面向农业领域的敏捷知识管理系统研究

一、引言
    随着经济的发展，知识资源已经成为保持供应链竞争优势的重要支柱。尤其近年来，学术界对供应链知识管理的研究逐渐深入。其中，国外学者主要偏重具体实践方面的研究，并与丰田、戴尔等知名企业展开合作，取得了丰富的实践成果。而国内学者则主要关注理论方法方面的创新，在知识管理架构、策略等方面取得了一定的理论成果。然而，随着市场竞争日趋激烈，稍纵即逝的商机要求供应链向敏捷化方向发展。以农产品供应链为例，近年来人民生活水平日益提高，农产品供应数量和质量都有了很大变化，人们的口味也越来越挑剔。如何针对顾客日常需求的变化进行敏捷供应链快速组建并在短时间内提供相应产品成为农产品供应链发展中的难题。传统的供应链知识管理已经无法适应新的商业环境。目前已经有学者开始关注敏捷供应链中的知识共享及知识重用，但对敏捷环境下知识管理系统的相关研究还很少。因此，本文以北京市农产品供应链为研究背景，以敏捷化为目标构建一个敏捷知识管理系统，该系统引入面向服务的思想以增强分布处理能力和可扩展性。在此基础上采用本体、工作流管理等方法对其中的知识服务检索、组合等关键技术进行研究，以期进一步提升北京市农产品供应链的敏捷性和知识管理水平，为都市型农业发展做出贡献。
   
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二、研究背景
    北京市是农产品消费的大都市，据相关资料推算，全市每年消费蔬菜约40亿公斤，果品约29亿公斤，生猪约400万头。随着北京市国际化程度日益增强以及2008年奥运会的临近，中高档蔬菜瓜果、肉食的需求与日俱增。因此，构建与之相适应的现代化农产品物流体系是北京市当前社会经济发展中亟待解决的重要问题。北京市各级农业管理部门也认识到这一点，在近年来实施的改革过程中，农产品物流体系得到了长足发展，取得了一定成绩。但是与一些发达国家相比，存在的问题依旧比较明显：（1）基础设施投入不足。在农业增产上投入较大，但产品储运技术和物流设施等方面却明显投入不足，加工水平低、运送方式落后、冷链运送比例小，致使产品质量难以保证，难以满足奥运期间巨大的物流需求。（2）市场结构不完善。主要表现在物流主体不清晰，众多小农户、农民合作组织加上农产品加工企业、批发商、零售商，一起构成了农产品流通主体多元化的格局。（3）物流信息不畅。北京市农户生产规模较小，市场主体分散，信息传递手段落后，导致产品流通时间拉长，农户在供应链全过程中处于被动地位，无法及时获得有效的供求信息，进而导致农产品的生产和销售处于无序状态，难以快速满足消费者的需求。
三、面向服务的敏捷知识管理系统
    本文针对上述农产品流通体系中知识管理存在的不足，从供应链管理和信息管理的角度提出了面向服务的敏捷知识管理系统（Services-Oriented Agile Knowledge Management System）。该系统基于Web服务技术，支持异构计算环境下的分布式浏览器/服务器模式，对系统中的所有用户提供分布透明性、跨平台透明性以及异构数据透明性。其总体结构如图2所示。该系统能够实现敏捷供应链中知识资源的分布式动态集成，包括提供知识资源的动态发现、集成和绑定等服务，从而解决了敏捷环境下知识资源集成的关键问题。
   （一）相关概念
    面向服务的架构自提出以来一直没有标准的形式化定义，许多学者对此方面进行了研究。侯丽珊等提出了基于环境本体的服务描述框架并用基于?仔演算的进程表达式表示服务的行为语义。饶元等在对时序逻辑语言XYZ/E进行扩展的基础上对面向服务的体系结构以及系统的核心概念进行了形式化定义。然而，上述研究都只针对传统服务展开，没有考虑到知识服务的推理性、创新性和语境相关性等特点。因此，本文根据知识的特性，对敏捷知识管理系统中相关概念进行如下定义：
    定义1敏捷知识管理系统：由多个服务角色通过基于标准协议的基本连接件按照特定的业务模式组合而成的一个分布式敏捷知识管理系统，能够根据角色的请求及环境的变化迅速做出反应，提供相应的知识服务。
    定义2知识服务（Knowledge Service）：由一个或多个知识模块组合而成的具有独立功能的、自治的软件体，通过WSDL对外部接口进行描述，利用SOAP消息来完成消息通信。详细定义为：KS=，其中ID代表服务名称。DIS代表服务描述，主要包括服务功能描述和服务契约描述两部分。IF代表服务接口，是服务功能特征的集合。ATTR是服务属性的描述，包括属性、属性值以及之间的映射关系。
    定义3知识服务组合（Compositional Knowledge Service）:由多个基本知识服务根据特定需求组合而成的具有复杂功能的软件体。其内部的消息通讯与服务调度以及与外部服务间的通讯使服务组合具有更为复杂的动态行为，且服务的重用粒度也更大。详细定义为：CKS=，其中KS为基本服务集合，其他定义与上述知识服务类似。
    定义4知识服务描述（Knowledge Service Distribution）是对服务功能以及调用契约的描述，定义为SD=。其中SF为功能描述，包括接口功能、参数格式等。SC为调用契约，包含调用协议、调用权限等，其中知识服务接口（Service Interface）是服务访问的语法规范，仅提供服务名及特征，并不描述服务的实现方式。定义为：SI=，其中SIP是接口参数的集合，SLM是服务方法的集合。
    定义5知识服务属性（Service Attribute）：对服务特征的描述。可细分为静态属性和动态属性。静态属性值不随时间变化而变化，只是与其他服务区分的基本依据。动态属性则会随着时间等外部条件的不同而取不同的值，刻画了资源的变化特征，例如服务状态、服务负载等。定义为：SA=，其中ATTR={a1,…，an}是服务属性的集合；RAN={v1,…，vm}是服务属性值的集合；f：ATTR->f（RAN）是资源属性到其值域上的一个映射。
  
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（二）体系结构
    敏捷知识管理系统主要分为三层，包括交互层、应用层和数据层。其中交互层是系统面向用户的接口，对外提供系统的公共服务，主要负责接收服务请求，并进行服务请求的解析，将相关信息提交给系统其它模块进行下一步处理。而应用层是系统的核心，主要包括以下几个模块：
    服务注册模块在传统VDDI的基础上实现并进行语义扩充，除了保持UDDI基于关键字的服务查询和发现功能外，还扩展了基于语义的服务发现功能，实现系统服务的注册、查询和语义映射工作。经过接口封装的各应用系统服务，除了在UDDI进行正常注册之外，还使用领域本体对其进行语义描述，以支持两种不同类型的服务发现机制。
    服务匹配模块根据服务请求内容，对服务注册中心的服务进行关键字及语义匹配，并返回最优服务。在服务运行的同时，由监控模块根据服务匹配和运行的情况对服务进行评估，评估结果追加到服务注册信息中，作为今后服务匹配和选择的参考因素。
    服务组合模块只有当一个服务请求需要一个复杂业务过程才能够完成时发挥作用。首先该服务请求会分解为基本服务请求，每个基本服务请求都要经过服务的匹配过程，最后所有匹配的服务按照业务定义中的逻辑顺序进行服务组合，形成可执行流程，最后解释执行。
    数据层主要对成员的基本信息和服务信息进行存贮和分析，以建立联盟知识库。
　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0425/fontbr />   （三）组建过程
    以农产品供应链为例，敏捷知识管理系统组建过程描述如下：（1）首先以行业协会的形式建立农产品供应联盟，并对联盟中的企业进行分类，包括生产、物流、销售企业等，其中每个企业均需要进行资格认证并进行评级，通过认证后各成员连入联盟内部Intrenet并在UDDI注册；（2）当有合适的市场机遇出现时，联盟统一发布市场信息并进行分析，确定所需供应商类型。有合作意向的成员向联盟提出申请，联盟根据市场情况并结合成员的各项评级及所提供服务的质量评级进行供应商选择并组建供应链；（3）供应链组建完毕后，入选的注册完毕后，敏捷知识管理系统初步形成。当有成员需要知识服务时首先到联盟知识门户提交进行知识服务请求，若此服务存在则进行共享权限确认，然后由协会作为第三方与服务提供者绑定并进行交互。（5）当市场机遇消失后，敏捷供应链解散，各企业知识服务注销，重新回到步骤（2）。组建过程如图3所示。
   （四）应用实例
    这里，以农产品加工企业为例，对敏捷知识服务进行简要说明。在对农产品进行清洗加工的过程中，加工企业通常需要了解农产品的农药使用量及所包含的化学成分，而作为需进一步对农药生产企业进行知识查询。在敏捷知识管理系统的支持下，农产品加工企业只需要向联盟提交知识查询即可，由系统进行知识服务的组合调用并迅速发现结果，实现知识的敏捷重用，使原有查询过程得到简化。
    四、关键技术
   （一）服务检索与组合技术
    知识服务作为一种语义密集型的高层应用，用户通常需要具备全面知识才能正确使用，传统UDDI基于关键词和简单分类的服务发现机制已经不能很好满足需要。因此，本文在敏捷知识管理系统中提出一种基于领域本体和语义相似度的知识服务发现方法。首先将用户查询需求进行语义扩展，细分为功能需求、质量需求等，然后判断功能需求是基本服务还是组合服务，若为基本服务则直接对UDDI中已有服务进行语义查询。若为组合服务，则对该查询进行基本分解后进行相似度计算，得出结果后再使用工作流技术实施服务组合，如图4。其中，服务组合是近年来出现的一种新的服务形式。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。前者以工作流技术为基础，具有代表性的成果有WSFL、BPEL4WS等；后者以语义描述模型为基础，具有代表性的成果是OWL-S。而本文提出的方法则将服务检索与组合相结合、人工智能与工作流相结合，充分考虑了知识服务自身的特点。
  
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（二）服务质量描述及评价方法
    传统UDDI没有考虑服务质量的问题，当请求者从UDDI上同时检索到若干相关服务时将面临着选择问题，因此Web服务中的质量（QoS）管理，特别是服务组合的QoS管理，成了迫切需要解决的问题。当前，已经有一些研究领域提出了基于QoS的服务评价及组合方法，但是这些方法大多数都没有考虑Web环境的动态性，而且只支持特定的服务类型。针对这些问题，本文提出一种支持QoS的服务描述及评价方法应用于敏捷知识管理系统。该方法根据农业及农产品流通的特点定义了一组描述服务的QoS属性集，采用QoS协商和反馈评价机制，支持携带QoS描述信息的服务发布以及基于QoS约束的服务发现。该模型不需要改变UDDI的内部实现，而是基于WSDL直接对现有的UDDI服务进行扩展。具体实现方法将另文详述。
    五、结束语
    人民生活水平的快速提升给农业发展带来了新的机遇，同时也给涉农企业及供应链提出了更高要求。本文首先简要分析了当前农产品市场需求以及北京市农产品流通体系的概况，在此基础上基于Web服务技术构建了一个敏捷知识管理系统，将供应链中各企业成员的知识模块打包为知识服务进行松耦合管理，并对知识服务检索、服务组合以及质量评价等系统实现的关键技术进行了研究。通过该系统的实施，能够为涉农企业及供应链提供完善的运作模式和可行的支持环境，对推动农产品物流信息化的发展，乃至整个农产品物流的发展将起到积极作用。然而设计一个实用的敏捷知识管理系统是一项复杂的系统工程。在敏捷知识管理系统的基础上，本文将进一步关注访问控制、事务处理等技术的研究并实现一个原型系统。
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