Прикладные онтологии проектирования. Рубрика в журнале - Онтология проектирования
Моделирование рабочего пространства планарного трёхзвенного манипулятора
Статья научная
Проведено исследование рабочего пространства планарного трёхзвенного манипулятора. За основу взяты аналитические зависимости, позволяющие решить прямую задачу кинематики, т.е. определить координаты центра схвата по трём обобщённым координатам манипулятора. Выполненный анализ позволил дать геометрическую трактовку зависимостей. Установлено, что рабочим пространством манипулятора является трёхпараметрическое множество точек. На плоскости это множество точек представлено в виде двух дисков, состоящих из кольцевых ячеек, для которых получены соответствующие аналитические зависимости. Геометрическим образом этого множества является трёхмерный тор. Полученные модели визуализированы, что облегчает решение указанной задачи. Для определения значений обобщённых координат центра схвата в зависимости от его положения выполнено отображение ортогональным проецированием полученных в работе семейств окружностей в четырёхмерное пространство. В результате получены трёхмерные гиперповерхности в четырёхмерном пространстве. Их исследование предложено выполнять построением моделей сечений гиперповерхностей гиперплоскостями. Такие модели в режиме визуализации позволяют решать прямую и обратную задачи кинематики исследуемого манипулятора.
Бесплатно
Моделирование терминосистемы чрезвычайных ситуаций
Статья научная
Статья посвящена моделированию терминосистемы чрезвычайных ситуаций (ЧС). В ходе исследования решались задачи лингвистического описания терминов ЧС, лексико-семантического анализа терминов ЧС, структурирования и систематизации терминов ЧС на основе принципов идеографической и таксономической классификации. Лексический корпус исследования составили около 3000 терминов ЧС, содержащихся в нормативно-правовых документах и специальной литературе. На основе использования системного подхода выявлены базовые категории, формирующие взаимосвязанную и взаимообусловленную терминосистему ЧС. Предложена модель терминосистемы ЧС, которая описывает в терминах основные понятия современной деятельности, связанной с ЧС, создаёт возможности для её расширения и совершенствования. Определены области практического применения предложенной модели: коррекция существующих и создание новых тематических словарей, например, тезауруса ЧС; структурирование изучаемой терминологии в образовательном процессе подготовки специалистов по ЧС; решение практических задач в области специального научно-технического перевода; расширение средств компьютерной лингвистики при анализе и синтезе речи в информационных системах реагирования на ЧС; совершенствование алгоритмов машинного обучения информационных систем реагирования на ЧС с использованием искусственного интеллекта.
Бесплатно
Модель комплексной поддержки разработки интеллектуальных СППР
Статья научная
Представлена модель комплексной поддержки разработки интеллектуальных систем поддержки принятия решений (ИСППР). Модель включает концепцию комплексной поддержки, описывающую потребности разработчиков, методы и средства поддержки разработки ИСППР, структуру репозитория методов принятия решений, архитектуру и методику разработки типовой ИСППР. Методика основывается на принципах: максимальное использование готовых решений, масштабируемость, доступность, открытость, простота использования, независимость от предметной области, информативность. Их соблюдение обеспечивается применением онтологического, фрактально-стратифицированного, сервис-ориентированного и каркасного подходов, а также подходов быстрого прототипирования и гибкой разработки. Методика основана на использовании технологии Semantic Web и технологии разработки интеллектуальных научных интернет-ресурсов. Подробно описаны средства комплексной поддержки разработки ИСППР - онтология области знаний «Поддержка принятия решений», информационно-аналитический интернет-ресурс, репозиторий методов поддержки принятия решений, методика разработки ИСППР. В качестве каркаса ИСППР предложено использовать информационно-аналитический интернет-ресурс, который строится на основе онтологии предметной области и оболочки используемой технологии. С помощью подключенных к ресурсу сервисов, реализующих хранимые в репозитории методы, обеспечивается функциональность разрабатываемой ИСППР. Для описания модели комплексной поддержки используется язык дескрипционной логики семейства SOIN(D).
Бесплатно
Модель лингвистических графов знаний тюркских языков
Статья научная
Описана модель лингвистического графа знаний тюркских языков TurkLang , которая положена в основу программных продуктов для компьютерной обработки тюркских языков. Базовыми элементами новой модели лингвистических графов знаний являются минимальные значимые единицы языка - морфемы. В структуре графа знаний отражены свойства морфемы на морфонологическом, морфологическом, синтаксическом и семантическом уровнях. Подобная модель в наибольшей степени соответствует структурно-функциональным особенностям тюркских языков, как языков агглютинативного типа, и позволяет полно и прагматически-ориентированно описывать потенциальные возможности тюркских языков и их проявления в текстах. Свойства модели использованы в программных продуктах, связанных с семантической обработкой текстов, в составе лингвистического портала «Тюркская морфема» и новой версии электронного корпуса татарского языка «Туган тел». Единая модель лингвистического графа знаний тюркских языков, представленная в статье, позволяет обеспечить полную совместимость программных продуктов, реализуемых для тюркских языков, использовать единую систему понятий и терминов в лингвистических исследованиях. Для тюркских языков это актуально, поскольку многие разработчики используют модели, созданные для языков с другой структурой (английской, русской и др.), а эти модели не соответствуют в полной мере структуре тюркских языков, не позволяют отразить весь коммуникативный и когнитивный потенциал и лексико-грамматические особенности тюркских языков.
Бесплатно
Обнаружение аномальных транзакций криптовалюты с помощью нейронных сетей и онтологий
Статья научная
Выполнен поиск эффективного подхода к выявлению аномалий в транзакциях криптовалют с помощью нейронных сетей (свѐрточных, глубоких, управляемых рекуррентных блоков) и сравнение с другими подходами, применяемыми к задаче поиска нелегальных транзакций в сети криптовалют. Проведѐн анализ работ в областях анализа данных транзакций в сети криптовалют, визуализации данных для анализа транзакций и поиска аномальных транзакций с помощью компьютерного зрения. Определена предметная область исследования. Проблема выявления аномалий в транзакциях криптовалют основывается на том, что в наборах данных транзакций нет прямых указаний на личность отправителя и получателя. Актуальность и значимость работы заключается в предлагаемом в ней способе выявления с высокой точностью аномальных транзакций в режиме, приближенном к реальному времени. Выполнены экспериментальные исследования набора данных транзакций криптовалют с помощью нейронных сетей и не нейросетевых классификаторов с последующим сравнением полученных результатов с другими исследованиями. Эксперименты показали, что управляемые рекуррентные блоки позволили справиться с задачей лучше других сравниваемых нейросетевых подходов: аккуратность 0.94, точность 0.95, полнота 0.93 и F-мера 0.94, что доказывает высокую эффективность предложенной модели. Однако данная модель уступает традиционным алгоритмам машинного обучения, таким как оптимизированный распределѐнный градиентный бустинг. Новизной предложенного подхода является то, что он основан на анализе статистической информации о графе транзакций и использовании для этого технологии глубокого обучения и градиентного бустинга. Областью применения предложенного подхода является создание программных средств для поиска нелегальных транзакций криптовалюты в системах информационной безопасности и в задачах цифровой криминалистики.
Бесплатно
Объектно-ориентированная декомпозиция программной логики искусственных нейронных сетей
Статья научная
В статье описана декомпозиция логики программной реализации искусственных нейронных сетей с целью её последующей реализации в виде набора слабосвязанных доменных классов. Рассмотрены структурная и функциональная декомпозиция логики. Методика декомпозиции программной логики иллюстрируется UML-диаграммами. Приведено краткое описание практической реализации программной логики искусственной нейронной сети на языке C#, выполненной на основе объектно-ориентированного подхода. Подобная реализация использована при проектировании нейронных сетей различной конфигурации с целью их последующего обучения, эксплуатации, а также проведения экспериментов. Предлагаемое разделение программной логики между классами и обеспечение слабой связанности между ними упрощает процесс поиска ошибок в программном коде, делает код более управляемым, повышает продуктивность разработчика. Приведённые в статье примеры демонстрируют, как рациональная декомпозиция программной логики нейронной сети на семантически независимые между собой блоки в сочетании с применением концепции «Внедрение зависимостей», способствует большей структурированности кода. Новым результатом является применение объектно-ориентированной декомпозиции к программной логике нейронной сети, что позволило значительно упростить процесс проектирования программного кода. Приведён пример тестирования декомпозированной логики нейронной сети. Предлагаемый подход к декомпозиции программной логики искусственных нейронных сетей можно применить к широкому спектру различных нейронных сетей, таких, как конволюционные и деконволюционные сети, сети, содержащие одновременно конволюционные и полносвязаннные слои нейронов. При этом единообразие реализации сетей различных видов обуславливает упрощение их понимания, снижает трудовые затраты на сопровождение и развитие реализующего их кода.
Бесплатно
Онтологии в проектировании индустриальных цифровых платформ
Статья научная
Рассматривается применение онтологического подхода в проектировании индустриальных цифровых платформ в контексте концепции «Индустрия 4.0». Предложен подход к созданию баз знаний об элементах технических систем с использованием онтологических моделей и аппарата нечѐткой логики. Эталонная модель Индустрии 4.0 представлена в виде онтологий с учѐтом стандартов из сфер «умного производства» и проектирования онтологий, применяемых для построения бизнес-моделей. Классифицированы свойства и отношения элементов технических систем, имеющих цифровое представление в индустриальных цифровых платформах. Представлена многоуровневая система онтологий, включающая мета-онтологию, прикладные онтологии и онтологии предприятий, обеспечивающая стандартизацию и интеграцию данных в экосистемах цифровых платформ. Определены функции интеллектуального ассистента для автоматизированного ввода элементов в онтологическую модель в концепции «Индустрия 4.0». Разработан инструмент структурирования данных для корпоративных информационных систем в машиностроении и энергетике на базе «1С: Предприятие». Показано, что для управления индустриальными цифровыми платформами и в задачах формирования цифровых моделей изделий и процессов их производства использование онтологического подхода позволяет обеспечить единое понимание данных всеми субъектами, входящими в производственные экосистемы, совместимость и автоматизацию обработки знаний в течение жизненного цикла, гибкость интеграции новых элементов и соответствие стандартам Индустрии 4.0.
Бесплатно
Онтологии в управлении образовательным процессом
Статья научная
В образовательных процессах ВУЗов онтологический подход используется в управлении учебными программами, для описания предметных областей программ учебных дисциплин, для оценки знаний учащихся. В статье рассматриваются способы использования онтологий в обучении и приводится пример онтологического подхода в управлении образовательным процессом. Выбрана область процесса «Подготовка к отчётному мероприятию» в рамках ведения научно-исследовательского семинара для студентов магистратуры. По результатам трёхлетнего эксперимента были предложены дополнения в исходную модель предметной области, связанную с сущностью «Преподаватель». Полученные изменения благоприятно сказываются на практике образовательного процесса как для преподавателя (повышение квалификации и мотивации), так и для студентов (повышение успеваемости и вовлечённости). Сформулированы выводы о полезности применения предложенного метода и его перспективах, о возможности расширить тематику исследования выполнением дальнейшего анализа образовательных процессов и использовать приведённые в статье результаты.
Бесплатно
Онтологии проектирования шаблонной оснастки в авиационном производстве
Статья научная
Целью данной работы является совершенствование процессов проектирования шаблонной оснастки в условиях авиационных производств за счёт разработки средств онтологической поддержки. В статье в состав инструментально-технологических средств проектирования шаблонов предлагается включить средства онтологического сопровождения, обеспечивающие: контролируемое накопление опыта разработок шаблонов в форме моделей прецедентов, подготовленных к повторному использованию; систематизацию моделей шаблонов, в основу которой положено интерактивное классифицирование и связывание с использованием механизмов систематизации в онтологиях; контролируемое использование лексики, включая понятия, в документах, разрабатываемых в процессе работ. Важной особенностью предлагаемых средств является то, что они опираются на результаты экспериментов, которые проводились с семантическими моделями шаблонов и моделями программ числового программного управления, использующихся в их производстве. Для проведения экспериментов, создания онтологии и средств онтологического сопровождения предложено использовать вопросно-ответную моделирующую среду WIQA, средства которой были адаптированы к инструментальной поддержке жизненного цикла шаблонов.
Бесплатно
Онтологическая база для обучения персонала САПР
Статья научная
Обосновывается актуальность и практическая ценность применения онтологического подхода при обучении автоматизированному проектированию. Подготовка и переподготовка персонала является одним из важных этапов внедрения автоматизированных систем промышленного назначения, а средства методического обеспечения обязательно присутствуют в портфеле всех ведущих компаний-производителей систем автоматизированного проектирования (САПР). Предложены принципы и подходы формирования онтологической базы предметной области обучения автоматизированному проектированию. Для выделения структуры учебной онтологии предложено использовать понятия аспектов машиностроительного проектирования. Определена иерархия уровней подготовки пользователей САПР. На операторском уровне обучение сводится к освоению пользователями ограниченного множества терминов и понятий, реализованных в конкретных системных решениях. На уровне техника требуется освоить набор типовых проектных процедур, характерных для класса базовых технологий САПР. На инженерных уровнях пользователь приобретает знания, необходимые для освоения технологий и средств САПР в комплексе всех стадий технической подготовки производства. Описана методика онтологического анализа предметной области обучения, обеспечивающая формирование целевых траекторий подготовки и переподготовки специалистов и предусматривающая ряд последовательных этапов формирования онтологической базы. Для оптимизации индивидуальных траекторий обучения специалистов по САПР разработано специальное программное обеспечение, интегрированное с онтологическим редактором Protégé .
Бесплатно
Онтологическая модель динамического конфигурирования социотехнической системы цифровым сообществом
Статья научная
Рассматривается построение многоаспектной онтологии для конфигурирования социотехнической системы в соответствии с требованиями, накладываемыми изменяющейся обстановкой в среде еѐ функционирования. Аспектом называется онтология, разработанная в соответствии с предъявляемыми требованиями в конкретной проблемной области и отражающая определѐнное представление о содержимом и структуре описываемых знаний. Конфигурирование осуществляется участниками цифрового сообщества, которое состоит из людей и программных агентов, взаимодействующих и обменивающихся сервисами в цифровой среде. Предлагаемая онтология включает аспекты: социотехнической системы; цифрового сообщества; динамического конфигурирования; план конфигурирования; поддержки принятия решений; профиля и контекста. Сформирован глобальный уровень онтологии, который отражает специфику проблемной области «динамическое конфигурирование социотехнических систем», и содержит обобщѐнные понятия для поддержки семантической интероперабельности аспектов. Новизна заключается в использовании оригинальной методологии построения многоаспектных онтологий для представления комплексных знаний. Применение многоаспектной онтологии демонстрируется на примере задачи динамического конфигурирования транспортного отдела логистической компании. В решение задачи вовлечены люди и программные агенты, обладающие компетенциями для выполнения функций обработки заказов, выбора ресурсов, построения маршрута и принятия решений. Предложенная онтология уменьшает трудоѐмкость построения модели знаний рассматриваемой проблемной области и позволяет повысить еѐ качество за счѐт использования готовых решений для отдельных аспектов, расширить модель знаний проблемной области дополнительными аспектами и создать основу для сценариев конфигурирования сложных систем.
Бесплатно
Онтологическая модель профилактического обслуживания оборудования промышленного предприятия
Статья научная
Рассматривается задача формализации экспертных знаний в области профилактического технического обслуживания промышленного оборудования, возникающая при интерпретации результатов визуальных осмотров с учѐтом условий эксплуатации. Предметом исследования является построение онтологической модели, обеспечивающей логически обоснованный переход от неструктурированных описаний признаков технического состояния к конкретным действиям по обслуживанию оборудования. Предложена многоуровневая онтологическая модель, включающая уровни: осмотр, признаки, контекст эксплуатации, техническое состояние, действие. Областью применения результатов являются системы поддержки принятия решений в техническом обслуживании оборудования. Новизна заключается в объединении параметров контекста (возраст объекта, уровень критичности, агрессивность рабочей среды и др.) с механизмом логического вывода, а также в применении метода структурирования рекомендаций как композиции базового действия и уточнений по условиям эксплуатации. Модель построена в среде Python и проверена на конкретной выборке данных: автоматически определены состояния оборудования, выработаны адаптивные рекомендации, сформированы отчѐты. Модель показала устойчивость к неполноте информации. Применѐнный онтологический подход в технической диагностике способствовал получению практически значимых результатов для цифровизации процессов профилактического технического обслуживания оборудования в промышленности.
Бесплатно
Онтологическая модель сегментации изображений пожаров с помощью адаптивной нейро-нечѐткой сети
Статья научная
Сегментация изображений пожаров является важной задачей для систем раннего обнаружения и мониторинга чрезвычайных ситуаций. Традиционные методы, такие как пороговая обработка и сложные вычислительные модели, имеют ограничения по скорости и точности в условиях реального времени. Цель исследования – обеспечение процесса сегментации изображений в режиме, близком к реальному времени. В статье представлена онтологическая модель сегментации изображений пожаров, основанная на адаптивной нейро-нечѐткой системе с оптимизированным дефаззификатором метода отношения площадей. В модели структурируются процессы обработки данных, включая преобразование изображений в цветовое пространство оттенка, насыщенности и яркости, использование треугольных функций принадлежности и адаптивную настройку параметров для выделения очагов возгорания. В онтологии систематизированы классы, процессы и их взаимосвязи, обеспечивая модульность и гибкость решения. Эксперименты на изображениях ночных пожаров с дымом показали, что предложенная модель достигает высокой точности и скорости, превосходя сравниваемые методы сегментации, и содержит потенциал для применения в системах мониторинга в реальном времени.
Бесплатно
Онтологические аспекты исследования взаимовлияния энергетики и геоэкологии
Статья научная
В статье представлен подход к решению проблемы оценки влияния энергетики на геоэкологию региона. Работа выполняется в рамках Международного проекта совместно с исследователями Беларуси и Армении при поддержке фондов ЕАПИ-РФФИ. Рассматриваются базовые понятия новой междисциплинарной области исследований - геоэкологии, основной задачей которой является изучение состояния жизнеобеспечивающих ресурсов под влиянием природных и антропогенных факторов. Влияние энергетики как одного из основных антропогенных факторов очевидно и требует специального исследования, в том числе и с точки зрения взаимосвязи основных понятий. Для учета требований геоэкологии к энергетике, связанных с необходимостью сохранения для нынешних и будущих поколений людей продуктивной природной среды, предлагается использовать понятие «качество жизни». В статье даётся определение основных понятий геоэкологии, имеющих отношение к исследованиям влияния энергетики на геоэкологию региона. Приведены примеры онтологий, отображающих основные взаимосвязи энергетики и геоэкологии. Для наглядности онтологии представлены в графическом виде, выполнены с использованием инструментария CmapTools.
Бесплатно
Онтологические модели для систем реального времени
Статья научная
Современный этап развития информационных технологий характеризуется ужесточением требований, предъявляемых к эффективности функционирования создаваемых информационных систем, к стоимости и срокам их разработки, а также к уровню их «интеллекта». Действенным средством решения этих задач является использование онтологических моделей на всех этапах жизненного цикла информационных систем. В значительной части создаваемые информационные системы являются системами реального времени. Для систем реального времени специфическим является архитектурный этап проектирования. На этом этапе предлагается использование архитектурных онтологических моделей, которые позволяют реализовывать систему поддержки принятия архитектурных решений и накопления архитектурного знания. Рассматривается структура архитектурной онтологической модели, выделяются три уровня этой модели. Рассматривается состав знаний, который должен быть включен в ядро модели. Встроенные онтологические модели в системах реального времени могут быть использованы при реализации функций, связанных с реализацией когнитивного поведения. Делается вывод о целесообразности интегрирования рассматриваемой архитектурной онтологической модели в широко используемый архитектурный фреймворк Захмана.
Бесплатно
Онтологические модели освоения городских территорий с позиций прикладной культурологии
Статья научная
Объектом исследования являются универсальные процессы освоения пространства в градостроительной деятельности. Предлагается онтологическая модель освоения пространства, применимая к зонированию мегаполисов и общественных пространств, допускающая её секторальное и зигзагообразное представления. Территориальное планирование определяется как формализация процессов генезиса и самоорганизации. Формализация включает: восемь этапов процесса самоорганизации; абсолютную и относительную пространственную интерпретацию каждого этапа; набор градостроительных функций по каждому этапу. Данный подход может использоваться для экспертизы зонирования общественных пространств как в составе проектируемого общественного пространства, так и в окружающей застройке. В секторальной онтологической модели освоение пространства представляется как процесс генезиса, направленный от общего к частному и имеющий абсолютную или относительную ориентацию по сторонам света. В зигзагообразной онтологической модели относительная пространственная ориентация устанавливается между рядом расположенными объектами. Новизна исследования состоит в установлении единых принципов структурирования пространства для мегаполисов и их общественных пространств.
Бесплатно
Онтологические ресурсы и информионно-аналитическая система в предметной области "безопасность"
Статья научная
В статье рассматривается подход к описанию широкой области национальной безопасности как тезауруса (лингвистической онтологии) для автоматической обработки документов. Созданный Тезаурус по безопасности имеет модель представления тезауруса РуТез и не имеет аналогов в мире в такой широкой предметной области. Тезаурус по безопасности используется в специализированной информационно-аналитической системе, в том числе для автоматической текстовой классификации документов в соответствии с несколькими рубрикаторами, включая рубрикатор угроз, рубрикатор ценностей, рубрикатор региональных проблем и др. Используемая информационно-поисковая система NearIdx обеспечивает стандартные функции информационного поиска, а также даёт возможность задания запросов и поиска информации с использованием специализированных ресурсов, включая онтологию и рубрикаторы. Аналитический компонент NearIdx предоставляет возможности фасетного анализа, спектрально-фасетного анализа временных рядов, построения когнитивных схем и аналитических справок, в которых могут использоваться созданные лексико-терминологические ресурсы.
Бесплатно
Онтологический анализ дефектов при проектировании компонентов аппаратно-программных комплексов
Статья научная
Статья посвящена анализу дефектов в аппаратно-программных комплексах (АПК) как составной части управления функциональной безопасностью сложных систем. Выделены места возникновения непреднамеренных дефектов, способных нарушить функциональную безопасность АПК. Предложен подход к рассмотрению понятия «дефект» как многомерной системы, описаны её проекции: влияние на правообладателей, технологическая, управленческая. Приведена классификация дефектов, характерных для программных продуктов и проектов. Предложены системные и математические модели программных продуктов и проектов как основа выявления возможных мест возникновения дефектов. Описана роль субъективной составляющей при разработке компонентов АПК.
Бесплатно
Статья научная
В статье описываются результаты применения онтологического инжиниринга при разработке интеллектуальной системы анализа угроз и оценки рисков нарушения кибербезопасности энергетических объектов. Построено онтологическое пространство знаний проблемной области оценки рисков, включающей идентификацию, анализ и оценивание рисков инцидентов кибербезопасности, способных вызвать экстремальные ситуации в энергетике. Представлены архитектура разрабатываемой интеллектуальной системы и задачи, для решения которых выполнялся онтологический инжиниринг. Онтологическое пространство знаний представлено онтологиями, разработка которых ведётся для каждого блока интеллектуальной системы. Приводятся онтологии, отражающие основные понятия кибербезопасности, включая актуальные угрозы в энергетическом секторе, классификацию рисков и компоненты сценария возникновения экстремальной ситуации в энергетике. Разработанные онтологии позволили интегрировать понятия основных областей исследования, в числе которых энергетическая безопасность, кибербезопасность, сценарное планирование и управление рисками. В работе использованы методы системного анализа, методические основы построения интеллектуальных информационных систем в энергетике, методы поддержки принятия решений, методы инженерии знаний, включая онтологический инжиниринг. Новизна работы - в структурировании экспертных знаний и построении онтологического пространства знаний, которое используется для разработки интеллектуальной системы анализа угроз и оценки рисков нарушения кибербезопасности объектов энергетики.
Бесплатно
Онтологический комплекс представления знаний для реабилитации травматолого-ортопедических пациентов
Статья научная
Системное структурирование клинических данных позволяет проводить комплексную оценку степени функциональных нарушений, уровня активности и степени вовлечѐнности в реабилитационный процесс пациентов травматолого-ортопедического профиля. Для стандартизации представления медицинских знаний и создания единого семантического пространства для всех участников процесса реабилитации выбрана онтолого-ориентированная технология разработки информационных систем. В работе представлен комплекс взаимосвязанных и логически согласованных онтологических моделей, формирующих семантическую основу интеллектуальной системы поддержки принятия врачебных решений в области реабилитации. Разработаны модели медицинской диагностики, планирования восстановительных процедур, оценивания динамики состояния пациентов. Практическая реализация онтологического комплекса осуществляется на базе облачной платформы IACPaaS. Формируемые на основе онтологических моделей специализированные целевые ресурсы и программные средства составляют систему поддержки принятия решений травматолога.
Бесплатно
