CC BY
15
УДК 004.822 Дорофеев Роман Сергеевич,
аспирант, кафедра технологии машиностроения, НИ ИрГТУ, e-mail: rdobermann@list.ru
РАЗРАБОТКА ТИПОВОЙ ФОРМЫ ДЛЯ ВВОДА ЗНАЧЕНИЙ СВОЙСТВ ЭКЗЕМПЛЯРОВ ОНТОЛОГИИ
R.S. Dorofeev
DEVELOP A TEMPLATE FOR ENTERING THE PROPERTY VALUES OF ONTOLOGY INSTANCES
Аннотация. В работе рассматривается уточненный вариант онтологии для оценки качества изделий, обосновывается необходимость разработки приложения для ввода значений свойств экземпляров онтологии.
Ключевые слова: онтология, типовая форма, признаки, экземпляры, язык OBL.
Abstract. In the work, the specified option of ontology for products quality assessment is considered, necessity of application programming for ontology locates copies properties values input is proved.
Keywords: ontology, standard form, attributes, instances, OBL language.
Введение
Зачастую разработанные приложения не отвечают всем требованиям пользователей или необходимый набор функций доступен только в более полной версии, которая является платной. Если приложение не является открытым, то есть отсутствует возможность интеграции самостоятельно разработанных модулей, то возникает необходимость разработки стороннего приложения, которое исполняло бы нужные функции, имея непосредственную связь с исходным приложением.
Подобная задача возникла при работе с пакетом OntoStudio, предназначенным для построения онтологий, в котором отсутствует возможность создания формы для корректировки значений свойств экземпляров онтологии или расширения дополнительными модулями, удовлетворяющими подобным требованиям. Программный продукт OntoStudio был разработан фирмой Ontoprise GmbH в 2007 году как профессиональная среда для решений, базирующихся на онтологиях. Она объединяет уникальный набор средств моделирования описания онтологий и правил с компонентами для интеграции гетерогенных источников данных. В качестве языков онтологий OntoStudio поддерживает WSC-стандарт OWL, RDFS, F-Logic и Object Logic для разработки правил и запросов.
OntoStudio имеет бесплатную триал-лицензию на 3 месяца [1].
Онтология - это точная спецификация некоторой области, которая включает в себя словарь терминов этой области и множество логических связей (типа «элемент - класс», «часть - целое»), которые описывают, как эти термины соотносятся между собой.
Онтологии позволяют представить понятия в таком виде, что они становятся пригодными для машинной обработки. Нередко онтологии используются в качестве посредника между пользователем и информационной системой, они позволяют формализовать договоренности о терминологии между членами сообщества, например между пользователями некоторого корпоративного хранилища данных.
В центре большинства онтологий находятся классы, образующие иерархию, экземпляры классов, которые описывают понятия предметной области. Например, все информационные ресурсы Интернета, с одной стороны, можно классифицировать как текстовые, графические, аудио, мультимедийные и так далее, а с другой - как платные либо бесплатные. Классы и экземпляры имеют свойства. Например, информационные ресурсы можно описывать через такие свойства, как размер, имя, тематика, местоположение, протокол доступа и так далее.
На формальном уровне онтология - система, состоящая из наборов понятий и утверждений об этих понятиях, на основе которых можно строить классы, объекты, отношения, функции. Практически все модели онтологии содержат определенные концепты (понятия, классы), свойства концептов (атрибуты, роли), отношения между концептами (зависимости, функции) и дополнительные ограничения, которые определяются аксиомами. Концептом может быть описание задачи, функции, действия, стратегии, процесса, соображения и так далее [2, 3]. Рассмотрим построение онтологической системы для оценки качества из-
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
m
делии, в качестве примера возьмем показатели для оценки качества металлорежущего станка в соответствии с ГОСТ 15467-79 «Управление качеством продукции» [4]. Показатель качества станка - это количественное выражение одного или нескольких своИств машины применительно к определенным условиям ее создания и эксплуатации.
Имеем следующую иерархию признаков:
1. Геометрическая и кинематическая точность.
1.1. Угол поворота шпиндельной головки.
1.2. Расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности.
1.3. Расстояние от оси шпинделя до направляющих станины.
1.4. Перпендикулярность направления вертикального перемещения консоли рабочей поверхности.
1.5. Перпендикулярность продольного перемещения стола.
1.6. Радиальное биение конического отверстия шпинделя на расстоянии L = 300.
1.7. Радиальное биение конического отверстия шпинделя у торца.
1.8. Частота вращения шпинделя.
2. Динамические качества.
2.1. Виброустойчивость.
2.2. Погрешность обработки.
2.3. Прочность.
2.4. Статическая жесткость.
2.5. Стойкость к тепловым воздействиям.
3. Надежность и долговечность.
3.1. Средняя безотказная наработка.
3.2. Средняя наработка до первого отказа.
3.3. Коэффициент технического использования.
3.4. Коэффициент готовности.
3.5. Гарантийный срок службы.
4. Показатели технологичности.
4.1. Блочность.
4.2. Материалоемкость
4.3. Трудоемкость
4.4. Коэффициент применяемости
5. Сохраняемость
5.1. Сопротивляемость коррозии
5.2. Износоустойчивость
5.3. Термостойкость
5.4. Стабильность рабочих процессов
6. Экономичность
6.1. Удельная масса металла
6.2. Удельный расход электроэнергии
7. Эксплуатационные показатели
7.1. Безопасность
7.2. Производительность
7.3. Экологичность
7.4. Мощность привода подач
7.5. Мощность привода главного движения
8. Эргономические показатели
8.1. Уровень звука
8.2. Корректировочный уровень звукового давления
8.3. Октавный уровень звуковой мощности
8.4. Октавный уровень звукового давления
В [5] был рассмотрен предварительный вариант онтологии этой предметной области.
В качестве экземпляров в онтологию включим два станка одинакового типа 6P13 с названиями 6P13-1 и 6P13-2 [6, 7]. В качестве экспертов приглашены два реальных лица, сотрудники Института авиамашиностроения и транспорта кафедры технологии машиностроения Иркутского государственного технического университета, доценты В.А. Захаров и О.М. Балла.
Для рассматриваемой группы объектов «Качество металлорежущего станка» была построена онтология, дерево которой показано на рис. 1 .
Признаки (Properties) принадлежат классу
Ontology Navigator
I Ijpr NewOntoIogyProject [ObjectLogic] л ¿ä Оценка_качества_станков л & Classes
л § Оценка_качества_станков
Q Геометрическая_и_ки н ем ати ч еская_то1 Q Динамические_ качества
H а деж н ость_и_д ол го а еч н о сть
ш п
lf-i Сохраняемость л Q Станки
^ Металл орежущий_станок Q Экономичность Q Эксперты
Эксплуатационные^ S Эргономически I Ê31 Properties
^ Безопасность Р Блочность
IP Instances \ Q 6Р13-1 Q 6Р13-2
□ Entity Properties Identifier
te: Металл орежущий_ст
Properties Range Min Ma
| .J И м еет_геом етри ч еску ю_и_ки н ем ати ч еску ю_точ н ость И Геометрическая_и_кинематическая_точность 1 N
И меет_дин амические_качества Ц Динамические_качества 1 N
И меет_надежность_и_долговечн ость Надежность_и_долговечность 1 N
И меет_показатели_технологичности td 11оказатели_техн алогичности 1 Ы
| „J И меет_сохраня ем ость И Сохраняемость 1 N
И меет_э гано ми чность ira Экономичность 1 N
|у^Имеет_эксгтлуатационные_показатели jraj Эксплуатационные_показатели 1 N
|Ujj И м еет_эргон ом и ч ески е_п оказател и ^ Зргономические_показатели 1 Ы
Ы 0ценивают_показатели Ю1 Эксперты 1 N
< 1 кг У
Properties | Comments & Labels Synonyms | Meta Information |
Рис. 1. Дерево онтологии металлорежущего станка
«Станки» и наследуются подчиненным классом «Металлорежущий станок». Они являются ссылками на классы «Геометрическая и кинематическая точность», «Динамические качества» и т. д., имеющие, в свою очередь, признаки числового типа (в данном случае double) и 1:N - число экземпляров. Для этих классов также имеются экземпляры (наборы признаков для станков 6P13-1 и 6P13-2) (рис. 2). Каждый признак для каждого станка оценивается экспертами, являющимися эк-
земплярами класса «Эксперты» (рис. 3).
Признаки могут быть численно оценены каждым экспертом для каждого экземпляра, с целью дальнейшей оценки качества (рис. 4).
Экземплярами 6Р13-1 и 6Р13-2 наследуются признаки, принадлежащие понятию «Станки» (рис. 5).
В результате получается база знаний классов и признаков, по которым можно оценить любой металлорежущий станок.
A Ontology Navigator
4 NewOntologyProject [ObjectLogic] ' & Оценка_качества_станков л & classes
|E| Геометрическа § Динамические
| Надежно
in
Щ С охр а л § Станки
Q Металлорежущий_1 Н Экономичность § Эксперты Щ Эксплуатаци S Эрг < & Properties Безопаа Ё? Блочное
Q (Балла O.MJ6P13-1: Ди1 П (Балла О.М.)бР13-2: Ди1 У (Захаров B.AJ6P13-1: Ди< В (Захаров В,А.)6Р13-2: Ди1
II
9 Entity Properties Identifier Local name: Диг Properties
Properties Range Min Max
Р Виброусто!- Q do uble 1 1 X
If1 Погрешнос ть_обра6отки Q] do uble 1 1 X
pi Прочность SO do uble 1 1 X
Р Статическа я_жесткость QJ do uble 1 1 X
к_тепл овы м_воздей ствия м 3} do uble 1 1 X
Properties | Comments 8i Labels | Synonyms | Meta Information
Рис. 2. Признаки и экземпляры понятия «Динамические качества»
A Ontology Navigator
Рис. 3. Экземпляры класса «Эксперты»
NewOntologyProject [ObjectLogic А Оценка_ка & Classes § Оценка
Геометриче g Дин; Щ Надежность_и_долговечность g П.
Coxpai g Станки
§ Металлорежущий. § Экономичность Я Эксперты Q Эксплуатаци! g Эргомоиич« & Properties gl Безо! Ê5 Бл(
|| j (Балла O.MQ6P13-1; Дш
Q (Балла O.MJ6P13-2: Дш Q (Захаров В,А,)бР13-1: Ди1 Н (Захаров В.А.16Р13-2;
0
'Ы Entity Identifie
(Балла 0,М,)бР13-1: Динак
Identifier Value
^ Виброустойчивость
■ Виброустойчивость 30 X
Погрешность_э6работки
■ Погрешность_обработки ^ Прочность 4.0 X
■ Прочность 4.0 X
Стати ческая_жесткость
■ Статическая жесткость 5.0 X
Стой косп>_к_теп л овы м_воздей ствия м
1 ■ Стойкость. е_тепловым_воздействиям 3.0 X
Properties | Comments Bi Labels Synonyms |
Рис. 4. Числовые значения показателей «Динамические качества» для экземпляра станка 6Р13-1,
оцененные экспертом О.М. Баллой
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
Рис. 5. Признаки для экземпляра станка 6Р13-1
Как видим, в пакете OntoStudio ввод и корректировка значений признаков неудобны для рядового пользователя, поэтому возникает необходимость в разработке приложения для удобной визуальной корректировки признаков экземпляров.
OntoStudio сохраняет онтологию в файле с расширением obl. Этот файл написан на языке разметки Object Logic, которым описываются понятия онтологии, экземпляры, их атрибуты и отношения. Онтология на языке OBL представляет собой плоский файл, в который можно вносить
любые корректировки, изменять имена, добавлять и удалять информацию, придерживаясь общей структуры онтологии.
Так как язык ОБЬ меняется при изменении версии пакета Оп1ю81;и<1ю, опишем его в виде конечного автомата, графом которого управляется визуальная программа. При изменении языка достаточно переработать автомат. Граф автомата, соответствующий версии языка OBL, действующей в настоящее время, показан на рис. 6, где Q -состояния автомата, стрелки - переходы, осу-
иркутским государственный университет путей сообщения
Рис. 7. Окно приложения для работы с онтологией
ществляемые под воздействием символов входной цепочки [8]. Граф получен с помощью свободно распространяемого пакета JFLAP.
На рисунке приняты обозначения: Class name - CN, Sub class name - SubCN, Group name -GN, Sub group name - SubGN, Attribute name - AN, Instances - Inst, Data Type - Type, Value - Val, Number of instances - Inst_num.
На рис. 7 представлен вид окна разработанного приложения.
В приложении выбирается один из существующих экземпляров классов, содержащий числовые признаки, или создается новый. Скорректированная онтология записывается в новый файл с расширением obl.
Заключение
Таким образом, разработаны уточненная версия онтологии для оценки качества станков и приложение, расширяющее возможности пакета OntoStudio, облегчающее корректировку признаков для рядового пользователя.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. OntoStudio. Ontoprise / Semafora System : оffícial website. URL: http://www.semafora-systems.com/en. (accessed 04.09.2013).
2. Гаврилова Т. А. Базы знаний интеллектуальных систем : учеб. СПб. : Питер, 2001. 384 с.
3. Guariano N., Giaretta P.Ontologies and Knowledge Bases. Towards a Terminalogical Clarification //Towards Very Large Knowledge Ba-ses.1995-N.J.I.Mars (ed.) IOS Press, Amsterdam.
4. ГОСТ 15467-79 Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения : постановление Госстандарта России от 26.01.1979 № 244. М. : Госстандарт, 1979.
5. Дорофеев Р.С. Применение методов онтологии для оценки качества станков // Высокие технологии, исследования, промышленность : сб. трудов Девятой междунар. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Т. 2. / Р.С. Дорофеев, С.С. Сосинская - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010.
6. Сосинская С. С. Многообразие подходов к оценке качества программных средств // Кибернетика и высокие технологии XXI века (C&T-2008) : сб. докл. Воронеж : НПФ «Сакво-ее», 2008.
7. Экспертные оценки в квалиметрии машиностроения / Р. М. Хвастунов и др. М. : Техноне-фтегаз, 2002. 142 с.
8. Ахо А. Теория синтаксического анализа, перевода и компиляции. Т. 1: Синтаксический анализ. М.: Мир, 1978. 308 с.
