Понятия и принципы

В философии под онтологией понимается наука о сущем, о видах и структуре объектов, свойств, событий, процессов и отношений в различных предметных областях. Исследуя онтологию конкретного предприятия, можно говорить о задаче интеграции знаний на этом предприятии, как о высшей форме представления знания, и абсолютно недостижимой в силу ограниченности возможностей человека. С учетом имеющихся программно-аппаратных ограничений, под онтологией в практическом смысле подразумевают формализацию и концептуализацию знаний в конкретной предметной области. Формализация знаний предполагает их классификацию. На сегодняшний день не существует общего мнения о том, какие базовые концепты должны составлять онтологию, однако большинство исследователей сходятся во мнении, что онтология должна состоять из классов сущностей предметной области, свойств этих классов, связей между этими классами и утверждений, построенных из этих классов, их свойств и связей между ними.

Онтологические подходы становятся все более популярными, расширяется сфера их применения – современные онтологические модели позволяют описывать нечеткие предметные области [2].

Существует два основных подхода к проектированию онтологии – восходящее и нисходящее проектирование. Сущность восходящего проектирования заключается в последовательном описании предметной области с самых частных концептов, например, для машиностроительного предприятия это может быть описанием рабочего места токаря, с последующим объединением получающихся «минионтологий» в общую систему. Онтологии, получающиеся таким путем, являются узкоспециализированными и трудно применимыми в смежных предметных областях [3]. Нисходящее проектирование онтологий заключается в предварительном построении онтологии на высоком уровне абстракции, где бы описывались наиболее базовые концепты, такие как «класс», «свойство класса», «отношение», общие для многих предметных областей, с последующим доопределением концептов по уже имеющейся классификации. Такие онтологии высокого уровня абстракции называют онтологиями верхнего уровня или «top level ontology» в зарубежной литературе [4].

Онтологии верхнего уровня представляют систему, в рамках которой различные системы могут использовать общую базу знаний, позволяя при этом объединять множество специализированных онтологий более низкого уровня. Концепты, определяемые такой онтологией, являются базовыми и универсальными для множества предметных областей, что позволяет обеспечивать целостность и непротиворечивость совокупной информационной системы [5]. Стандартные онтологии верхнего уровня иногда называют универсальными онтологиями.

На сегодняшний день создано множество онтологических систем верхнего уровня. Среди наиболее известных систем можно назвать SUMO, онтологию Sowa, Dolce, Clip и ISO 15926-2. Вышеперечисленные онтологии объединяет возможность определения ключевых концептов через описание их поведения и сценариев использования. Затем эти концепты определяются на основании более общих концептов, заложенных в онтологии верхнего уровня [6]. Такой подход позволяет с одной стороны, избежать необходимости каждый раз «изобретать велосипед» при определении классов сущностей, а с другой предоставляет широкие возможности адаптации онтологии под конкретную задачу и в значительной мере упрощает её поддержку.

На рисунке 1 представлена многоуровневая структура онтологии машиностроительного предприятия. Онтологии верхнего и нижнего уровней создаются экспертами в предметной области в тесном сотрудничестве со специалистами-онтологами, тогда как задача наполнения онтологии концептами нижнего уровня решается пользователями без привлечения дополнительных специалистов. На практике, наиболее хорошо зарекомендовавшим себя методом является наполнение онтологии через специально спроектированные формы-шаблоны, позволяющие человеку без навыков программирования или представлений о том, как устроена онтологическая база знаний, эффективно решать задачу её наполнения [7].

Рисунок 1 – Структура онтологии машиностроительного предприятия

Нисходящее проектирование онтологий имеет ряд преимуществ, например, наличие общей онтологии верхнего уровня, позволяет легко обеспечивать интероперабельность между отдельными «дочерними» онтологиями в рамках общей системы понятий.

Для обеспечения и поддержания семантической интеграции информационных ресурсов предприятия используемая онтология должна соответствовать следующим основным принципам [8]:

Принцип прозрачности: онтология, предназначенная для общего использования должна быть понятна для персонала, знакомого с принципами построения и работы онтологий, что обеспечивает поддерживаемость и развиваемость онтологической системы.

Принцип открытости: использование открытых стандартов значительно упрощает задачу системной интеграции программных комплексов предприятия.

Принцип повторного использования доступных ресурсов: в случае наличия готовых онтологий для конкретных предметных областей (например, онтология склада готовой продукции, онтология инструментального цеха), эффективнее использовать проверенные готовые решения, чем создавать собственный продукт с дублирующим функционалом.

Принцип консистентности: онтология предприятия должна обеспечивать целостность, органическую взаимосвязанность и согласованность всех элементов информационной системы предприятия.

Принцип поддержки версионности продукции: некоторые виды наукоемкой машиностроительной продукции имеют различный элементный состав от изделия к изделию, что должно находить свое отражение в онтологии.

Принцип разумной достаточности: если определение не содержит полезной информации по применимости концепта, оно не должно использоваться.

С учетом вышесказанного можно сделать следующий вывод – онтология, претендующая на роль базовой онтологии машиностроения должна, с одной стороны, быть достаточно абстрактной для охвата всей потребной предметной области, с другой – быть в достаточной степени специализированной для машиностроения с целью снижения затрат и рисков при внедрении.