Прикладные онтологии проектирования. Рубрика в журнале - Онтология проектирования
Принципы построения системы управления знаниями предприятий ракетно-космической промышленности
Статья научная
Актуальной проблемой ракетно-космической промышленности является повышение эффективности использования накопленных знаний в виде разнородных документов, описывающих результаты интеллектуальной деятельности. Для решения этой задачи предлагается использовать систему управления знаниями предприятий ракетно-космической промышленности, построенной на основе новых технологий. Новизна заключается в использовании онтологии доменов (Semantic Web) и «мультиагентного Интернета» в качестве интеллектуальной базы для управления знаниями предприятий ракетно-космических промышленности и всей отрасли. В работе проведён анализ и сравнение доступных онтологических редакторов, отмечены их достоинства и недостатки. Рассмотрен пример использования предлагаемого подхода для описания онтологии, а также представлен механизм создания семантического дескриптора на базе конструкторской и эксплуатационной документации на изделие. Результатом являются разработанные методы и средства для построения систем управления знаниями. Практическое использование системы управления знаниями позволит улучшить эффективность повторного использования результатов интеллектуальной деятельности, повысить производительность работы специалистов предприятий ракетно-космической промышленности за счёт семантизации накопленного материала, а также смысловую поддержку процессов коммуникации и взаимодействия специалистов и экспертов отрасли.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается возможность применения когнитивных моделей для прогнозирования востребованности компетенций на рынке труда. Выделены возможные направления применения когнитивного моделирования при решении задачи прогнозирования востребованности компетенций. Основные задачи исследования: выбор факторов, влияющих на востребованность компетенций, выбор типа когнитивной модели, анализ возможности применения профессиональных стандартов при построении когнитивной модели. Оценивается возможность учёта полученных прогнозов ценности компетенций при корректировке программ обучения в ВУЗе, при этом используется когнитивная модель программы обучения. Новизна предложенного подхода к прогнозированию востребованности компетенций с помощью когнитивных карт заключается в том, что применение когнитивных моделей позволяет при решении рассматриваемой задачи использовать большое число разнородных качественных и количественных факторов: данные о востребованных и прогнозируемых новых профессиях, результаты экспертных опросов, данные о перспективных научных направлениях, данные о тематике и числе научных публикаций и т.п., а также преемственные связи между компетенциями, отражающие стадии их формирования. Полученные результаты применяются при корректировке программы обучения бакалавров.
Бесплатно
Прогнозирование развития сельскохозяйственных культур в цифровом двойнике посевов растений
Статья научная
Предложен метод расчёта выходных параметров сельскохозяйственной культуры в цифровом двойнике посевов растений в зависимости от погодных условий и ресурсных ограничений среды. В основе метода лежит модель «трубок» входных и выходных параметров стадий роста и развития растений - диапазонов идеальных, нормальных и критически важных для выживания растений значений основных факторов внешней среды для каждого сорта растения. Предлагаемый метод расчётов позволяет связать входные и выходные параметры текущей стадии и передать полученные результаты для расчёта следующей стадии, чтобы выстроить итоговый кусочно-линейный план роста и развития растения и дать прогноз урожайности и других параметров растения. Для реализации предложенного метода разработана система и показано её использование для расчётов и экспериментов по моделированию. Результаты расчётов сопоставлены с данными полевых экспериментов по росту и развитию посевов озимой пшеницы. Дана оценка выявленным расхождениям, обсуждаются полученные результаты, формулируются выводы и представляются направления дальнейших исследований и разработок.
Бесплатно
Проект космического ракетного комплекса на базе ракеты-носителя сверхлёгкого класса
Статья научная
В статье рассмотрена потребность ракетно-космической отрасли в ракетах-носителях (РН), предназначенных для запуска малых космических аппаратов, а именно в РН сверхлёгкого класса (РН СЛК). Описаны наиболее известные зарубежные проекты РН СЛК, их особенности и характеристики. Произведено сравнение их с предлагаемой РН СЛК «Аквилон» по основным технико-экономическим показателям. Рассмотрена возможность отработки и применения на предлагаемой РН СЛК «Аквилон» новых технологических и конструктивных решений. В частности: применение в конструкции полимерных композитных материалов (углепластиков в конструкции как сухих отсеков, так и с применением специального покрытия стенок топливных баков; углеуглепластиков в конструкции высокотеплонагруженных элементов: камерах сгорания, створках головного обтекателя, обтекателя первого ускорителя и передних кромок консолей крыла в возвращаемой конфигурации); использование аддитивных технологий при изготовлении двигательной установки, силовых элементов с использованием топологической оптимизации на этапе их проектирования; новых компонентов топлива; создание возвращаемого и повторно используемого первого ракетного блока. Новым для исследований в данном направлении является использование комплексного подхода к рассмотрению современных тенденций в области ракетостроения с учётом потребностей рынка пусковых услуг.
Бесплатно
Проект краткого курса "Избранные вопросы инженерии"
Статья научная
Предложено дополнить существующие вузовские курсы «Введение в инженерию» кратким авторским учебно-проектным курсом «Избранные вопросы инженерии». В качестве примера приведён план пятидневного курса. Курс предназначен для общего понимания специфики, структуры и проблем инженерной деятельности и, по замыслу, должен улучшить освоение материала курсов «Введение в инженерию». Курс имеет формат коллективного учебно-проектного процесса, который реализуется в когнитивной инфраструктуре ситуационного центра на доступных организаторам ресурсах. Такой центр может быть создан вне аудитории с использованием смартфонов участников. Познавательная среда обеспечивается наличием команды поддержки в составе координатора, методолога, планшетиста и игротехника. Функции команды поддержки может выполнить и один специально подготовленный преподаватель, способный к рефлексивному восприятию учебной ситуации. Предложен конструктор вариантов курса, включающий различные типы процессов реализации. Предложен вариант метафорической когнитивной карты инженерии в виде набора картин и комментариев к ним. Отмечена необходимость отдельного рассмотрения: этапов постановки задач и работы над ошибками; возможностей оперативного доступа студентов к сетевым ресурсам и технологий коллективной работы. Использован авторский подход "4К" (коллективный, когнитивный, конфигураторный, конвергентный) в комплексе с системой кросс-технологий, которая обеспечивает многодисциплинарность. Использована концепция взаимной подстройки когнитивных профилей студентов и форматов преподавания учебных предметов (визуальный, аудио, кинестетический, тактильный). Применение перечисленных авторских инструментов обеспечивает оригинальность предложенных решений.
Бесплатно
Проектирование интеллектуальной противопожарной системы
Статья научная
Противопожарные системы используют извещатели, основанные на пороговой обработке измерительных сигналов датчиков факторов пожара и выработке сигнала о пожаре в соответствии с логической функцией. Применение искусственных нейронных сетей позволяет путём их обучения проектировать извещатели, основанные на информации от сети датчиков. Для обучения искусственных нейронных сетей необходимы большие наборы данных, которые предложено получать путём моделирования пожара на суперкомпьютере. Натурные испытания представляют собой дорогостоящий эксперимент, который подвержен случайным факторам, ограничен одним-двумя помещениями и не даёт полного представления о развитии пожара. Поэтому проектирование интеллектуальных пожарных систем относится к классу модельно-ориентированного проектирования. Путём моделирования получены большие наборы данных для обучения алгоритмов пожарной системы и расширен круг решаемых задач. Предложен коллектив нейронных сетей для: поиска оптимального расположения многопараметрических датчиков; определения типа горящего материала; обнаружения возгорания на ранних этапах; локализации зоны возгорания, что позволяет выбрать адекватные средства тушения. Искусственные нейронные сети позволяют прогнозировать развитие пожара, строить карту распределения опасных факторов для поиска оптимального пути эвакуации людей. Приведён пример модельно-ориентированного проектирования судовой противопожарной системы.
Бесплатно
Проектирование интеллектуальной системы управления безопасностью территорий
Статья научная
Представлен концептуальный этап проектирования интеллектуальной системы управления безопасностью территорий. Показаны проблемы информационной поддержки управления, связанные с необходимостью обработки большого объёма неформализованных данных, их низкой достоверностью, описания объектов и процессов не имеют конструктивного характера. Слабо алгоритмизированы процессы согласования и принятия решений, отсутствуют механизмы обратной связи, отражающие качество решений. В качестве альтернативы в статье предлагается использование интеллектуальных технологий, изменяющих процессы сбора, обработки и использования данных. Представлено онтологическое описание модели многоуровневого управления, формализующей основные задачи обеспечения природно-техногенной безопасности территорий. Выделены уровни и объекты управления, показано их информационное обеспечение. В основу модели положены оценки территориальных рисков, представляющие свёртку показателей комплексного мониторинга. Новизна подхода заключается в возможности обоснования видов и объёмов мероприятий с величиной рисков, а также увязки результатов управления с необходимыми ресурсами. Модель является основой проекта интеллектуальной системы. С использованием методов объектно-ориентированного программирования показан переход от онтологического описания к структурно-функциональному проектированию. Представление элементов онтологии в виде множеств позволяет строить многомерные аналитические модели, раскрывающие способы решения задач управления в конкретных условиях. Это позволяет обосновать состав информации и требования к её качеству для каждого уровня иерархии территориального управления. Приведены примеры решения задач обеспечения территориальной безопасности в соответствии с предложенной классификацией. Модель может использоваться в качестве научной основы программ цифровизации управления, реализуемых в субъектах Российской Федерации.
Бесплатно
Статья научная
Открытые сообщества пользователей в социальных медиа являются источником данных, оперативно представляющим тематическую повестку актуальных для населения вопросов. Индикаторы активности пользователей - просмотры, комментарии и репосты - обладают динамической природой. В статье представлен новый взгляд на задачи тематического моделирования, результаты которого исследуются на наличие динамических свойств. Эти данные актуальны для решения задач информационной поддержки регионального и муниципального развития. Представлен опыт проектирования информационной системы комплексного тематического анализа больших открытых данных социальных медиа. Система основана на использовании трёх технологий: построения динамических тематических моделей для мониторинга социальных медиа; интеллектуального анализа результатов тематического моделирования объектов и процессов социальных медиа; когнитивной визуализации результатов динамического тематического моделирования. Для учёта проектной неопределённости использованы средства объектного моделирования, системного проектирования и модульный подход.
Бесплатно
Проектирование компонентов бортовых кабельных сетей с учётом требований технологичности
Статья научная
Рассматривается проектирование компонентов бортовой кабельной сети летательного аппарата, удовлетворяющих требованиям нормативно-технической документации. Отмечены этапы жизненного цикла летательного аппарата, на которых происходит анализ и оценка принятых на этапе проектирования технических решений, направленных на приспособленность к монтажу и демонтажу изделий и агрегатов летательного аппарата. Определён состав конструкторской документации, необходимой для изготовления компонентов бортовой кабельной сети. Показаны особенность этапов проектирования и противоречивость требований нормативно-технической документации, используемой при проектировании компонентов бортовой кабельной сети летательного аппарата. Формализована совокупность требований технологичности, работоспособности, безотказности и электромагнитной совместимости компонентов бортовой кабельной сети. Определены критерии технологичности жгута. Предложен метод синтеза образа компонентов бортовой кабельной сети с использованием графа, вершины которого дополнены признаками, характеризующими особенности проводного подключения к элементам бортовых систем. Разработан алгоритм действий проектировщика при определении необходимости введения разъёма в электрическую цепь с учётом требований электромагнитной совместимости проводов. Сформулированы рекомендации проектировщикам компонентов бортовой кабельной сети летательного аппарата.
Бесплатно
Проектирование мультиагентной системы управления зданием с использованием онтологий
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы проектирования системы управления зданием. Одной из проблем, возникающих при проектировании, является проблема организации слаженной работы традиционных и новейших систем управления инженерным оборудованием. Другой проблемой является выявление предпочтений и учёт деятельности людей. Для решения указанных проблем автор предлагает использовать мультиагентный подход. На основе анализа опубликованных архитектур мультиагентных систем управления зданием проведена классификация агентов, в результате которой сформирован перечень агентов и определены классы агентов и их характеристики. Показан пример построения архитектуры мультиагентной системы управления зданием и приведено описание функций отдельных агентов. Произведена проверка проектных решений путём компьютерного моделирования мультиагентной системы в среде AnyLogic. Впервые предложены классы агентов, являющиеся основой для построения архитектуры мультиагентной системы управления зданием.
Бесплатно
Проектирование предприятий рецептурного производства на основе онтологий
Статья научная
В данной работе предлагается подход к проектированию предприятий рецептурного производства на основе формальных онтологий на примере белорусского предприятия ОАО «Савушкин продукт». Рассмотрены вопросы формализации стандартов, на основе которых осуществляется деятельность производства на примере стандарта ISA-88. Предлагается рассматривать стандарт ISA-88 как онтологию предметной области рецептурного производства, записанную на естественном языке. Формализация стандарта, таким образом, состоит в отображении структуры и содержания исходного текста документа стандарта на иерархию предметных областей и соответствующих им онтологий. Формальное представление стандарта является основой корпоративной интеллектуальной системы и позволяет автоматизировать решение целого ряда задач, включая информационное обслуживание сотрудников, приведение производства в соответствие стандартам и формальную оценку такого соответствия. Принципиально новым в данной работе является применение в качестве основы для построения интеллектуальной системы предприятия формального представления промышленного стандарта, выполненного на базе графодинамических моделей представления и обработки знаний.
Бесплатно
Статья научная
Целью работы является создание интегрированной технологии проектирования силовых конструкций с использованием топологической оптимизации и аддитивного производства, а также её апробация на примере конкретной задачи проектирования и изготовления конструкции аэрокосмического назначения. Предлагаемая технология включает основные этапы проектирования, учитывающие особенности аддитивного производства. В системе ANSYS спроектирована силовая схема конструкции на основе топологической оптимизации. Для уточнения размеров и формы силовых элементов конструкции использован модуль, позволяющий оптимизировать геометрическую модель конструкции путём смещения узлов расчётной сетки модели. Результаты поверочного расчёта показали, что спроектированная конструкция имеет значительно меньшую массу по сравнению с прототипом и не уступает ему по жёсткости, прочности и минимальным значениям частот собственных колебаний. Показана реализация производственного процесса для создания заготовки образца конструкции с использованием технологии селективного лазерного сплавления. Разработка 3D-модели заготовки образца конструкции выполнена в программном продукте Siemens NX . Для рассматриваемой конструкции применён метод компенсации остаточных напряжений на основе оптимизации теплоотводов на технологической платформе построения и метод предварительной коррекции геометрии заготовки детали в программном комплексе SimufactAdditive . Полученные результаты показывают возможности внедрения аддитивного производства совместно с топологической оптимизацией в конструкции космических аппаратов, в том числе в силовые конструкции их двигательных установок.
Бесплатно
Проектирование систем программного обеспечения под управлением онтологий: модели, методы, реализации
Статья научная
В представленном обзоре обсуждаются вопросы проектирования систем программного обеспечения под управлением онтологий. На основе краткого анализа «классических» технологий, подходов и методов показано, что в настоящее время акценты исследований и разработок всё больше смещаются из области технологий программирования в сторону моделирования процессов проектирования программного обеспечения, а также спецификации разрабатываемых систем и тестирования результатов разработок. Общим трендом является использование методов и средств онтологического моделирования процессов проектирования и спецификаций разрабатываемых систем. Обсуждаются парадигмы моделирования процессов разработки и инжиниринг программного обеспечения на основе повторного использования компонент. При этом общим подходом, поддерживающим рассмотренные парадигмы, является программирование через генерацию. Показано, что исследования и разработки в области создания семантических моделей проектирования программного обеспечения развиваются в настоящее время в рамках нового направления - Ontology-Based (-Driven) Software Engineering . При этом наряду с разработками по онтологическому моделированию процессов проектирования программного обеспечения активно ведутся работы по созданию инструментов онтологического инжиниринга в данной предметной области. Теоретические основы онтологического моделирования процессов проектирования программного обеспечения позволяют сместить центр тяжести от моделей сборки программного обеспечения прикладных систем из крупных функциональных блоков к моделям генерации блоков из согласованной системы онтологических паттернов их внутренних спецификаций. Перспективы в рассматриваемой области связаны с использованием методов и средств машинного обучения для генерации онтологических моделей проектирования программного обеспечения.
Бесплатно
Проектирование системы сбора полётной информации для расчёта аэродинамических характеристик БПЛА
Статья научная
В статье описана разработка бортовой системы сбора информации для расчёта аэродинамическиххарактеристик беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые возможно получить только в условиях свободного полёта. Представлена функциональная схема, описан алгоритм работы системы регистрации параметров полёта. Предложенные решения позволяют собрать большой объём информации и повысить эффективность системы за счёт отбора и сжатия информации. Собранная информация используется для определения аэродинамических характеристик, обеспечивая отказ от испытаний моделей БПЛА в аэродинамических трубах, за счёт чего может быть достигнута экономия средств и времени на разработку новых БПЛА. Рассмотрены особенности информационного обмена между элементами системы, позволяющие ускорить передачу данных и повысить точность измерений за счёт увеличения частоты опроса измерительных устройств. Полученные результаты могут представлять интерес для разработчиков автономных измерительных систем. Особое значение для расчёта аэродинамических характеристик БПЛА по предлагаемому методу имеет высокая точность измерения параметров траектории летательного аппарата, включая возникающие в процессе движения линейные ускорения и угловые скорости. В статье рассматривается вариант аппаратной реализации предложенной системы для БПЛА.
Бесплатно
Проекционный принцип построения функционально-воксельных моделей
Статья научная
Рассматривается проблема автоматизированного получения пространственной цифровой модели по плоским чертежам. Об актуальности свидетельствует множество существующих подходов к еѐ решению. Новым является использование аналитического R-функционального геометрического моделирования к решению задач на основе структурного подхода к конструированию описания аналитическими функциями сложного геометрического объекта. Обсуждаются принципы компьютерного аналитического конструирования сложных геометрических объектов с применением функционально-воксельного моделирования (ФВ-моделирование). Такое моделирование обеспечивает переход от непрерывного представления области аналитических функций к дискретнонепрерывному компьютерному аналогу, базирующемуся на графических многомерных образахмоделях, позволяющих хранить информацию о локальной функции в каждой точке дискретной области. Принципы ФВ-моделирования применены к функциям R-функционального моделирования, составляющего основу аналитических конструкций сложного геометрического объекта. Показана возможность изменения размерности пространства аргумента путѐм добавления дополнительной или изъятия лишней локальной геометрической характеристики, позволяющей описать влияние такого аргумента на поведение формулируемой функции. Рассматривается принцип увеличения размерности ФВ-модели области плоской функции для последующего применения средств R-функционального моделирования на трѐхмерной области. Применение принципа ФВмоделирования функций В.Л. Рвачѐва позволяет обеспечить переход к расчѐту локальных геометрических характеристик линейной функции, что снижает сложность компьютерного представления R-функциональной модели. На основе закона вращения в плоскости вокруг ортогональной оси разработан принцип вращения ФВ-модели, позволяющий на основе плоской ФВ-модели для функции-проекции построить пространственную ФВ-модель фигуры вращения. Разработанные инструменты ФВ-моделирования можно рассматривать как дополнительный инструмент к решению основной задачи 3D-моделирования по плоским проекциям (чертежам).
Бесплатно
Развитие системы информационного обеспечения административного органа территориального управления
Статья научная
Рассматривается развитие системы информационного обеспечения административного органа территориального управления. Опубликованные работы, в которых поставлены задачи исследования особенностей информационного обеспечения административных органов территориального управления уровня районов города, практически отсутствуют. Применительно к системе информационного обеспечения административного управления районом города адаптированы концепции многоуровневого информационно-управляющего комплекса и сервис-ориентированной архитектуры. Для обоснования выбора инновационных технологий и сервисов при развитии информационного обеспечения административного органа территориального управления предложены методы и модели, основанные на применении системно-целевого подхода. Проведены структуризация и анализ целей и задач территориального управления. Предложены модели организации экспертиз, базирующиеся на оценке влияния инновационных технологий и программных продуктов на реализацию целей и задач, решаемых органом административного управления, с учѐтом взаимного влияния нововведений и существующего информационного обеспечения. Разработанные методы и модели позволяют оценивать значимость инновационных технологий для выполнения основных функций информационно-управляющего комплекса административного управления на уровне района города.
Бесплатно
Разработка онтологий для цифрового двойника зданий
Статья научная
Рассматривается разработка онтологических моделей для цифрового двойника зданий. Предлагаемая в статье архитектура цифрового двойника здания включает целый комплекс моделей, среди которых одну из главных ролей играют онтологии. Комплекс онтологий цифрового двойника включает: онтологию информационной модели здания, онтологию энергомодели, онтологию инженерных систем здания, онтологию компьютерных моделей здания, онтологию автоматизированной системы управления зданием и другие. В результате работы был создан набор независимых базовых онтологий, пригодных для повторного использования. Приведены примеры описания классов базовых онтологий и отношений между ними. Модульный принцип построения значительно облегчает создание онтологий цифрового двойника, имеющих пересекающиеся множества понятий и отношений из их предметной области. Используя набор базовых онтологий, можно создать онтологии, необходимые для функционирования цифрового двойника здания. Приводится пример построения онтологии автоматизированной системы управления зданием. Новым является детальная проработка онтологий по сравнению с известными онтологиями, заключающаяся в добавлении новых необходимых классов, подклассов и отношений. Это значительно расширяет возможности описания предметной области. Применение онтологий значительно облегчает обмен данными между встроенными моделями и служебными программами цифрового двойника, а также между цифровым двойником и людьми или внешними программами.
Бесплатно
Статья научная
Реформа образования, происходящая в России, затронула не только его ступени и набор изучаемых предметов, но и потребовала от преподавателей большей актуализации и интенсификации собственной деятельности. Оценка деятельности сотрудников помогает определить эффективность выполнения той или иной работы, позволяет установить соответствие показателей необходимым требованиям. В статье предлагается совместное применение квалиметрического подхода и онтологии для определения рейтинга преподавателей. С этой целью было разработано клиентское приложение с базой данных на сервере MSSQL, предназначенное для накопления информации, необходимой для расчёта рейтинга, и расчёта интегральной оценки качества работы преподавателя на основе значений показателей и весов. База данных преобразуется в онтологию в редакторе FLUENT с помощью программного средства ANTLR. Онтология, содержащая классы (институты, кафедры, преподаватели, группы показателей, интегральные характеристики преподавателей и др.), их атрибуты и отношения, позволяет выполнять различные запросы к базе данных. Предлагаемый подход, впервые сочетающий использование упомянутых программных продуктов, позволит более объективно оценивать деятельность преподавателя, стимулировать его к повышению эффективность работы.
Бесплатно
Статья научная
Процесс диагностирования электротехнического оборудования на этапе эксплуатации является многофакторным, сложным для математического описания и моделирования, поскольку факторы, влияющие на работу и техническое состояние оборудования, могут быть представлены не только количественными, но и лингвистическими переменными. Для повышения производительности функционирования и уровня отказоустойчивости оборудования необходимо разрабатывать методы и модели диагностирования, позволяющие учесть основные факторы, которые влияют на техническое состояние оборудования. В работе решается задача разработки системы иерархических продукционных правил для диагностирования электротехнического оборудования с учётом измерительной и экспертной информации. Новизной является то, что правила привязаны к разработанным неоднородным когнитивным моделям, которые охватывают закономерности получения, передачи, обработки разнотипных данных и в ранжировании правил с учётом длины пути в моделях между вершинами «условие» и «заключение», отражающих обобщённые знания дежурного персонала. Это позволяет уменьшить объём базы знаний, содержащей продукционные правила, сделать процесс поиска более эффективным и принять обоснованные диагностические решения относительно исправности оборудования.
Бесплатно
Семантические модели для оценки влияния комплекса факторов на развитие заболеваний
Статья научная
Представлен анализ подходов и решений к прогнозу состояний, развития заболеваний и оценке рисков. Показано, что реализация программных сервисов на различных платформах затрудняет возможность их комплексного использования и выбор между имеющимися решениями. Это обусловило актуальность создания единой семантической модели заболеваний, интегрирующей различные методы и подходы и аккумулирующей знания о рисках и прогнозе в едином информационном пространстве. Предложена новая семантическая модель для учёта влияния комплекса факторов на развитие различных событий, угрожающих здоровью и жизни. Особенностью модели является независимость от конкретного заболевания либо группы заболеваний, что позволяет использовать её в различных разделах медицины. Данная модель апробирована на платформе IACPaaS, реализован программный решатель, позволяющий на основе базы знаний и анализа электронной медицинской карты пациента генерировать понятное для врачей объяснение. Применение новой модели для формирования знаний показано на примере оценки рисков и прогноза сердечно-сосудистых событий.
Бесплатно
