Zeki kavramsal model geliştirme aracı
Intelligent conceptual modeling tool
Yazar: ALİ GÜRBÜZ
Danışman: PROF.DR. BURHANETİN CANAYDIN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Bu tez çalismasinda, sistemleri en etkin sekilde gelistirmeyi mümkün kilacak fizikseltasarimdan önce kavramsal olarak sistemleri tasarlayarak sistem elemanlari ve birbileri ileiliskilerini önceden görerek degerlendirmeyi saglayacak bir modelleme yaklasimigelistirilmistir. Bu modelleme yaklasimini esas alan ve disiplinler arasi kavramsal modellerigerçeklestirebilen bir yazilim olusturulmustur. In-CM adi verilen bu yazilimin en temelözelligi kullanicilarin sistemleri gelistirirken içindeki bulunduklari karmasik durumukolaylastiracak zeki özelliklere sahip olmasidir.Tezde öncelikle kavramsal modelleme konusu tartisilmistir. Özetle, kavramsalmodelleme, sistem mühendisligi, bilgi mühendisligi ve yazilim mühendisliginde kullanilan,genel olarak, fiziksel veya sosyal sistemlerin anlasilabilirligini kolaylastirmak için, sistemin,alt parçalara bölümlendirilerek (biçimsel olarak -teknik terimleri kullanmadan-) ifade edilmesieylemidir. Literatür incelemesinde, öncelikle mevcut kavramsal modelleme süreci veteknikleri incelenmistir. Bu incelemede kavramsal modelleme tekniklerinin geleneksel vegelismis olmak üzere iki kategoride toplandigi görülmüstür. Mevcut kavramsal modellemeteknikleri asagidaki kisitlari içerdigi tespit edilmistir:â¢ Bu teknikler ile problem alani objektif bir sekilde tüm yönleri ilegösterilememektedir. Bu teknikler, üzerinde çalisilan problemin sadece biryönünü ele almakta ve o problemin o yönü ile ilgili kavramsal modeli ortayakoymaktadir. Bu çalismada önerilen modelleme yaklasimi ile bu sorunaçözüm üretilmistir.â¢ Mevcut teknikler ?problemin ne oldugundan? çok ?problemin nasilçözümlenecegini? içermektedir. Bu çalismada problemin dogal niteliklerinidikkate alan ve ?ne oldugunu? irdeleyebilen bir modelleme yaklasimiönerilmistir.â¢ Bilinen tekniklerin kullandiklari grafiksel gösterimler nesne yönelimli analizsembolojileridir. Bundan dolayi, çizilen modeller, problemin çözümüne odaklibir sekilde olusturulmaktadir. Bu da problemin tam anlasilmadan çözümüüzerine çalisilmasi demektir. Bu gerçegi dikkate alarak bu çalismadaproblemin tam olarak anlasilmasini problemin alt elemanlarinin ve onlariniliskilerinin neler olmasi gerektigini ortaya koyan ve gösterebilen birmodellme yaklasimi ve ilgili gösterim metodolojisi olusturulmustur.Bu çalismada önerilen ve yukarida açiklanan modelleme yaklasimi herhangi birsistemi veya herhangi bir problemi ilgili alan içerisindeki aktörler (eylemlerigerçeklestirenler), süreç (islemler dizisi), görev (temel amaç), alt yapi (yazilim, donanim vs.)gibi ögelerini içerecek sekilde tasarlanmistir. Bu yaklasim ile problem alani bir bütün halindebirkaç açidan kapsanacak sekilde modellenmis ve ilgili kavramsal modelin olusturulmasimümkün olmustur. Önerilen yaklasim bilinen kavramsal modelleme sürecine de tersdüsmemektedir. Ancak bu yaklasim süreci de güncelleyecek öneriler ortaya çikartmistir.Böylece, güncellenen kavramsal modelleme süreci bu alanda çalismalara katki saglayacaktir.Önerilen yöntemin en önemli faydasi herhangi bir alanda o alana özgü degisik özelliklerdekavramsal modelleme yapmayi kolaylastiracak bir Referans Kavramsal Model (RKM)'inolusturulmasini mümkün kilmasidir. RKM problem alaninin tamamini kapsamakta olupoldukça kapsamli bir meta modeldir. Kullanici kendi istek ve ihtiyaci dogrultusunda referansmodelden kullaniciya özel daha dar kapsamli modeller olusturabilir.Kavramsal modelleme süreci güncellenip kavramsal modelleme yaklasimioturtulduktan sonra bu yaklasimi kullanan ve disiplinler arasi kavramsal modellemegerçeklestirebilen bir uzman sistem yazilimi gelistirilmistir. Bu yazilim, uzman sistemlerinçikarim mekanizmasi, bilgi tabani, gösterim mekanizmasi gibi temel elemanlariniiçermektedir. Program içerisinde kullanici is terlerini yapisal hale getirebilmek içingelistirilmis olan RKM bilgi kalibi (pattern) kullanilmistir. Bu kalibin yaninda kalipiçerisindeki bilgiler arasi kural tanimlamalari da bulunmaktadir. RKM'in ve kurallarintanimlanmasi için In-CM Bilgi Tabani Editör yazilimi gelistirilmistir. Alan uzmani buyazilim modülü sayesinde istedigi disiplin için RKM olusturabilmekte ve kurallartanimlayabilmektedir.RKM'den kullaniciya özel bir kavramsal modelin olusturulmasi In-CM Çikarimmekanizmasi yazilimi ile gerçeklestirilebilmektedir. Kullaniciya kavramsal model gelistiriliriken gelistirilmis olan uzman sistem tarafindan destek verilmekte ve yol gösterilmektedir. Buyazilimin çiktisi ile de In-CM Grafik Editörü'nde kullanici kavramsal modeli çizilmektedir.Bu çalismada yukarida açiklanan özelliklerde gelistirilmis olan ?In-CM ZekiKavramsal Model Gelistirme? yazilimi gerçek bir problem üzerinde çalistirilarak önerilenyaklasim ve yöntemlerin (RKM gibi) uygulanabilirligi gösterilmistir. Çalismanin katkisiniaçik olarak gösterebilmek amaci ile mümkün oldugunca basit bir problem seçilmistir. Ancakgelistirilen yöntem problemin karmasikligindan olumsuz yönden etkilenmeyecek durumdadirve her türlü probleme uygulanabilir niteliktedir. Bu çalismada örnek olarak herha ngi birüniversitede kontrol mühendisligi egitimi verebilecek bir bölüm açilabilmesi için öncedenkavramsal olarak bu bölümü açip sistem elemanlari arasindaki iliskileri izleyebilecek birmodel gelistirilmistir.Tezin içerisinde yapilan literatür taramasi kisaca özetlenmis kavramsal modellemesüreci gözden geçirilerek güncellenmis hali verilmis önerilen modelleme yaklasimi tanitilmis,olusturulan RKM özellikleri açiklanmis ve kontrol mühendisligi örnegi detayli olaraktartisilmistir.Mart, 2006 Ali GÜRBÜZ

Abstract:
In this study, a modeling approach which can be used to develop systems conceptuallybefore physical design is developed. In-CM Conceptual Modeling Tool, shortly called In-CM,which can be used to develop interdisciplinary conceptual models is designed andimplemented based on the proposed modeling approach. The main property of the In-CM isintelligence that facilitates developing conceptual model of complex systems.Firstly, conceptual modeling is discussed in the study. Conceptual modeling is one ofthe major activities in system engineering, knowledge engineering and software engineering,but its use is not limited to these areas. Conceptual modeling is, in general terms, an activityof creating model of systems using terms of concepts facilitating the understanding of socialand scientific phenomenon. In the literature search, firstly, current conceptual modelingprocess and techniques are examined. In the examination, it is shown that conceptualmodeling techniques consist of two sub categories, classical and developing. Both of themhave following constraints:â¢ All aspect of problem domain is not modeled with them. These techniquestake only one side of the domain and show it, for instance, data flow diagramsshows only data flows in the domain, or ER diagrams show only entities andtheir attributes in the domain. This problem is solved by proposed modelingapproachâ¢ Current techniques are related to ?how the problem is solved? rather than?what the problem is?. In this study, a modeling approach which concernswith ?what the problem is? and its natural attributes is proposed.â¢ Current techniques also use object oriented symbology. So, models are drawnbased on problem solution. This causes working on the problem withoutunderstanding it. In order to solve this constraint, a modeling methodology andits graphical notation are announced.In this study, proposed and explained modeling approach is designed along withunderstanding of all aspect of the problem, defining all actors (perform tasks), tasks (maingoals), processes (squencial operations) and infrastructures (hardware, software etc.). Problemor system domain is modeled with some aspect of problem domain by the approach. Proposedmodeling approach is not opposite to current conceptual modeling process, but new approachis developed with expanded current process. Thus, proposed modeling approach will providesome benefits to studies in this field. Main advantage of the approach is proposed a ReferenceConceptual Model (RCM) that utilizes in any field to develop conceptual models which aredifferent from each other. RCM is a meta- model and covers all of problem domain. Users candevelop conceptual models from RCM. However, the scope of these models are more limitedthan the scope of RCM.Current conceptual modeling process is studied and updated in accord with thisstudy?s aim and an expert system software that is used to develop conceptual modelinterdisciplinary is implemented. The software has knowledge base, and inference engine likeall expert systems. In the knowledge base, Reference Conceptual Model (RCM) is used as apattern to formalize the raw user requirements. Beside it, there are relations among data inthe knowledge base. Deepness and correctness of the RCM is contingent on knowledge levelof subject matter expert (SME). In-CM has a knowledge base editor to define RCM andrelations. SME can describe RCM and relations by using In-CM Knowledge Base Editor.Developing a conceptual model according to proposing process can be done by usingIn-CM Inference Engine. While developing conceptual model, it provides assistance andshows uncompleted branches. At the end of this process, an XML file is produced. This fileincludes user conceptual model and can be shown graphically on the In-CM Graphic Editor.In this study, ?In-CM Intelligent Conceptual Model Generator? is sampled with a reallife problem to show applicable of proposed approach. In order to show contribution of thestudy, a simple problem is selected. However, proposed approach is independent fromsimplicity of the problem and applicable to all kinds of problems. In this study, conceptualmodel of establishing ?control engineering education? in any university is developed by usingimplemented software called Intelligent Conceptual Model Generator.In the thesis, literature is summarized and current conceptual modeling process isstudied and updated. Later, proposed modeling approach, RCM and its properties areexplained. Finally, an example about control engineering education is discussed in detail.March, 2006 Ali GÜRBÜZ