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第5章

本体 grounding 工具执行的接口契约

The Interface Contract for Ontology-Grounded Tool Execution

5.1 本体配置规范

本体实现为类型化关系配置，即导出 45 个命名常量的 Python 模块，定义制造垂直领域的完整领域语义。每个模块 700–770 行纯数据结构（字典、列表、常量），无逻辑、无控制流、无外部依赖。模块在加载时验证：每个必需导出必须存在，否则系统失败并列出缺失项。

Listing 1. 45 导出接口，加载时验证。省略任何导出的配置模块将立即失败并给出清晰错误。导出组织为十类功能：工厂配置（代码、名称、班次、运营日）、设备层次（工位、工作中心、单元）、产品（料号、产量、工艺路线）、物料（原材料与成品、BOM）、质量（故障代码、检验计划、NCR 处置）、工艺参数（周期时间、FPY、换型时间）、人力（操作员、认证、技能）、工装（工具定义、工位分配）、工步模板、变更管理参数。

5.1.1 设备层次

STATIONS 字典定义设备层次。每项含工位名称、工作中心映射、周期时间范围、换型时间范围、一次通过率及质量门标志。结构跨垂直领域相同；值携带领域特定语义：

Listing 2. 相同字典结构、不同领域语义。航空航天 S1 为 CNC 铣床，周期 2–8 小时，FPY 95%；制药 S1 为配料站，周期 20–45 分钟，FPY 99%。

5.1.2 领域词汇与监管上下文

故障代码、检验计划、认证和监管映射按工位绑定。STATION_FAILURE_CODES 将各工位 ID 映射到其有效缺陷类型集；STATION_CERTIFICATIONS 映射工位到所需操作员认证；INSPECTION_PLANS 定义各操作的抽样策略和 GD&T 特征。这些非扁平列表，而是工具层在调用时消费的类型化集合。

5.1.3 本体复杂度指标

表 1. 各行业配置的本体复杂度。每行代表完整配置模块（700–770 行，45 导出）。六种配置中五种结构复杂度相同（6 工位、4 产品）；配置差异在语义内容（不同故障代码、监管机构、工艺参数）而非结构深度。结构异质本体（如 50+ 工位、层次化子区域）的验证列为第 8.2 节未来工作。

配置 工位 产品 故障代码 认证 检验计划 工具定义 监管机构
航空航天 6 4 24 6 6 6 FAA / NADCAP
制药 6 4 27 6 6 6 FDA / 21 CFR 11
汽车 6 4 28 6 6 6 IATF 16949
电子 6 4 27 6 6 6 IPC
食品饮料 14 4 28 6 14 8 FDA / FSMA
仓储† 6 4 26 6 6 6 OSHA / SEMI

† 仓储配置测试 MES 形态实体模型能否表示非制造运营（订单履行、分区处理），将可移植性声明扩展至离散制造以外的 JMS 制造系统与供应链运营相邻领域。

5.1.4 跨域实体解析

配置提供声明跨命名系统身份的映射。需做范围决策：实体解析可为站点本地（各工厂维护自身映射，反映站点特定标签命名）或企业全局（跨站点共享单一规范映射）。多站点部署中，站点本地解析作为起点更实用，跨站点分析需要时再在其上构建企业全局解析。在既有工厂环境，这些映射可来自现有系统：OPC UA 地址空间提供设备层次和标签-实体映射 [15]，AutomationML 项目文件提供工厂拓扑和信号定义 [16]。

5.2 设计理由：类型化关系配置与形式公理化

本文中"本体"指第 5.1 节类型化关系配置，而非 OWL/描述逻辑意义下的形式公理化 [33]。该设计决策需论证，因其决定系统可支持的自动推理范围。形式 OWL 公理化可启用下位继承（subsumption）推理（键合工位是否为加工工位子类？）、一致性检查（配置是否内部矛盾？）和蕴含（entailment）（若 S4 需 NADCAP 认证而操作员 X 无，X 能否在 S4 工作？）。这些能力对设计时验证和知识工程有价值。然而，本架构中主要运行时操作是参数解析，工具调用参数是否映射到当前加载本体的节点，需要集合成员判定，非逻辑推理。resolve/contextualize/annotate 契约（第 5.3 节）基于字典查找和关系连接，非描述逻辑推理。权衡明确：牺牲自动推理能力（有益于设计时本体验证和跨本体一致性检查），换取运行时性能（工具调用时字典查找）和编写可及性（领域工程师可写 Python 字典；OWL 公理化需专门知识工程）。形式化路径可用：45 导出结构可序列化为 OWL 个体与属性，使设计时验证工具检查跨模板一致性，同时保留 Python 配置供运行时消费。该路径已规划，尚未实现。

5.3 形式化规范

本体层、工具层和编排层通过三操作契约交互。

本体层要求。 本体须提供四类语义结构：(1) 设备层次：带稳定标识符和上下游依赖的可识别实体树，对齐 ISA-95/IEC 62264；(2) 领域词汇：故障代码、工艺参数、产品族、认证要求的类型化集合，按实体绑定；(3) 监管上下文：实体到监管标准（NADCAP [31]、21 CFR Part 11 [34]、IPC-A-610 [35]、IATF 16949 [36]）的按实体映射；(4) 跨域实体解析：跨命名系统的身份映射。

工具层要求。 工具层须以三种方式消费本体上下文：(1) 参数解析：每个领域实体参数在调用时针对本体解析，非模式定义时；(2) 查询构建上下文：本体语义上下文塑造查询（航空航天 S4 的产能查询连接 NADCAP 认证表；制药 S4 同一查询连接批次谱系表）；(3) 响应标注：工具结果携带产生它的本体上下文。

编排器不变量。 强制执行四项不变量：(1) 执行前：带领域实体参数的工具调用，仅当该参数解析到当前加载本体节点时才到达数据库；(2) 版本一致性：会话内所有工具调用针对同一本体版本解析（需不可变、带时间戳快照及可计算 diff）；(3) 熔断器：每问题最大工具调用轮次，防止无界递归分解；(4) 跨智能体一致性：同会话所有智能体共享同一本体版本和工具联邦。契约简化为三类型化操作：

图2. 带本体流与拒绝路径的系统架构。本体配置贯穿各层（左）。当智能体生成无效标识符（下）时，编排器在查询执行前拒绝并返回有效集合，实现自我纠正。
图2. 带本体流与拒绝路径的系统架构。本体配置贯穿各层（左）。当智能体生成无效标识符（下）时，编排器在查询执行前拒绝并返回有效集合，实现自我纠正。