Применение онтологического подхода к разработке электронного словаря предметной области управления организационно-техническими системами

УДК 030

ПРИМЕНЕНИЕ ОНТОЛОГИЧЕСКОГО ПОДХОДА К РАЗРАБОТКЕ ЭЛЕКТРОННОГО СЛОВАРЯ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ УПРАВЛЕНИЯ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ

А.Е. Привалов, П.Ю. Бугайченко, И.Ш. Шафигуллин

Рассматривается подход к созданию электронного словаря для обеспечения информационного взаимодействия органов управления организационно-техническими системами в среде единого информационного пространства. В качестве математической основы решения задачи использована онтология предметной области. Разработана математическая модель электронного словаря, а также предложена структура онтологии понятий и определений предметной области.

Ключевые слова: электронный словарь, онтология, организационно-техническая система.

В настоящее время одним из важнейших направлений развития систем управления организационно-техническими системами является автоматизация функций управления и их интеграция в структуру единого информационного пространства (ЕИП), под которым понимается совокупность информационных ресурсов (распределенных баз данных, содержащих сведения об изделиях, производственной среде, ресурсах и процессах организации), с унифицированными правилами потребления, едиными стандартами предоставления и возможностью непосредственного (прозрачного) компетентного доступа пользователей к этим ресурсам [1]. В структуру информационных ресурсов (ИР) входят (рис. 1):

- ядро - непосредственная информация о текущем состоянии объекта управления, внешней среды, управляющих воздействиях и т.п.;

- обеспечение - классификаторы, словари, перечни и формы документов, табели донесений и т.п.;

- формы представления - текстовые документы, табличные и графические документы, карты, фото-, видео-, аудиодокументы и т.п.;

- формы организации - базы данных и базы знаний;

- формы размещения - бумажные носители, электронные носители, фотопленки и т. п.

Информационные ресурсы ЕИП объединены в единое распределенное хранилище данных, к которому могут обращаться различные проблемно-ориентированные модели, реализованные в форме программных приложений, автоматизированных информационных систем различного назначения, систем доступа к данным. Необходимым условием информационного взаимодействия через ЕИП является однозначное понимание всеми элементами информации, содержащейся в ядре информационных ресурсов. Несмотря на постоянное усовершенствование автоматизированных систем, главным источником и потребителем информации ЕИП остается человек, инструментом для обмена командами, мыслями и идеями является естественный язык. В связи с этим, актуальной является задача разработки электронного терминологического словаря, создаваемого в целях обеспечения информационного взаимодействия органов управления ОТС в среде ЕИП.

Ядр о ИР (хранилище данных) — текущее состояние объекта управления; — текущее состояние внешней среды; — управляющие воздействия. — Обеспечение ИР - классификаторы; - словари; - перечни и формы документов; - табели донесений; -логические структуры РИТ и т.п.

1г V

Формы представления ИР - текстовые документы; — табличные и графические документы; — карты; - фото-, видео-, аудиодокументы и т.п. — Формы организации ИР - базы данных; - базы знаний.

Формы размещения ИР — бумажные носители; -электронные носители; - фотоплёнки и т.п.

Рис. 1. Структура информационных ресурсов

Математическая модель терминологического словаря

Терминологический словарь, как правило, описывает какую-либо отдельную предметную область. В настоящее время одним из эффективных инструментов описания структуры предметной области является онтология, под которой понимается детальная формализация предметной области с помощью концептуальной схемы. Фактически онтология представляет собой базу знаний специального типа, которые могут «читаться» и пониматься, отчуждаться от разработчика и физически разделяться между пользователями.

Формальную модель онтологии предметной области можно представить следующим упорядоченным множеством [2]:

О = (С, 0, Я),

где С - множество классов онтологии; 0 - множество свойств классов (атрибутов); Я -множество отношений:

Я = 1 Я1, Я11, Я111

Отношение R' характеризует взаимосвязь между классами онтологии пред-

метной области

= {C,cy)|ji(cf,Cj) = l}r( с CxC;

R' = R }

4

, ч 11 - если класс с/ связан с классом с  отношением Я!;

Ф1(с/, с ) = \ 1  к

[0 - в противном случае. Среди наиболее часто встречающихся отношений можно отметить: -я{ - отношение «класс-подкласс»; -Я2 - отношение «часть-целое».

В зависимости от предметной области и типа задач, для решения которых создается онтология, множество Я1 может быть расширено.

Отношение Я11 характеризует принадлежность атрибутов 0 классам С: Я11 ={ с, аЛф (с, а,-) = 11Я

= {{Ci, qj)ji(Ci, qj) = l}R'' с C XQ; 1 - если для класса Ci определено свойство qj;

Ф2(с/,Ч]) = , _

[ 0 — в противном случае. Отношение Яхарактеризует функциональную зависимость между атрибу-

тами классов:

R''' =R{" :R'' Rj}

365

Предложенная модель онтологии предметной области может лежать в основе структуры рубрикатора терминологического словаря.

Онтология электронного словаря управления организационно-техническими системами военного назначения

В основу выбора и разработки онтологии электронного словаря положены следующие основные принципы: широкое применение терминов, понятий и категорий в их укоренившемся значении, применение, где это целесообразно, международной терминологии, ориентация в терминологических поисках на фундаментальные науки и исследования, уточнение при необходимости соответствующих терминов, понятий, категорий и их определений, разработка новой терминологии, необходимость появления и применения которой назрела, отличается остротой проблем (задач, вопросов), может обоснованно использоваться и отвечает требованиям «сегодняшнего и завтрашнего дня», максимизация числа терминов, понятий и категорий (и соответствующих им определений), позволяющая достигнуть единства в терминологии в областях фундаментальных и прикладных наук, минимизацией числа терминов, понятий и категорий (и соответствующих им определений), представляющих интерес для соответствующей отрасли знаний (объектно-предметной области исследований).

Терминология - совокупность, система терминов какой-либо науки (например, военной), области техники (например, связи), вида искусства и т. п. [2].

Термин - слово или сочетание слов, употребляемых с оттенком специального научного значения; слово или словосочетание, являющееся названием определенного понятия, какой-нибудь специальной области науки, техники, искусства; однозначное слово, фиксирующее определенное понятие науки, техники искусства и т п. [3].

Понятие - мысль, в которой обобщаются и выделяются предметы некоторого класса по определенным общим и в совокупности специфическим для них признакам; логически оформленная общая мысль о предмете, идея чего-нибудь [3].

Определение - объяснение (формулировка), раскрывающее, разъясняющее содержание, смысл чего-нибудь [3].

Базовыми классами онтологии при разработке словаря являются классы с0 -«термин» и с1 - «определение». Свойствами класса с0 являются:

- наименование термина;

- краткое наименование термина (аббревиатура);

- язык.

Класс с0 связан отношениями типа «класс-подкласс» со всеми классами онтологии словаря. Также для описания всех взаимосвязей класса с0 целесообразно определить следующие отношения:

- «имеет определение» - характеризует связь термина с одним из определений

словаря;

- «синонимы» - характеризует связь термина с другими терминами, являющимися синонимами термина;

- «переводные эквиваленты» - характеризует связь термина с его переводными эквивалентами.

Поскольку иерархия классов обладает свойством наследственности, данные свойства наследуются всеми классами, входящими в описание предметной области.

Свойствами класса с1 являются:

- текст определения;

- источник определения.

Предлагаемая иерархия основных классов предметной области управления организационно-техническими системами военного назначения (ОТС ВН) представлена на рис. 2 [4].

Рис. 2. Фрагмент онтологии предметной области управления ОТС ВН

В основу онтологии положены основные понятия системного анализа - система, функция, свойство. Подклассы класса «система» связаны между собой отношениями «класс-подкласс» и отношениями «часть-целое». Все системы предлагается разбить на два основных класса - управляющие и управляемые системы. Основным подклассом класса «система» выступает «организационно-техническая система», под которой понимается иерархически структурированная совокупность информационно, функционально и технологически взаимосвязанных коллективов людей (сложная организационная подсистема) и технических систем (сложная техническая подсистема), целенаправленно функционирующая для выполнения задач по предназначению. Любая ОТС состоит из двух компонентов (связь «часть-целое») - субъекта и объекта управления [5]. Субъект управления - орган или лицо, осуществляющее управляющее воздействие на объект управления - включает в себя органы, пункты и средства управления.

Органы управления ОТС - собирательное наименование командования, штабов, управлений, отделов и других постоянных (штатных) и временно создаваемых (нештатных) подразделений, предназначенных для выполнения задач управления в различных звеньях. Пункт управления ОТС - специально оборудованное и оснащенное техническими средствами управления место, с которого командир (начальник) совместно с сотрудниками органов управления осуществляет управление ОТС. Средства управления - специальные технические средства, используемые при решении задач управления. В составе средств управления выделяют: средства автоматизации управления (АРМ, АСУ, КСА, ИАСУ), средства и системы связи, средства обеспечения информационной безопасности, средства информационного обеспечения органов управления. Все понятия входят в класс управляющих систем [1,6].

Объект управления включает в себя техническую, организационную и информационную подсистемы. Техническая подсистема ОТС — целостное упорядоченное множество стабильно взаимосвязанных и устойчиво взаимодействующих в пространстве и во времени элементов, формирующих ее интегративные свойства и функционирующих совместно для достижения целей, стоящих перед системой. Организационная подсистема ОТС - иерархическая (многоуровневая) и многоцелевая совокупность людей, имеющая сложные структурные внутренние и внешние взаимосвязи. Информационная подсистема ОТС - совокупность сведений о внутренней и внешней среде системы управления, необходимых субъекту управления для выполнения конкретных функций управления. Все подсистемы являются подклассом класса «управляемая система».

Функции системы, можно разделить на классы:

1. Функции управления, к которым относятся главные функции управления -планирование, организация и контроль, а также основные и особые функции управления.

2. Функции объекта управления, перечень которых зависит от вида и назначения объекта управления. В частности, для ОТС ВН можно выделить службу войск и безопасность военной службы (СВ и БВС) боевую подготовку, эксплуатацию вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) и др.

Свойства можно разделить на классы:

1. Свойства системы - объективная особенность системы, характеризующая его отдельный аспект или сторону рассмотрения.

2. Свойства функции, которые для каждой отдельной функции можно разбить на 4 класса в соответствии с методологией ГОЕБО - вход и выход функции, управление и ресурсы.

Свойства связаны с системой или функцией, которые они описывают отношением «характеристика». Свойства функции связаны функциональной зависимостью со свойствами системы - каждому свойству функции соответствует значение свойства системы.

Иерархия свойств объекта управления представлена на рис.3 [7].

Рис. 3. Иерархия свойств объекта управления Заключение

Электронный онтологический словарь может быть использован в качестве обеспечения информационного взаимодействия для устранения семантической неоднозначности в ходе взаимодействия специалистов органов управления ОТС ВН. Кроме того, применение онтологии в качестве математической основы построения словаря открывает возможность его использования для интерпретации терминов естественного языка в конструкции, используемые для обработки информации в автоматизированных информационных системах, таких как системы поддержки принятия решений, системы

368

оперативного (OLAP) и интеллектуального (Data Mining) анализа данных. Данная возможность организации человеко-машинного взаимодействия в среде ЕИП делает электронный онтологический словарь необходимым его элементом.

Список литературы

1. Современные проблемы управления силами ВМФ. Теория и практика. Состояние и перспективы / И.В. Соловьев, В.В. Геков, С.М. Доценко [и др.]; под ред. В.И. Куроедова. СПб.: Политехника, 2006. 432 с.

2. Децентрализованная интеллектуальная поддержка принятия решений при управлении чрезвычайными ситуациями / А.В. Смирнов, Т.В. Левашова, Н.Г. Шилов,

A.М. Кашевник // Материалы докладов одиннадцатой национальной конф. по искусственному интеллекту с международным участием. М.: ЛЕНАРД, 2008. Т. 2. С. 253261.

3. Ермишян А.Г. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях и соединениях. Методологические основы построения организационно-технических систем военной связи. СПб.: ВАС, 2005. Ч. 1. 730 с.

4. Привалов А.Е., Кочанов И.А., Бугайченко П.Ю. Онтологический подход к формированию ситуационной осведомленности при управлении эксплуатацией РКК // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2013. № 639. С.93-97.

5. Привалов А.Е. Теория управления организационно-техническими системами: учебное пособие. СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2015. 130 с.

6. Основы теории управления войсками / П.К. Алтухов, И.А. Афонский, И.В. Рыболовский, А.Е. Татарченко; под ред. П.К. Алтухова. М.: Воениздат, 1984. 221 с.

7. Эксплуатация космических средств: учебник / Г.Д. Петров, А.И. Птушкин,

B.И. Звягин, А.П. Поляков и др.; под ред. А.П. Вышинского. СПб.: ВКА им. А.Ф. Можайского, 2015. 454 с.

Привалов Александр Евгеньевич, канд. техн. наук, старший преподаватель, ce-rebrum203@yandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,

Бугайченко Павел Юрьевич, канд. воен. наук, преподаватель, pavel bugaichenkoarambler. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,

Шафигуллин Ильдар Шайхутдинович, канд. техн. наук, доцент, il-darl 705amail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского

APPLICATION OF THE ONTOLOGICAL APPROACH TO THE DEVELOPMENT OF AN ELECTRONIC VOCABULARY OF THE SUBJECT DOMAIN OF MANAGEMENT OF ORGANIZATIONAL AND TECHNICAL SYSTEMS

A.E. Privalov, P.Y. Bugaichenko, I.S. Shafigullin

The article considers the approach to the creation of an electronic dictionary to provide information interaction between the management bodies of organizational and technical systems in the context of a single information space. The ontology of the domain is used as the mathematical basis for solving the problem. A mathematical model of the electronic dictionary has been developed, as well as the structure of the ontology of concepts and definitions of the subject domain.

Key words: electronic dictionary, ontology, organizational and technical system.

369

Privalov Alexander Evgenievich, candidate of technical sciences, senior lecturer, cerebrum203@yandex.ru, Russia, St. Petersburg, A.F. Mozhaisky Military Space Academy,

Bugaichenko Pavel Iur'evich, candidate of military sciences, lecturer, pavel bugaichenkoarambler.ru, Russia, St. Petersburg, A.F. Mozhaisky Military Space Academy,

Shafigullin Il'dar Shaikhutdinovich, candidate of technical sciences, docent, il— darl 705@mail.ru, Russia, St. Petersburg, A.F. Mozhaisky Military Space Academy

УДК 621.391

МЕТОД ГЕНЕРАЦИИ ВХОДНЫХ ДАННЫХ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

И.А. Кочанов, А.В. Кубуша

С целью повышения качества моделирования технических систем управления наборы входных данных предлагается снабжать погрешностями, объективно присутствующими при реальной работе аппаратуры. Значение погрешности является случайной, распределенной величиной, изменяющейся по различным законам. Рассмотрению этих законов, способов их учёта при генерации данных и посвящена эта статья.

Ключевые слова: технические системы управления, генерация исходных данных, законы распределения погрешностей, метод Монте-Карло.

В реальном времени управление работой технической системы осуществляется поступающими со стороны данными от объектов системы или затребованных ею. В результате чего адекватность моделирования будет определяться качеством входных данных.

При этом входные данные Xi представляются с конечной точностью или погрешностью А от истинного значения Xt. Значение погрешности является случайной величиной, распределенной в некотором поле, называемой в нормативной литературе как допуск А .

Как правило, входные данные Xt или DBX это результат оцифровки физических величин (температуры, времени, расстояния и т.п.) при измерении, поэтому значения А считаем непрерывными в поле допуска.

В процессе моделирования есть риск пропуска недопустимого состояния системы управления при некотором, ранее неиспытанном сочетании значений входных данных. Важную составляющую в этом сочетании несут и погрешности Ai.

Анализ существа некоторых погрешностей, часто встречающихся в технических системах управления, показывает, что при отсутствии экспериментальных данных, позволяющих установить частные или особые законы распределения погрешности в поле допуска, обычно используют законы распределения, привязка которых к физическим процессам обобщена в результате многолетнего опыта.

370