【关键词】 中医药； 知识管理； 信息技术
【Abstract】 As the rapid progress of Traditional Chinese Medicine （TCM） informatization，a plenty of information resources （e.g.，databases，knowledge bases，libraries），systems，and tools emerged in TCM domain.How to utilize these resources and techniques to invent TCM knowledge management methods and facilitate TCM knowledge creation activities becomes an important problem.In this paper，we use knowledge management theory，to discuss the key processes of TCM knowledge management，and the roles that information technologies can play in these processes.
【Key words】 Traditional Chinese Medicine； Knowledge Management； Information Technology
中华民族在与疾病长期斗争的过程中，发展出博大精深的中医药知识体系，包括中医药理论知识、诊断方法、针灸手法、中药材加工炮制技术、中药方剂、中医养生保健知识等等。这些知识遗产在现代医药科学中仍发挥重要作用，体现出中医强大的生命力和创造力。传统上，中医药知识遗产主要通过著书立说和师徒制等方式进行管理和传播。浩如烟海的中医典籍是中医药知识遗产的主要载体，中医师徒制则使中医知识和经验得以代代传承。但这些传统方式的传播和影响范围往往受到地域、语言及组织边界的局限。
新兴的信息技术大大提升了人类知识发表和传播的能力，催生出新颖的知识管理与创新模式。这些模式的共同特征是知识创造的群体性。例如，通过构建数据库或知识库，能将中医各家的知识汇集起来，实现知识体系的系统梳理和数字化存储，使之得到永久保存[1]。基于互联网的知识服务系统，能够利用网络效应扩大知识传播范围，使中医药知识向全社会开放，为医学工作者和社会大众提供个性化的知识服务[2]。如何充分利用新兴信息技术，促进中医药知识遗产的保护与传承，实现从传统的师徒传承模式到现代知识管理机制的转化，是中医药文化传承与创新发展中值得研究的问题。下文根据知识管理理论，讨论中医药知识管理的核心环节，以及信息技术在其中带来的创新和发挥的作用。
1 理论背景
迈克尔・波兰尼（Michael Polanyi）于上世纪中叶提出了隐性知识（Tacit Knowledge）理论[3]。隐性知识（或称缄默知识），是只可意会、不可言传的知识，一般通过领域专家之间的潜移默化来共享和传承。与之对应，显性知识（Explicit Knowledge）是由某种形式的作品所表达的知识。传统上，显性知识的主要形式为文本档案，包括医学典籍、科学文献、会议记录和非正式交流的记录等。随着信息技术的发展，又出现了数据库、知识库等新型的显性知识载体。野中郁次郎（Ikujiro Nonaka）于1995年针对隐性知识和显性知识之间如何转换的问题，提出了知识转化模型――SECI[4]。该模型提出了知识转化的4种模式。
知识群化（Socialization），从隐性知识到隐性知识的转化。知识群化一般由领域专家在潜移默化中完成，它需要领域专家之间建立所谓的“默契”。默契产生于长期的磨合，所以潜移默化经常与家族、团队和协作关系联系在一起。
知识外化（Extenalization），从隐性知识到显性知识的转化。当隐性知识被清晰地表述出来时，即可转换为显性知识。需要领域专家之间形成共享的认知模型，再通过对话、写作等方式实现隐性知识的显性化。
知识组合（Combination），从显性知识到显性知识的转化。知识组合是将显性知识组合为更复杂、更系统的显性知识的过程。一般而言，知识组合是通过领域专家对各方面的知识进行内化、关联和重组，再将其外化的过程完成的。
知识内化（Internalization），从显性知识到隐性知识的转化。知识内化一般通过“学习”实现，学习者在显性知识的启发之下，形成个人的隐性知识，从而实现外部知识的内化。
上述4种模式构成知识转化的循环，推动领域知识的创造、传播与共享。例如，将领域专家的隐性知识外化为有形的作品，再在学习者身上内化，这是领域知识大范围传播的常用方式。这种“外化-内化”模式与师徒之间的言传身教相比，虽不能身临其境、潜移默化，但更具广泛性和持久性。
SECI模型关注人的行为和人对技术的使用，特别强调隐性知识的作用。它很好地反映了中医药知识传承的特性，为中医药知识管理研究提供了理想的理论框架。下文以SECI模型为框架，对中医药领域的4种知识转换过程，以及其中涉及的知识管理方法与信息技术进行描述与分析。
2 知识群化
知识群化（Socialization）是指隐性知识在人际之间传播的过程。它的基础是领域专家之间共享的认知模型，包括共同的实践经验、彼此之间的理解、有效的交流方式以及共同接受的文化等。在传统文化中，知识群化的一个典型实例是师徒之间潜移默化的知识传承。师傅通过训导和示范对徒弟进行言传身教，其中涉及言语、表情、肢体动作等。在师傅的影响下，徒弟头脑中产生与师傅相似的隐性知识。可以说是师傅“激活”了徒弟的隐性知识，或者说是徒弟“重现”了师傅的隐性知识。隐性知识的“重现”不是简单的复制，而是外部知识与个人已有知识的融会贯通。其效果在一定程度上取决于传承者的个性和天分。
知识群化的主要方式是近距离的对话和互动，信息技术在其中能起的作用很有限。但当领域专家之间建立默契之后，隐性知识的传播也可通过远程交流的方式完成。群件（Groupware）是指帮助一个群体进行交流与协作的软件，包括电子邮件、在线会议、文件共享工具、即时通讯工具和博客等。这些常用的信息工具都可能促成远距离的知识共享，对中医药知识群化起到一定的辅助作用。
多媒体档案对知识群化也能起到辅助作用。可通过声音、图片和影像等形式，对名老中医的实践情况进行实时记录和永久保存[5]。这种方法往往比师徒传承的方式投资小、见效快，适用于名老中医知识遗产的保护。多媒体档案可存于数字图书馆等系统中，支持交互式访问，使用户在观摩中有所启发，达到潜移默化的效果。它们往往比文字材料更为生动、鲜活，有利于激发学习兴趣，改善学习效果。
专家定位系统有助于我们找到在某个领域中有造诣的中医专家，进而开展进一步的交流，因此也是知识群化的一种辅助工具。此类系统通过专家资料库维护专家信息，据此向用户推荐某个特定领域的专家。专家资料库可由专业人员进行录入和维护，也可通过领域文献的语义分析进行自动填充。专家定位系统可直接提供专家检索服务，也可在用户进行知识检索和浏览时推荐相关专家。它能加强领域专家之间的交流，协助用户向领域专家进行咨询。
3 知识外化
知识外化（Externalization）是将隐性知识清晰地表达出来，形成知识体系的过程。其主要手段是中医名家的著书立说。另外，也可由他人向中医名家主动求教并代为整理，这是一个知识获取的过程。知识获取是“知者”与“获取者”之间的合作过程，其形式包括讲述、辩论、对话、问答等等。可将外化的知识记载于书籍、报告、网页、电子邮件等永久媒介，从而实现知识共享与传播。
随着数据库技术的成熟和普及，它也成为实现名老中医隐性知识的外化和保存的主要工具。例如，通过构建中医临床数据库，可搜集和整理结构化电子病历，从而大范围捕捉名老中医的临床经验知识[6]。又如，通过构建中医医案数据库，可从各种渠道搜集、整理临床医案，从而实现医案知识的结构化保存[7]。这些数据库能够准确描述中医经验知识和具体诊疗活动，为文化传承和临床研究提供重要依据，也为决策支持、统计分析和数据挖掘等创新研究提供数据资源。
随着互联网的发展，出现了在线会议、即时通信、维基、博客等一系列信息工具。它们在辅助领域专家进行在线互动的同时，也积累了大量的通信记录，成为显性知识的一种载体。在线会议等系统将“头脑风暴”等交互手段搬上网络，实现了中医专家的动态、远程、甚至匿名参与，有助于提升中医药知识获取的便捷性、广泛性和客观性。
4 知识组合
知识组合（Combination）是将显性知识组合为更复杂、更系统的显性知识的过程。计算机系统擅长于处理显性知识，能在知识组合中发挥显著的作用。计算机系统可独立完成许多知识组合工作，如将大量的文献汇集起来构成文献库，并对它们进行主题标引和文本分类等处理，从而支持更为有效的知识检索[8]。中医团体还利用数据库技术，系统实现中医药经验性知识的结构化，建成大量富含中医药科学知识的数据库，为中医药知识创新提供了宝贵的资源[9]。
计算机系统亦可辅助领域专家完成知识组合工作。例如，知识发现系统能辅助中医专家从海量数据（其中蕴含中医药知识）中发现具有意外性和启发性的知识[10]。知识发现系统一般采用数据挖掘（Data Mining）算法，对海量的数据资源进行复杂处理，从而为客户提供所需的知识发现结果。中医团体已开展将频繁模式发现、关联规则发现、聚类分析等知识发现方法引入中医药领域的若干探索[11]。知识发现方法被用于研究方剂配伍规律，辅助中医开具中药处方，解释中医证候的本质，以及辅助基于中医药的新药研发。
5 知识内化
知识内化（Internalization）是通过学习行为将外部显性知识转化为个人隐性知识的过程。隐性知识的形成是采取正确行动的关键，因此知识内化是知识管理别重要的一环。知识管理系统可提供知识检索、决策支持、电子学习等服务，以改进学习效果，促进知识内化。
目前，知识管理系统普遍提供知识检索服务，支持用户采用关键词、主题词等方法检索相关知识[12]。某些系统在提供知识检索服务的基础上，还能辅助用户加深对知识的理解。系统可对知识内容进行分析处理，将知识重构为更易理解的形式，并提供基于知识内容的搜索、浏览和关联发现等服务[13]。如可用文本分类技术，将知识资源按主题分类以利于用户检索；或可按照过程模型对知识资源归类，支持用户按照业务发展阶段获取相关知识[14]。这些措施使学习者更易理解知识的相关性和潜在用途，促进知识内化。
另外，可将知识资源包装为交互式课件、自我学习向导等电子学习（e-learning）产品，并通过软件包、互联网服务等方式提供电子学习服务。它们面向学习者提供广泛的资源和丰富的选择性，支持教学模式从教导式学习到自主式学习的转化。
决策支持系统也与知识内化过程具有密切关系。决策支持系统包括统计报表系统和专家系统等，其核心特征是根据应用情景和用户需求提供实用的知识，也就是能够激发和指导行动的知识。对于决策者而言，只有自身的隐性知识才有直接实用性。显性知识若能内化为实用知识，则具有间接实用性。决策支持系统的核心任务，是从海量知识中找出与应用情景相关的显性知识，以辅助用户产生实用的隐性知识。决策支持系统在中医临床领域发挥重要的作用，它可以帮助医生从知识库中获取规律性认识，筛选出支持临床决策的直接参考证据，使之拟定更有针对性的治疗方案，提高临床疗效[15]。
6 小结
新一代信息和互联网技术，能催生出新颖的中医药知识创造模式，实现传统的个体性知识创造方法，与网络时代的群体性知识创造平台之间的有机结合，带来中医药知识管理模式的创新。本文介绍了一系列知识管理方法以及相关信息技术，并运用野中郁次郎的SECI模型分析了这些方法和技术在中医药知识创新与共享中发挥的作用。
SECI模型针对知识如何在组织中转化、传播与共享的问题，提出了知识转化的4种模式，包括知识群化（潜移默化地传播隐性知识）、知识外化（将隐性知识转化为显性知识）、知识组合（显性知识的组合与使用）以及知识内化（将显性知识转化为隐性知识）。上述4种模式构成知识转化的完整回路，在知识管理体系中缺一不可。只有将支持上述4类过程的信息技术组合起来，才能构成完整的知识管理技术方案。
在中医药领域，传统的知识管理技术侧重于处理显性知识。所谓中医药知识资源，不仅包括中医典籍、文献库、数据库、知识库等形式的显性知识，也包括中医药专家头脑中的隐性知识。显性知识只是人类知识的冰山一角，在水面之下隐藏着丰富的隐性知识。名老中医的隐性知识和经验的传承，是保护中医药非物质文化遗产的关键。需要进一步研究中医隐性知识的特点，研发能够辅助中医隐性知识处理的信息技术，促进隐性知识和显性知识之间的转化以及中医隐性知识的传承。
参考文献
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[14]杨进，罗漫，张启蕊，等.文本挖掘在中医药文献分析中的应用[J].广东药学院学报，2010，26（2）：216-220.
目前,设计知识管理已成为国内外许多研究机构、大学、企业的研究热点,如美国nist的设计知识库项目[2]；欧洲wise工程知识管理项目[3]、moka项目[4]；韩国lg公司资助的知识管理项目[5]；国家863资助的知识管理平台研究[6]等,但还没有一个实用的能支持概念设计知识重用的系统,对它的研究也还停留在理论准备阶段。
本文在研究了基于本体的的概念设计知识模型的基础上,提出了基于本体的概念设计知识管理框架,研究了用户对本体的定义、对知识结构内容的自由扩充以及概念设计知识的检索方法等关键技术。
1、基于本体的概念设计知识建模
1.1 概念设计知识分类与表达
概念设计是对设计问题加以描述,并以方案的形式提出众多解的设计阶段[7].概念设计从不同的角度有多种定义[8].一般认为,概念设计是指以设计要求为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流程,是一个由功能向结构的转换过程。
图1描述了一般概念设计的工作流程,它包含综合与评价两个基本过程。综合是指根据设计要求,运用各种分析、设计方法推理而生成的多个方案,是个发散过程；评价则从方案集中择出最优,是个收敛过程。概念设计是将所设计的产品看成一个系统,运用系统工程的方法去分析和设计。具体说,概念设计就是将设计对象的总功能分解成相互有机联系的若干功能单元,并以功能单元为子系统进行再次分解,生成更低一级的功能单元,经过这样逐层分解,直至对应的各个最末端功能单元能够找到一个可以实现的技术原理解。概念设计的主要任务是功能到结构的映射,概念设计过程主要包括：功能创新、功能分析和功能结构设计、工作原理解的搜索和确定、功能载体方案构思和决策。
根据概念设计的过程及人在设计时的认知特点将概念设计知识分为元知识和实例知识（其分类如图2所示）。元知识中主要包括功能知识、技术原理解知识、结构知识等。实例知识中主要包括方案设计实例、技术原理解实例、产品实例等知识。
（1）功能知识。主要描述产品完成的任务,描述产品的功能及功能子项。描述产品要完成的功能,包括功能内容、实现参数、性能指标等；
（2）技术原理解知识。描述产品功能及功能子项的原理解答。它的表达要复杂些,一方面可用文字、数字表达它的说明、解答参数,另一方面,要有图形支持产品原理解答；
（3）结构知识。描述产品的结构设计状况,是对原理域知识的细化和扩充,是求解原理解的结构载体,可描述产品关键部分的形状、尺寸和参数。产品功能 结构的映射（简称为功构映射）就是对产品的功能模型进行结构实现的求解,是将产品功能性的描述转化为能实现这些功能的具有具体形状、尺寸及相互关系的零部件描述。在这里功能是产品结构的抽象,是结构实现的目的；而结构则为实现某功能而选用的一组构件或元件。功能 结构间的关系一般而言是多对多的映射关系。一个功能可能由一个或多个特征或元件实现,而一个特征或元件也可能完成一个或多个功能；
（4）实例知识。已成功或失败的设计范例,包括方案设计实例,产品结构知识实例、技术原理解实例等。它包含了更多的实际因素,是类比设计和基于实例推理设计的基础。
以工程机械中某型滑模式水泥摊铺机为例,总功能为摊铺水泥路面,总功能可细分为滑模作业、控制作业等功能,滑模作业功能又可细分为提水泥浆、挤压成型等功能。其中某个功能的实现可能会由几个结构组合而成,例如滑模式水泥摊铺机滑模作业功能就是由螺旋分料器、刮平板等几个结构一起才能实现。图3为该水泥摊铺机的功能层次定义和功能分解结构举例。该产品所对应的结构分解则如图4所示。图5中给出了对于滑模作业功能的技术原理解简图、技术原理解的评价、参考产品,以及实现该功能的说明等相关的知识。
如何利用计算机技术对概念设计予以支持,对概念设计知识进行有效的管理,至今仍没有较好的解决方法。目前的知识建模主要是专家系统,最常用的知识模型包括框架、产生式规则、语义网络、谓词逻辑等。专家系统的知识建模主要侧重符号层的系统实现,很少考虑动态的,非结构化的知识,造成专家系统解决问题的局限性,使得专家系统不能解决大型复杂问题。
本体作为“对概念化显式的详细说明”[9,10],研究领域内的对象、概念和其他实体,以及它们之间的关系,可以很好地解决概念设计知识的表达、检索和重用等问题。采用本体描述概念设计知识可以支持细粒度的产品语义信息的描述,可以形式化地定义特定领域的知识,如概念、事实、规则等；支持语义层面的集成和共享,基于本体的知识定义可以对知识作普遍的、无歧义的语义解释,可以保证不同使用者之间进行语义层面的信息共享和互操作。
1.2 本体建模过程描述
本体是某一领域的概念化描述,着意于在抽象层次提出描述客观世界的抽象模型,它包括两个基本的要素：概念和概念之间的关系。本体的构建必须满足以下的要求：对目标领域的清晰描述；概念或概念之间关系的明确定义；一般性和综合性原则。本体可以有多种表述方式,包括图形方式、语言形式和xml文档形式等。
基于本体的产品概念设计知识建模过程包括3个阶段：
（1）产品概念设计知识目标确定。产品概念设计知识定位,概念设计知识的定位决定本体构造的功能需求及最终用户。
（2）产品概念设计知识本体分析与建立。根据需求分析,确定该领域的相关概念及概念属性,并用xml语言进行形式化描述。这个阶段是建立概念设计知识本体的关键环节,直接影响到整个本体的生成质量,同时也是工作量最大的阶段。
（3）产品概念设计知识本体评价。对所创建的本体进行一致性及完备性评价。一致性是指术语之间的关系逻辑上应保持一致；完备性是指本体中概念及关系应是完善的。我们称该3阶段的组合为产品概念设计知识本体建模的一个生命周期（见图6）。
1.3 概念设计知识的本体表示
在此我们以工程机械中滑模式水泥摊铺机为例,结合图3～图5中的实际知识,从概念实体、概念属性及概念间关系等方面来说明产品知识、功能知识、技术原理解知识、技术原理解实例等概念设计知识的本体表示,通过概念蕴涵、属性关联、相互约束和公理定义等方法揭示了概念间的本质联系,形成一个语义关系清晰的产品概念设计知识模型。建模采用目前最新的owl语言描述。
表述的语义为一个滑模式水泥摊铺机继承了一个产品的所有属性,此外还具备了关系属性：摊铺能力,同时,又对属性摊铺能力作了限制：只能应用于滑模式水泥摊铺机领域,且取值变化只能在摊铺宽度中（省略了关于滑模式水泥摊铺机类似属性的定义,如摊铺厚度和摊铺速度等）。
（3）功能知识类
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表述的语义为一个功能知识只有一个功能名称,且最少具有一个相关产品（省略了功能知识类似属性的定义,如功能编号、功能说明、创建人、创建时间、存储位置等）。
（4）功能技术原理解类
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表述的语义为一个功能技术原理解具有对应的功能名称,相关的技术原理解简图（省略了技术原理解类似属性的定义,如评价、参考产品、创建人、创建时间、存储位置等）。
上述描述中,使用类公理（subclassof）描述了两个类（概念）之间的继承关系,如滑模式水泥摊铺机类是产品类的子类。在描述类属性时,使用关系属性（objectproperty）描述了类的某个属性同时也表示了两个类之间的某种关系,如摊铺能力既是滑模式水泥摊铺机类的一个属性,同时也表达了和摊铺宽度类之间的对应关系。另外,使用属性公理domain和range表示属性的应用领域和属性的取值范围,如属性摊铺能力只能用于滑模式水泥摊铺机类,且它的取值只能是摊铺宽度数据集。
1.4 基于本体的概念设计知识管理的特点和优势
基于本体的概念设计知识管理可以让设计人员更好地重用已有的概念设计知识,基于本体的概念设计知识管理具有以下的一些特点或优势：
（1）支持用户定制知识类别。产品概念设计过程中,需要运用多种类型的知识,如：功能类、功能技术原理方案解类等。这些知识的描述和使用有着不同的特点,不能用相同的描述框架来处理。基于本体的设计知识建模允许用户对设计中知识类别加以定制,针对每一类别定义其描述属性,从而较好的解决了概念设计中多来源多类型知识的表示问题。
（2）支持概念共享的知识库构建。概念设计知识本体的构造澄清了概念设计领域知识的结构,为概念设计知识的表示打好了基础,而本体中统一的术语和概念也使概念设计知识更好地共享成为可能。基于本体的概念设计知识表示在区分不同知识类别的同时,建立起概念间的共享联系。通过概念间的共享机制,避免了设计知识库的数据冗余和数据不一致问题,方便了知识的建模录入、检索及统计处理。
（3）多视图和基于本体概念的知识检索。在目前的应用系统中一般采用基于关键字的数据库查询方法,由于其数据库组织不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上,因此无法实现智能查询和信息推理,也就无法解决语义异构性问题。由于不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义,因此查询系统得不到意义相同但用词（语法）不同的内容。当需要对多个数据源进行查询的时候问题更为明显,多意词和同义词会使查询得到许多不相关的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念,知识库建立在本体的基础上,使得基于知识的设计意图匹配成为可能。采用基于知识、语义上的检索匹配,对用户的检索请求,通过查询转换器按照本体把各种检索请求转换成对应的概念,在本体的帮助下从知识库中匹配出符合条件的数据集合,解决了语义异构的问题。
从人在设计时的认知特点出发,可以采用基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,还可以利用本体中已定义的概念定义其它知识检索视图,比如需求功能知识检索视图、软件工具使用知识检索视图等,实现基于知识检索的设计意图的匹配。
2、基于本体的概念设计知识管理
2.1 概念设计知识管理系统结构
结合工程机械行业的实际,本文提出了图7所示的基于本体的产品概念设计知识管理系统结构,系统按照知识产生、获取和利用的流程来构建,系统结构主要包括概念设计知识管理工具、数据接口程序以及基于本体的概念设计知识库,具体由4个部分构成。
（1）概念设计知识获取。概念设计知识的获取包括从概念设计知识本体定义、本体之间关系定义、本体知识库生成到概念设计知识获取整个过程。
（2）概念设计知识维护。主要包括从概念设计知识本体维护、本体关系维护、知识库重新生成到概念设计知识维护的过程,实现对本体的属性修改,各类知识之间的关系维护,以及知识库的更新等。
（3）概念设计知识检索重用。系统中提供基于多视图的知识检索方式,如基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,及用户定义的其它知识检索视图。此外系统提供基于本体概念的知识检索方式,通过本体映射库,可以实现同义词的检索,保证可能会采用不同的概念和术语表示相同的设计信息的人可以得到相同的知识帮助。
（4）概念设计知识库的构建。要实现基于本体的,支持客户自定义的概念设计知识管理,系统必须由足够的柔性,支持各类知识的存储,作为系统基石的知识库的构建就不能采用完全预先定义的方式,在系统中我们采用基础数据库加上在此基础上经过本体定义工具动态生成的各类知识库的方法保证基于本体的知识管理的实现。
2.2 概念设计知识管理关键技术及实现
目前，设计知识管理已成为国内外许多研究机构、大学、企业的研究热点，如美国NIST的设计知识库项目[2]；欧洲WISE工程知识管理项目[3]、MOKA项目[4]；韩国LG公司资助的知识管理项目[5]；国家863资助的知识管理平台研究[6]等，但还没有一个实用的能支持概念设计知识重用的系统，对它的研究也还停留在理论准备阶段。
本文在研究了基于本体的的概念设计知识模型的基础上，提出了基于本体的概念设计知识管理框架，研究了用户对本体的定义、对知识结构内容的自由扩充以及概念设计知识的检索方法等关键技术。
1、基于本体的概念设计知识建模
1.1 概念设计知识分类与表达
概念设计是对设计问题加以描述，并以方案的形式提出众多解的设计阶段[7].概念设计从不同的角度有多种定义[8].一般认为，概念设计是指以设计要求为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流程，是一个由功能向结构的转换过程。
图1描述了一般概念设计的工作流程，它包含综合与评价两个基本过程。综合是指根据设计要求，运用各种分析、设计方法推理而生成的多个方案，是个发散过程；评价则从方案集中择出最优，是个收敛过程。概念设计是将所设计的产品看成一个系统，运用系统工程的方法去分析和设计。具体说，概念设计就是将设计对象的总功能分解成相互有机联系的若干功能单元，并以功能单元为子系统进行再次分解，生成更低一级的功能单元，经过这样逐层分解，直至对应的各个最末端功能单元能够找到一个可以实现的技术原理解。概念设计的主要任务是功能到结构的映射，概念设计过程主要包括：功能创新、功能分析和功能结构设计、工作原理解的搜索和确定、功能载体方案构思和决策。
根据概念设计的过程及人在设计时的认知特点将概念设计知识分为元知识和实例知识（其分类如图2所示）。元知识中主要包括功能知识、技术原理解知识、结构知识等。实例知识中主要包括方案设计实例、技术原理解实例、产品实例等知识。
（1）功能知识。主要描述产品完成的任务，描述产品的功能及功能子项。描述产品要完成的功能，包括功能内容、实现参数、性能指标等；
（2）技术原理解知识。描述产品功能及功能子项的原理解答。它的表达要复杂些，一方面可用文字、数字表达它的说明、解答参数，另一方面，要有图形支持产品原理解答；
（3）结构知识。描述产品的结构设计状况，是对原理域知识的细化和扩充，是求解原理解的结构载体，可描述产品关键部分的形状、尺寸和参数。产品功能 结构的映射（简称为功构映射）就是对产品的功能模型进行结构实现的求解，是将产品功能性的描述转化为能实现这些功能的具有具体形状、尺寸及相互关系的零部件描述。在这里功能是产品结构的抽象，是结构实现的目的；而结构则为实现某功能而选用的一组构件或元件。功能 结构间的关系一般而言是多对多的映射关系。一个功能可能由一个或多个特征或元件实现，而一个特征或元件也可能完成一个或多个功能；
（4）实例知识。已成功或失败的设计范例，包括方案设计实例，产品结构知识实例、技术原理解实例等。它包含了更多的实际因素，是类比设计和基于实例推理设计的基础。
以工程机械中某型滑模式水泥摊铺机为例，总功能为摊铺水泥路面，总功能可细分为滑模作业、控制作业等功能，滑模作业功能又可细分为提水泥浆、挤压成型等功能。其中某个功能的实现可能会由几个结构组合而成，例如滑模式水泥摊铺机滑模作业功能就是由螺旋分料器、刮平板等几个结构一起才能实现。图3为该水泥摊铺机的功能层次定义和功能分解结构举例。该产品所对应的结构分解则如图4所示。图5中给出了对于滑模作业功能的技术原理解简图、技术原理解的评价、参考产品，以及实现该功能的说明等相关的知识。
如何利用计算机技术对概念设计予以支持，对概念设计知识进行有效的管理，至今仍没有较好的解决方法。目前的知识建模主要是专家系统，最常用的知识模型包括框架、产生式规则、语义网络、谓词逻辑等。专家系统的知识建模主要侧重符号层的系统实现，很少考虑动态的，非结构化的知识，造成专家系统解决问题的局限性，使得专家系统不能解决大型复杂问题。
本体作为“对概念化显式的详细说明”[9，10]，研究领域内的对象、概念和其他实体，以及它们之间的关系，可以很好地解决概念设计知识的表达、检索和重用等问题。采用本体描述概念设计知识可以支持细粒度的产品语义信息的描述，可以形式化地定义特定领域的知识，如概念、事实、规则等；支持语义层面的集成和共享，基于本体的知识定义可以对知识作普遍的、无歧义的语义解释，可以保证不同使用者之间进行语义层面的信息共享和互操作。
1.2 本体建模过程描述
本体是某一领域的概念化描述，着意于在抽象层次提出描述客观世界的抽象模型，它包括两个基本的要素：概念和概念之间的关系。本体的构建必须满足以下的要求：对目标领域的清晰描述；概念或概念之间关系的明确定义；一般性和综合性原则。本体可以有多种表述方式，包括图形方式、语言形式和XML文档形式等。
基于本体的产品概念设计知识建模过程包括3个阶段：
（1）产品概念设计知识目标确定。产品概念设计知识定位，概念设计知识的定位决定本体构造的功能需求及最终用户。
（2）产品概念设计知识本体分析与建立。根据需求分析，确定该领域的相关概念及概念属性，并用XML语言进行形式化描述。这个阶段是建立概念设计知识本体的关键环节，直接影响到整个本体的生成质量，同时也是工作量最大的阶段。
（3）产品概念设计知识本体评价。对所创建的本体进行一致性及完备性评价。一致性是指术语之间的关系逻辑上应保持一致；完备性是指本体中概念及关系应是完善的。我们称该3阶段的组合为产品概念设计知识本体建模的一个生命周期（见图6）。
1.3 概念设计知识的本体表示
在此我们以工程机械中滑模式水泥摊铺机为例，结合图3～图5中的实际知识，从概念实体、概念属性及概念间关系等方面来说明产品知识、功能知识、技术原理解知识、技术原理解实例等概念设计知识的本体表示，通过概念蕴涵、属性关联、相互约束和公理定义等方法揭示了概念间的本质联系，形成一个语义关系清晰的产品概念设计知识模型。建模采用目前最新的OWL语言描述。
表述的语义为一个滑模式水泥摊铺机继承了一个产品的所有属性，此外还具备了关系属性：摊铺能力，同时，又对属性摊铺能力作了限制：只能应用于滑模式水泥摊铺机领域，且取值变化只能在摊铺宽度中（省略了关于滑模式水泥摊铺机类似属性的定义，如摊铺厚度和摊铺速度等）。
（3）功能知识类
1
1
表述的语义为一个功能知识只有一个功能名称，且最少具有一个相关产品（省略了功能知识类似属性的定义，如功能编号、功能说明、创建人、创建时间、存储位置等）。
（4）功能技术原理解类
表述的语义为一个功能技术原理解具有对应的功能名称，相关的技术原理解简图（省略了技术原理解类似属性的定义，如评价、参考产品、创建人、创建时间、存储位置等）。
上述描述中，使用类公理（subclassof）描述了两个类（概念）之间的继承关系，如滑模式水泥摊铺机类是产品类的子类。在描述类属性时，使用关系属性（objectproperty）描述了类的某个属性同时也表示了两个类之间的某种关系，如摊铺能力既是滑模式水泥摊铺机类的一个属性，同时也表达了和摊铺宽度类之间的对应关系。另外，使用属性公理domain和range表示属性的应用领域和属性的取值范围，如属性摊铺能力只能用于滑模式水泥摊铺机类，且它的取值只能是摊铺宽度数据集。
1.4 基于本体的概念设计知识管理的特点和优势
基于本体的概念设计知识管理可以让设计人员更好地重用已有的概念设计知识，基于本体的概念设计知识管理具有以下的一些特点或优势：
（1）支持用户定制知识类别。产品概念设计过程中，需要运用多种类型的知识，如：功能类、功能技术原理方案解类等。这些知识的描述和使用有着不同的特点，不能用相同的描述框架来处理。基于本体的设计知识建模允许用户对设计中知识类别加以定制，针对每一类别定义其描述属性，从而较好的解决了概念设计中多来源多类型知识的表示问题。
（2）支持概念共享的知识库构建。概念设计知识本体的构造澄清了概念设计领域知识的结构，为概念设计知识的表示打好了基础，而本体中统一的术语和概念也使概念设计知识更好地共享成为可能。基于本体的概念设计知识表示在区分不同知识类别的同时，建立起概念间的共享联系。通过概念间的共享机制，避免了设计知识库的数据冗余和数据不一致问题，方便了知识的建模录入、检索及统计处理。
（3）多视图和基于本体概念的知识检索。在目前的应用系统中一般采用基于关键字的数据库查询方法，由于其数据库组织不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上，因此无法实现智能查询和信息推理，也就无法解决语义异构性问题。由于不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义，因此查询系统得不到意义相同但用词（语法）不同的内容。当需要对多个数据源进行查询的时候问题更为明显，多意词和同义词会使查询得到许多不相关的信息，而忽略另外一些重要信息。
在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念，知识库建立在本体的基础上，使得基于知识的设计意图匹配成为可能。采用基于知识、语义上的检索匹配，对用户的检索请求，通过查询转换器按照本体把各种检索请求转换成对应的概念，在本体的帮助下从知识库中匹配出符合条件的数据集合，解决了语义异构的问题。
从人在设计时的认知特点出发，可以采用基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图，还可以利用本体中已定义的概念定义其它知识检索视图，比如需求功能知识检索视图、软件工具使用知识检索视图等，实现基于知识检索的设计意图的匹配。
2、基于本体的概念设计知识管理
2.1 概念设计知识管理系统结构
结合工程机械行业的实际，本文提出了图7所示的基于本体的产品概念设计知识管理系统结构，系统按照知识产生、获取和利用的流程来构建，系统结构主要包括概念设计知识管理工具、数据接口程序以及基于本体的概念设计知识库，具体由4个部分构成。
（1）概念设计知识获取。概念设计知识的获取包括从概念设计知识本体定义、本体之间关系定义、本体知识库生成到概念设计知识获取整个过程。
（2）概念设计知识维护。主要包括从概念设计知识本体维护、本体关系维护、知识库重新生成到概念设计知识维护的过程，实现对本体的属性修改，各类知识之间的关系维护，以及知识库的更新等。
（3）概念设计知识检索重用。系统中提供基于多视图的知识检索方式，如基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图，及用户定义的其它知识检索视图。此外系统提供基于本体概念的知识检索方式，通过本体映射库，可以实现同义词的检索，保证可能会采用不同的概念和术语表示相同的设计信息的人可以得到相同的知识帮助。
（4）概念设计知识库的构建。要实现基于本体的，支持客户自定义的概念设计知识管理，系统必须由足够的柔性，支持各类知识的存储，作为系统基石的知识库的构建就不能采用完全预先定义的方式，在系统中我们采用基础数据库加上在此基础上经过本体定义工具动态生成的各类知识库的方法保证基于本体的知识管理的实现。
2.2 概念设计知识管理关键技术及实现
（1）基于本体的知识定义。工程机械产品概念设计过程中需要运用多种类型的知识，这些知识的描述和使用有着不同的特点，不能用相同的描述框架来处理。基于本体的概念设计知识管理允许用户对定制知识类别，对知识进行基于本体的定义，针对每一类知识定义其描述属性，较好地解决了多来源多类型知识的表示问题。
目前,设计知识管理已成为国内外许多研究机构、大学、企业的研究热点,如美国nist的设计知识库项目[2]；欧洲wise工程知识管理项目[3]、moka项目[4]；韩国lg公司资助的知识管理项目[5]；国家863资助的知识管理平台研究[6]等,但还没有一个实用的能支持概念设计知识重用的系统,对它的研究也还停留在理论准备阶段。
本文在研究了基于本体的的概念设计知识模型的基础上,提出了基于本体的概念设计知识管理框架,研究了用户对本体的定义、对知识结构内容的自由扩充以及概念设计知识的检索方法等关键技术。
1、基于本体的概念设计知识建模
1.1 概念设计知识分类与表达
概念设计是对设计问题加以描述,并以方案的形式提出众多解的设计阶段[7].概念设计从不同的角度有多种定义[8].一般认为,概念设计是指以设计要求为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流程,是一个由功能向结构的转换过程。
图1描述了一般概念设计的工作流程,它包含综合与评价两个基本过程。综合是指根据设计要求,运用各种分析、设计方法推理而生成的多个方案,是个发散过程；评价则从方案集中择出最优,是个收敛过程。概念设计是将所设计的产品看成一个系统,运用系统工程的方法去分析和设计。具体说,概念设计就是将设计对象的总功能分解成相互有机联系的若干功能单元,并以功能单元为子系统进行再次分解,生成更低一级的功能单元,经过这样逐层分解,直至对应的各个最末端功能单元能够找到一个可以实现的技术原理解。概念设计的主要任务是功能到结构的映射,概念设计过程主要包括：功能创新、功能分析和功能结构设计、工作原理解的搜索和确定、功能载体方案构思和决策。
根据概念设计的过程及人在设计时的认知特点将概念设计知识分为元知识和实例知识（其分类如图2所示）。元知识中主要包括功能知识、技术原理解知识、结构知识等。实例知识中主要包括方案设计实例、技术原理解实例、产品实例等知识。
（1）功能知识。主要描述产品完成的任务,描述产品的功能及功能子项。描述产品要完成的功能,包括功能内容、实现参数、性能指标等；
（2）技术原理解知识。描述产品功能及功能子项的原理解答。它的表达要复杂些,一方面可用文字、数字表达它的说明、解答参数,另一方面,要有图形支持产品原理解答；
（3）结构知识。描述产品的结构设计状况,是对原理域知识的细化和扩充,是求解原理解的结构载体,可描述产品关键部分的形状、尺寸和参数。产品功能 结构的映射（简称为功构映射）就是对产品的功能模型进行结构实现的求解,是将产品功能性的描述转化为能实现这些功能的具有具体形状、尺寸及相互关系的零部件描述。在这里功能是产品结构的抽象,是结构实现的目的；而结构则为实现某功能而选用的一组构件或元件。功能 结构间的关系一般而言是多对多的映射关系。一个功能可能由一个或多个特征或元件实现,而一个特征或元件也可能完成一个或多个功能；
（4）实例知识。已成功或失败的设计范例,包括方案设计实例,产品结构知识实例、技术原理解实例等。它包含了更多的实际因素,是类比设计和基于实例推理设计的基础。
以工程机械中某型滑模式水泥摊铺机为例,总功能为摊铺水泥路面,总功能可细分为滑模作业、控制作业等功能,滑模作业功能又可细分为提水泥浆、挤压成型等功能。其中某个功能的实现可能会由几个结构组合而成,例如滑模式水泥摊铺机滑模作业功能就是由螺旋分料器、刮平板等几个结构一起才能实现。图3为该水泥摊铺机的功能层次定义和功能分解结构举例。该产品所对应的结构分解则如图4所示。图5中给出了对于滑模作业功能的技术原理解简图、技术原理解的评价、参考产品,以及实现该功能的说明等相关的知识。
如何利用计算机技术对概念设计予以支持,对概念设计知识进行有效的管理,至今仍没有较好的解决方法。目前的知识建模主要是专家系统,最常用的知识模型包括框架、产生式规则、语义网络、谓词逻辑等。专家系统的知识建模主要侧重符号层的系统实现,很少考虑动态的,非结构化的知识,造成专家系统解决问题的局限性,使得专家系统不能解决大型复杂问题。
本体作为“对概念化显式的详细说明”[9,10],研究领域内的对象、概念和其他实体,以及它们之间的关系,可以很好地解决概念设计知识的表达、检索和重用等问题。采用本体描述概念设计知识可以支持细粒度的产品语义信息的描述,可以形式化地定义特定领域的知识,如概念、事实、规则等；支持语义层面的集成和共享,基于本体的知识定义可以对知识作普遍的、无歧义的语义解释,可以保证不同使用者之间进行语义层面的信息共享和互操作。
1.2 本体建模过程描述
本体是某一领域的概念化描述,着意于在抽象层次提出描述客观世界的抽象模型,它包括两个基本的要素：概念和概念之间的关系。本体的构建必须满足以下的要求：对目标领域的清晰描述；概念或概念之间关系的明确定义；一般性和综合性原则。本体可以有多种表述方式,包括图形方式、语言形式和xml文档形式等。
基于本体的产品概念设计知识建模过程包括3个阶段：
（1）产品概念设计知识目标确定。产品概念设计知识定位,概念设计知识的定位决定本体构造的功能需求及最终用户。
（2）产品概念设计知识本体分析与建立。根据需求分析,确定该领域的相关概念及概念属性,并用xml语言进行形式化描述。这个阶段是建立概念设计知识本体的关键环节,直接影响到整个本体的生成质量,同时也是工作量最大的阶段。
（3）产品概念设计知识本体评价。对所创建的本体进行一致性及完备性评价。一致性是指术语之间的关系逻辑上应保持一致；完备性是指本体中概念及关系应是完善的。我们称该3阶段的组合为产品概念设计知识本体建模的一个生命周期（见图6）。
1.3 概念设计知识的本体表示
在此我们以工程机械中滑模式水泥摊铺机为例,结合图3～图5中的实际知识,从概念实体、概念属性及概念间关系等方面来说明产品知识、功能知识、技术原理解知识、技术原理解实例等概念设计知识的本体表示,通过概念蕴涵、属性关联、相互约束和公理定义等方法揭示了概念间的本质联系,形成一个语义关系清晰的产品概念设计知识模型。建模采用目前最新的owl语言描述。
表述的语义为一个滑模式水泥摊铺机继承了一个产品的所有属性,此外还具备了关系属性：摊铺能力,同时,又对属性摊铺能力作了限制：只能应用于滑模式水泥摊铺机领域,且取值变化只能在摊铺宽度中（省略了关于滑模式水泥摊铺机类似属性的定义,如摊铺厚度和摊铺速度等）。
（3）功能知识类
<owl：classrdf：id=“功能知识”>
<owl：restriction><owl：onpropertyrdf：resource=“#功能名称”/>
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</owl：restricton>
<owl：restriction><owl：onpropertyrdf：resource=“#产品”/>
<owl：mincardinality>1</owl：mincardinality>
</owl：restricton>
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表述的语义为一个功能知识只有一个功能名称,且最少具有一个相关产品（省略了功能知识类似属性的定义,如功能编号、功能说明、创建人、创建时间、存储位置等）。
（4）功能技术原理解类
<owl：classrdf：id=“功能技术原理解”>
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<owl：restriction>
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表述的语义为一个功能技术原理解具有对应的功能名称,相关的技术原理解简图（省略了技术原理解类似属性的定义,如评价、参考产品、创建人、创建时间、存储位置等）。
上述描述中,使用类公理（subclassof）描述了两个类（概念）之间的继承关系,如滑模式水泥摊铺机类是产品类的子类。在描述类属性时,使用关系属性（objectproperty）描述了类的某个属性同时也表示了两个类之间的某种关系,如摊铺能力既是滑模式水泥摊铺机类的一个属性,同时也表达了和摊铺宽度类之间的对应关系。另外,使用属性公理domain和range表示属性的应用领域和属性的取值范围,如属性摊铺能力只能用于滑模式水泥摊铺机类,且它的取值只能是摊铺宽度数据集。
1.4 基于本体的概念设计知识管理的特点和优势
基于本体的概念设计知识管理可以让设计人员更好地重用已有的概念设计知识,基于本体的概念设计知识管理具有以下的一些特点或优势：
（1）支持用户定制知识类别。产品概念设计过程中,需要运用多种类型的知识,如：功能类、功能技术原理方案解类等。这些知识的描述和使用有着不同的特点,不能用相同的描述框架来处理。基于本体的设计知识建模允许用户对设计中知识类别加以定制,针对每一类别定义其描述属性,从而较好的解决了概念设计中多来源多类型知识的表示问题。
（2）支持概念共享的知识库构建。概念设计知识本体的构造澄清了概念设计领域知识的结构,为概念设计知识的表示打好了基础,而本体中统一的术语和概念也使概念设计知识更好地共享成为可能。基于本体的概念设计知识表示在区分不同知识类别的同时,建立起概念间的共享联系。通过概念间的共享机制,避免了设计知识库的数据冗余和数据不一致问题,方便了知识的建模录入、检索及统计处理。
（3）多视图和基于本体概念的知识检索。在目前的应用系统中一般采用基于关键字的数据库查询方法,由于其数据库组织不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上,因此无法实现智能查询和信息推理,也就无法解决语义异构性问题。由于不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义,因此查询系统得不到意义相同但用词（语法）不同的内容。当需要对多个数据源进行查询的时候问题更为明显,多意词和同义词会使查询得到许多不相关的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念,知识库建立在本体的基础上,使得基于知识的设计意图匹配成为可能。采用基于知识、语义上的检索匹配,对用户的检索请求,通过查询转换器按照本体把各种检索请求转换成对应的概念,在本体的帮助下从知识库中匹配出符合条件的数据集合,解决了语义异构的问题。
从人在设计时的认知特点出发,可以采用基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,还可以利用本体中已定义的概念定义其它知识检索视图,比如需求功能知识检索视图、软件工具使用知识检索视图等,实现基于知识检索的设计意图的匹配。
2、基于本体的概念设计知识管理
2.1 概念设计知识管理系统结构
结合工程机械行业的实际,本文提出了图7所示的基于本体的产品概念设计知识管理系统结构,系统按照知识产生、获取和利用的流程来构建,系统结构主要包括概念设计知识管理工具、数据接口程序以及基于本体的概念设计知识库,具体由4个部分构成。
（1）概念设计知识获取。概念设计知识的获取包括从概念设计知识本体定义、本体之间关系定义、本体知识库生成到概念设计知识获取整个过程。
（2）概念设计知识维护。主要包括从概念设计知识本体维护、本体关系维护、知识库重新生成到概念设计知识维护的过程,实现对本体的属性修改,各类知识之间的关系维护,以及知识库的更新等。
（3）概念设计知识检索重用。系统中提供基于多视图的知识检索方式,如基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,及用户定义的其它知识检索视图。此外系统提供基于本体概念的知识检索方式,通过本体映射库,可以实现同义词的检索,保证可能会采用不同的概念和术语表示相同的设计信息的人可以得到相同的知识帮助。
（4）概念设计知识库的构建。要实现基于本体的,支持客户自定义的概念设计知识管理,系统必须由足够的柔性,支持各类知识的存储,作为系统基石的知识库的构建就不能采用完全预先定义的方式,在系统中我们采用基础数据库加上在此基础上经过本体定义工具动态生成的各类知识库的方法保证基于本体的知识管理的实现。
2.2 概念设计知识管理关键技术及实现
《中国教师》：张老师，您好！2011年版初中生物学课程标准提出注重重要概念的教学，并在内容标准中具体描述了50个重要概念，您那里的初中生物学教师有何反响？
张涛：目前看来，教师们对于注重重要概念教学大多非常认同，但也有教师认为，注重重要概念教学是回归知识中心，是弱化了探究性学习，是在走“回头路”。还有些教师对此没有引起足够的重视，还没有意识到提出重要概念将会对今后教学产生的重要影响。
《中国教师》：您认为注重重要概念的教学对教师来说，难度大吗？为什么？
张涛：这要从以下两个方面考虑：一是教师能不能真正把握重要概念教学的要求。重要概念处于生物学科知识体系的中心位置，每一个重要概念都有着丰富的内涵，要真正理解并不是一件很容易的事情。以人体血液循环重要概念为例，要理解这一概念需要注意以下两个问题，首先，要把整个概念作为一个整体来认识，而不要割裂开来。有的教师认为，概念中的第一句话“循环系统包括心脏、动脉、静脉、毛细血管和血液”属于事实性知识，因而是“了解”水平的学习要求。但如果从整体上看就会发现，这一句讲的是血液循环系统的结构组成，第二句“其功能是运输氧气、二氧化碳、营养物质、废物和激素等物质”讲的是血液循环系统的功能，把两者作为整体才能体现出心血管结构与功能的适应，而结构如何与功能相适应无疑是需要好好理解的。其次，要把重要概念与课标“内容标准”中相对应的教学要求结合起来认识。因为，即使同属于“理解”层次的目标动词，也包含概述、阐明、举例说明等级别，每一个目标动词的具体要求又是不一样的。关于人体血液循环，“内容标准”要求：“描述人体血液循环系统的组成”“概述血液循环”。对此，首先需要明了的是：什么是描述，什么是概述。然后还要弄清：描述什么，概述什么，即把描述或概述的内容具体化。只有弄清这样一些最基本的问题，才有可能真正把握重要概念的教学要求。
二是教师现有的教学方式能不能适应重要概念教学的要求。虽然课程改革已经进行了十多年，但许多教师仍然习惯让学生死记硬背，不太注重知识的理解；习惯直接告知结果，不太注重知识的建构。而重要概念一般都比较抽象，学生对抽象概念的理解需要以事实或者感性的、直观的材料作为基础，因此，教师需要用不同的方式为学生提供足够的事实性材料，让学生经历自己发现知识的过程，学生才能真正把握重要概念的内涵和外延。
这样看来，注重重要概念的教学对教师来说任重而道远，搞好重要概念教学对教师将是极大的挑战！
《中国教师》：在接下来的生物学科教研活动、教师培训中，该如何帮助生物学教师开展好生物学概念教学？
张涛：在这方面需要做的工作有很多。首先，要进行相关的理论培训，比如，帮助教师界定什么是重要概念，知道概念与术语、定义等有什么区别。有关专家前期已经对此进行了比较充分的研究，现在需要做的是通过培训把相关信息传递给广大教师。其次，需要对每一个重要概念进行解读，厘清它们的内涵与外延，形成一个系列性的研究成果，用以指导教学。再次，要提供概念教学的具体方法，最好是通过课例展示和研讨的形式推荐概念教学的范例。这种方式比较直观，也能够对课例进行透彻的剖析，使人不仅知其然，而且知其所以然，因而是广大教师最为喜闻乐见的。
《中国教师》：您能不能通过一个具体的例子说明应该为教师提供怎样的范例？
张涛：所提供的范例要把重要概念作为核心教学目标，教学的过程应紧紧围绕教学目标如何达成来设计。概括地讲，涉及三个方面：目标的设定、目标的落实和目标的检测。目标的设定，回答的是“到什么地方去”的问题；目标的落实回答的是“怎么去”的问题；目标的检测回答的是“有没有去到”的问题。下面还是以“人体血液循环”为例来说明。
在教学目标的设定方面，要做到“概述血液循环”，首先要知道“什么是概述”。理解和领会课程标准中行为动词的含义，这是很多教师容易忽略的，但如果不弄清楚这个问题，就很难把教学目标真正具体化。就词义来讲，“概述”指的是把事物的特征归结在一起，简单扼要地加以表述。因为概述是在直接的观察和实验、客观的原始记录的基础上发现事物共同的特征，所以需要经过归纳的过程。其次要弄清的问题是“概述什么”。照本宣科地说出血液循环的途径：“从左心室出发，进入主动脉，经过各级动脉……，最后回到右心房”，只是描述。许多课堂就是这样仅仅达到了描述水平，虽然这些描述也是前人概述的结果。应该让学生自己进行归纳，总结出血液循环的规律，这些规律性的知识是重要概念形成的基础。而在自己归纳基础上形成的概念，才算是真正达到了概述水平的要求。血液循环包含许多规律性的知识，比如：
血液循环包括体循环和肺循环。它们同时进行，在心脏处连通。
与心房相通的都是静脉，与心室相通的都是动脉；动脉都是把血液从心脏运往全身各处的血管，静脉都是把血液从身体各处运往心脏的血管。
体循环和肺循环都是从心室开始，血液进入动脉，在毛细血管处完成物质交换，再通过静脉，回到心房。
在肺部毛细血管处，静脉血变成动脉血；在全身毛细血管处，动脉血变成静脉血。动脉中流动的不都是动脉血，静脉中流动的不都是静脉血。
【关键词】 风险预警系统;财务知识管理;本体
财务风险管理是企业风险管理的一个重要组成部分,是企业经营风险的集中体现。财务风险预警是财务风险管理发展的一个新阶段。财务风险预警的重点是抓住小范围、低程度的财务风险事件与财务状况变化,采取控制措施,防止小事件引发大风险而使企业陷入财务危机。21世纪的经济是世界经济一体化条件下的经济,是以知识决策为导向的经济。企业管理进入知识经济时代,企业的工作环境和工作内容都彻底发生了变化,知识管理的理念和方法不断渗透到财务管理中,为财务管理创新提供了机遇。而财务风险预警是一项重要的知识依赖的技术工作,在企业财务风险管理中如何引入知识管理的理念和方法,构建财务风险预警系统,帮助管理者准确地了解企业财务状况,指导风险应对工作的开展,从而降低经营风险,减少财务损失,是企业管理者关注的问题。本文运用知识本体(ontology)方法研究财务风险预警管理,探索科学化、智能化和系统化的财务风险预警机制。
一、基于知识本体的财务风险预警系统需求分析
财务风险预警系统是现代企业预测和防范风险的一个重要工具,它在收集大量相关信息的基础上,借助计算机技术、信息技术、概率论和模糊数学等方法,设定风险预警指标体系及其预警警戒线,捕捉和监视各种细微的迹象变动,对不同性质和程度的财务风险及时发出警报,提醒决策者及时采取防范和化解风险的措施。可见,财务风险预警系统建立的关键是如何有效地捕获企业内外部信息并形成有用的知识,有效的财务风险预警知识系统应满足如下四点需求。
一是信息收集与转换功能。财务风险预警知识系统应通过收集与企业经营相关的产业政策、国内外市场竞争状况、企业本身的各类财务信息和生产经营状况信息,并进行分析转换,按一定形式和规则存入知识库。
二是预警指标管理与更新功能。系统应建立起财务风险评价指标体系,并根据其中的评价指标计算公式,利用财务风险信息子系统提供的资料,计算出具体的指标值,供综合评价和预警使用。
三是财务风险综合评价功能。系统应根据已计算出的各种风险指标的值,利用各种科学的综合评价模型和预测模型,对企业目前的财务风险进行综合评价和对企业未来的风险进行预测。该功能是根据对企业运营过程跟踪、监测的结果,运用现代企业管理技术和企业诊断技术对企业财务状况的优劣作出判断,找出企业财务运行中潜在的危险。
四是财务风险报警功能。系统应根据已计算出的反映企业财务风险的风险指标值、综合评价值以及预测值,按照一定的报警模式发出不同程度的警报。
笔者在财务风险预警知识管理研究中引入本体的概念,本体原本是一个哲学上的概念,用于研究客观世界本质。在本体中概念的关系可以被描述得更加广泛、详细、深入和全面,通过对概念添加属性值,以及在属性与属性之间添加映射关系,一些不便描述的语义关系就可以清晰地描述出来。同时,在本体中可以使用形式语言,这就为实现知识检索创造了条件。在对财务风险预警知识形式化定义后,本体概念模型能够实现对财务风险预警知识理解的唯一性和精确性;另外,利用本体技术对知识的联系进行形式化映射,可以产生和约束新的知识规则,增加财务风险预警知识本体表示方法的实用性。
二、财务风险预警系统知识本体建模
通过分析财务风险预警领域知识的概念、关系和知识结构,采用分层次的思路建立财务风险预警领域本体,并分别对财务风险预警评价模型、指标体系和财务状况监控知识与案例进行形式化描述。本系统模型建立概念本体,评价模型本体、指标本体、资源本体和通讯本体等。下面以财务风险预警定量模型概念本体为例说明财务风险预警知识本体建模。
概念本体是用来描述某个领域内的一些基本概念和概念之间关系的本体,这些概念是被该领域内人们所共同认可的,概念是对事物认知的抽象,包含的内容很广,与模型相关的内容有:关系、函数、公理与实例等;关系表达了财务风险预警领域内概念间的互相作用,n个概念之间的关系可以表示为 r:cl×c2×…×cn;函数是一种特殊的概念关系,表示在n元关系中确定了n-1个概念,则第n个概念是唯一的,即f:cl×c2×…×cn-1cn;公理表示永远为真的概念,即真命题;实例是具体的模型元素。财务风险预警定量模型概念本体形式化定义如下。
co::=(fn,cc,r,ac,ic)。
其中,fn是领域名,cc是领域内的术语集,r是关系集,ac是公理集,ic是实例集。
r形式化为:r::=(ra,rc),ra是cc上的属性集,形式化为:ra::=(dc:identifier,dc:title,dc:creator,dc:description,dc:date),前缀dc表示重用dc元数据集中的标识符、题名、创建者、描述及日期元素;rc是术语间的关系集,rc域是cc1×cc1,形式化为:rc::=(subconceptof,superconceptof,ispartof,haspart,equal,pre,next),subconceptof和superconceptof
是包含和被包含的关系,ispartof和haspart是聚集关系,equal是等价关系,pre描述了概念和概念之间的直接前驱关系,next描述了概念和概念之间的直接后继关系。ac是公理集,ac形式化为:ac::=(subconceptofsuperconceptof-,ispartofhaspart-,prenext-,ispartofispartof*,hasparthaspart*,equalequal*,……),表达了subconceptof和superconc-
eptof,ispartof和haspart,pre和next都是逆反关系,ispartof和haspart和equal都是可传递的。ic形式化为:ic::=(ira,irc),ira是属性集实例,irc是概念的关系实例。
概念是对人类知识的抽象,概念本体是按照分类法来组织领域概念及其客观关系的,概念本体作为一类独立的本体存在,由领域专家或知识工程师管理。财务风险预警定量模型概念本体的描述说明如下:
fn=财务风险预警定量模型;
cc=(z计分模型,人工神经网络模型,多元逻辑(logit)模型,f计分模型……);
ira={(“prop1”,“z计分模型”,“z-score”,“通过将反映企业偿债能力的指标(x1,x4)、获利能力指标(x2,x3)和营运能力指标(x5)五种财务比率有机联系起来,综合分析预警企业财务风险。”),(“prop2”,“人工神经网络模型”,“artificial-neural-network”,“通过大量神经元的复杂连接,采用由底到顶的学习方法,以自组织和非线性动力学所形成的并列分布方式处理非语言化的财务模式信息,达到预警企业财务风险的目标”),……};
irc={subconceptof(财务风险预警定量模型,z计分模型),subconceptof(财务风险预警定量模型,人工神经网络模型),ispartof(z计分模型,函数形式),ispartof(z计分模型,参数指标),ispartof(人工神经网络模型,模型算法),ispartof(人工神经网络模型,输入矩阵),……}。
三、财务风险预警知识管理系统框架
通过分析基于本体的财务风险预警知识模型及需求,本文提出财务风险预警知识管理系统框架如图1所示。
基本的知识管理活动包括知识的创造、发现、存储和应用,财务风险预警知识管理将这些活动整合为财务风险预警知识的获取、财务风险预警知识的存储与推理、财务风险预警知识的应用与预警三个主要过程。财务风险预警以企业经营绩效为基础,充分认识财务风险的本质并在更广泛的领域内选择相关的预警指标,通过综合评价企业的财务状况进行预警。本财务风险预警模型由获利能力、偿债能力、经济效率和发展潜力四个方面的评价构成,获利能力和偿债能力是公司财务评价的两大基本部分,而经济效率高低又直接体现了公司的经营管理水平,公司的发展潜力尤其值得重视,公司理财的目标是财富最大化,良好的财务风险预警系统不应仅仅关注目前的运营状况。在具体预警指标的选取方面,考虑到各指标间既能相互补充,又不重复,尽可能全面综合地反映公司运营状况,故每个预警模块各取两个最具代表性的指标。系统从定量和定性两个角度利用财务本体知识对企业财务风险进行评价,本体风险评价模型利用本体推理与财务知识库得出的各指标值,代入建立的财务风险综合评价模型,进行风险评估,具体的评价模型可根据风险案例库的匹配情况,选取合适的模型,如层次分析模型或模糊评价模型等。
在企业内外部信息集成与知识获取部分,利用本体技术、知识集成技术、多种检索技术,对财务风险预警知识进行数字化语义处理;系统按照本体论思想对知识进行分类标注,组织到知识库中,形成财务风险预警领域概念集;这种框架便于实现本体知识获取、存储、检索等功能,并方便财务风险预警知识集成、共享、发现和重用。本框架一方面从技术角度针对财务风险预警知识管理提出了全面的解决方案;另一方面,通过引入本体技术,本框架在一定程度上能够使知识提供者和知识需求者之间尽可能无歧议地相互理解,并且能够表达组织内知识提供者和知识需求者的原始思想。这将使得财务风险预警知识管理能够更广泛地应用于各种类型的组织中,为组织的财务风险管理在技术上提供支持。
企业财务风险管理是一项复杂的系统工程,随着知识经济时代的到来,信息革命和经济全球化的进程日趋加快,财务风险预警知识系统研究有着广阔的发展前景,日益被人们所关注。本文采用本体方法为财务风险预警领域知识建模,并提出基于本体的财务风险预警知识管理框架,但在财务风险预警知识表达与推理等方面需进一步研究。
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论文摘要：知识管理在教育领域的应用具有很大的空间。从知识管理与本体结合的角度切入，提出基于本体的教学知识管理系统的基本框架，并对其关键技术做出简要阐述。
知识管理在发展早期仅是基于数据库或文档管理的初级技术，但随着信息技术的发展，知识管理已经成为一个非常活跃的领域并拥有很广泛的发展前景。目前知识管理越来越多地被企事业用来提高技术和竞争等，但在知识经济时代，知识管理应紧紧和知识活动联系在一起，首当其冲的便是教育。
1研究背景
知识管理是指将可得到的各种信息转化为知识，并将知识与人联系起来的过程。它包括：1)对信息的管理，通过智能化的信息深加工实现信息的知识化增值、发现、组织、共享和使用；2)对人的管理，实现隐性知识的发现、组织、共享和使用。知识管理的基本活动包括对知识的识别、获取、开发、分解、使用和存储。当前知识管理中的问题是：如何把信息以统一的方式组织并避免对同一知识的不同描述影响理解和共享?如何提高计算机的查全率和查准率并利用有组织的信息获取知识?
引入本体与知识管理结合可以很好地解决这些问题。本体源自哲学的概念。Gruber给出目前非常流行的本体定义：本体是概念模型的明确的规范说明。本体提供了目标世界的公共词汇，为信息的描述和交换提供适当的数据结构。本体最大好处是明确了概念与概念之间的关系，因此在教育领域的知识管理中引入本体，使知识对象化，必定会给知识的集成和重用带来益处，而且可以使与之匹配的知识对象的关系和属性得到完整和清晰的描述，通过这些，用户可以获取更适合自己的知识。
2基于本体的教学知识管理系统框架
本体是构建知识管理系统的有效方式，对于具体的项目而涉及的工作包括概念定义和资源组织2个方面。每个概念的定义要包括它的含义、子概念、父概念、每个类的实例概念问的各种关联、概念与外部资源的关联。该框架分为知识收集及获取、知识检索和知识推理3个部分，具体关系如图1所示。
1)知识收集及获取。知识的收集及获取的首要任务是要将有用的信息资源结合进知识管理系统中，并与本体方法论相结合，将信息通过本体构建工具转化为用本体语言描述的知识，放入本体库中。此系统的目标用户有2类，一类是资源的使用者(学生或者教师)，另一类是资源的加工者。收集和获取的信息资源是指对教学有帮助的课件、试题、音视频等资料，在本体中对教育资源分类遵循的是LOM元数据标准等。
2)知识检索。目前的应用系统中由于其数据库不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上，因此无法实现智能查询和信息推理。不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义，因此查询系统对意义相同但用词不同的内容无法进行精确的检索，当对多个数据源进行查询时问题更明显。在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念，采用基于知识、语义上的检索匹配，在本体的帮助下从本体库中匹配出符合条件的数据集合，解决语义异构的问题，在教师和学生查询具体资源时能够减少对冗繁数据筛选的时间，也能够提高信息检索的精确性。
3)知识推理。推理使用推理机能够对初始本体进行处理，通过自定义规则或者内在规则，能获得原有本体隐含的没有直接定义的知识。推理机不仅能对本体语言内在的各种关系进行计算，而且支持自定义规则推理。自定义规则定义更加丰富，可以包括反映现实世界的某种传递或逆反关系等，实现对知识模型更灵活的操作。比如放入一个新的教学资源，推理机就能够对其进行推理，从而得知其具体所属类及定义。
【摘 要 题】信息资源建设
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【关 键 词】本体论/数字图书馆/层次结构/信息资源
随着信息技术的发展和数字化时代的到来，数字图书馆应运而生。数字图书馆的核心是数字化信息资源的组织与管理，而目前已有的信息处理方法在对信息客体进行深层描述时存在一定的缺陷。本体论（ontology）从信息客体或信息对象出发，通过建立信息客体之间的概念联系和等级关系，将对信息客体的揭示深入到知识内涵的层次并实现对信息客体内在联系的推理。由于本体论为信息资源组织引入了新的方法和思想，它无疑会对数字图书馆建设产生积极的作用。
1 本体论的概念
本体论原本是哲学中的一个概念，是指从人类行为中抽象出来的现实本质。但信息处理领域中的本体论与哲学领域中的内涵不同，国外一些学者已从多种角度对其进行了描述，如：“本体论是一种概念化的关系明确的模式”；“本体论是解释概念潜在的含义的逻辑关系”；“本体论是可以在人和机器间进行交流的某一领域共同的概念表达”；“本体论是可以共享和再利用的概念化模式”。而Borst则将本体论定义为“共用概念的正规明确的具体的概念化模式”，其“概念化”指的是通过标识某一现象的相关概念而建立的这一现象的抽象模型，“明确”指的是所用的概念的类型和用法的限制有明确的定义，“正规”指的是本体论的实例可以实现机读，“共用”指的是本体论所捕捉的知识带有一般性，而不是某些个体所独有的。
从本体论这些定义可以看出，本体论这一信息处理模式在保持原有核心特征的基础上，本身在逐步发展和完善。简而言之，本体论是一个概念的集合，这些概念包括等级结构、概念间的关系、每个概念所具有的属性及进一步限制的定理。当使用本体论表示数字文献资源时，是在描述一个事物的两个方面：一是资源外在形式——题名、作者、出版者、文件格式、知识产权等，另一方面是资源内容——文献的主题。两个方面都可以使用本体论来建立等级关系的知识模型，在等级结构的知识模型中可以定义信息客体、信息客体的内容和相关的属性与关系。
2 文本文献本体论的构建
为数字图书馆信息资源构建本体论不是单一的一个层次，而是在传统图书馆的基础上，针对数字图书馆信息资源管理的不同发展阶段，形成一个多层次的体系，其中的第一层就是为文本文献构建本体论。
2.1 可行性分析
文本文献资源是传统图书馆馆藏的主体，随着图书馆数字化进程的深入，对揭示大量文本文献内在关系的需求更为紧迫，因而为文本文献构建本体论成为数字图书馆信息资源本体论构建的第一步。
构建本体论的核心是建立概念的等级结构及定义概念属性，从而利用逻辑推理来推导概念之间的关系。对于文本文献来说，构建本体论的实质就是建立文献之间的等级结构，并定义文献之间的关系。与其它类型的信息资源相比，文本文献本身就有较为规范和概念明确的特点，所以为文本文献信息建立等级结构和定义属性较为便利。因为文本文献的等级关系在MARC上有较好的体现，所以在MARC数据的基础上构建本体论具有较强的可行性和实用性，由此文本文献本体论的构建包括一个MARC记录的转化过程。构建本体论的最终目的是实现推理，利用文献的等级结构和定义的属性可以在转化后的MARC上实现推导文献间关系的目标。构建文本文献本体论的最后一步是将推理的结果生成知识库。
2.2 文献等级结构的建立
构建文本文献信息本体论的基础是文献等级结构的建立。文献的创造过程始于一种思想，即“构思”。这种“构思”一经抽象，则被称之为“表述”。当“表述”出版后，它就成为“版本”。“版本”的物理形式为“载体”；如果是数字化的，这种“载体”则称为“数字化形式”。“载体”的某一版本称为“实例”。
文献等级各层次之间的关系比其看上去要复杂，低层次对高层次而言是一种继承关系。“实例”是“载体”、“版本”等中的一种，因此，“实例”有一个统一题名，这一统一题名可以直接检索到而无需利用文献等级结构导航。在著录逻辑中，文献等级中的每一个概念被定义为“属于”关系，或是一种对上层概念的“延伸”关系。继承的值与“延伸”关系相关上位类的值“相同”。
2.3 MARC记录转入本体论
将MARC字段和值转化为标识的文本要借助4个控制文档，这组文档著录了MARC格式和它与本体论的关系。主控文档将选定MARC字段和编码扫描为一个或多个本体论概念。一些扫描过程视MARC值而定，依据不同情况将单一字段扫描为多个本体论概念。第二个控制文档对多个MARC字段扫描为同一个本体论概念的情况建立优先权。第三个控制文档依据MARC记录的类型和书目层次标识MARC字段内编码的位置。第四个控制文档包括每一个编码的信息，包括编码—值表的长度和位置。
2.4 知识库的生成
将MARC数据转为用本体论概念标识的文本后，依据本体论所规定的文献等级结构及定义的相关属性可以进行如下推理：
·用统一的标准对中间概念的多项进行合并。统一标准算法使用基数限定，这一基数限定是本体论定义的一部分。如果某项的类型属于另一项，且允许多重值，那么该项被合并。
·标识合并相同的构思。有相同统一题名、作者、序列号的构思被视为相同的构思。当缺少统一题名时，使用版本项的题名代替。
·如果文风和相关作者值相匹配，或者版本层的某种衍生关系可以识别的情况下，标识和合并有相同构思的表述。
·在出版者和出版日期相匹配，并且一项的出版形式值是另一项出版形式值的子集时，标识和合并有相同表述的版本项。同时还可在载体层某种衍生关系可以确定的情况下合并版本项。
·依据MARC记录描述的衍生关系建立与先前文献的关系。如果在文献族中未发现原作，则生成原作相关知识的本体论（包括在文献等级结构中衍生文献所在等级以上的全部层次和来自MARC记录的信息）。
最后将推理的结构进行归纳，将具有相同关系的文献合并，从而生成知识库。
3 XML中本体论的构建
数字图书馆管理的不仅是文本文献，还有多媒体信息，因此，为此类信息资源构建本体论就成为数字图书馆信息资源本体论构建的第二个层次。
3.1 可行性分析
由于MARC等处理手段著录多媒体信息的缺陷，数字图书馆必须采用能标识各类型信息资源的标准和技术。XML具有灵活性和可扩展性优势，突破了MARC的局限，可以描述各种类型的文献资源。使用者可利用XML中的DTD自行定义所需的标记语言及XML文件的结构。如果使用者就DTD达成一致，则文献可以用一致的方式创造、传递和翻译，同时保留传递者指明的语义。在XML的DTD中构建本体论可以实现在概念层整合各种类型信息资源，它将来自句法和表述层的信息提高到更为抽象的概念和关系层进行描述，满足了揭示多媒体信息内在关系的需求。
3.2 等级关系的建立
实现基于本体论的XML描述首先要定义描述客体之间的等级关系，这就需要建立等级关系模型。以一个由人和出版物概念等级结构组成的本体论关系模型为例，本体论在框架逻辑中描述概念，规定“人”是“客体”的一个子概念；“职员”和“学生”是“人”的子概念等等。概念“博士生”同时继承了“学生”和“研究者”的属性，相继承的属性被定义在本体论的第二部分，指的是概念之间的关系，在此通过相应类型的属性建立起概念之间的关系。本体论的第三部分是定理，使用这一定理可以在已有事实的基础上推断新知识。例如，假设研究者A和B合作，则可推断出B也是研究者，同时B也与A合作。因此，本体论可以推断不完整的知识。
3.3 本体论DTD的生成
因为继承关系是本体论的核心，而XML本身并不支持这种关系，所以这一关系模式需要借助其它方法才能在DT D中生成。使用XML的参数实体可以实现这一目标，参数实体定义了可以用于DTD的替换字符串，每当参数实体被参照时，这一参照则使用替换字符串来代替。DTDMAKER是一个在XML文献的DTD中构建本体论的有效工具，它将本体论的概念扫入DTD的元素类型中，即对每一个概念元素类型都做定义，这些元素类型的内容模型由表达概念属性的元素构成。本体论中的属性和XML的属性一样可以表述出来，也就是说本体论的属性可以被扫入相应的XML属性中。最后一步是将本体论属性元素内容模型的规范扫入DTD中。
4 知识管理中本体论的构建
数字图书馆的目标是在对各种文献信息进行组织和管理的基础上，最终实现对知识的管理。在知识管理的全过程中构建本体论，可以实现对知识本身的揭示，实现数字图书馆对信息资源最高层次的管理。
4.1 可行性分析
在知识管理的过程中构建本体论主要由4项工作构成：①建立等级结构；②知识描述；③本体论信息浏览；④在推理基础上提供知识的智能检索。这些内容容易与关系型数据库技术相混淆：本体论模型对应于数据模型，对知识的描述对应于知识库中的数据项，查找则对应于SQL。然而，这种本体论方法与集中的数据库技术有显著的不同，它捕捉的是分布的而不是集中的知识，知识可以直接在它的初始位置被查找（如HTML网页），而不是被分割到相应的数据库中才能查找。这种方法允许对知识进行推断，知识虽然没有明确表达出来，但却可以根据一般性的知识（包含在本体论内）进行推导。
知识管理过程中本体论的构建具有上述优势。在网络环境下借助相应的基于的本体论服务工具，使这一构建过程具有很强的可行性。
4.2 等级结构的建立
构建本体论的关键步骤是等级结构的建立，这一过程与2.2、3.2部分所述内容相似，因此这里省略。
4.3 知识描述
在分布式的网络环境下，需要管理的知识资源分布在网页中，可以在网页中添加本体论的标识语句，如在HTML中对被描述的信息客体添加本体论的onto语句。在标准的Web浏览器如Netscape或Explorer中，onto语句的添加并不影响HTML文件的视觉效果，这样做只是使得主题事物知识的智能Web查找可视化。同时，这可以直接使用（再利用）语句体中的文本知识，避免了知识标注者重复表示相同的信息。
4.4 本体论信息浏览
由于使用者在标注和查询的过程中使用了本体论标识语句，因此，在此阶段可提供便捷的信息浏览。本体论元数据表示的是概念的等级关系，这种等级关系至少容易满足用户的两种需求：①浏览某一类的周围类目，以便寻找最合适的形成某一提问的类，②浏览全部等级，以便快捷地完成由一个等级向另一个等级的导航。
4.5 智能知识检索
在网络环境下可以使用基于本体论的服务Ontobroker，它由3个部分组成：网络爬虫（Ontobroker）、推理引擎及查询界面。
首先，Ontocrawler通过标识的网页进行查找并收集标注的知识片断。其次，将知识片断转化为以Ontocrawler所使用的表述语言规范成的事实。不论是推理引擎还是查询用户都不需要了解因特网上事实表述的句法，只有标注者必须使用标注语言。
推理引擎收到用户的提问后，利用两个信息源来推导答案，即主题事物的本体论和Ontocrawler中的事实。推理引擎的基本推理机制类似于知识库中的智能推导系统。
5 结语
由于信息资源组织在数字图书馆中的重要作用，开发科学有效的信息处理工具已成为数字图书馆研究的一个重点。本体论的构建弥补了现有手段描述信息客体功能上的不足，它既从宏观上为信息资源的有效组织提供了指导思想，也从微观上构成了描述信息客体的标准和技术。本文对国外本体论的理论研究和实践应用进行了深入分析和系统整理，建立了构建数字图书馆信息资源本体论的3个层次体系，并在每个层次的具体操作中形成了从可行性分析到等级结构建立再到本体论生成的方法体系。
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论文摘要：根据当前关于知识转化的相关研究，从本体出发，提出一种基于本体的隐性知识转化框架，从而能有效地应用和共享隐性知识。这种框架由获取模块、存储模块、推理模块和传递模块组成，最后会给出一个电脑故障诊断实例来加以阐述该框架。
在知识经济时代，知识和知识管理已成为企业竞争优势的最重要的资源。企业的核心竞争力很大程度上依赖于企业内部知识的利用和创新-IJ。根据知识获取和传递难易，将知识分为显性知识和隐性知识j。一般而言，隐性知识能为企业创造出更多的价值。然而，隐性知识难以用语言来表述、难以用文字言传，具有高度个体化、难以形式化的特点。因此，实现企业内隐性知识的转化和共享成为企业知识管理的核心内容，从而使知识资源成为企业的竞争优势。
知识转化就是怎样使获取的知识能在其他情境中应用L3J。根据Teece(1977)的观点，通过国际间的技术转移，企业积累的知识远远超过它所应用到的知识¨j。要想充分利用企业所积累的知识，知识转化就显得至关重要。知识转化的能力已成为企业竞争力的一个重要因素。但是。直到现在，许多研究都只关注显性知识转移和利用，而对隐性知识转化的探讨寥寥无几。因此，本文提出了一种基于本体的隐性知识转化框架，其中包含四个基本模块：获取模块、存储模块、推理模块和传递模块，期望能给企业隐性知识的转化提供帮助。
1本体和知识转化
本体(Ontology)-词起源于哲学领域，在哲学中它的基本意思是对本质和存在的一个系统的描述。Studer等对本体的定义为。本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明。从知识管理的角度来说，本体作为一种概念化的说明，对客观存在的概念和关系进行描述。它是通用意义上的。概念定义集’，是一个具有共同兴趣的团体对一定知识范围内的术语和规则的共识，是关于。种类和。关系的词汇表。这种词汇表，是在人们之间交换意见时所用到的共同语言。本体可用来描述和说明某一领域知识。
本体中包括某一领域中基本概念、概念之间的关系以及概念和关系的属性的定义。由于本体可用来详细、正确地描述事物的属性，因此本体可以广泛应用于语义搜索、概念搜索、决策支持、自然语言处理、知识管理、智能数据库和电子商务等领域J。
根据Davenport的观点，知识转化就是把知识资源转化成个人以及组织的能力L7]。Szulanski等认为，知识转化是在一些特殊情境中，信息从发送方到接受方的一个传播过程。事实中，知识会在各个层面上交流：个人之间，个人与群体之间，群体与躯体之间，群体与组织之间，组织与组织之间。知识转化的渠道可能是非正式的、正式的、个人的或非个人的等多种渠道。在知识管理中。野中郁次郎(Nonaka)和竹内广隆提出SECI模型探讨知识创新过程，其中，隐性知识和显性知识的转化被分为四种基本模式：社会化(Socialization)、外化(Externalization)、综合化(Combi．nation)、内化(Inernalization)o但总的来讲，知识转化主要集中在显性知识的研究，而对隐性知识转化的钻研还处于初级阶段。因此，研究隐性知识的转化意义重大。
2基于本体的隐性知识转化框架
隐性知识管理的困难就在于隐性知识的转化。本体技术可以在隐性知识转化过程中起到关键作用。在知识管理中，根据Nohaka的SECI模型L9]，本体可以看作是隐性知识转化的一个过程。在这个过程中，知识交流共享，建立本体知识库，最终生成显性知识系统，也就是隐性知识转化成显性知识的过程。这个过程可以概括成以下模型(见图1)。
这个框架包含四个基本的模块：获取模块、存储模块、推理模}央和传递模块。隐性知识的获取主要来源于企业内部积累的隐性知识，可以通过咨询领域专家来获取企业的隐性知识，特别是具体环境下，专家讨论的思维方式和经验更是隐性知识抽取的重要部分；在隐性知识的存储中，将获取的隐性知识用本体语言形式存入知识库中，以被用户搜索访问；在隐性知识推理模块阶段，可以使用本体工具进行本体推理。为用户找到所需的隐性知识；：i芏隐性知识的传递中。依托网络，通过搜索引擎的搜索功能，将所需知识提交给用户。
2．1隐性知识获取模块在企业中，存在各种类型的隐性知识，而隐性知识的获取主要由知识工程师来完成。知识工程师们可以通过咨询领域专家来获取企业内部的隐性知识，这是因为专家拥有大量的相关领域知识，而且专家具有选择知识来解决问题的能力。知识工程师的主要任务是：收集、阋读企业内部有关文献，与员工交流，获取所需的原始知识；对获得的原始知识特别是案例进行加工、整理，形成用自然语言表述的知识条款。然后交与专家其同讨论。知识工程师通过与领域专家的多次交流，最终确定有关的知识条款，然后把最后确定的知识表示出来。因而，知识工程师们既需要与领域专家交流，从中获取所需的隐性知识又需要熟悉知识处理，能把获得的知识用合适的知识表示模式表示出来。
隐性知识的获取主要以案例的获取为主，目前从技术层面上仅有的隐性知识获取方法是，基于知识环境观点下的波纹规则RDR(rippledownruIes)“，如图2所示。RDR知识获取技术不依赖于专家指定它知道什么，领域专家不需要开发领域的模型或提供推理过程的解释。由RDR完成隐性知识的编码。RDR允许重复使用和自动更新用户研究的知识模型。
22隐性知识存储模块获取后的隐性知识经过本体语言的表示，存储在本体知识库中。可以把知识看做是知识单元(KnOWledgeUnit。KU)的集合，知识单元由三部分组成“：知识载体(Knowledgt、Carrier，KC)、知识内容信息(KnowledgeContentlnformali(1I1，Kt)和知识情境(KnowledgeScenario，KS)。知识载体是指知识所依赖的实际载体和存在的地方，包括人、文档、计算机程序和产品等，是知识的外在表现形式；知识内容信息是对知识所包含内容进行简练、概要的慨述；知识情境是知识产生和应用的背景，是知识共享和重用的基础，是知识的内在特征。可以用三元组来表示知识单元：KU=(KC，Kl，KS)。知识库就是知识单元的总和。这种知识单元的定义既可以方便地定量表示显性知识。又可以把一些难以编码和度量的隐性知识进行定性表达，为隐性知识和显性知识建立了一个统一的表达模型。本体知识库的工作机制如图3所示。
2．3隐性知识推理模块隐性知识推理模块也就是本体构建和推理的模块。这个模块含有三种本体：领域本体(domainOil—tologies)、调度本体(schedulingontologies)和管理本体(managementontologies)。领域本体定义了各种用来描述实体的初始模型，其中，主要的实体包括概念、关系、函数、公理和实例等。调度本体可以描述为这样一个过程，就是在预先定义好的范畴内为所分配的任务分配资源。所以，描述各种概念和关系都在调度本体之中。而调度本体的核心表现为主要任务调度概念——行为，注释，资源和约束。此外。像需求和产品等外部因素也应当考虑。这些多样的本体需要集中的管理机制，因而，可以采用管理本体来结合分布、异类的各种本体。管理本体可以提供在相关本体之间定义知识地图的方法。总之，管理本体、调度本体和领域本体构成了整个推理模块。
2．4隐性知识传递模块用户能通过访问接口请求搜索引擎来访问本体知识库中的知识。这个过程包含两个主要的阶段：知识搜索和知识呈现。首先，知识搜索。用户应用浏览器(Explorer或Tetscape)通过访问接口来发送请求，请求会发送给搜索引擎，搜索引擎会通过搜索本体注释来访问存于本体知识库的所需知识。其次，呈现结果。本体过滤弓l擎通过搜索工具处理返回的知识。为了区别哪些知识是所需的结果，本体过滤弓I擎鉴别和确定与本体知识库中对应的语意关键字。图4描述了这一详细过程。
3实例阐述
关于如何运用这种框架，本节以电脑故障诊断为例来说明问题。对于电脑修理员来说，电脑故障的诊断往往凭经验进行。而经验存在于人的大脑中，大脑中的经验知识为隐性知识。要将他们转换为可共享的显性知识，可通过相应的知识管理来实现。因而，电脑故障诊断作为一个知识管理过程，适于采用基于本体的隐性知识转化和共享框架。本文推荐采用斯坦福大学开发的Protege3．2beta来构建领域本体，调度本体和管理本体等本体。在研究中，尽量实现用户获取所需与电脑诊断和修理相关的精确信息。
用户包括一般修理人员和知识管理员。一般修理人员能查找出诊断故障和对应的解决办法。知识管理员管理本体知识库，包括知识的初始化，知识的增加、修改、删除等等。一般修理人员能通过访问接口发送请求而获取所需的，具体而有效的结果。
本体用来定义通用词表，并明确格式化电脑故障领域的知识，例如电脑故障的知识可以根据故障种类来分类。故障本体负责两大任务：通讯协议和提高查找信息的精确度。一台电脑由很多部件组成：显示器，键盘，主机，鼠标，电源等。同时，～台电脑有多种属性：厂家、商标、型号等。
本体知识库包括故障诊断知识和对应的解决方法，这些知识为所有修理人员共享，但知识内容是依赖本体的。我们可以通过存储在本体知识库中的案例来表达经验知识。这些案例主要由两部分组成：案例描述和解决办法。案例的描述包括案例基本信息(例如：故障类型，特征数，故障类型编号等)、故障描述和故障特征(特征1、特征2、特征3)。这些案例的解决方法包括诊断结果和修理方案。不同的故障类型有不同的特征。案例结构如图5所示。
搜索过程就是根据故障类型去匹配相似的索引和结果。当一个修理人员通过浏览器发送请求后，对案例库进行关键字匹配检索，从案例库中挑选出一组与当前案例相关的候选案例。通过计算所有候选案例与当前案例的相似度，最后选择相似度最大的案例返回给修理人员。如果用户通过检索到的案例解决了问题，则作为这个案例的一个成功样本存入案例库，如果不成功，则需要通过其他的方式，如征求有经验的电脑修理专家的意见或用户根据相关案例信息来解决问题，并将问题的解决方案提交，作为一个新的案例存储。
以上就是电脑故障诊断及解决方案应用本文框架来阐述怎样实现隐性知识的转化和共享。对于电脑故障诊断，有一点必须值得重视，必须有一位或数位领域专家来建立案例并持续一段时间，这是发挥其强大功效的保证。
