面向農業領域的敏捷知識管理系統研究分析

一、引言

隨着經濟的發展，知識資源已經成爲保持供應鏈競爭優勢的重要支柱。尤其近年來，學術界對供應鏈知識管理的研究逐漸深入。其中，國外學者主要偏重具體實踐方面的研究，並與豐田、戴爾等知名企業展開合作，取得了豐富的實踐成果。而國內學者則主要關注理論方法方面的創新，在知識管理架構、策略等方面取得了一定的理論成果。然而，隨着市場競爭日趨激烈，稍縱即逝的商機要求供應鏈向敏捷化方向發展。以農產品供應鏈爲例，近年來人民生活水平日益提高，農產品供應數量和質量都有了很大變化，人們的口味也越來越挑剔。如何針對顧客日常需求的變化進行敏捷供應鏈快速組建並在短時間內提供相應產品成爲農產品供應鏈發展中的難題。傳統的供應鏈知識管理已經無法適應新的商業環境。目前已經有學者開始關注敏捷供應鏈中的知識共享及知識重用，但對敏捷環境下知識管理系統的相關研究還很少。因此，本文以北京市農產品供應鏈爲研究背景，以敏捷化爲目標構建一個敏捷知識管理系統，該系統引入面向服務的思想以增強分佈處理能力和可擴展性。在此基礎上採用本體、工作流管理等方法對其中的知識服務檢索、組合等關鍵技術進行研究，以期進一步提升北京市農產品供應鏈的敏捷性和知識管理水平，爲都市型農業發展做出貢獻。

二、研究背景

北京市是農產品消費的大都市，據相關資料推算，全市每年消費蔬菜約40億公斤，果品約29億公斤，生豬約400萬頭。隨着北京市國際化程度日益增強以及xx年奧運會的臨近，中高檔蔬菜瓜果、肉食的需求與日俱增。因此，構建與之相適應的現代化農產品物流體系是北京市當前社會經濟發展中亟待解決的重要問題。北京市各級農業管理部門也認識到這一點，在近年來實施的改革過程中，農產品物流體系得到了長足發展，取得了一定成績。但是與一些發達國家相比，存在的問題依舊比較明顯：(1)基礎設施投入不足。在農業增產上投入較大，但產品儲運技術和物流設施等方面卻明顯投入不足，加工水平低、運送方式落後、冷鏈運送比例小，致使產品質量難以保證，難以滿足奧運期間巨大的物流需求。(2)市場結構不完善。主要表現在物流主體不清晰，衆多小農戶、農民合作組織加上農產品加工企業、批發商、零售商，一起構成了農產品流通主體多元化的格局。(3)物流信息不暢。北京市農戶生產規模較小，市場主體分散，信息傳遞手段落後，導致產品流通時間拉長，農戶在供應鏈全過程中處於被動地位，無法及時獲得有效的供求信息，進而導致農產品的生產和銷售處於無序狀態，難以快速滿足消費者的需求。

三、面向服務的敏捷知識管理系統

本文針對上述農產品流通體系中知識管理存在的不足，從供應鏈管理和信息管理的角度提出了面向服務的敏捷知識管理系統(services-oriented agile knowledge management system)。該系統基於web服務技術，支持異構計算環境下的分佈式瀏覽器/服務器模式，對系統中的所有用戶提供分佈透明性、跨平臺透明性以及異構數據透明性。其總體結構如圖2所示。該系統能夠實現敏捷供應鏈中知識資源的分佈式動態集成，包括提供知識資源的動態發現、集成和綁定等服務，從而解決了敏捷環境下知識資源集成的關鍵問題。

(一)相關概念

面向服務的架構自提出以來一直沒有標準的形式化定義，許多學者對此方面進行了研究。侯麗珊等提出了基於環境本體的服務描述框架並用基於?仔演算的進程表達式表示服務的行爲語義。饒元等在對時序邏輯語言xyz/e進行擴展的基礎上對面向服務的體系結構以及系統的核心概念進行了形式化定義。然而，上述研究都只針對傳統服務展開，沒有考慮到知識服務的推理性、創新性和語境相關性等特點。因此，本文根據知識的特性，對敏捷知識管理系統中相關概念進行如下定義：

定義1敏捷知識管理系統：由多個服務角色通過基於標準協議的基本連接件按照特定的業務模式組合而成的一個分佈式敏捷知識管理系統，能夠根據角色的請求及環境的變化迅速做出反應，提供相應的知識服務。

定義2知識服務(knowledge service)：由一個或多個知識模塊組合而成的具有獨立功能的、自治的軟件體，通過wsdl對外部接口進行描述，利用soap消息來完成消息通信。詳細定義爲：ks=，其中id代表服務名稱。dis代表服務描述，主要包括服務功能描述和服務契約描述兩部分。if代表服務接口，是服務功能特徵的集合。attr是服務屬性的描述，包括屬性、屬性值以及之間的映射關係。

定義3知識服務組合(compositional knowledge service):由多個基本知識服務根據特定需求組合而成的具有複雜功能的軟件體。其內部的消息通訊與服務調度以及與外部服務間的通訊使服務組合具有更爲複雜的動態行爲，且服務的重用粒度也更大。詳細定義爲：cks=，其中ks爲基本服務集合，其他定義與上述知識服務類似。

定義4知識服務描述(knowledge service distribution)是對服務功能以及調用契約的描述，定義爲sd=。其中sf爲功能描述，包括接口功能、參數格式等。sc爲調用契約，包含調用協議、調用權限等，其中知識服務接口(service interface)是服務訪問的語法規範，僅提供服務名及特徵，並不描述服務的實現方式。定義爲：si=，其中sip是接口參數的集合，slm是服務方法的集合。

定義5知識服務屬性(service attribute)：對服務特徵的描述。可細分爲靜態屬性和動態屬性。靜態屬性值不隨時間變化而變化，只是與其他服務區分的基本依據。動態屬性則會隨着時間等外部條件的不同而取不同的值，刻畫了資源的變化特徵，例如服務狀態、服務負載等。定義爲：sa=，其中attr={a1,…，an}是服務屬性的集合;ran={v1,…，vm}是服務屬性值的集合;f：attr->f(ran)是資源屬性到其值域上的一個映射。

(二)體系結構

敏捷知識管理系統主要分爲三層，包括交互層、應用層和數據層。其中交互層是系統面向用戶的接口，對外提供系統的公共服務，主要負責接收服務請求，並進行服務請求的解析，將相關信息提交給系統其它模塊進行下一步處理。而應用層是系統的核心，主要包括以下幾個模塊：

服務註冊模塊在傳統vddi的基礎上實現並進行語義擴充，除了保持uddi基於關鍵字的服務查詢和發現功能外，還擴展了基於語義的服務發現功能，實現系統服務的註冊、查詢和語義映射工作。經過接口封裝的各應用系統服務，除了在uddi進行正常註冊之外，還使用領域本體對其進行語義描述，以支持兩種不同類型的服務發現機制。

服務匹配模塊根據服務請求內容，對服務註冊中心的服務進行關鍵字及語義匹配，並返回最優服務。在服務運行的同時，由監控模塊根據服務匹配和運行的情況對服務進行評估，評估結果追加到服務註冊信息中，作爲今後服務匹配和選擇的參考因素。

服務組合模塊只有當一個服務請求需要一個複雜業務過程才能夠完成時發揮作用。首先該服務請求會分解爲基本服務請求，每個基本服務請求都要經過服務的匹配過程，最後所有匹配的服務按照業務定義中的邏輯順序進行服務組合，形成可執行流程，最後解釋執行。

數據層主要對成員的基本信息和服務信息進行存貯和分析，以建立聯盟知識庫。

(三)組建過程

以農產品供應鏈爲例，敏捷知識管理系統組建過程描述如下：(1)首先以行業協會的形式建立農產品供應聯盟，並對聯盟中的企業進行分類，包括生產、物流、銷售企業等，其中每個企業均需要進行資格認證並進行評級，通過認證後各成員連入聯盟內部intrenet並在uddi註冊;(2)當有合適的市場機遇出現時，聯盟統一發布市場信息並進行分析，確定所需供應商類型。有合作意向的成員向聯盟提出申請，聯盟根據市場情況並結合成員的各項評級及所提供服務的質量評級進行供應商選擇並組建供應鏈;(3)供應鏈組建完畢後，入選的註冊完畢後，敏捷知識管理系統初步形成。當有成員需要知識服務時首先到聯盟知識門戶提交進行知識服務請求，若此服務存在則進行共享權限確認，然後由協會作爲第三方與服務提供者綁定並進行交互。(5)當市場機遇消失後，敏捷供應鏈解散，各企業知識服務註銷，重新回到步驟(2)。組建過程如圖3所示。

(四)應用實例

這裏，以農產品加工企業爲例，對敏捷知識服務進行簡要說明。在對農產品進行清洗加工的過程中，加工企業通常需要了解農產品的農藥使用量及所包含的化學成分，而作爲需進一步對農藥生產企業進行知識查詢。在敏捷知識管理系統的支持下，農產品加工企業只需要向聯盟提交知識查詢即可，由系統進行知識服務的組合調用並迅速發現結果，實現知識的敏捷重用，使原有查詢過程得到簡化。

四、關鍵技術

(一)服務檢索與組合技術

知識服務作爲一種語義密集型的高層應用，用戶通常需要具備全面知識才能正確使用，傳統uddi基於關鍵詞和簡單分類的服務發現機制已經不能很好滿足需要。因此，本文在敏捷知識管理系統中提出一種基於領域本體和語義相似度的知識服務發現方法。首先將用戶查詢需求進行語義擴展，細分爲功能需求、質量需求等，然後判斷功能需求是基本服務還是組合服務，若爲基本服務則直接對uddi中已有服務進行語義查詢。若爲組合服務，則對該查詢進行基本分解後進行相似度計算，得出結果後再使用工作流技術實施服務組合，如圖4。其中，服務組合是近年來出現的一種新的服務形式。目前研究方向主要有基於流程的方法和基於人工智能的方法。前者以工作流技術爲基礎，具有代表性的成果有wsfl、bpel4ws等;後者以語義描述模型爲基礎，具有代表性的成果是owl-s。而本文提出的方法則將服務檢索與組合相結合、人工智能與工作流相結合，充分考慮了知識服務自身的特點。

(二)服務質量描述及評價方法

傳統uddi沒有考慮服務質量的問題，當請求者從uddi上同時檢索到若干相關服務時將面臨着選擇問題，因此web服務中的質量(qos)管理，特別是服務組合的qos管理，成了迫切需要解決的問題。當前，已經有一些研究領域提出了基於qos的服務評價及組合方法，但是這些方法大多數都沒有考慮web環境的動態性，而且只支持特定的服務類型。針對這些問題，本文提出一種支持qos的服務描述及評價方法應用於敏捷知識管理系統。該方法根據農業及農產品流通的特點定義了一組描述服務的qos屬性集，採用qos協商和反饋評價機制，支持攜帶qos描述信息的服務發佈以及基於qos約束的服務發現。該模型不需要改變uddi的內部實現，而是基於wsdl直接對現有的uddi服務進行擴展。具體實現方法將另文詳述。

五、結束語

人民生活水平的快速提升給農業發展帶來了新的機遇，同時也給涉農企業及供應鏈提出了更高要求。本文首先簡要分析了當前農產品市場需求以及北京市農產品流通體系的概況，在此基礎上基於web服務技術構建了一個敏捷知識管理系統，將供應鏈中各企業成員的知識模塊打包爲知識服務進行鬆耦合管理，並對知識服務檢索、服務組合以及質量評價等系統實現的關鍵技術進行了研究。通過該系統的實施，能夠爲涉農企業及供應鏈提供完善的運作模式和可行的支持環境，對推動農產品物流信息化的發展，乃至整個農產品物流的發展將起到積極作用。然而設計一個實用的敏捷知識管理系統是一項複雜的系統工程。在敏捷知識管理系統的基礎上，本文將進一步關注訪問控制、事務處理等技術的研究並實現一個原型系統。