)WL DL描述邏輯為基礎(chǔ)，利用Protege3.1.1應(yīng)用程序作為本體的設(shè)計和開發(fā)工具，建立系統(tǒng)用戶本體。管理人員本體的描述如下(其他略)：

2.3 工作流建模

工作流技術(shù)中的核心工作是工作流模型的建立。由于Petri網(wǎng)具有直觀的圖形表示、形式化的語義、狀態(tài)和事件的顯示表示以及豐富的數(shù)學分析技術(shù)等特點，尤其適合工作流程管理領(lǐng)域的建模需求，因此這里采用基于Petri網(wǎng)的建模方法?；赑etri網(wǎng)的工作流建模方法中事務(wù)的參與者只有一個，根據(jù)實際需要，對模型進行了修改，完全依照實際事務(wù)的執(zhí)行過程，同時將事務(wù)的參與者增加到兩至三個。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)工程實訓管理系統(tǒng)使用的需要，可以建立學生實驗工作流模型、成績修改工作流模型、實驗添加工作流模型等若干個工作流模型。由于篇幅所限，僅列出學生實驗工作流模型示意圖如圖5所示。

圖5所示的學生實驗工作流模型基本反映了學生參加實驗并獲得實驗成績的整個過程。這里需要注意的是學生提交完實驗結(jié)果后可以選擇做其他實驗，教師若沒有完成實驗成績的提交則要反復提交實驗成績才能完成整個工作流。

3 本體庫的共享

網(wǎng)絡(luò)工程實訓管理系統(tǒng)所建立的本體庫中詳細定義了系統(tǒng)各種類型的用戶以及他們之間的關(guān)系，定義了各種用戶的權(quán)限和他們相應(yīng)的操作，這些內(nèi)容都對應(yīng)相應(yīng)的程序代碼。如果后續(xù)要建立教務(wù)管理系統(tǒng)、學生學籍管理系統(tǒng)等系統(tǒng)時，這里所建立的本體可以拿來直接使用或者稍加修改后再使用，這樣即可減少重復規(guī)劃所帶來的浪費。

4 結(jié) 語

將工作流技術(shù)與本體結(jié)合起來，有效地解決了工作流技術(shù)使用過程中認識的差異性和知識共享的問題。設(shè)計開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)工程實訓管理系統(tǒng)運行良好，所建立的本體庫在將來教務(wù)管理系統(tǒng)、學生學籍管理系統(tǒng)中具有實用價值。該系統(tǒng)的開發(fā)過程對解決管理系統(tǒng)建立過程中存在的重復規(guī)劃問題有參考意義。