1 Разработка подсистемы создания и редактирования онтологий для интеллектуальной системы инженерного анализа Научный руководитель: доцент каф. ИСиММ Сипливая М.Б. Исполнитель: студент гр. ИСТ-1-02 Криворучко В.В. Цель работы: повышение эффективности использования инженерных знаний в форме онтологий в интеллектуальной системе инженерного анализа за счет автоматизации создания и редактирования онтологий Задачи: –провести анализ современных моделей представления знаний в интеллектуальных системах –провести анализ современных методов и средств, используемых для создания и редактирования онтологий –разработать концепцию и архитектуру указанной подсистемы –разработать технологию интеграции данной подсистемы в интеллектуальную систему инженерного анализа –реализовать подсистемы доступа к данным в виде онтологии для автоматизированной системы интеллектуальной поддержки инженерного анализа

2 Проведение инженерного анализа по методу конечных элементов Стадии и этапы проведения ИА по МКЭ: Подготовка модели к проведению анализа –Создание расчетной модели объекта анализа –Создание твердотельной модели объекта анализа –Создание КЭ модели объекта анализа Расчет модели методом КЭ –Определение алгоритма расчета КЭ модели –Определение параметров алгоритма расчета –Расчет КЭ модели Интерпретация результатов расчета –Определение интерпретируемых параметров –Визуализация результатов расчета –Интерпретация результатов расчета

3 Проблемы при проведении инженерного анализа по методу конечных элементов Стадия подготовки модели к проведению анализа –Определение геометрии расчетной модели –Определение условий закрепления и нагружения –Выбор КЭ для разбиения геометрической модели механизма –Выбор модели материала –Выбор КЭ моделирования контактного взаимодействия –Определение параметров поведения контактных пар Стадия расчета модели методом КЭ –Выбор алгоритма обращения матрицы жесткости –Выбор контактного алгоритма –Определение параметров оптимизационного алгоритма –Анализ текущего состояния процесса расчета –Управление расчетом с целью обеспечения сходимости Стадия интерпретации результатов расчета –Определение параметров, определяющих состояние объекта –Определение значений интерпретируемых параметров –Определение критических значений интерпретируемых параметров –Интерпретация результатов анализа в терминах предметной области

4 Интеллектуальные методы, модели и средства применимые для интеллектуальной поддержки инженерного анализа Стадия инженерного анализа Задача инженерного анализа Интеллектуальные методы, модели и средства Подготовка модели для расчета Создание расчетной модели Распознавание образов, РПП, качественные рассуждения, рассуждения на онтологии Создание твердотельной модели ЭС, РПП Создание конечно-элементной модели ЭС, РПП, рассуждения на онтологии Расчет модели Определение типа анализа, выбор алгоритма ЭС, РПП, рассуждения на онтологии Управление расчетомЭС, качественное моделирование Интерпретация результатов расчета Интерпретация численных результатов ЭС, качественное моделирование, РПП, Data Mining

5 Концепция интеграции РПП и онтологии Использование онтологии в РПП: Онтология как модель представления прецедента (на этапах формирования запроса, поиска, адаптации, сохранения прецедентов) Онтология как БЗ в предметной области (на этапах адаптации и поиска прецедентов) Онтология как БД прецедентов (на этапах поиска и сохранения прецедентов)

6 Общая архитектура автоматизированной системы

7 Онтология – явное описание концептуализации Наиболее общее формальное определение онтологии O =, где X конечное множество концептов (понятий, терминов) предметной области, которую представляет онтология О; R конечное множество отношений между концептами (понятиями, терминами) заданной предметной области; Ф конечное множество функций интерпретации (аксиоматизация), заданных на концептах и/или отношениях онтологии О.

8 Требования к онтологии Представление прецедента –Описание концептов предметной области –Описание концептов процесса РПП –Модель представления прецедента Представление формализованных знаний в предметной области –Представление знаний о формализации контактных задач –Представление знаний о решении контактных задач по методу конечных элементов –Поддержка рассуждения на знаниях Хранение прецедентов –Представление прецедентов в виде экземпляров онтологии –Индексирование прецедентов

9 Модель представления прецедента Модель представления прецедента С: С={Ind,Sol,R}, где, Ind – индекс прецедента, Sol – решение прецедента, R – связи между компонентами индекса прецедента и решением прецедента. Описание индекса прецедента: Ind={MG,AP,Cont} где, AP – описание целей проведения анализа и параметров работы механизма, MG – описание механизма и его геометрии, Cont – множество контактных пар механизма. Описание решения прецедента: Sol={GenSol,GeomSol,ContSol} где GenSol – компоненты решения, относящиеся в целом ко всему индексу, GeomSol – компоненты решения, относящиеся к частям геометрического описания, ContSol – компоненты решения, относящиеся к контактным парам. Связи между компонентами индекса и решением: R={R(AP,GenSol), R(MG,GeomSol), R(Cont,ContSol), R(MG,ContSol)} где, R(AP,GenSol) – связи между описанием механизма и решением всего прецедента R(MG,GeomSol) – связи между описанием геометрии механизма и решением частей геометрического описания механизма R(Cont,ContSol) – связи между описанием контактных пар механизма и решением контактных пар R(MG,ContSol) – связи между описанием геометрии механизма и решением контактных пар

10 Языки представления онтологий RDF(S) DAML+OIL OWL RDF(S): классы, свойства, экземпляры классов, иерархии классов и свойств DAML+OIL: пересечения, объединения классов OWL: задание эквивалентности между классами, свойствами, экземплярами. Инверсные, транзитивные, симметричные свойства. Управление кардинальностью свойств

11 Язык OWL OWL Lite OWL DL OWL Full OWL Lite: недостаточная кардинальность свойств. OWL DL: задание непересекающихся классов, возможно использование выражений Булевой алгебры с обеих сторон аксиом включения и эквивалентности OWL Full: позволяет классу быть экземпляром другого класса или самого себя. Возможна неоднозначность рассуждений

12 Обзор средств создания онтологий Разработчик ДоступностьРасширяе мость (плагины) Языки OntolinguaStanford University Свободный доступ -Ontolingua,KIF, CML, IDL WebOntoPolytechnic University of Madrid Свободный доступ -OCML, OXML RDF(S) ProtégéStanford University Открытый код +XML, XOL, SHOE, RDF и RDFS, DAML+OIL, OWL OntoEditOntoprizse Свободная лицензия +FLogic, OIL, RDFS, OXML, DAML+OIL

13 Функциональная структура РЕОН Работа с моделью предметной области –просмотр списка прецедентов –добавление/удаление прецедента –просмотр/изменение параметров прецедента Работа с объектами онтологии –Работа с концептами –Работа с экземплярами –Работа со свойствами Работа с интерфейсом

14 Архитектура системы РЕОН

15 Логическая схема функционирования системы

16 Реализация системы Требования к разрабатываемой системе: кроссплатформенность использование свободно распространяемых технологий возможность доступа к системе через web- интерфейс Варианты реализации системы: создание плагина к уже существующему редактору онтологий; создание нового редактора с поддержкой всех необходимых функций Система реализована: на платформе Java Standard Edition 1.6 c использованием среды разработки Eclipse 3.2

17 Пример редактирования прецедента Клиновой механизм свободного хода цели анализа –определение параметров зацепления –определение напряженного состояния клина –определение деформированного состояния клина режим работы механизма –работа в режиме стоппера геометрическое описание –клин внешняя окружность внутренняя окружность –вал внешняя окружность момент закрепление по оси –муфта внутренняя окружность контактные пары –контакт муфты клина внешняя поверхность клина – внутренняя поверхность муфты параметры контакта: Двумерный, Постоянные Условия, Постоянная Зона Контакта,, С Проскальзыванием, Деформируемые Поверхности, Совпадающая Геометрия –контакт клина и вала внешняя поверхность вала – внутренняя поверхность клина параметры контакта: Двумерная, Постоянные Условия, Постоянная Зона Контакта, С Проскальзыванием, Деформируемые Поверхности, Совпадающая Геометрия

18 Пример редактирования прецедента 2 - Выбор нагрузки 1 - Геометрические объекты механизма 4 - Контактные пары 3 - Измененный геометрический компонент 5 - Выбор параметров контактной пары

19 Выводы исследован процесс решения задачи контактной механики по МКЭ с точки зрения возникающих неалгоритмических задач, проанализированы средства и методы интеллектуальной поддержки данных задач, в качестве средства ИП решения возникающих задач выбран РПП разработана схема интеграции РПП и БЗ в виде OWL-DL онтологии, в соответствии с которой онтология используется на каждом этапе РПП на основе анализа существующих инструментов инженерии онтологий, было принято решение о создании новой системы редактирования онтологий для поддержки разработанной модели БЗ на основе принятых решений разработана концепция и архитектура системы РЕОН разработана технология интегрирования подсистемы РЕОН в систему ISFEA в соответствии со всеми вышеперечисленными требованиями реализована подсистема доступа к данным для системы ISFEA

20 Спасибо за внимание