Реализация онтологического подхода в обучающей экспертной системе для подготовки менеджеров проектов Еремеев А.П., Малиновский В.П. МЭИ (ТУ)

План доклада 1. Управление знаниями и корпоративный опыт 2. Постановка задачи на реинжиниринг 3. Расширенная онтологическая система как подход к представлению знаний 4. Онтология задач и модель вывода 5. Аппаратная и программная реализация 6. Перспективы развития темы

1. Управление знаниями систематическое, явное и постепенное построение, обновление и применение знаний к максимизации эффективности предприятия и отдачи от его интеллектуального капитала К.Вииг

Управление знаниями Менеджмент – занимается использованием знаний как ценного корпоративного актива Искусственный интеллект – занимается вопросами, возникающими при управлении знаниями

Что такое знание? Данные – структурированные сведения, полученные путем измерения, наблюдения и представленные в форме, пригодной для хранения. Данные есть результат процесса структуризации сведений. Информация – данные, понижающие степень неопределенности ситуации, передаваемые от источника к приемнику в виде сообщения. Понятие информации имеет смысл только в процессе передачи. Информация может подвергаться искажениям, в том числе преднамеренным (дезинформация), в ходе передачи. Информационным ресурсом можно считать полученные данные, которые получатель может использовать, и тем самым проверить, на своем опыте. Опыт – информация, проверенная в процессе практической деятельности. Опыт является необходимой предпосылкой для получения знаний. Единицей опыта является факт. Знания – опыт, прошедший процесс рефлексии и концептуализации. У индивидуума знания можно обнаружить в виде способностей. Сведения, которые не превратились в некоторую осмысленную способность, являются либо информацией (сведения, которые не нашли применение на практике, то есть не стали информационным ресурсом), либо опытом (сведения использовались на практике неосознанно). Мудрость – знания, позволяющие индивидууму предсказывать будущий опыт. Можно обнаружить в виде интуиции. Мудрость образуется в результате процесса интегрирования, в самом простом случае представляющего собой получение ответов на следующие вопросы: что, почему, зачем, как, где, когда.

Корпоративные знания Знания, которые доступны организации в явном виде, и могут использоваться для повышения эффективности сотрудниками данной организации

Корпоративный опыт Содержит специфику деятельности на конкретном предприятии Применим для обеспечения конкурентоспособности предприятия Носители корпоративного опыта – сотрудники предприятия.

Создание корпоративных знаний Организационное создание знаний (organizational knowledge creation) [Nonaka] Организационное обучение (organizational learning) [Senge, Garvin] Способность организации «поглощать» знания» (absorptive capability) [Cohen]

Организационное обучение основывается на непрерывном обновлении интеллектуального капитала во взаимодействии со внешней средой как всего предприятия в целом, так и его отдельных сотрудников. Организационное обучение предполагает наличие так называемой корпоративной памяти для сохранения всех знаний, полезных для деятельности предприятия.

2. Реинжиниринг и управление знаниями Цель реинжиниринга – повысить эффективность процесса использования корпоративного опыта менеджерами проектов на крупном промышленном предприятии. Для этого предполагается внедрить программный продукт, позволяющий работать со знаниями сотрудникам предприятия.

Требования к системе Аккумулирование корпоративных знаний на предприятии и их дальнейшее хранение в доступном виде Предоставление знаний сотрудникам предприятия (например, менеджерам проекта) в обучающем режиме Рабочее название системы: «Обучающая экспертная система (ОЭС)»

Функции ОЭС Сохранение материалов по предмету в базе знаний (дисциплины и лекции) Генерация учебной программы по материалам базы знаний Проверка уровня освоения пользователем материала (включая психологическое тестирование) Имитация управления проектами

3. База знаний ОЭС База знаний служит, в первую очередь для формирования выводов экспертной системой, то есть для поддержки ее функционирования. Однако база знаний может также использоваться напрямую пользователем экспертной системы, и в этом качестве она служит для предоставления знаний пользователю. Содержание базы знаний представляют собой закономерности предметной области (называемые также данными о данных), представленные с помощью некоторой модели знаний, в качестве которой может выступать язык, приближенный к естественному.

Онтологическая система Обучающая экспертная система рассматривалась с помощью формальной модели онтологической системы

Онтологическая система Метаонтология - Онтология предметной области - Онтология задач - Модель системы вывода -

Расширенная онтология предметной области Исходя из требований обучающего режима работы, формальная модель онтологии была дополнена множеством оценок, отражающих уровень освоения пользователем данного узла концептуального графа

Формальная модель онтологии Множество концептов - Множество отношений - Множество функций интерпретации - Множество оценок – Множество концептов и отношений между ними образуют концептуальный граф

Концептуальный граф фрагмент концептуального графа, отображающий знание «инициирование есть один из этапов проекта, предшествующий планированию»

Преимущества онтологического подхода Возможность использовать одну и ту же модель как для представления знаний для системы вывода, так и наглядной для пользователя Единство модели представления знаний повышает эффективность работы с ней пользователя за счет понимания им ее внутренней структуры

Наполнение БЗ (1) Понятийный аппарат предметный области, оформленные в виде сети понятий, связанных отношениями формальной логики: Обобщение (со связью «род») Ограничение (со связью «вид») Определение (со связями «род» и «видовой признак») Деление (со связями «род» и «основание деления»)

Наполнение БЗ (2) Дополнительные материалы, соответствующие узлам концептуального графа (термины, примеры, прочая информация в виде текстовых документов)

4. Онтология задач Первая задача – учебная и заключается в передаче пользователю необходимого ему раздела предметной области, описываемого соответствующим фрагментом онтологии. Вторая задача – диагностическая, заключающаяся в формировании у пользователя представления о командных ролях и проверке соответствия его психологических и профессиональных качеств на соответствие командным ролям. И третья задача – имитационная, в ходе которой группа пользователей пробует применять освоенные знания на имитационной модели управления реальным высокотехнологическим процессом.

Обучение Режим обучения позволяет пользователям эффективно осваивать содержимое базы знаний. Первоначально пользователь проходит входное тестирование, которое определяет, какие узлы концептуального графа пользователь освоил ранее наиболее хорошо.

Обучение В качестве цели обучения выбирается один из узлов концептуального графа. После того, как цель выбрана, строится индивидуальная учебная программа.

Обучение Индивидуальная учебная программа представляет собой путь на концептуальном графе от концептов, знакомых пользователю, до целевого концепта Построение этой учебной программы производится системой вывода, при этом используются следующие правила:

Правила выбора исходной дисциплины По результатам входного тестирования устанавливается какие понятия более общие или более частные лучше усваиваются пользователем. В качестве исходного узла выбирается узел с максимальной оценкой, полученной в результате входного тестирования

Формирование учебной программы При выборе пути на графе выбирается тот, который включает в себя понятия с большими оценками При выборе пути на графе используется информация о том, какие понятия лучше усваивает пользователь

Тестирование В ходе тестирования пользователь отвечает на вопросы, и узлам концептуального графа присваиваются значения из множества E.

Тестирование Результат на концептуальном графе

Психодиагностика В концептуальной сети введены узлы, которые соответствуют психологическим ролям. Психологическое тестирование позволяет присвоить оценки тем узлам, роли которых соответствуют данному пользователю.

5. Реализация ОЭС Архитектура «клиент-сервер», которая позволяет работать с системой группе пользователь. При этом пользователю для работы достаточно иметь на своем компьютере лишь интернет-бразуер. Все содержимое базы знаний храниться на сервере.

Состав ОЭС База знаний Система вывода Пользовательский интерфейс

Пользовательский интерфейс ОЭС Предметный навигатор (с картой) Тезаурус с алфавитным указателем Учебная программа пользователя Система тестирования и диагностики Коммуникатор (в отдельном окне) Настройка системы 1 Помощь по работе с программой 1 Только для администратора

Типы пользователей Администратор – полный доступ к настройкам системы Тьютор – ввод и редактирование материала и тестов, коммуникация со всеми обучаемыми, задание целей обучения Обучаемый – просмотр материалов, задание цели обучения (для продвинутых), прохождение обучения, тестирование, коммуникация

Процедура работы 1. Регистрация (2) и авторизация (3) 2. Входное тестирование 3. Выбор цели обучения 4. Прохождение курса лекций 5. Тестирование и диагностика 6. Пополнение базы (для тьюторов)

Регистрация и авторизация

Входное тестирование

Тезаурус

Просмотр материала и выбор цели обучения

Учебная программа

Тестирование

Общение пользователей

Перспективы развития темы Перспективы применения ОЭС состоят в использовании ее как основы для так называемой корпоративной памяти предприятия. Также для расширения использования в подготовке менеджеров проектов в ОЭС будет доработан имитационный режим, которые позволяет менеджерам проекта проверить приобретенные знания и навыки принятия решений.