Прикладные онтологии проектирования. Рубрика в журнале - Онтология проектирования
Designing an ontology of the e-learning course content
Статья научная
Knowledge modeling, closely related to ontologies, is an important semantic technology and research area. The article deals with the e-learning course content model concept. The content model is based on structuring the content into separate fragments, called learning elements. These learning elements integrate into a tree directed graph. The content model is defined as a combination of such a graph and a table of attributes of educational elements with requirements for didactic indicators of their study. The rules for building models of the electronic educational content are formulated. The mathematical properties of these models are discussed and their integral characteristics are introduced. The proposed approach to content modeling is in line with the SCORM specifications for international e-learning, complements them with targets, didactic design algorithms and analysis of educational materials. Formation algorithms and methods of presenting the content model make it possible to automate the process of its construction and didactic analysis in the form of a visual interactive dialogue between developers of electronic educational resources in instrumental author's environments.
Бесплатно
Статья научная
In the design of the e-course learning process, it is proposed to use the concept of a navigation model. This model provides convenient and didactically based navigation through the educational material of the course. The work is based on the recent research of the authors on the structuring of educational content in the form of an e-course content model, ordered in the form of a hierarchical structure of the ontologies of learning elements that make up the course. The navigation model concept includes a set of matrices of relations of order and logical coherence of learning elements and corresponding to these matrices of orgraphs of the sequence of study and logical coherence of fragments of educational content. The navigation model answers two important questions of designing an electronic course: 1) what should be the didactically rational sequence of studying the learning elements in the course that is being created; 2) what logical connections should be established between the individual learning elements of the course in order to ensure convenient and didactically based navigation of the course. The mathematical substantiation of the navigation model is given, its properties are investigated, and integral characteristics are introduced. The use of the e-course navigation model helps to: determine and visually represent a rational sequence of studying the educational material, as well as the logical reference links between its various fragments; provide effective assistance to students in navigating the course; analyze and compare different educational materials, assess the level of didactic significance of various learning elements; minimize the complexity of preparing exercises for training and control tests, and the complexity of training and control procedures for e-learning. The concept of a navigation model complies with the international e-learning standards SCORM and IMS, complements them with specific algorithms for aggregating learning objects (SCOs) into e-courses, and assists students in learning them. The mathematical substantiation of the navigation model makes it possible to automate the design of e-courses.
Бесплатно
Ontology for pervasive traceability of agrochemicals
Статья научная
The growth of the world population forces a more outstanding and more efficient food production, forcing agribusiness into the race for greater productivity. Thus, agrochemicals as a tool for increasing and defending production have become more critical with each harvest. This work presents an ontology that describes the knowledge involved in the need for Agrochemical Pervasive Traceability Model (APTM). This proposed ontology is called ontology for pervasive traceability of agrochemicals (OntoPTA). We present classes and their relationships in a hierarchical way and a visualization from the OWL ontology language. This ontology fills the gap in the understanding and modeling of this type of agribusiness process. This modeling helps farm administrators and software developers to perform better analysis for the development, use and maintenance of systems in agribusiness.
Бесплатно
Автоматическое конфигурирование системы подготовки газа на основе онтологических моделей
Статья научная
В статье представлено описание интеллектуальной системы поддержки концептуального проектирования месторождений, включающей в себя онтологическую базу знаний и программный прототип для автоматического конфигурирования системы подготовки газа. Онтологическая база знаний является инструментом для сохранения и воспроизведения инфраструктурных решений, показавших эффективность при реализации нефтегазовых проектов. Описаны онтологические модели-слои, включающие: партономию, таксономию, атрибутивную онтологию, онтологию процессов, онтологию функций, онтологию требований, онтологию расчётных моделей, онтологию оборудования. Каждый слой онтологии содержит знания, необходимые для конфигурирования системы подготовки газа, формализованные с помощью множества концептов и отношений между ними. Опираясь на онтологический подход и функционально-ориентированную онтологию, создан программный прототип для решения следующих задач: конфигурирование под требования, проверка исполнения требований и выявление противоречий при изменении конфигураций. Интеграция методов инженерии знаний и строгих математических алгоритмов в процессах принятия решений позволяет использовать как объективные физические закономерности нефтегазовых процессов, так и менее формализованную информацию об объектах и отношениях между ними. Автоматическая генерация технологических вариантов с учётом множества требований предназначена для использования на ранних этапах проектирования и направлена на ускорение ввода в эксплуатацию и сокращение изменений.
Бесплатно
Статья научная
Задача моделирования сообществ (групп) пользователей в социальных медиа является актуальной в рамках информационной поддержки принятия решений на разных уровнях государственного управления. Для автоматизированного извлечения смысла текстовой и сопутствующей информации используются методы тематического моделирования. В статье представлен опыт улучшения результатов тематического моделирования сообществ онлайновых социальных сетей с помощью аддитивной регуляризации тематических моделей. Улучшение результатов достигается посредством применения базовых регуляризаторов, доступных в программной библиотеке с открытым исходным кодом BigARTM . Тематические модели, полученные с использованием регуляризатора, сравниваются с тематическими моделями, полученными методами латентного размещения Дирихле и вероятностного латентно-семантического анализа. На подготовленном датасете, содержащем предварительно обработанные тексты постов сообществ онлайновой социальной сети проведены эксперименты по сравнению качества тематических моделей по метрикам когерентности, чистоты тем, разреженности матриц распределения. Обсуждаются недостатки метрик когерентности для оценки качества тематических моделей, полученных с помощью метода аддитивной регуляризации. Предложены дополнительные метрики, которые могут быть полезны для оценки качества тематических моделей. Сделаны выводы о применимости предложенного подхода для моделирования сообществ онлайновых социальных сетей. Результаты работы могут быть применены при разработке информационно-аналитических систем поддержки управления региональным развитием.
Бесплатно
Статья научная
Одним из ключевых направлений современной мировой космонавтики является разработка кластерных космических систем различного назначения, состоящих из большого количества функционирующих космических аппаратов. Это стало возможным благодаря уменьшению массы космических аппаратов за счёт создания и использования новых материалов, развития электроники и микроэлектромеханических систем, применения метода группового запуска, развития мультиагентных технологий и систем межспутниковой связи. Существуют проекты систем, состоящих из большого количества космических объектов, таких как «OneWeb», «Planet», «Starlink», «Satellogic» и др. Основными классами устройств, используемых для создания таких многоспутниковых систем, являются малые спутники, в том числе микро (до 100 кг) и нано (до 10-15 кг) классов, которые имеют значительные преимущества перед тяжелыми космическими аппаратами, особенно с точки зрения сроков и стоимости их создания. Развёртывание многоспутниковых группировок, включающих сотни и тысячи спутников, требует принципиально новых подходов к созданию космических аппаратов и системы в целом на всех этапах жизненного цикла. В статье рассматриваются ключевые технологии, используемые для создания многоспутниковых орбитальных группировок на базе малых спутников на разных стадиях жизненного цикла - от ранних стадий проектирования до стадии эксплуатации и утилизации (сведения с орбиты). Приведён опыт совместного проекта Самарского университета и Ракетно-космического центра «Прогресс» по созданию группировки малых космических аппаратов серии «АИСТ».
Бесплатно
Анализ систем проектирования технологических цепочек и процессов
Статья научная
Рассмотрено современное состояние вопроса синтеза технологических цепочек и процессов в рамках систем автоматизированного проектирования технологических процессов. Выполнен анализ публикаций по результатам современных исследований, рассмотрены особенности актуальных программных систем проектирования. Дана классификация САПР технологических процессов по отраслевому и целевому назначению с учётом нового направления в медицине, а также классификация методов, применяемых в САПР. Показано, что достигнутый современный уровень теории пока не позволяет создать универсальную технологию синтеза, единую для всех прикладных направлений. Перспективы решения вопроса связываются с построением интеллектуальных систем автоматизированного проектирования, реализующих наиболее общий подход к синтезу на основе имитации деятельности разработчиков и предназначенных для поддержки научно-технических и технологических решений в приоритетных направлениях науки и техники. Приведена общая схема многоуровневого итерационного процесса синтеза на основе баз знаний, хранящих прецеденты, процедуры выбора, настройки и оценивания варианта. В случае отсутствия подходящего образца в базе проводится прямой синтез нового технологического процесса с применением одного из возможных формальных подходов.
Бесплатно
Аналитическое и компьютерное моделирование поверхностей методом криволинейного проецирования
Статья научная
Рассматривается формообразование поверхностей аналитическими методами и их визуализация средствами компьютерной графики. Эта тема привлекает внимание архитекторов, инженеров и учёных-механиков, которым важно видеть поверхности в конструкциях машин различного назначения и в формах сооружений, аппроксимировать сложные поверхности более простыми - аналитическими; выбирать рациональную форму оболочки из нескольких вариантов, учитывая функциональные, технологические и эргономические требования к изделию. Цель работы заключается в исследовании способов образования форм поверхностей. Методом исследования является общая аналитическая теория прикладного формообразования поверхностей, соответствующая современным требованиям применения компьютерных технологий. В работе получены параметрические уравнения циклической поверхности Иоахимсталя, показаны возможности формообразования таких поверхностей, которые рекомендованы для практического использования. На примерах визуализации поверхностей средствами компьютерной графики (программа Maple ) показано применение аналитических моделей, позволяющих оценить конструктивные и эстетические качества оболочки в научных исследованиях, проектировании, изготовлении. Определены пути разработки аналитического аппарата, который позволяет моделировать процесс криволинейного проецирования и образования поверхностей как системы проецирующих лучей, проходящих через заданную проекцию поверхности. Целенаправленный выбор параметрической формы аналитического моделирования поверхностей способствует использованию моделей в системах автоматизированного проектирования, подготовки производства и в современных пакетах компьютерной графики (Компас 3D, Renga , Revit , Ansys , Лира Сапр, Scad и др.).
Бесплатно
Статья научная
Мониторинг может быть полезным при контроле состояния физического здоровья студента и проводится с целью получения информации, необходимой для принятия управленческих решений по укреплению здоровья обучающихся, занимающихся физической культурой и спортом. В статье описан процесс обработки данных о состоянии физического здоровья обучающихся для использования в автоматизированной экспертной системе на основе онтологии «Здоровье студента», созданной в редакторе Fluent Editor . Описаны разработанные онтология и клиентское приложение для интерактивного взаимодействия с пользователем. Цель работы - учёт данных о физическом развитии и подготовленности обучающегося, включая организацию автоматизированной подготовки выходных документов. Для написания клиентского приложения использован язык Python и его библиотеки для создания приложения и обеспечения взаимодействия с онтологией. Взаимодействие созданной онтологии с клиентским приложением представляет новизну применяемого подхода.
Бесплатно
Границы онтологии проектирования
Статья научная
Продолжающиеся исследования в области создания компьютерных онтологий, онтологического инжиниринга, систем принятия решения, прикладных онтологий проектирования, а также проявившийся взаимный интерес гуманитариев и технических специалистов к философским, психологическим и лингвистическим аспектам онтологии проектирования обусловили необходимость чётче определить границы изучаемой и исследуемой дисциплины. Статья является продолжением и развитием идей, изложенных автором в статье «Научный базис онтологии проектирования», опубликованной в 1-ом номере журнала за 2013 год. В данной работе очередной раз делается попытка определить область исследований, уточнив и конкретизировав круг изучаемых и решаемых проблем, выставить фокус и расставить акценты, актуальные на данном периоде развития научной дисциплины, обозначить место онтологии проектирования в уже сложившейся, существующей, но быстроменяющейся дифференциации наук. Приведены результаты анализа статистического материала по ключевым словам онтологии проектирования, выполненного на основе сетевых и наукометрических ресурсов. Показано, что разделение научных дисциплин во многом обусловлено уровнем их развития, накопленным опытом, традициями, культурными особенностями научных школ, языковым и понятийным их содержанием. Онтология проектирования по-прежнему рассматривается как интегративная научная дисциплина, в основе которой лежат методы системного и онтологического анализа, информационных технологий, компьютерного моделирования, искусственного интеллекта, систем автоматизированного проектирования и поддержки принятия решений, баз данных и знаний.
Бесплатно
Интеграция искусственных нейронных сетей с базами знаний
Статья научная
Статья посвящена вопросам и направлениям интеграции искусственных нейронных сетей с базами знаний. Рассмотрены два направления интеграции: коммуникация через входы и выходы искусственной нейронной сети с целью использования интеграции баз знаний и искусственных нейронных сетей для решения прикладных задач; через представление искусственных нейронных сетей с помощью онтологических структур и их интерпретацию средствами представления знаний в базе знаний с целью создания интеллектуальной среды по разработке, обучению и интеграции искусственных нейронных сетей, совместимых с базами знаний. Базы знаний, с которыми интегрируются искусственные нейронные сети, построены на основе однородных семантических сетей, а обработка знаний в них осуществляется с помощью многоагентного подхода. Предложена онтологическая модель представления искусственных нейронных сетей и их спецификаций в рамках модели унифицированного семантического представления знаний, отличающаяся возможностью представления в базах знаний искусственных нейронных сетей, их динамики и знаний других видов, включая спецификации искусственных нейронных сетей в виде текстов одного языка представления знаний с общей теоретико-модельной семантикой. Предложена многоагентная модель решения задач с использованием искусственных нейронных сетей и знаний других видов, отличающаяся взаимодействием агентов в соответствии с заданной темпоральной моделью через общую память, хранящую знания, интегрированные в единую базу знаний.
Бесплатно
Информационная модель результатов научного исследования
Статья научная
Результаты научного исследования существуют в разных формах, появляются на разных этапах процесса исследования и описываются несколькими относящимися к ним понятиями. Во-первых, это этапы исследования, на которых они производятся. Выделяют несколько этапов - от поиска информации до распространения результатов. На каждом из них исследователь осуществляет деятельность, направленную на получение результата. Во-вторых, сами результаты исследования существуют в разных формах - от традиционных статей до наборов данных, получаемых в результате экспериментов или знаний исследователя, лежащих в основе гипотез. Их условно можно разделить на контент, данные и знания. Для производства результатов, в-третьих, используется набор инструментов, которые могут быть классифицированы по результату, который они обеспечивают. В-четвёртых, результатам может быть обеспечен разный уровень доступности, который складывается из степени их открытости научному сообществу и интегрированности в существующие системы организации исследовательской информации. В работе впервые предлагается информационная модель результатов исследования, соединяющая рассмотренные характеристики. Изложенный материал может быть полезен при организации научно-исследовательских работ, в особенности на уровне руководителей и администраторов научных групп.
Бесплатно
Информационная система поддержки предварительного проектирования малых космических аппаратов
Статья научная
С развитием информационных технологий значительно выросла роль систем поддержки процесса проектирования технических изделий. Возможности систем управления знаниями позволяют обеспечивать общность терминологии, определений объектов и отношений между ними. Использование формальной семантики необходимо для поддержки многократного использования знаний. В статье рассматриваются пути повышения эффективности процесса проектирования малых космических аппаратов и создания средств для обмена знаниями о функциональных характеристиках типовых подсистем таких аппаратов. Рассматривается создание информационной системы поддержки предварительного проектирования малых космических аппаратов, которая содержит информацию, связанную с отношениями между функциями и компонентами подсистем и их характеристиками. Созданная система позволит упростить синтез различных конфигураций изделий. При разработке информационной системы использовались современные подходы в области структурных и функциональных классификаций систем малых космических аппаратов, существующие в отрасли таксономии, подходы к созданию структур баз данных. База данных информационной системы содержит набор характеристик широкой номенклатуры оборудования малых космических аппаратов. В качестве примера применения информационной системы поддержки проектирования малых космических аппаратов рассмотрен процесс выбора характеристик системы электропитания для перспективного малого космического аппарата, предназначенного для обеспечения связи между подвижными наземными терминалами
Бесплатно
Статья научная
В статье представлен метод создания прототипов баз знаний на основе шаблонов онтологического проектирования и таблиц решений. Метод содержит этапы: построение онтологии предметной области на основе онтологического шаблона содержания; формирование продукционной базы знаний на основе трансформации элементов онтологии предметной области; наполнение базы правил с использованием таблиц решений, а также их интерпретация и отладка. Разработан онтологический шаблон содержания, описывающий процесс технического обслуживания и ремонта согласно действующим стандартам. Трансформация онтологии в продукционную модель и генерация таблиц решений осуществлялись с использованием системы программирования продукционных баз знаний. С целью привлечения непрограммирующих конечных пользователей к процессу заполнения структур баз знаний конкретными правилами использован табличный редактор. Содержательная оценка полученной базы знаний осуществлена с использованием авторской программы-оболочки. Предложенные в работе метод и шаблон апробированы при решении задачи поиска причин неисправностей и формирования последовательности работ по техническому обслуживанию и ремонту системы электроснабжения самолёта Сухой Суперджет 100.
Бесплатно
Использование онтологического анализа для создания современных энциклопедических порталов
Статья научная
Обосновывается целесообразность разработки интеллектуальных, семантически структурированных информационных ресурсов Web, предусматривающих как их использование человеком, так и пригодность для автоматизированного анализа. Анализируются преимущества и недостатки технологии Wiki и перспективы её семантического расширения с использованием онтологического анализа. Предложена формальная модель онтологии Wiki-ресурса, на основе которой строится онтология задачи пользователя, предназначенная для использования во внешних интеллектуальных приложениях - например, при семантическом поиске. Описаны основные этапы построения этой онтологии. Рассматривается использование предложенных в работе моделей и методов на примере создания онлайновых энциклопедических изданий, объединяющих свободный доступ к материалам через среду Web с высоким уровнем доверия к контенту, разработанному экспертами. Сформированы базовые требования, предъявляемые к программному обеспечению таких проектов. Обосновывается необходимость семантизации ресурсов, анализируются основные направления развития функционала семантизированных электронных энциклопедий. На основе анализа выразительной мощности средств представления и обработки знаний, которые основываются на Wiki-технологиях, обосновывается необходимость расширения их методами искусственного интеллекта и технологиями Semantic Web. Для разработки портальной версии Большой украинской энциклопедии (е-ВУЕ) построена онтологическая модель энциклопедии. Описаны основные категории и семантические свойства типичных информационных объектов, которые используются в е-ВУЕ и могут применяться для поиска и интеграции информации.
Бесплатно
Использование онтологического подхода для защиты данных при их пересылке и архивации
Статья научная
Проблема передачи текстов в информационных системах непосредственно связана с разработкой алгоритмов сжатия информации, управлением потоками информации, транспортной задачей, контекстным анализом информации для ее адресной доставки. Одним из ключевых вопросов является однозначность трактовки передаваемой информации. В работе предлагается один из подходов к рассмотрению проблемы управления текстами: сжатия и передачи информации в локальной информационной системе, предназначенной для управления персоналом и управления частными текстами. Рассматриваются проблемы сжатия текстов для их передачи по каналам связи и архивации с сохранением смыслового содержания. Для структуризации текстов предлагается использовать метод онтологического анализа. Сжатие текстов предлагается выполнить с применением теории цепных дробей. Предлагаемый подход позволяет выполнить сжатие текста без потерь и может быть использован как вариант защиты текстов при сохранении и пересылке.
Бесплатно
Статья научная
В статье предлагается использовать онтологический подход для создания экспертной системы поддержки принятия решений в задачах концептуального и эскизного проектирования авиационного индикатора. Для создания онтологии использовался редактор Protégé. Показана возможность внедрения аппарата нечёткой логики в онтологию при помощи языка семантических данных SWRL. Схематично изображена структура отношений нечёткой онтологии авиационного индикатора. Для формирования запросов к онтологии и выдачи результатов использовался язык SQWRL. В качестве примера рассмотрен процесс выдачи рекомендации типа подсвета дисплея в зависимости от размера диагонали экрана и требуемой яркости при помощи нечёткой онтологии. Фаззификация и задание функции принадлежности нечёткого множества реализованы средствами редактора Protégé через свойства объектов онтологии. Для получения чёткого значения рекомендации проведён процесс дефаззификации, сформирован набор нечётких правил вывода экспертной системы, приведена методика расчёта коэффициентов рекомендации. В процесс вычислений применялись встроенные в SWRL функции. Показана возможная реализация рекомендаций экспертной системы в проектах индикаторов, в частности представлены типовые конструкции модуля подсвета авиационного ЖК-дисплея. Новым является применение онтологий с элементами нечёткой логики в решении задач проектирования авиационного индикатора.
Бесплатно
Комплекс онтологий для виртуальных тренажёров с биологической обратной связью
Статья научная
В настоящее время активно разрабатываются и внедряются виртуальные тренажёры для решения задач широкого профиля, особое место среди них занимают решения, построенные на основе виртуальной реальности и биологической обратной связи. Использование онтологического подхода и семантического представления информации позволяет оптимизировать процессы обработки, хранения, поиска и анализа данных на всех этапах жизненного цикла виртуальных тренажёров. Представлены основные принципы создания виртуальных тренажёров с биологической обратной связью, которые используются для их создания и сопровождения. Практическое применение виртуальных тренажёров требует описания виртуальной среды, создания сценария работы и управления им на основе индивидуальных параметров пользователя. Предложен комплекс онтологий для виртуальных тренажёров с биологической обратной связью, который состоит из онтологии виртуальной среды, онтологии исследований, онтологии карты пользователя, онтологии оборудования и онтологии знаний о состояниях пользователя. Показано, что применение данного комплекса онтологий позволяет снизить трудозатраты при проектировании виртуальных тренажёров и сформировать информационное представление разрабатываемых решений, упростить создание и внесение изменений. Приведён пример виртуального тренажёра для выполнения работ на высоте, с помощью которого можно провести тестирование человека на акрофобию и профилактику тревожных расстройств с возможностью изменения параметров виртуальной среды в зависимости от состояния пользователя.
Бесплатно
Компьютерный анализ эмоциональной компоненты научных публикаций на примерах в физике и экономике
Статья научная
Представлены результаты применения системы автоматизированного извлечения и визуализации метаданных эмоциональности текстов научных публикаций в области инновационных исследований в физике и экономике. В физике рассматриваются работы по прямому преобразованию светового излучения в электрическую энергию на основе фотоплазмы - эффекта возникновения разности потенциалов в плазме щелочных металлов. В этой области практически завершён этап научно-исследовательских работ, и происходит переход к опытно-конструкторским работам с последующей оценкой экономической эффективности производства и эксплуатации фотопреобразователей на основе фотоплазмы. Такие метаданные необходимы для разработки и внедрения в практику систем интеллектуального анализа новостных текстовых данных, аналитических публикаций для повышения эффективности прогноза и оценки перспектив развития в разных сферах, например, в финансово-экономической деятельности для прогноза котировок на рынке ценных бумаг. В работе приведены примеры сентимент-анализа и его визуализация экономических научных текстов и текста из области исследований газоразрядной плазмы. Инструментальные методы эмоционального анализа текстов реализованы на языке R , который позволяет в короткий срок формировать необходимые пакеты программ анализа текстов не только профессиональным программистам, но и аналитикам.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке автоматизированного конвертера, преобразующего базу знаний в виде онтологии, представленной в одном из форматов, допустимых редактором онтологий OntoStudio (OWL или RDF), в объектно-ориентированную базу данных (ООБД) db4o. Впервые предложен подход, основанный на использовании компилятора компиляторов ANTLR (ANother Tool for Language Recognition). Это позволяет сократить трудозатраты и применить программное средство ANTLR для других онтологий, так как разработана грамматика языка описания онтологий, которая не зависит от предметной области базы знаний. Грамматика содержит не только лексические и синтаксические правила для проверки правильности текста, но и правила действий для преобразования элементов онтологии в изоморфные им элементы объектной базы данных.
Бесплатно
