Методы и инструментальные средства создания баз знаний на основе модельных трансформаций

Цель проекта: Повысить эффективность обработки формальных спецификаций знаний в форме концептуальных (информационных) моделей при создании прототипов баз знаний онтологического и продукционного типа с помощью специализированных методов и инструментальных средств модельных трансформаций с учетом возможной неоднозначности интерпретаций и нечеткости анализируемых моделей. Основные задачи: 1. Провести расширенный анализ методов и программных средств модельных трансформаций в контексте создания онтологий, онтологических шаблонов (паттернов), и продукционных баз знаний, в том числе с учетом фактора нечеткости моделей и возможной неоднозначности их интерпретации. 2. Разработать метод автоматизированного формирования метамоделей (описаний моделей) анализируемых форматов концептуальных моделей, включая определение основных этапов, задач, способов их решения. 3. Исследовать и расширить авторский предметно-ориентированный язык описания моделей трансформаций – Transformation Model Representation Language (TMRL) с целью обеспечения поддержки: преобразования нечетких концептуальных моделей: механизма разрешения неопределенности трансформаций; механизма взаимодействия с внешними приложениями, а также доказательства его свойств точности, понятности и полноты. 4. Модифицировать авторскую специализированную графическую нотацию – Rule Visual Modeling Language (RVML) для поддержки визуального представления нечетких знаний в виде продукций. 5. Разработать методы и средства синтеза декларативных программ и спецификаций трансформаций с учетом особенностей ЯПЗ CLIPS/COOL, OWL2, FuzzyCLIPS и FuzzyOWL. 6. Рассмотреть вопросы верификации и валидации синтезируемых спецификаций и программных кодов онтологических и продукционных БЗ с целью выбора и дальнейшей реализации методов гарантированного выявления основных групп аномалий, в частности: нарушений целостности, согласованности, полноты и др. 7. Создать инструментальные программные средства для поддержки предлагаемых моделей, методов и языков (технологии). 8. Проверить адекватность и эффективность предлагаемых методов и средств в учебном процессе и при решении прикладных задач в области поддержки проведения экспертизы промышленной безопасности. 9. Задокументировать структурные и содержательные паттерны онтологического проектирования в области экспертизы промышленной безопасности в нефтехимии, сгенерированных на этапе получения знаний из концептуальных моделей. В результате выполнения НИР разработаны элементы новой информационной технологии автоматизированного создания онтологий, паттернов онтологического проектирования (онтологических шаблонов) и продукционных баз знаний (БЗ) на основе анализа и преобразования концептуальных моделей, учитывающих факторы нечеткости. Данная технология основана на принципах модельно-ориентированного подхода (Model-Driven Engineering – MDE), трансформации моделей и метамоделирования. Технология содержит: (1) метод автоматизированного формирования метамоделей (описаний моделей) анализируемых форматов концептуальных моделей; (2) метод синтеза декларативных программ трансформаций (сценариев преобразований на языке TMRL); (3) метод верификации и валидации синтезируемых кодов онтологических и продукционных БЗ с целью выявления основных групп аномалий (нарушений целостности, согласованности и полноты); (4) мета-метамодель для представления и хранения метамоделей; (5) модели продукций и онтологий для промежуточного представления и хранения извлекаемых нечетких знаний из концептуальных моделей; (6) специализированную графическую нотацию FuzzyRVML для поддержки визуального представления нечетких знаний в виде продукций; (7) расширенную спецификацию предметно-ориентированного языка описания моделей трансформаций (TMRL), обеспечивающую поддержку преобразования концептуальных моделей в коды БЗ с учетом обработки нечетких знаний и механизма взаимодействия с внешними модулями-конверторами; (8) программное средство, реализующее разработанные методы и модели. Разработаны и задокументированы паттерны (шаблоны) онтологического проектирования для задач в области экспертизы промышленной безопасности объектов нефтехимии на основе анализа и преобразования концептуальных моделей предметной области с использованием созданных методов и средства. Получена экспериментальная оценка подтверждающая эффективность предлагаемых методов и средства на примере создания БЗ в учебном процессе на базе ИрНИТУ, а также при решении практической задачи, связанной с разработкой БЗ для экспертной системы поддержки проведения экспертизы промышленной безопасности в нефтехимии на основе анализа и трансформации концептуальных моделей, представленных в форме деревьев событий и отказов. Результаты НИР могут быть применены для подготовки и поддержки междисциплинарных научных исследований, а также в задачах реального сектора экономики, управления риском техногенных катастроф. Возможные области применения результатов: разработка технологий и инструментальных средства автоматизации создания онтологий, паттернов онтологического проектирования (онтологических шаблонов) и продукционных баз знаний (БЗ) на основе анализа и преобразования концептуальных моделей, учитывающих факторы нечеткости.СО