CC BY
100
СТРУКТУРА МЕТОДА ФОРМИРОВАНИЯ ОНТОЛОГИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
Анисимов О.В., к.т.н., доцент, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского (г. Ярославль), qwaker@inbox.ru Приветень А.С.,
Военно-космическая академия имени
А. Ф. Можайского (г. Ярославль),
privet-en@yandex.ru
Курчидис В.А., д.т.н., профессор,
Военно-космическая академия имени
А. Ф. Можайского (г. Ярославль),
idahmer@yandex.ru
Ключевые слова:
информационная поддержка, техническая эксплуатация, концептуальная модель, радиоэлектронная аппаратура, онтология предметной области, цикл восстановления
АННОТАЦИЯ
Показано, что существует противоречие, связанное с предметным представлением радиоэлектронной аппаратуры в моделях, используемых обслуживающим персоналом и в системах информационной поддержки. Это приводит к значительными временными задержкам, связанным с интерпретацией моделей радиоэлектронной аппаратуры обслуживающим персоналом в понятиях и терминах предметной области технической эксплуатации при извлечении информации, ее анализе и принятии решения.
Для разрешения указанного противоречия предлагается в системах информационной поддержки использовать концептуальное представление моделей радиоэлектронной аппаратуры сложившееся у обслуживающего персонала и отраженное в нормативных и эксплуатационных документах. Это приводит к необходимости создания моделей в терминах и понятиях предметной области, совокупность которых предоставляет обслуживающему персоналу высокоуровневые информационные интерфейсы при решении задач технической эксплуатации. В качестве математического аппарата для создания таких моделей предлагается использовать онтологии. Несмотря на имеющийся опыт применения онтологий для описания предметной области в некоторых сферах деятельности, метод формирования онтологии для предметной области технической эксплуатации выполняется впервые.
Метод использует расширенную формальную модель онтологии, которая позволяет обеспечить непротиворечивую терминологическую среду и представить в терминах предметной области множество формальных моделей, используемых в существующих системах информационной поддержки обслуживающего персонала при решении задач технической эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры специального назначения.
Использование онтологий как средства моделирования радиоэлектронной аппаратуры видоизменяет структуру модельных ресурсов, предоставляемых обслуживающему персоналу в средствах информационной поддержки. Такая структура позволяет скрыть от обслуживающего персонала низкоуровневые модели радиоэлектронной аппаратуры и предоставляет ему высокоуровневые информационные интерфейсы, использование которых способствует повышению уровня автоматизации при решении прикладных задач технической эксплуатации. Предлагаемый подход расширяет область применения онтологий и определяет структуру метода формирования онтологии предметной области технической эксплуатации, предназначенного для построения концептуальных моделей предметной области технической эксплуатации и радиоэлектронной аппаратуры. С практической точки зрения предлагаемый метод позволяет сократить временные задержки, связанные с извлечением технической информации при эксплуатации изделий радиоэлектронной аппаратуры за счет повышению уровня автоматизации при решении прикладных задач. Это способствует улучшению эксплуатационных показателей систем технической эксплуатации.
US
RESEARCH
Формирование онтологий основывается на подробном анализе предметной области [1; 9]. Следует отметить, что для некоторых предметных областей [4; 5; 6; 7; 8] разработаны алгоритмы и подходы к формированию онтологий, позволяющие отражать особенности этих предметных областей. Для области технической эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), в том числе и специального назначения, такие исследования отсутствуют [2]. В тоже время нормативная база данной предметной области хорошо проработана, что позволяет, за счет использования онтологического подхода, повысить уровень абстракции используемых в средствах информационной поддержки (СИП) моделей [3].
Использование онтологического подхода к представлению моделей РЭА требует разработки метода (ФОПО), позволяющего формировать требуемые для работы СИП онтологии е ОТЭ предметной области технической эксплуатации (ТЭ).
В работе под онтологией понимается система, состоящая из множества понятий, их определений и аксиом, необходимых для ограничения интерпретаций при использовании понятий предметной области [2, 3]. Формально онтологию О [2] можно представить упорядоченной записью вида:
О = <С, Я, А>, (1)
где C - конечное множество понятий (терминов) предметной области, которую представляет онтология О, R - конечное множество отношений между концептами заданной предметной области, А - конечное множество аксиом (функций интерпретации), заданных на концептах и/или отношениях онтологии О.
Для представления онтологической модели КМПрО предметной области технической эксплуатацией изделий специального назначения необходимо использовать термины, связанные с не только с технической эксплуатацией, но также с понятиями, используемыми при описании документов, жизненного цикла изделия, этапов эксплуатации, участников работ и изделий.
Вследствие этого построение КМПрО требует выполнения декомпозиции ис-пользуемых понятий, что приводит к необходимости представления предметной области в виде структурированных классов понятий, являющихся основой для формирования множества соответствующих онтологий, взаимосвязанных между собой в соответствии с понятийной структурой предметной области.
Общее число онтологий в множестве МОПрО определяется количеством и уровнем детализации представления моделей предметной области и решаемых задач при технической эксплуатации изделий военной техники, так что МОПрО ={Оъ О2,..., О}, где i - общее число онтологий для описания понятий множества МОПрО.
Для формирования онтологий множества МОПрО необходимо создать их формализованную основу, согласующуюся с теорией построения онтологий [1; 9]. Для этого надо разработать метод, позволяющий формировать компоненты онтологий, такие как понятия С, свойства R, аксиомы А.
Множество понятий С онтологии О формируется в
процессе изучения нормативных документов предметной области.
Каждое понятие из множества С онтологии О характеризуется свойствами (отношениями) понятий RO, типов данных RD и аннотаций ЯА образующими множество свойств Я:
Я = {ЯО, ЯБ, ЯА}, (2)
где ЯО - множество свойств отношений между понятиями, используемыми в онтологии О, RD - множество свойств данных, используемых в онтологии О, ЯА - множество свойств аннотаций, используемых в онтологии О.
Используемое в онтологиях множество аксиом А направлено на конкретиза-цию отношений между понятиями.
Таким образом, с учетом того, что в онтологиях предметных областей множество RD = 0, онтология технической эксплуатации ОТЭ изделий военной техники должна включать в себя множество взаимосвязанных онтологий Ог каждая из которых может быть представлена следующим образом:
0 =(с('\ яо(\ а. >), (3)
где С( ) - множество понятий предметной области связанных с ьой онтологией, ЯА^ ) - множество свойств аннотаций, позволяющих зафиксировать в ьой онтологии к-ый нормативный документ, Я О. ) - множество свойств отношений (связей) между понятиями в онтологиях предметной области, А.. ) - конечное множество аксиом (функций интерпретации), заданных на концептах и/ или отношениях между понятиями в онтологиях предметной области.
Особенности метода ФОПО состоят в том, что:
понятия С) , отношения А Я0(' ) А.')
мы . определяются на основе целенаправленного анализа множества нормативных документов БЫ предметной области,
использование ограниченного набора понятий, связанных с технической эксплуатацией изделий военной техники и радиоэлектронных средств в частности,
отсутствует возможность формального определения понятий верхнего уровня для онтологий О^ е ОТЭ ввиду использования ограниченной иерархии модельного пространства,
необходимо использование циклически-графового подхода к формированию онтологий О.
Общая структура метода ФОПО представлена на рисунке 1. Метод имеет циклическую структуру и состоит из пяти блоков, взаимосвязи между которыми понятны из рисунка. Каждый их этих блоков имеет определенное назначение и реализует определенную логику в рамках общего цикла.
Блок определения свойств аннотаций позволяет: используя требуемые типы аксиом (А1, А2, А3) сформировать классы свойств аннотаций (ЯАИСО/МЭК, ЯАГОСТ,
HiS
RESEARCH
Рис.1. Структура метода формирования онтологии предметной области технической эксплуатации
us
RESEARCH
ЯАрек), для отражения в онтологии О; нормативных документов предметной области,
используя требуемые типы аксиом (А1, А2, АЗ) классифицировать каждый нормативный документ БЫ(к) в онтологии О; , используя отображение каждого нормативного документа DN(k) на один из классов свойств аннотаций DN(k) ^ ЯАЦ ' е ЯА^/мэк и ЯАЮст и ЯАрек,
формировать множество свойств аннотаций ЯА(£ -1 онтологии О;.
связывать символьное определение понятия 8В(С(р) с нормативным документом БЫ(к), в котором оно содержится
Блок определения свойств отношений позволяет: используя требуемые типы аксиом (А1, А2, АЗ, А4) фиксировать в онтологии О; свойства отношений , выявленные в процессе анализа символьного определения понятия БО(С(1')) ,
фиксировать ограничения Ь и характеристики СН свойств отношений Я 0(' ),
формировать множество свойств отношений ЯО^ онтологии О; .
Блок определения понятий позволяет: используя требуемые типы аксиом (А1, А2, АЗ, А4) фиксировать в онтологии понятия С(' предметной области, выявленные в процессе анализа нормативного
документа БЫ(к) и символьного определения понятия
Ж(С® ) ,
формировать множество понятий Я0('- онтологии О; . учитывать экзистенциальность и интенсиональность
понятий формировать множества С(Х и С^ предметной области.
Блок формирования аксиом позволяет: используя имеющиеся типы аксиом (А1, А2, АЗ, А4) формировать в онтологии О; множество аксиом Ат ) ,по-зволяющих фиксировать понятия предметной области, свойства аннотаций ЯАк -1 и отношений Я О( -1 , Блок описания понятий позволяет:
А')
используя множества аксиом Ат , свойств аннотаций ЯА^ -1 и отношений ЯО^''формировать в онтологии О; множество формализованных описаний Сг('" понятий предметной области.
Использование онтологического подхода при формировании модели предметной области позволяет обеспечить непротиворечивость понятийной структуры, используемой в СИП, так как все понятия, используемые в процессе эксплуатации и восстановлении радиоэлектронных средств, приводятся в строгом соответствии с нормативными документами.
Создание высокоуровневой модели позволяет ОП формировать запросы к базе данных СИП естественноподоб-ном языке, использующем понятия предметной области. Это позволяет сократить время формирования запросов, избежать ошибок со стороны обслуживающего персонала связанных с неправильным использованием понятий и
снизить зависимость выполнения восстановления радиоэлектронного средства от навыков обслуживающего персонала по работе с информационной системой.
Практическая ценность работы заключается в том, что она дополняет суще-ствующие системы информационной поддержки в части организации качественного взаимодействия с пользователями разного уровня подготовки, что потенциально позволяет снизить среднее время поиска диагностической информации.
Предложенный подход к построению систем информационной поддержки целесообразно применять для решения задач технической эксплуатации на всех этапах эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры.
Литература
1. Ontological engineering : with examples írom the areas of knowledge management, e-commerce and the semantic web / Asuncion Gomez-Perez, Mariano Fernandez-Lopez, and Oscar Concho. /Springer-Verlag, London 2004.
2. Анисимов О. В. Модели радиоэлектронной аппаратуры как основа органи-зации информационных интерфейсов в системах автоматизации технической эксплуатации /Монография, М.: Изд. ООО «Норд», 2013 - 88 стр.
3. Анисимов О. В., Курчидис В.А. Концептуальная модель информационной системы технического диагностирования радиоэлектронной аппаратуры //Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения. XIII Всероссийская научно-практическая конференция, 18 октября 2012 года, сб. докл./ ВКА (филиал, г. Ярославль).
4. Гранин М.Н. Инструментальные средства создания элементов пользова-тельского интерфейса на основе семантического описания компьютерных пикто-грамм/Авторефе-рат диссертации, Иркутск, ИДСТУ СО РАН, 2008.
5. И. Е. Воронина, Е. А. Пигалкова. Создание базовой онтологии для российской системы права на основе онтологии LKIF-CORE. Воронеж, Вестник ВГУ, серия: системный анализ и информационные технологии, 2010, № 1.
6. И. Карпова, Е. Порысева, Г. Казаков, Э. Кольцова. Разработка онтологии в области нанокомпозиционных материалов. Информационные ресурсы России, №2, 2012
7. Луцкий М.Г. Разработка онтологии безопасности авиации, Iнженерiя про-грамного забезпечення; №4, 2010.
8. Семикин В. А. Семантическая модель контента образовательных электронных изданий/Автореферат диссертации, Тюмень, Тюменский государственный университет, 2004.
9. Соловьев В.Д., Добров Б.В., Иванов В.В., Лукашевич Н.В. Онтологии и тезаурусы/Учебное пособие. Казань, Москва -2006.
10. Буренин А.Н., Легков К.Е. Особенности архитектур, функционирования, мониторинга и управления полевыми компонентами современных инфокоммуникационных сетей специального назначения // H&ES: Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. - 2013. -№ 3. - С. 20-25.
11. Буренин А.Н., Легков К.Е. Некоторые модели управления безопасностью инфокоммуникационных сетей специального назначения // H&ES: Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. - 2013. -№ 4. - С.46-50.
us
RESEARCH
STRUCTURE OF THE METHOD OF FORMING DOMAIN ONTOLOGY TECHNICAL OPERATION RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT
Anisimov O., Ph.D, docent, Military Space Academy, qwaker@inbox.ru
Priveten A., Military Space Academy, privet-en@yandex.ru Kurchidis V., Ph.D , professor , Military Space Academy, idahmer@yandex.ru
Abstract
It is shown that there is a contradiction associated with the object representation of radio-electronic equipment in the models used by service personnel and in information support systems. This leads to significant time delays associated with the interpretation of the models of electronic equipment by service personnel in the concepts and terms in subject areas of technical operation during the extraction of information, its analysis and making decisions. It is offered to use a conceptual representation of models of radio-electronic equipment which is reflected in the regulatory and operational documents to resolve this contradiction. This leads to the necessity to create models in terms and concepts of the subject area, that provide a set of high-level information interfaces for service personnel in solving problems in technical operation. It is offered to use the ontology as a mathematical staff for the creation of such models. Despite the existing experience of using the ontologies to describe the subject matter in some areas, a method of forming an ontology for the subject matter of technical operation is used for the first time. The method uses an extended formal model of ontology, which allows to provide the consistent terminology environment and express in terms of the subject matter a lot of formal models used in existing systems of information support of service personnel in solving problems in technical operation of radio-electronic equipment for special purposes. The use of ontologies as a means of modeling radio-electronic equipment alters the structure of the model resources provided for the service personnel in the tools of information support. This structure allows to hide from the service personnel the low-level models of radio-electronic equipment and provides with high-level information interfaces, the use of which contributes the increasing of the level of automation in the solution of applied problems of the technical operation. The offered approach extends the scope of the ontology and defines the structure of the method of formation of domain ontology in technical operation intended to build conceptual models in the subject areas of technical operation and radio-electronic equipment. From a practical point of view, the offered method can reduce the
time delay associated with the extraction of technical information in the operation of the radio-electronic equipment by increasing the level of automation in the solution of applied problems. This helps to improve the exploitable indexes of the systems of technical operation.
Keywords:
information support, technical operation, the conceptual model, radio-electronic equipment, domain ontology, recovery cycle.
References
1. Asuncion Gomez-Perez & Mariano Fernandez-Lopez & Oscar Concho 2004, Ontological engineering: with examples from the areas of knowledge management, e-commerce and the semantic web, /Springer-Verlag, London.
2. Anisimov, O 2013, Models of electronic equipment as a basis for organizing information interfaces in automation systems technical manual, Nord, Moscow, p. 88.
3. Anisimov, O & Kurchidis, V 2012, Conceptual model of an information system for technical diagnostics of electronic equipment , Topical issues of development and implementation of information technology dual-use, XIII All-Russian Scientific and Practical Conference, VKA (Branch, Yaroslavl).
4. Granin, M 2008, Tools create user interface elements based on semantic description of computer icons, IDSTU CO RAN, Irkutsk.
5. Voronina, I & Pigalkova, E 2010, Create a basic ontology for the Russian legal system based on ontology LKIF-CORE, Voronezh, Herald of the VGU, series: system analysis and information technologies, № 1.
6. Karpova, I & Poryseva, E & Kazakov, G & Kolcova, E 2012, Developing an ontology in the field of nanocomposite materials, information resources of russia, №2.
7. Luckij, M 2010, Developing an ontology of aviation safety, Software Engineering, №4.
8. Semekin, V 2004, Semantic model of content of educational electronic editions, Tyumen State University, Tyumen.
9. Soloviev V & Dobrov B & Ivanov V & Lukachevich N, 2006, Ontology and thesaurus, Kazan, Moscow, p. 140.
10. Burenin A.N., Legkov K.E. Feature of architecture, functioning, monitoring and management of field components of modern info-kommunikatsionny networks of special purpose /H&ES: High technologies in space researches of Earth. - 2013.-№ 3. - pp. 20-25.
11. Burenin A.N., Legkov K.E. Some of model of management of safety of infokommunikatsionny networks of special purpose /H&ES: High technologies in space researches of Earth. - 2013.-№ 4. - pp. 46-50.
