Прикладные онтологии проектирования. Рубрика в журнале - Онтология проектирования
Онтология проектирования, применения и сопровождения порталов научно-технической информации
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы разработки онтологической модели для семантических научных порталов на основе технологии открытых данных. Такие порталы представляют новый класс семантических порталов, которые ориентированы на работу с научными и образовательными знаниями. Семантические научные порталы позволяют поддерживать образовательные процессы и процессы получения научных знаний в прикладных предметных областях. Для описания предметной области портала предложены проблемно-ориентированные модели. Процесс разработки онтологической модели включает следующие этапы: определение конечных пользователей; определение сценариев применения онтологии; определение требований к модели; определение возможности повторного использования существующих онтологий; верификация онтологической модели на основе компетентностных вопросов. При разработке использовались модели: VIVO, TEACH, FOAF, BIBO. Разработанная онтология состоит из модулей: модуль описания пользователя портала; модуль описания источников данных; модуль описания образовательного ресурса; модуль описания поисковой выдачи. Внедрение предложенной модели позволяет реализовать подход, при котором знания предметной области извлекаются из открытых источников с учётом интересов пользователей портала, и сохраняются в онтологическую модель для повторного использования и анализа, при этом происходит порождение новых знаний. Также, онтология позволяет реализовать единый интерфейс для работы с открытыми данными различных предметных областей. С использованием предложенной онтологической модели разработан семантический научный портал для поддержки образовательного процесса в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики.
Бесплатно
Онтология термина "принцип совместимости" в реставрационном проектировании
Статья научная
В статье обсуждается вопрос актуальности терминологической базы современного реставрационного проектирования. В качестве примера рассматриваются термины «совместимость» и «принцип совместимости», обозначаются их понятийные пространства, раскрывается сущность применения данных терминов. На основе анализа основных терминологических дефиниций, полученных из словарей, учебников и научной литературы, обозначены онтологический и гноссеологический аспекты понятия «совместимость», как фундаментального принципа реставрационного проектирования. На основе анализа лингвистических различий понятия «совместимость» в русском, итальянском и английском языках выявлены сущностные различия в употреблении данного термина, а так же в реализации «принципа совместимости» в реставрации памятников архитектуры. Рассматривается проблема понимания термина «совместимость», в зависимости от страны и языка, на котором данный термин трактуется. В статье предложено новое определение понятия «совместимость», рекомендуемое к включению в словарь реставратора-проектанта.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложены новые онтологии для описания и диагностирования неисправностей подсистем автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) в рамках развития подхода к интеллектуальному диагностированию таких аппаратов с помощью баз знаний. Для реализации этого подхода предложено использовать две базы знаний, одна из которых описывает неисправности, признаки для их определения и действия, необходимые для адаптации к негативным последствиям, вызванным появлением неисправностей. Другая база содержит информацию об основных подсистемах АНПА, устройствах и сменных модулях, а также состояниях, в которых они могут находиться. Базы знаний используются в работе интеллектуальной контрольно-аварийной системы (ИКАС) на борту АНПА. ИКАС позволяет обеспечить комплексное функциональное диагностирование всех подсистем аппарата, включая модули полезной нагрузки, а также адаптацию к последствиям возникающих неисправностей с учётом реально имеющихся причинно-следственных связей между ними. Предложенные онтологии для указанных баз знаний компактны, что позволяет использовать ИКАС на борту АНПА. Для поддержания актуальной информации о возможных неисправностях предлагается осуществлять непрерывное удалённое сопровождение ИКАС с помощью программной интернет-платформы разработки и поддержки интеллектуальных облачных сервисов IACPaaS . Для проверки работоспособности ИКАС был разработан её прототип, реализующий функции обработки баз знаний и выработки решений по адаптации к неисправностям. Результаты моделирования работы прототипа показали, что ИКАС выполняет поставленные задачи и может быть реализована на бортовых вычислителях существующих АНПА с применением известных технологий программирования.
Бесплатно
Основы концептуальной модели источников угроз экономической безопасности на национальном уровне
Статья научная
В статье рассматриваются основные особенности источников и субъектов угроз экономической безопасности в национальном масштабе и их отношений к объектам (элементам) системы - национальная экономика. Целью является создание онтологической основы для интерпретации знания о типовых и конкретных источниках угроз экономической безопасности на различных уровнях и в различных узлах системы обеспечения экономической безопасности, в том числе в системе мониторинга экономической безопасности, предусмотренной в Стратегии экономической безопасности Российской Федерации на период до 2030 года. Рассмотрены три основных типа источников: природный, техногенный, антропогенный. Описан характер, типы объектов и мотивы или причины воздействия со стороны источников указанных типов. Отмечены источники информации и задачи, подлежащие решению в ходе подготовки мероприятий по противодействию субъектам угроз. Разработана обобщенная онтологическая схема мониторинга источников угроз. Новизна работы заключается в систематизации и структуризации знания проблемного поля, которое необходимо осваивать для всестороннего информационного и знаниевого обеспечения противодействия источникам угроз экономической безопасности. Предложенная концептуальная модель может служить основой для создания информационной, онтологической, когнитивной и структурно-функциональной моделей, а также эвристик для агентно-ориентированного моделирования поведения источников угроз в рамках автоматизированных систем поддержки и принятия решений по обеспечению экономической безопасности в масштабе страны.
Бесплатно
Статья научная
Описаны особенности применения онтологического подхода, основанного на математическом моделировании предметных областей с помощью прикладных логических теорий, в разработке интеллектуальных систем. Построен базовый тезаурус разработки моделей профессиональной деятельности. Приведены все определения терминов, входящих в тезаурус. На примере эволюционирования некоторых понятий химии («атомная масса» и др.) на протяжении истории развития науки показано, что в наукоёмких областях изменяются не только знания, но и онтология. При разработке интеллектуальных систем необходимо предусматривать возможности изменения знаний и метазнаний для продления жизненного цикла систем и их поддержки в актуальном состоянии. Поэтому создание интеллектуальных систем должно предваряться разработкой спецификации предметной области. Приведено описание алгоритма разработки спецификации предметной области, состоящего из трёх шагов: онтолого-ориентированного анализа предметной области, включая неформальную постановку задачи, анализ понятий, величин, ситуаций; синтеза модели предметной области; проверки адекватности модели предметной области. Показано применение алгоритма к решению конкретной задачи интеллектуальной деятельности, относящейся к задачам классификации. Новым является решение задачи классификации химических элементов для раскраски ячеек таблицы Д.И. Менделеева, отражающей особенности изотопного состава элементов и значений атомных масс. Представлены основные этапы построения модели онтологии рассмотренной предметной области. Приведенная модель включает онтологию знаний и онтологию действительности. Детально описаны ключевые шаги алгоритма разработки спецификации предметной области.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается информационная поддержка учебного проектирования на основе персонализированной автоматизации. Учебное проектирование в техническом учебном заведении предполагает разработку конструкторской документации, включающей технические решения и значительный объём формальных сведений, предусмотренных стандартами и методическими требованиями. Автоматизированное генерирование персонализированных шаблонов (заготовок) конструкторских документов позволяет снизить трудоёмкости рутинных этапов процесса учебного проектирования для студентов и преподавателей. Обсуждается концептуальная схема процесса учебного проектирования, включающая соответствующую систему понятий и связывающих их отношений, с учётом многовариантности проектных заданий и многоэтапности процесса проектирования. При персонализации в шаблон вносятся данные участников процесса, варианта технического задания, связанных событий. Для многоэтапных проектов шаблоны персонализируются с учётом технических решений, принятых на предыдущих этапах проектирования. Рассматривается реализация предложенной концепции процесса учебного проектирования на основе ситуационно-ориентированного подхода. Практическое использование результатов при курсовом проектировании моделей баз данных предусматривает генерирование персонализированных графических документов в открытых форматах редактора Visio . Предлагаемая персонализация ориентирована на графические документы в виде схем и может быть применена для чертежей и текстовых документов.
Бесплатно
Подход к разработке онтологии кластера
Статья научная
Представлен концептуальный подход к разработке онтологии предметной области «Кластеры» и формированию соответствующего инструментария разработки. Онтология кластера является основой для решения задач кластерной политики с помощью технологий искусственного интеллекта. Предметом исследования является иерархия понятий онтологии «Кластеры» и структура отношений между ними. Задачами работы являются формализация таксономической иерархии онтологии «Кластеры», определение видов и структуры отношений между элементами онтологии. В исследовании использована совокупность информационных технологий, объединённых единым семантическим каркасом: онтологический язык OWL , редактор онтологий для построения баз знаний Protege , программные инструменты работы с онтологиями. Рассмотрены критерии классификации и виды семантических сетей предметной области «Кластеры». Определены типы отношений, которые могут применяться при построении семантической сети этой предметной области. К новым видам кластеров отнесены «Инновационный мультикластер» и «Инновационный гиперкластер». Впервые предложена структура таксономической иерархии онтологии «Кластеры», выделены основные типы отношений между элементами. Определены направления применения предлагаемой онтологии для цифровизации систем регионального управления.
Бесплатно
Подход к систематизации алгоритмов
Статья научная
Предлагается метод исследования алгоритмов с онтологической позиции. Рассмотрены различные подходы к созданию и описанию алгоритмов. Выделяется точка зрения, согласно которой алгоритм - не только схема для вычислений, а инструмент познания и передачи знаний. Обосновывается связь алгоритмов с онтологиями. Даётся систематика и категориальная классификация алгоритмов. На основе обобщения выделяют две группы алгоритмов: линейные и нелинейные. В этих группах выделены типичные подгруппы: прямые алгоритмы, циклические алгоритмы, стратифицированные алгоритмы, итеративные алгоритмы, инкрементные алгоритмы. Для инкрементных алгоритмов рассмотрены два варианта: последовательный и спиральный. Рассмотрен алгоритм сортировки. В статье использованы топологическое и формальное описания алгоритмов, выделено познавательное значение алгоритмов. Отмечено наличие алгоритмов количественной обработки и качественного анализа. Применяемое обобщение одинаково распространяется на оба вида алгоритмов. Отмечается необходимость дальнейшего исследования алгоритмов как инструмента познания и передачи знаний.
Бесплатно
Подход к формированию наборов эталонов речевых команд с использованием онтологии
Статья научная
В работе приводится метод формирования библиотеки эталонов речевых команд с использованием предметной онтологии с целью повышения их дальнейшего распознавания. Представлена формальная модель предметной OWL-онтологии, используемой в качестве базы знаний в процессе формирования и расширения библиотеки эталонных команд в процессе распознавания речевых команд, а также описан алгоритм извлечения списка синонимов входных речевых команд на основе предметной OWL-онтологии. Статья содержит описание методики проведения, а также результаты экспериментов по формированию вариантов библиотеки эталонов и выбора библиотеки с наиболее различимыми командами с использованием OWL-онтологии предметной области управления гражданского самолета с помощью речевых команд. Приводятся результаты экспериментов, доказывающие эффективность подхода.
Бесплатно
Построение СППР на основе онтологии молочного производства
Статья научная
Цель работы - построение и реализация системы поддержки принятия решений (СППР) в молочном производстве на основе формализованных математических моделей и онтологического подхода. Проведена декомпозиция процесса производства молочной продукции, выделены основные влияющие на него факторы, а также взаимосвязи между ними. Сформирована онтология предметной области, которая представлена в виде концептуальной схемы и иерархии классов. Для описания последовательности влияния факторов и выявления управляющих воздействий разработана схема Исикавы для производства молочной продукции. Предложено формализованное описание эффективности процесса молочного производства. Разработана СППР для производства молочной продукции, включающая учёт факторов, связанных с сортом и видом кормовых растений, способами и методами высева семян, предпосевной подготовкой, классом и типом почв, агроклиматическими показателями, внесением удобрений, классом животных и кормовыми добавками.
Бесплатно
Статья научная
Процесс проектирования сложных технических систем (СТС) является итеративным процессом, который характеризуется значительными затратами ресурсов (финансовых, трудовых, временных), оформлением большого объёма документации, а также множеством возникающих рисковых ситуаций. Для надёжного создания СТС необходима интеллектуальная система контроля и предупреждения рисковых ситуаций, которая позволит быстро обработать и проанализировать большие объёмы разнородной информации, выявить рисковые ситуации на этапе проектирования, а также ответить на вопрос типа «Что будет с проектом создаваемой СТС, если на этапе проектирования произойдут какие-либо изменения...?». Статья посвящена построению базы знаний интеллектуальной системы контроля и предупреждения рисковых ситуаций в условиях разнородной информации для этапа проектирования СТС критической инфраструктуры. Проведён анализ основных типов моделей представления знаний, применяемых при создании баз знаний. Предложена база знаний, основанная на модульном принципе и использующая обобщённую схему методологии когнитивного и нечёткого когнитивного моделирования. Новыми результатами являются: разработанный модуль обработки исходных данных, позволяющий обрабатывать разнородные данные; представление знаний в базе знаний в виде чётких или нечётких моделей; сценарии развития рисковых ситуаций, связанных с проектированием СТС.
Бесплатно
Построение графа знаний по телекоммуникационным данным
Статья научная
В работе описывается метод построения графа знаний по телекоммуникационным данным на основе проприетарных и эталонных моделей, используемых в области телекоммуникаций. В качестве эталонных рассматриваются модели, входящие в фреймворк, разработанный консорциумом TM Forum. Граф знаний проприетарных моделей предлагается строить с помощью автоматизированной обработки лог-файлов автотестов и таблиц БД биллинговой системы. Актуальность применения графов знаний обусловлена их структурированностью и семантичностью, а также возможностью последующего применения алгоритмов машинного обучения для генерации рекомендаций по оптимизации телекоммуникационных процессов и систем. Предложено применение метода на основе подхода многошагового рассуждения для создания интерпретируемых рекомендаций по восстановлению отсутствующих связей, путём их прогнозирования в проприетарном графе знаний. Предложенный метод рассматривает многошаговое рассуждение как задачу ответа на вопрос с использованием обработки естественного языка. Применение разработанного решения на основе нейросетевой архитектуры трансформера обеспечило интерпретируемые результаты с сохранением значений метрик, по сравнению с аналогами.
Бесплатно
Построение онтологии для систематизации характеристик сети интернета вещей
Статья научная
Представлена формализация модели сети Интернета вещей, предназначенной для мониторинга технологических помещений с телекоммуникационным оборудованием в Федеральном исследовательском центре «Красноярский научный центр СО РАН». Сеть включает измерительные устройства, телекоммуникационную среду, серверы для сбора данных и прикладное программное обеспечение. Для информационного взаимодействия используется схема «издатель-подписчик» и облегчённый протокол с невысокой нагрузкой на каналы связи. Создана онтология, описывающая архитектуру сети и свойства устройств, которые собирают, передают, хранят и обрабатывают данные. Онтология содержит классы, представляющие понятия предметной области, отношения, свойства данных, диапазоны их изменения, критические значения, ограничивающие атрибуты элементов онтологии. Объекты онтологии имеют собственное цифровое представление в базах данных, включая результаты измерений, получаемые датчиками сети Интернета вещей, прецеденты аномальных данных, их статистические и частотные характеристики. Формализация позволила выявить неявные зависимости между объектами, связать их с характеристиками процессов, наблюдаемых устройствами сети Интернета вещей, и решать практические задачи. Рассмотрена задача выбора характеристик, влияющих на изменение схем информационного взаимодействия. Выполнен опрос экспертов и построена модель Кано для приоритизации характеристик, влияющих на принятие решений об организации схемы информационного взаимодействия в сети Интернета вещей.
Бесплатно
Построение хранилища обобщённых вычислительных экспериментов на основе онтологического подхода
Статья научная
Рассмотрена задача организации хранения и доступа к информации об обобщённых вычислительных экспериментах, связанных с математическим моделированием реальных физических процессов. Обобщённый вычислительный эксперимент предполагает многократное решение задачи численного моделирования при различных наборах значений определяющих параметров модели, что позволяет получить решение для некоторого класса задач математического моделирования, заданного в многомерном пространстве параметров. Предложен подход к построению хранилища данных, описывающих обобщённые вычислительные эксперименты, включая историю их планирования и корректировки сценариев проведения. Обсуждаются особенности хранения обобщённых вычислительных экспериментов, положенные в основу построения логической и физической моделей хранилища. Для организации эффективного взаимодействия пользователя с хранилищем предложена онтологическая модель обобщённого вычислительного эксперимента и связанная с ней структура метаданных, на основе которой реализуется механизм формирования запросов к хранилищу в терминах предметной области моделирования. Обсуждается применение разработанного подхода для хранения и анализа данных об обобщённом вычислительном эксперименте, связанном с оценкой точности численных моделей программной платформы OpenFOAM для трёхмерной задачи сверхзвукового обтекания клина.
Бесплатно
Предпроектный анализ интеллектуального жилого дома для условий Арктики
Статья научная
Сочетание неблагоприятных природных условий и малой населённости арктических пространств усложняет подходы к проектированию и строительству жилья для этих мест и определяет требования к автоматизированным средствам жизнеобеспечения, внутреннему устройству и надёжности жилых домов. В статье рассматривается проблема структурного синтеза интеллектуального жилого дома для арктических условий. Вводится классификация условий ограничения, накладываемых на конструктивные решения, принимаемые при проектировании. Ставится задача удовлетворения ограничений применительно к разработке конструктивных решений и автоматизации здания. В качестве цели назначается получение допустимого решения задачи синтеза на основании формализованных знаний об условиях эксплуатации, при котором целевая функция принимает наименьшее значение. Рассмотрены вопросы выбора целевых функций. Предложен подход к созданию новых привлекательных проектов интеллектуальных жилых домов для условий Крайнего Севера России, позволяющих обеспечить уют и безопасность с использованием последних достижений инженерной мысли в области автоматизации и надёжности автоматизированных систем. Привлекательное и уютное жильё поможет решить вопрос привлечения людей для обживания арктических пространств, их исследования, освоения и сохранения для потомков.
Бесплатно
Представление математических понятий в онтологии научных знаний
Статья научная
Рассматриваются особенности математических предметных областей в контексте построения он- тологии научных предметных областей. Приводятся примеры из разрабатываемого тезауруса по уравнениям смешанного типа из раздела уравнений с частными производными математической физики. Особое внимание уделяется вопросам представления и актуальной поддержки тезауруса адресата. Предлагается использовать специализированные тезаурусы, где наряду с определениями на естественном языке присутствуют символьные выражения. Этот подход позволяет уточнить запрос, используя математическую запись в ТеХ-нотации независимо от языка первоисточника, что приводит к уменьшению поискового шума и сокращению времени поиска. Обсуждается во- прос о том, почему всѐ ещѐ недостаточно создано математических тезаурусов и что надо сделать, чтобы они использовались в цифровых библиотеках наряду с другими информационными ресур- сами. Приводится пример создания тезауруса для отдельной математической предметной области. Особая трудность состоит в описании родо-видовых отношений в математических предметных областях, предлагается один из вариантов описания этих связей для уравнения смешанного типа.
Бесплатно
Применение графов знаний для клинического мониторинга процесса лечения
Статья научная
Для всех этапов лечебно-диагностического процесса необходим мониторинг состояния пациентов. На этапе лечения задачами мониторинга являются оценка эффективности тактики лечения и его безопасность: отсутствие осложнений и нежелательных последствий от приёма медицинских препаратов или процедур и их сочетаний. Для улучшения взаимодействия врач - пациент и качества лечебного процесса необходимо создание интеллектуальных средств мониторинга. В мониторинге по информации о пациенте с помощью формализованных знаний предметной области требуется определить, результаты каких наблюдений и в какие моменты времени покажут, является ли состояние пациента отличающимся от прогнозируемого. Цель исследования - разработать онтологию для формализации знаний, применяемых для выбора и объяснения параметров мониторинга в процессе лечения. Выделены основные связи понятий, достаточные для решения задач мониторинга состояния пациента в процессе лечения. На их основе построен онтологический граф для класса задач мониторинга в медицине. Описан метод построения графов знаний для произвольных заболеваний, а также процесс рассуждения для определения состояния, отличного от ожидаемого. Показаны процесс рассуждения и выдача рекомендации. Предложенный подход положен в основу системы поддержки принятия решений для этого класса задач, где параметры мониторинга могут изменяться с учётом стадии лечения, состояния и особенностей пациентов.
Бесплатно
Применение инструментов онтологического анализа для формирования расчётных моделей электроснабжения
Статья научная
Предлагается концепция интеллектуальной поддержки процесса автоматизированного формирования расчётных моделей электроснабжения в информационных системах энергетических предприятий, основанная на принципах управления знаниями. Концепция включает проведение онтологического анализа данных и формирование соответствующих баз знаний. Декомпозированы этапы процесса управления знаниями о параметрах расчётных моделей электроснабжения с целью разработки инструментов их автоматической генерации в биллинговых системах. Определены наборы параметров объектов электроснабжения и параметров, характеризующих объём энергопотребления, показатели цены и параметры расчёта стоимости потребленной электроэнергии, которые наряду с отношениями между сущностями и их функциональными связями определяют структуру онтологий. Впервые даны определения расчётной модели электроснабжения как семантической модели, состоящей из совокупности базовых понятий электроэнергетики, и как системы знаний о методах хранения и обработки информации о величинах энергопотребления. Построена онтология процесса формирования расчётных моделей с применением онтологического редактора Protégé. Сформулированы требования к базе знаний системы поддержки процесса формирования расчётных моделей в информационных системах и обоснована возможность применения технологий интеллектуального анализа данных с механизмами проверки на непротиворечивость, достаточность и непрерывность знаний посредством применения методов формирования нечётких правил. Это позволяет обосновать возможность применения принципов нечёткой логики для автоматизированного формирования расчётных моделей электроснабжения в биллинговых системах.
Бесплатно
Применение методов машинного обучения при проектировании камер сгорания газотурбинных двигателей
Статья научная
В статье рассматривается применение рекуррентной нейронной сети с долгой краткосрочной памятью и алгоритма градиентного бустинга для определения основных геометрических размеров диффузора камеры сгорания авиационного газотурбинного двигателя. Выполнено численное моделирование физических процессов в диффузоре на основе метода конечных элементов и расчѐт потерь полного давления. Сформирована база данных геометрических параметров рассматриваемой модели диффузора и соответствующих им результатов расчѐта потерь полного давления. Вариант с минимальными потерями полного давления использован в качестве эталона. Проведено сравнение метода градиентного бустинга и нейронной сети с долгой краткосрочной памятью на данных о потерях полного давления, полученных в результате численного моделирования диффузора с различными значениями его геометрических размеров. Погрешность метода градиентного бустинга составила 1,64%, для рекуррентной нейронной сети с долгой краткосрочной памятью – 7,28%. Применѐнный подход позволяет формировать базу данных вариантов конструкций диффузоров, результаты расчѐтов использовать для обучения нейронных сетей и в дальнейшем дообучать модели на других конструкциях для использования полученного результата при проектировании камер сгорания.
Бесплатно
Применение онтологического моделирования в задачах организации учебного процесса вуза
Статья научная
В связи с переходом на стандарты нового поколения, формируется перечень задач, связанный с планированием и организацией учебного процесса, формированием структуры и состава основных образовательных программ. Уже на начальном этапе планирования структуры и состава учебного процесса встает ряд проблем, связанных с необходимостью оценки соответствия основных образовательных программ требованиям образовательного и профессионального стандартов и учёта актуальных потребностей рынка и студентов. В работе представлены примеры онтологических моделей для решения задач организации учебного процесса ВУЗа и дано описание их построения. Рассмотрено два примера: онтологическое моделирование при планировании учебного процесса ВУЗа и онтологическое моделирование для описания компетенций ИT-специалиста. Сделан вывод о перспективности применения онтологий для формализации такой предметной области, как организация учебного процесса ВУЗа.
Бесплатно
