基于本体和工作流的网络工程实训管理系统研究

为了提高工作效率，国内高校已经推行网络化办公，根据工作的需要，很多高校都相继建立了教务管理系统、科研管理系统、财务管理系统、学生学籍管理系统等一系列网上办公系统。因为这些系统是由不同的部门建立，来满足各部门各自的工作需要，因此每个系统在建立时都很少考虑与其他系统之问的联系，比如，教务管理系统由教务处建立，科研管理系统由科研处建立，这两个系统都是针对学校的师生，系统的用户是一样的，系统常用的功能和操作也是相似的。如果没有考虑到这些，每个部门都各自建立自己的系统，这样必然造成系统的重复规划，造成很大的人力和财力浪费。在进行系统建设时，充分考虑各个系统之间的联系和减少重复规划所带来的浪费则是需要研究的重点和方向。本文根据网络工程实训管理系统的实际应用需要，采用改进的本体和工作流的建模方法进行建模，开发了网络工程实训管理系统，该系统的开发对解决管理系统建立过程中存在的重复规划问题具有参考意义。

1 技术背景

工作流技术是利用计算机技术使业务流程全部或者部分自动化。在此过程中，将文档、信息或任务按照预定的规则传递，企业人员、已有软件之间互相协调工作，以实现企业业务的整体目标。工作流技术提高了知识应用的效率，降低了运行成本，但是在实际应用中，每个领域对同样事务的认知水平和知识表示方法存在不同：关注点不同，导致对同一事务的认知重点不同；知识水平不同，导致对同一事务的认知程度不同；实际需要不同，导致对事务的知识表示方法和文件存储格式不同，这也导致了在知识共享方面存在很大困难。正是因为以上问题的存在，工作流在实际应用时优势不能得到很好的发挥。本体的出现，很好地解决了知识共享的问题。

本体最初是哲学上的一个概念，后来被应用到计算机领域，它是共享概念模型中明确的形式化规范说明，其目标是捕获相关领域的知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇(术语)和词汇间相互关系的明确定义。利用本体可以避免对同一事物描述的差异性，提高知识表示的准确性，有效地解决了知识管理中文件数据格式不一致以及缺乏结构性、跨部门之间对同一事物的分类及特性认知的差异以及关系定义的不明确等问题。

2系统实现

2.1 系统框架

网络工程实训管理系统的整体框架如图1所示。

数据库为系统提供数据支持，负责数据格式定义，存储实训内容、成绩和用户实例等信息。

数据库引擎负责数据格式转换、数据存取的异常处理以及底层数据库接口调用功能的封装。

工作流引擎通过过程定义解析、工作流过程控制、工作流活动控制和资源管理，完成对业务过程的控制和业务活动的调度；完成对用户角色和相关应用程序等资源的管理；完成数据库与XML文档之间的数据交换，接收工作流启动者选定的各个相关处理步骤中所涉及的用户列表来生成工作流实例，并控制过程实例的创建、激活、挂起、终止等。应用服务组件负责具体应用与工作流之间的匹配。它与具体的应用有关，与具体的实现技术以及编程语言无关。本体库是本体数据库的简称。本体库负责本体的存储、标识、版本化、分类，同时在新的本体被添加进来时负责新旧本体的兼容。

本体知识定义是以本体论为基础建立的，它负责验证用户输入信息的正确性，同时根据具体应用调用相应的本体，能够改善不同应用中对本体词汇的差异性。

2.2 本体建模

根据网络工程实训管理系统实际使用的需要，从系统用户角度出发，采用改进的IDEF-5本体建模方法，建立了管理人员、教师和学生3个本体，如图2所示。3个本体之间的相互关系如图3所示。对每一个本体，可以建立如图4所示的本体描述概要表。图3中每2个本体之间的操作关系可以在本体描述概要表中进行查找。由图3可以看到，管理人员本体可以对其他2个本体进行相应的操作，教师本体可以对学生本体进行相应的操作，学生本体只能对自身进行相应的操作。由于篇幅所限，其他的本体信息这里不再列出。

这里对IDEF-5本体建模方法进行了改进，主要改进为：在本体描述概要表中增加了操作权限列表，以方便对每个用户本体的操作权限进行定义；在本体关系中增加了自操作，以满足实际的需要。

该系统本体以OWL DL描述逻辑为基础，利用Protege3.1.1应用程序作为本体的设计和开发工具，建立系统用户本体。管理人员本体的描述如下(其他略)：

2.3 工作流建模

工作流技术中的核心工作是工作流模型的建立。由于Petri网具有直观的图形表示、形式化的语义、状态和事件的显示表示以及丰富的数学分析技术等特点，尤其适合工作流程管理领域的建模需求，因此这里采用基于Petri网的建模方法。基于Petri网的工作流建模方法中事务的参与者只有一个，根据实际需要，对模型进行了修改，完全依照实际事务的执行过程，同时将事务的参与者增加到两至三个。根据网络工程实训管理系统使用的需要，可以建立学生实验工作流模型、成绩修改工作流模型、实验添加工作流模型等若干个工作流模型。由于篇幅所限，仅列出学生实验工作流模型示意图如图5所示。

图5所示的学生实验工作流模型基本反映了学生参加实验并获得实验成绩的整个过程。这里需要注意的是学生提交完实验结果后可以选择做其他实验，教师若没有完成实验成绩的提交则要反复提交实验成绩才能完成整个工作流。

3 本体库的共享

网络工程实训管理系统所建立的本体库中详细定义了系统各种类型的用户以及他们之间的关系，定义了各种用户的权限和他们相应的操作，这些内容都对应相应的程序代码。如果后续要建立教务管理系统、学生学籍管理系统等系统时，这里所建立的本体可以拿来直接使用或者稍加修改后再使用，这样即可减少重复规划所带来的浪费。

4 结 语

将工作流技术与本体结合起来，有效地解决了工作流技术使用过程中认识的差异性和知识共享的问题。设计开发的网络工程实训管理系统运行良好，所建立的本体库在将来教务管理系统、学生学籍管理系统中具有实用价值。该系统的开发过程对解决管理系统建立过程中存在的重复规划问题有参考意义。