В инженерном деле функции интерпретации во многом стандартизованы или унифицированы. Их описания содержатся в обширных терминологических справочниках, издаваемых издательством стандартов [2].
Онтологии класса словарей (R=) полезны, но малопродуктивны для автоматизации инженерного проектирования. Для создания интеллектуальных САПР необходимы семантические сети, в которых понятия связываются друг с другом различными отношениями.
К числу основных отношений такого типа относится родовидовое отношение ЕСТЬ-НЕКОТОРЫЙ или в английской нотации “is a”. На базе родовидовых отношений строятся обобщения понятий и разного рода классификаторы. Иерархическая система понятий, связанных между собой отношением is a (быть элементом класса) называется таксономической структурой. Этой структуре соответствует специальный подкласс онтологий,- простая таксономия (табл.1):
O =To = <C, {is a},{}>.
Отношение is a имеет фиксированную заранее семантику и позволяет организовать структуру понятий онтологии в виде дерева. Понятия, приведенные в табл.2, связаны родовидовыми отношениями. Родовым является понятие «изделие». Разновидности его составляют понятия «комплекс», «комплект», «сборочная единица» и «деталь».
Вторым важнейшим классом отношений между понятиями является отношение типа целое-часть, с помощью которого осуществляется абстракция агрегации понятий. В русской нотации это отношение обозначается СОСТОИТ-ИЗ, а в английской “part of”. С помощью этого отношения сложное понятие раскрывается посредством его декомпозиции на составляющие компоненты.
Иерархическая система понятий, связанных между собой отношением “part of” («быть частью») называется мерономической структурой [3]. Этой структуре соответствует подкласс онтологий - простая мерономия (табл.1)
O= Mo =<C, {part of}, {}>
Понятия из табл.2 могут быть связаны между собой не только родовидовыми отношениями, но и отношениями включения part of. При этом отношение целое-часть образует следующую иерархию: комплекс (комплект), сборочная единица, деталь.
На рис.1 приведена семантическая сеть понятий, связанных обоими типами отношений. При этом использована графическая нотация, принятая в стандарте IDEF1X. На этом рисунке обозначено наличие родовидовых декомпозиций понятий. Декомпозиции понятий «сборочная единица» и «деталь» по отношению is a, не раскрытые на рисунке, зафиксированы в классификаторах ЕСКД.
Рис.1. Семантическая сеть изделий
Например, в табл.3 приведены примеры разновидностей сборочных единиц в соответствии с классификатором ЕСКД.
Как видно из примеров функций интерпретации в табл.2, пересечение множеств C1 и C2 не являются пустыми (C1 C2). При определении понятия-разновидности всегда используют родовое понятие в совокупности с ограничивающими терминами. При этом ограничения должны быть построены так, чтобы выделенные подклассы не пересекались, то есть не имели общих экземпляров.
Таблица 3 Классы сборочных единиц по ЕСКД
N класса
Наименование класса
06
Оборудование гидромеханических, тепловых, массообменных процессов
28
Оснастка технологическая. Инструмент режущий
29
Оснастка технологическая, кроме инструмента режущего
30
Сборочные единицы общемашиностроительные
31
Подшипники качения
38
Двигатели (кроме электрических)
48
Оборудование подъемно-транспортное и погрузочно-разгрузочное
52
Машины электрические вращающиеся
В связи с необходимостью эксплицитной (явной) спецификации процессов функционирования онтологии принято рассматривать онтологические системы. Под формальной моделью онтологической системы o понимают [1] триплет вида:
o = <Ometa, {Od&f}, inf>,
где Ometa - онтология верхнего уровня (метаонтология); {Od&f}={Od}{Of}- множество предметных онтологий и онтологий задач предметной области; inf - модель машины вывода, ассоциированной с онтологической системой o.
В модели o имеются три онтологические компоненты:
метаонтология;
предметная онтология;
онтология задач.
Метаонотология оперирует общими концептами и отношениями, которые не зависят от конкретной предметной области. Метаонтология должна содержать концепты и отношения, необходимые как для предметной онтологии, так и для онтологии задач. Последние в совокупности должны обеспечивать построение операциональной модели M предметной области. На основе этой модели производится преобразование исходных данных In, необходимых для автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов их изготовления, в выходные данные Out, содержащие модель результатов инженерного проектирования (рис.2).
Рис.2. Операциональная модель САПР в нотации IDEF0
Операциональная модель M представляет собой совокупность концептуальной структуры Sk, отражающей понятийную структуру предметной области, и функциональной структуры Sf, моделирующей функции преобразования входных данных In в выходные Out. Sk представляет собой синтаксический аспект предметной онтологии, содержащий описание семантики понятий, а Sf - синтаксический аспект онтологии задач, содержащий смысловое содержание этих задач.
M = (Sk, Sf)
Sk выступает как пассивная компонента, содержащая данные, а Sf - как активная компонента, преобразующая данные [1].
Метаонтологию как и другие виды онтологий целесообразно строить на основе стандартов, причем желательно международных. Компоненту метаонтологии, связанную с описанием концептуальной структуры, целесообразно строить на базе стандарта IDEF1X, а компоненту метаонтологии, связанную с функциональной структурой - на основе стандарта IDEF0.
При таком подходе взаимосвязь между компонентами онтологической системы выглядит, как это представлено на рис.3.
Предметная онтология Sk содержит понятия, описывающие конкретную предметную область и отношения между ними. Каждое понятие имеет полное имя, образуемое словом или словосочетанием естественного языка. В информационных технологиях принято помимо полного присваивать и короткое имя или идентификатор, содержащий не более 8 символов. Содержание понятия описывается с помощью его существенных свойств (атрибутов). Свойства, как и понятия, имеют полные и короткие имена, а также определенный тип данных. Различные понятия не могут иметь одинакового содержания.
Что касается связей между понятиями, то в онтологии инженерных знаний достаточно использовать отношения is a и part of, с помощью которых формируется понятийная метасистема.
На рис.4 представлен экран инструментального средства СПРУТ-технологии, предназначенного для описания предметной онтологии. Формирование имени и идентификатора понятия, а также его содержания производится в средней части экрана с помощью соответствующих панелей редактора. На рис.4 приведено описание родового понятия «Деталь». Содержание этого понятия формируют собственные атрибуты, присущие всем деталям (наименование, обозначение, марка материала, масса и т.п.).
Рис.3 Структура онтологической системы
Родовидовые отношения (is a)формируются с помощью свойства, именуемого дискриминатором. В данном случае это вид детали. Подвиды присоединяются с помощью правого окна. В этом окне перечислены групповые детали: вал, вал-шестерня, втулка, колесо зубчатое и т.п.
Для задания структуры, определяемой отношением part of, используется левое верхнее окно. В нем перечислены комплексные конструкторско-технологические элементы, из которых может состоять деталь: отверстия, элементы осесимметричные и призматические. Кроме того, с помощью этого отношения с деталью соединяются данные ее заготовки, покрытий и термообработки. Описываемое понятие может наследовать свойства других понятий, расположенных выше по иерархии part of. Это наследование задается с помощью левого нижнего окна экрана.
Рис.4 Экран формирования предметной онтологии
Онтология задач Of содержит функции, с помощью которых производится преобразование входных данных In операциональной модели M в выходные Out. Каждая функция, также как и понятие имеет полное и короткие имена. Полное имя в соответствии со стандартом IDEF0 формируется в виде словосочетания, состоящего из отглагольного существительного, описывающего действие, выполняемое функцией (расчет, определение, формирование и т.п.), существительного, указывающего предмет, на который направлено действие, и дополнительных слов, содержащих описание ограничений. Короткое имя представляет собой идентификатор. Подобно свойствам понятия каждая функция имеет набор входных, выходных и управляющих (C) переменных (рис.2). В онтологии инженерных знаний достаточно использовать переменные трех типов: целые и действительные числа и, а также символьные переменные. Переменные имеют полные и короткие имена.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26
