Прикладные онтологии проектирования. Рубрика в журнале - Онтология проектирования
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
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
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
Концептуальное проектирование интеллектуальных систем поддержки принятия решений
Статья научная
В статье изложена оригинальная методика концептуального проектирования систем поддержки принятия решений для разрешения проблем в динамически сложной среде. Для построения концептуальной модели, предложено исследовать динамически сложную среду в трёх аспектах: системных представлений, деятельностного подхода Г.П. Щедровицкого и ситуационного анализа Л.С. Болотовой. Триада рассматриваемых представлений приводит к построению концептуальной структуры акта деятельности, которая позиционируется как база знаний для проектирования экспертных систем продукционного типа. Из реализованной концептуальной структуры выделяются частные представления: функций, процессов, контекста и закономерностей. Это даёт возможность определить необходимую область знаний о предметной области для реализации когнитивных, аналитических, эволюционных и имитационных моделей. Графическое построение концептуальной модели динамически сложной среды и её частных представлений - сложная и нетривиальная задача. Поэтому разработан программный комплекс «Оформитель + Решатель + Интерпретатор», который проверяет концептуальную модель динамически сложной среды на полноту и адекватность, а также генерирует необходимую базу знаний для проектирования интеллектуальных моделей в виде текстовых файлов.
Бесплатно
Концепция поддержки лазерного аддитивного производства на основе онтологического подхода
Статья научная
Предложена общая концепция программно-информационной поддержки лазерного аддитивного производства металлических изделий из порошковых композиций. В её основу положен онтологический двухуровневый подход к формированию знаний о процессах лазерного аддитивного производства. При таком подходе онтология явно отделена от базы знаний, и профильные специалисты могут самостоятельно формировать и развивать знания в понятном для них концептуальном представлении. Предложена общая архитектура, описан состав и назначение информационных и программных компонентов комплекса поддержки принятия решений в процессах лазерного аддитивного производства. К информационным компонентам относятся онтологии, базы данных, содержащие информацию о компонентах систем лазерного аддитивного производства и материалах для аддитивного производства, а также база знаний и база прецедентов. В базе знаний содержится формализованная информация о настройках режимов лазерного аддитивного производства, обеспечивающих соответствие получаемых металлических деталей требованиям действующих нормативных документов отрасли. База прецедентов содержит структурированное описание протоколов использования лазерных технологических комплексов для аддитивного производства металлических изделий из металлопорошковых композиций. К программным компонентам относятся редакторы для формирования и сопровождения баз данных и базы знаний, система поддержки принятия решений, основанная как на знаниях, так и на прецедентах, а также средство структуризации базы прецедентов. Для моделирования физико-химических процессов используются соответствующие внешние программные средства. При принятии решений используется гибридный подход, объединяющий методы инженерии знаний и поиска по аналогии на основе прецедентов. Особенностью подхода является непрерывное обновление базы знаний за счёт её совершенствования экспертами и верификации в процессе накопления прецедентов.
Бесплатно
Статья научная
Эффективное управление процессом обучения программ дополнительного профессионального образования в университете обусловлено обеспечением уникальных потребностей обучающихся согласно запросам предприятий-работодателей реального сектора экономики в соответствии с выбранными компетенциями и направлениями подготовки. В ряде задач управления, алгоритм решения которых неизвестнен, активно разрабатываются и внедряются системы с использованием искусственных нейронных сетей, позволяющие классифицировать и анализировать данные для принятия управленческих решений. Широкое применение искусственных нейронных сетей приводит к необходимости систематизации данных с целью повышения производительности процессов обработки, хранения, поиска и анализа данных для реализации программ обучения на всех этапах их жизненного цикла. Разрабатываемый программно-аналитический комплекс представлен на примере модели интеллектуальной системы, применяемой для контроля и анализа получаемых компетенций обучающихся, построенной на основе онтологического подхода, модели непрерывного улучшения качества, позволяющей определить взаимодействие бизнес-процессов, их последовательность и контрольные показатели эффективности. Разработана схема узла нейронной сети программно-аналитического комплекса, способная к обучению на основе данных. Представленная схема узла нейронной сети предполагает применение алгоритма обучения с учителем, когда на вход поступает тренировочный набор данных.
Бесплатно
Логико-системные последовательности в научных проектах
Статья научная
Статья посвящена исследованию логических методов при выполнении научных проектов. Раскрывается логическая схема научного проекта. Основой логического анализа является язык исчисления высказываний и язык предикатов. В результате исследования исходное информационное множество преобразуется в структурированную систему знаний. Логический анализ определяет область истинности системы знаний. Логико-системные исследования формируют структуру системы знаний. Системный подход выделяет другую часть множества, которую согласно Нариньяни можно назвать «не система». Информация, входящая в «не систему», подразделяется на «антагонизм» и неопределённость. Научное исследование имеет два направления исследований: «в глубину» и «в ширину». Направление «в глубину» направлено на достижение цели от начальной позиции исследований до конечной. Направление «в ширину» направлено на расширение исследований на каждом этапе безотносительно к конечной цели. Эти направления реализуются путём выявления и использования парадигматических и синтагматических отношений. В научном исследовании всегда возникает задача нахождения компромисса между углублением исследования и мерой его расширения. Парадигматические отношения служат основой построения семантического пространства области исследования. Семантическое пространство научного исследования содержит совокупность категорий и связей между ними, описывающих содержание области научных исследований. Его можно рассматривать как семантический кластер. Новизной следует считать введение понятия логико-системная последовательность и метод формирования такой последовательности. Логико системные последовательности связывают функциональный анализ, системный анализ и логику. Они служат основой формирования системы знаний.
Бесплатно
Математические основы онтологии проектирования бинарных систем обработки информации
Статья научная
В статье рассматриваются теоретические предпосылки для достижения булевской функциональной полноты простейших гетерогенных и гомогенных бинарных функциональных блоков и систем из них, предназначенных для логической обработки информации. Информация в таких системах может быть представлена различными (разнородными) физическими параметрами, кодирующими разные состояния физических объектов. Анализируются простейшие типы функциональных зависимостей выходных сигналов (параметров) таких блоков от входных, обеспечивающие полноценную логическую обработку. Рассматриваются схемы типовых устройств и систем, гарантирующих подобную обработку. Показано, что гомогенные и гетерогенные бинарные системы обработки информации могут быть построены на основе общей (универсальной) базовой онтологии, рассматривающей любые физические объекты как функциональные, преобразующие один набор некоторых физических параметров (физических свойств в самом широком смысле) в другой.
Бесплатно
