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SOSE中软件互操作性研究的系统性创新成果 |
——软件工程国家重点实验室(武汉大学)何克清创新团队科研巡礼 |


武汉大学教授何克清,30年来执著从事软件工程基础与应用研究并和产业化应用相结合,坚持理论方法和技术的开拓与创新,1983年编著出版了中国较早的一部《计算机软件工程学》;1985年创建了我国计算机学科的第一个“软件工程国家重点实验室”,长期担任国家重点实验室主任和学术带头人、武汉大学软件工程研究所所长;是我国上世纪80年代初较早从事软件工程研究的代表性学者之一,为我国软件工程学科和产业的兴起发挥了重要作用。何克清学术思想敏锐、学风严谨,甘坐冷板凳、务实拼搏,他良好的科学道德以及国际化的科研成就,得到了国内外同行的赞誉和认同。特别是近10年来,面向学科前沿和国民经济发展的重大需求,何克清带领平均年龄不足35周岁的年轻科研团队,在网络化软件语义互操作性理论与方法、ISO标准、软件平台研发及其规模化应用方面,取得了系统性创新成果。
互联网技术的快速发展,激励着软件创新。语义Web服务推动了面向服务的软件工程SOSE(Service Orient Software Engineering)的发展,催生了面向服务的各种软件应用形态,如软件即服务SaaS (Software as a Service)、平台即服务PaaS (Platform as a Service)、基础设施即服务IaaS (Infrastructure as a Service)、注册即服务RaaS (Registry as a Service)等,形成了业界与学界广为关注的云计算。网络和Web技术解决了互连、互通问题,但是互操作特别是网络环境中松散耦合方式的语义互操作性问题,还远远没有解决。SOSE中,如网络化软件涉众用户需求的语义互操作性展开、实现按需服务,面向领域的云服务软件的规模化定制,云服务的互动管理,软件的服务封装及互操作性注册与聚合存储等,都迫切需要解决互联网环境中具有分布、异构、松散耦合以及底层实现技术上千差万别的服务资源的语义互操作挑战性难题。
自主创新的本体元建模理论与方法
在国家自然科学基金项目的资助下,何克清自主创新性研究提出了本体与元建模系统化融合的理论与方法。针对服务资源的差异性问题,在语义上创建本体、在语法上创建元模型,通过本体到元模型/模型/实例模型/元数据/数据的语义标志与映射,形成了语义和结构有机融合的本体元模型描述,促进解决传统软件建模方法中结构和语义分离的问题。为软件的服务封装、服务的语义描述,为解决语义互操作性管理与服务提供了基础性方法。基于本体元建模理论与方法,还突破了网络环境中松散耦合的服务资源之间必要且充分的语义互操作性能力刻画和度量方法;部分语义互操作性聚合设计方法;互操作性测评技术于2004年获得了亚洲ebXML互操作性测评的国际资格证书。
2006年他主持承担国家“973”计划前期研究专项(2006CB708300)、2007年承担以李德毅院士为首席科学家的国家“973”计划项目的课题1(2007CB310801),成功地进行了本体元建模理论方法在网络化软件需求工程中深入创新的基础研究;针对涉众用户的个性化多样化需求,创新性地提出了用户个性化需求主导、面向领域共性服务资源的规模化定制、个性与共性辩证统一的R(角色)G(目标)P(过程)S(服务)的元模型框架,及其按需服务、模型选择的SOSE方法论。促进了涉众用户不确定性需求的动态有序化获取、协作分析与建模、按需服务聚合的实现,为服务资源聚合的互操作性设计、管理与服务提供了方法基础。
2008年何克清在ICSE2008-IWAAPF上发表了题为“RGPS: A Unified Requirements Meta-Modeling Frame for Networked Software”的学术论文。其基于RGPS元模型,2009年3月提出的互操作性注册元模型技术,已成功通过了ISO/IEC SC32国际组织的评审并被采纳。目前,RGPS元模型框架已在SOSE中网络化软件工具开发,以及云计算中“云·端互动”、云服务的互操作性技术及其标准化中得到应用。
2008年,科学出版社出版了何克清的3部专著——《本体元建模理论方法及其应用》、《网络式软件》和《软件网络》,得到了国内外权威同行的高度评价。
他还应邀完成由美国、英国、巴西、中国、法国、日本、加拿大、澳大利亚、印度、丹麦等12国著名专家合著,并于2009年8月由IGI Global出版的全球性软件工程研究专著“Handbook of Research on Software Engineering and Productivity Technologies:Implications of Globalization”中第七章“Theory of Ontology & Meta-modeling and the Standard: An Enabler for Semantic Interoperability”的撰写,基础研究成果的国际化,得到了国外同行专家的承认。
凭借优势技术创新
取得ISO标准系列的主导研制权
注册是网络世界中服务的一种虚拟化管理技术,特别是互操作性注册技术是当今研究的热点,成为服务资源的网络化发现与聚合的重要支撑技术。标准就是产品,标准就是市场。在激烈竞争的国际环境中,自主创新优势技术、主导制定国际标准,是我国的一项重要的标准化策略。
基于本体元建模理论方法,何克清团队突破了网络时代信息资源互操作管理的瓶颈技术——互操作性元模型框架,及其本体——RGPS模型注册与存储的元模型群,形成了语义互操作性管理与服务的本体元模型规范,核心技术已被ISO采纳并标准化。
2003年初,何克清的科研团队凭借优势技术,取得ISO标准的主导制定权。历时5年,领导包括日本、韩国、加拿大等5国专家参加的研制组,通过了标准制订过程中5个阶段10多次的国际化评审和成员国专家的投票,2007年成功完成了ISO/IEC 19763-3“信息技术—互操作性元模型框架—本体注册元模型”国际标准,得到了ISO/IEC JTC1 SC32官方组织的赞赏和积极评价。这不仅增强了我国在主导ISO标准中的话语权,更为我国优势技术嵌入并影响ISO标准化开辟了一条新路。
2008年3月该标准由ISO公开发布后,在ISO官方中心网站被访问、下载与应用,为ISO国际组织作出了积极的贡献。该标准还在环境领域GEMET(多语言环境术语系统)国际合作计划项目中规模化应用。2007年12月,美国国家环保署EPA在给中国国家环保总局CEPA的官方文件中指出:“在GEMET国际合作计划中采用ISO/IEC 19763-3标准……邀请武汉大学代表中国参加该计划。”在国际上实现了包括美国在内的推广应用,产生了良好的应用效果与国际影响。
目前,何克清领导的创新科研团队,继续接受ISO组织委托,主持着4个关于RGPS模型互操作性注册的国际标准系列(ISO/IEC 19763-5,7,8,9)的研制:ISO/IEC 19763-5“过程模型注册元模型”;ISO/IEC 19763-7“服务注册元模型”;ISO/IEC 19763-8“角色/目标注册元模型”;ISO/IEC 19763-9 TR“基于RGPS的按需模型选择”。其中有的标准已进入技术委员会CD版本的阶段。
此外,基于本体元模型主持制定完成的4个相关国家推荐性标准,2008年也通过了国家信息技术标准化委员会组织的专家组审定。形成了ISO标准——国家标准的系统化技术创新。
国际标准的创新研究,得到了科技部、国家自然科学基金委员会、国家标准化管理委员会、工信部、中国标准化研究院、工信部电子技术标准化研究所、各省市质监部门等的大力支持。他们先后承担了国家“十五”重大科技专项“重要技术标准研究——我国优势技术国际标准研究制定”课题、“十一五”科技支撑计划“关键技术标准推进工程”专项中的国际标准研制课题,以及国家“863”计划项目等。预期将取得更大的突破性成就。
软件平台创新和规模化
推广应用获得显著效益
基于创新的语义互操作性聚合设计方法以及ISO标准化技术,选择软构件为服务资源的实验载体,进一步创新软构件的服务封装、软构件属性本体、面向业务的制造业信息化领域本体、制造业信息化软构件语义互操作性注册库设计和实现技术、软构件库的互操作性管理与语义Web服务技术,何克清团队成功研发了具有自主知识产权的制造业信息化软构件库的语义互操作性管理与服务平台及其拓展应用技术。与传统软构件重用系统相比,该平台促进解决了语义互操作性协作管理与服务的实际应用难题,2008年获得了关于软构件库语义互操作性管理与服务的3项国家发明专利授权。目前,3项发明专利已进入实际应用阶段。
软件平台技术先后在制造业、水利水电信息化领域得到产业化和规模化推广应用,为解决行业领域的软构件库互操作管理以及应用软件按需开发和重构,提供了互操作性服务的基础设施和强有力的技术支撑。推广应用单位230多家,包括徐工集团、东风汽车、武钢、中船重工、航天科工、南方机车、北方机车、正泰集团、江铃汽车、三一集团等中国500强企业10家,促进了企业业务流程的改进和信息化水平的提升。2004年开始,他们为行业软件商、研发机构、应用企业取得了显著的经济和社会效益,并培养了一批企业一线创新人才。
2004年以来,何克清领导的创新科研团队获得湖北省科技进步奖一、二等奖,教育部自然科学奖一等奖等荣誉。
何克清领导的创新科研团队,始终贯彻自主创新的软件工程基础与应用基础研究成果的国际化战略、优势技术的标准化战略、软件平台化战略,以及面向国民经济重大需求的推广应用、技术成果形态物化的战略方针;取得了SOSE中从软件互操作性理论方法到发明专利到技术标准,再到软件平台及其拓展应用的系统性创新研究成果;发表论文150多篇,出版专著8部。何克清团队将进一步发挥国家重点实验室科学研究“国家队”的作用,成为软件工程研究创新的开拓者和生力军。
《科学时报》 (2009-9-30 A2 综合)