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2. 本体论与制造与物流建模的理论背景
在信息技术（IT）领域中，本体概念描述了一种“明确规范促进知识共享和重用的概念化”，其中概念是我们希望代表某种目的的抽象，简化的世界观。本体是可以捕捉域的内在概念结构的元素，并创建一个用表达分类法和语义上丰富的概念之间关系的面向对象的描述来表示它的词汇，这样也可以将知识包括在软件和自动系统中。本体是具有传统数据库技术特色的知识库，其中知识内容和知识结构以相同的方式表达，最重要的是允许互操作性和推理能力，即它们可以作为“词汇”用于不同软件系统之间的通信，并允许扣除新知识。通过本体在任何应用领域纳入语义的潜在好处是伟大的。本质上，本体没有特定的应用领域，但它们可能是表示任何领域知识的手段，以使其共享，明确和正式。
在生产系统领域，过去几年开发的解决方案具有极高的自动化和复杂性，同时也包含内部物流系统。因此，现在需要一种表示生产系统的共同方法，可以成为构成它们的对象的标准描述。
已经对本体进行了大量工作，特别关注生产中的制造方面。事实上，已经在1999年，已经认识到，本体在制造中的应用是有道理的，主要有三个原因：明确的通信，共享术语和语义对齐以及在分布式工业信息基础设施中对单个对象进行临时访问。将制造领域的生产要素描述成本体的尝试包括生产系统的控制，设计，仿真，生产计划和生命周期数据集成。
在文献中，制造领域本体的使用可分为：
支持快速重新配置制造系统;
- 制造系统综合建模;
- 不同系统的企业内部和企业间互操作性;
- 知识共享和重用;
- 推理新知识的能力。
然而，这些仍然没有得到广泛认可，作为生产要素制造领域内的生产要素的标准化表示。此外，需要更高的模块化水平使得有必要在共享的本体论模型中代表在严格的制造要素，而且在以前的作品中尚未被认为足够的内部物流（即仓储）的方面。这需要一个完全灵活和模块化的系统。
正如预期的那样，研究团体对物流方面的本体论模型进行了较少的研究。为了清楚地了解以前对这些主题的研究，表1提供了与物流领域现有本体有关的参考文献，按时间顺序列出。具体来说，在表格中按照以下标准进行分类：
- 物流学专业，即制造业 - 物流作为子主题 - 物流（分别是第一组和第二组）;
主要关注焦点，即供应链与内部物流/仓储;
- 学术观点，即过程与物理资源。
此外，每个审查工作都报告使用本体的目标。有趣的是，大多数论文提出了不同系统或供应链合作伙伴之间的信息和数据集成本体（即它们利用本体的互操作性潜力）的本体论，但是一些研究设想到需要一个更广泛的物流本体论实现更高的灵活性，从而在当今全球商业环境中具有竞争力，这符合本文作者的同意。
作为一个例子，提出了用于规划和控制的分散式信息技术（IT）解决方案的本体，以提供更大的灵活性和供应链的可重新配置。在本文中，本体论是克服现代物流系统日益增长的结构复杂性和动态性的关键，这源自全球经济趋势，供应链分解和个体客户需求。贡献是物流领域信息的正式语义知识模型，使用本体来实现自动化和智能化技术，将服务的发现，排名，执行和高效组合转化为更复杂和灵活的后勤流程。
此外，还认识到IT的重要作用，特别是需要灵活的IT架构和智能方法来灵活提供后勤能力，以获得竞争优势。作者还设想使用语义Web技术（SWT）和面向服务的计算（SOC）来加强物流流程，特别是他们专注于供应链管理（SCM），将SOC作为分布式，可能跨组织的一个范例软件系统，旨在通过组合单一服务快速轻松地提供应用程序，实现灵活的业务流程。
总的来说，也有人指出，在一些作品中，生产本体既包括制造业和物流方面，而后者通常被认为是一个子主题，在制造业的更完整的表现中提及，只列举其中几个。然而，还发现了一些专门用于物流的本体建模的研究贡献。在这些研究中，术语“物流”可以指“外部”后勤，即与供应链上的商品流量和相关信息相关，或者称为“内部”物流，即仓储问题，如物料搬运，在仓库或工厂内存储和采摘。一般来说，供应链的观点比内部物流更经常采用。事实上，在许多被审查的论文中，本体论被认为可以在同一供应链中运营的公司之间实现更高的数据集成，或者确保在某个组件的生命周期内的数据连续性。这符合当前全球供应链竞争的国际形势，从而使供应链合作伙伴之间的信息交流成为竞争的手段。就内部物流而言，只有很少的贡献才明确地解决了仓储应用的本体。应该指出的是，在不同程度上，在面向物流的国际同行评审期刊中也发现了一些分类法，涉及材料处理，储存和拣选系统。然而，他们的主要目标是提供现有内部物流解决方案的分类，而不是提供本体提供的组件和相关功能的结构化表示。
最后，另一个有趣的考虑可能涉及供应链或内部后勤系统提出的本体论的范围。这些系统可以从物理角度来描述，即作为各种物流资源（如运输商，存储模块，车辆）的组合，或从过程的角度（即描述实现交通或后勤活动所需的交互） 。大多数考察的本体论模型采用第二个视角，考虑到物流运营和订单管理相关的建模，但往往忽视了执行这些操作的物流资源。
基于对本专题文献的分析，很明显，现有的物流本体主要是针对供应链应用的组织间物流。他们主要关注流程方面，通常提供抽象概念和非常少量的概念和关系。因此，还缺乏内部物流资源丰富完整的本体论，特别是仓储活动。
3. 研究目标
本文提出了对生产系统本体的扩展，包括内部物流资源的分类。特别地，扩展是基于制造系统本体（MSO），该系统是由欧洲资助的eScop（用于开放式制造和过程自动化）的基于服务的控制的嵌入式系统项目）在米兰政治研究所开发的本体。
到目前为止，MSO已经被证明是一个有用的模型，主要描述分散的制造和过程生产系统。下文所示的扩展旨在通过将其特定概念和关系添加到模型中来进一步详细描述MSO的内部物流领域（即物料搬运和仓储）。具体来说，本文提出了内部物流概念的整体分类法，并绘制了它们之间的关系。指导思想是定义涵盖内部物流领域的本体的概念和关系，从而解决现有文献中确定的差距。本体论对物流系统的可能有益应用是第1节和第2节中定义的。
这个目标已经被制定成以下研究问题（RQ）：
-RQ1：“定义内部物流领域本体论时，要考虑哪些关键概念？”
-RQ2：“定义内部物流领域的本体论时，要建模的概念之间的关系是什么？
4. 研究方法
所采用的研究方法包括Lin等人提出的方法的改编。在2011年，由Noy和McGuinness在2001年。该方法允许创建MSO的Web本体语言（OWL）模型及其内部物流扩展。 OWL语言的选择基于以前的研究贡献，将其作为感兴趣领域最合适的建模语言。
本文提出的工作旨在将领域知识映射为UML语言，并将其作为建模活动的基础，进入更为正式和机器可理解的OWL语言。将域的UML模型呈现为以下翻译为OWL的基础的选择是由于UML符号由于其视觉特性而容易理解的事实。因此，理想的是工程师表达领域概念和关系的符号。只有在第二时刻，知识工程师才可以采用UML模型并建立一个语义映射。需要在UML模型和OWL之间进行翻译。事实上，UML语言实际上不适用于内部物流的本体建模，作为制造系统领域的一部分，因为它没有语义属性，因此没有自动推理能力，而是由OWL提供的。事实上，作为OWL语言的形式和机器可理解的，它允许系统之间的互操作性，并提供知识共享和重用的潜力。此外，使用OWL等语义语言，可以通过推理和推理来扣除新知识。以这种方式，可以以明确的方式（具有类和关系）部分地构建知识，而其中的一部分可能保持隐含（例如，类之间没有明确的连接），并且在需要时生成，遵循推理和推理技术。
-RQ2：“定义内部物流领域的本体论时，要建模的概念之间的关系是什么？
已经提出了采用两步法的需要：在知识获取到实现之间跳转到语义语言（编码本体）中，而不需要概念建模阶段，则需要在领域专家和系统用户参与时进行重新设计，使概念模型明确。目前，OWL本体编辑器提供了一个图形化功能，它表示所选择的类及其层次结构，提供可视化OWL中表达的类和个人连接的图，而不用可视化界面来构建模型的新部分。
构建基于UML的模型所采用的方法由七个主要步骤组成，即从确定本体的领域和范围到创建实例。提出了首先创建MSO本体的方法，然后构建延伸到内部物流领域。
建模过程从基于UML的对象建模开始。此步骤需要以前关于领域现有知识的材料作为输入，如工程模型，分类法，现有本体和标准，并提供域的UML概念模型作为输出。它包括七个子步骤：
- 作出的第一个重要决定是确定正在建设的本体的领域和范围;
- 第二个子步骤需要考虑现有的领域知识，例如作为本步骤输入的文档（即工程模型，分类法，现有本体和标准）;
- 第三步是列举域内重要概念;
- 从第三个子步骤中确定的重要领域概念开始，将类和类层次结构作为第四个子步骤创建。对于每个概念，创建一个类，并指示该类是否是继承其所有特性的另一个类的专门化，从而定义类之间的层次结构。
- 在第五个子步骤中，这些类别丰富了属性，即它们之间的属性和关系;
- 属性在第六个子步骤中具有约束，范围和其他方面的特征;
- 最后一个子步骤包括创建表示感兴趣领域的特定个人的实例。对于创建的本体，实例化可以涵盖制造系统或物流系统;创建单个组件的实例，它们的属性以及它们之间的关系。
第二步是域本体的OWL建模。将上一步的UML模型作为输入，并将OWL本体作为输出。这是通过以下两个子步骤完成的：
- 描述UML和OWL之间的句法映射。实际上，由于两种语言的不同，所以两者之间的映射被执行。这是通过以下两个子步骤完成的：
阐述UML与OWL之间的句法映射。事实上，由于两种语言的不同，所以两者之间的映射被执行。这个子步骤可以按照建议自动化完成;
必须手动执行从UML到OWL的真实翻译，因为必须将语义（即OWL语言的附加特征）添加到不包括它的句法映射中。
采用上述方法构建MSO本体及其对内部物流领域的推广。本文介绍了扩展的第一步的结果：它介绍了内部物流领域的UML模型，其中包括要纳入MSO的必要概念。这项工作之前是根据对领域进行深入分析的结果（包括文献中已经定义的分类法，文献中提到的先前知识，现有物流领域本体和标准）的分析结果。
5. 制造系统本体（MSO）
制造系统本体（MSO）是基于面向对象的方法的制造系统领域的结构化表示。它能够描述通用生产系统的所有相关方面。建模方法通过分别解决四个不同方面来定义制造系统，即：
物理方面，包括工作人员，生产设施（如工具，夹具和夹具），物料搬运设备和其他辅助设备的系统的物理（静态）定义;
考虑到生产要素的转换过程，技术方面定义了系统的转换（即功能）视图;
控制方面，其存储数据并描述执行生产系统控制所需的概念之间的关系;
可视化方面，表示和存储用于人类用户的可视化界面的数据，例如屏幕和可视设备。
MSO包括四个方面，但是对于本文的范围，仅描述物理方面，特别关注内部物流，而MSO的其他方面在下文中被忽略。引用以下文档，以深入介绍完整的MSO模型结构。
5.1. MSO结构
物理方面所依据的主要概念是“子系统”，即资源的聚合。子系统可以由更小的子系统或“组件”组成，即生产或物流系统中的基本物理对象。
组件具有ID作为属性，即允许其在系统中的唯一标识的代码，并且可以专用于不同类型。组件的以下子类中的每一个都与具有分层继承的“父类”组件链接：它们呈现组件clas的相同属性和关系。特别：
执行转换过程的处理器，
处理和运输工件或物资的运输商，
存储哪些工件和材料，
单位负荷（UL）是基本的搬运单位，
执行操作所需的工具，
夹具夹具，
控制器是制造系统中执行生产计划和控制功能的任何决定性要素，
- 生产系统中的人员进行运输，加工，组装，监控活动，
- 传感器，其目的是检测环境变化或测量某一物理或化学变量的设备。
其中，与内部物流领域特别相关的部分有：
- 单位负载：单位负载可以简单地定义为用于一次移动和处理一个或多个工件的手段。 UL由不同尺寸和不同材料制成，由所处理货物的尺寸，重量，几何尺寸，环境要求等决定;它们可以是不同的类型：制造系统中最常见的是箱，箱，篮，一次性和可重复使用的托盘。它们被设计为与现有的存储系统，传输系统和处理器兼容，反之亦然，因此UL影响并受到运输机类型，仓库类型和处理器类型的影响;
- 传送器：执行传送功能的实体，即在工厂布局的不同区域之间移动材料。实例是自动化导向车（AGV），输送机，叉式起重车和其他手动或自动运输机器，专用于将工件或材料转移和处理到工厂各地的功能;
- 存储：执行存储功能的实体，即保留材料供以后使用进入工业过程;示例是缓冲区，自动存储和检索系统（AS / RS），专门用于或多或少地临时存储工件。
随后的部分将专门针对后两者，分别是运输类和存储类，提出扩展MSO模型以包含内部物流领域所必需的连接。
为了建立制造和物流系统模型，子系统和基本组件必须相互连接。在提出的模型中，连接通过以下类型的关系来表示：
层次关系：由一条指向“父类”的三角形表示，通常呈现名称：“是”。它表示父类的属性和关系被继承到另一个类，被称为子类的是“存储”是“组件”的子类，因此将继承ID属性以及与其他组件的关系作为“属于组件”或“属于组件”）;
- 组合：以与另一类组成的类接近的黑色钻石表示;
可以根据不同需求命名的通用关联：作为
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