Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ОНТОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ «ТЕХНОЛОГИЯ ШВЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ»

Королева Л.А. 1 Подшивалова А.В. 1 Панюшкина О.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Владивостокский государственный университет экономики и сервиса»
В статье отражены вопросы, связанные с проектированием экспертной системы «Технология» на основе формируемой базы знаний проблемной области «Технология швейных изделий». Авторами рассмотрен методологический подход к разработке экспертных систем, определена область исследований, выявлены теоретические аспекты разработки онтологии предметной области, проведен сравнительный анализ моделей представления знаний и выявлено, что фреймовая модель в наибольшей степени отвечает предъявленным требованиям к моделям представления знаний для проектирования интеллектуальной системы данного типа. Произведена структуризация и формализация знаний проблемной области «Технология швейных изделий» на основе онтологического подхода на этапе принятия технологических решений. Определены характеристики элементов онтологии и описаны их значения. Сформирована классификация классов, подклассов, выявлены характеристики, описывающие данные понятия, и разработана понятийная структура онтологии области «Технология швейных изделий». Создана онтология предметной области «Технология швейных изделий» с помощью инструментального средства – программы Protégé 4.2 beta.
экспертная (интеллектуальная) система
предметная/проблемная область
база знаний
онтология
технология швейных изделий
технологический узел
срез детали
1. Гаврилова Т.А. Использование онтологий в системах управления знаниями [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.big.spb.ru/publications/bigspb/km/use_ontology_in_suz.shtml (дата обращения: 24.08.2013).
2. Ездаков А.Л. Экспертные системы САПР: учебное пособие. – М.: ИД «Форум», 2012. – 162 с.
3. Малюх В.Н. Введение в современные САПР: Курс лекций. – М.:ДМК Пресс, 2012. – 192 с.
4. Моделирование и экспертные системы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://sdo.uspi.ru/mathem&inform/lek5/lek_5.htm (дата обращения: 22.08.2013).
5. Подшивалова А.В. Совершенствование автоматизированного проектирования одежды на основе интеллектуализации процесса конфекционирования материалов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Владивосток, 2011. – 22 с.
6. Разработка онтологии 101: руководство по созданию Вашей первой онтологии / Наталья Ф. Ной (Natalya F. Noy) и Дэбора Л. МакГиннесс, Стэнфордский Университет, Стэнфорд, Калифорния, 94305.
7. Рыбина Г.В. Основы построения интеллектуальных систем: учебное пособие. – М.: Финансы и статистика; ИНФРА-М, 2010. – 423 с.
8. Цели создания онтологии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.intuit.ru/department/expert/ontoth/1/2.html (дата обращения: 20.08.2013).
9. Protege 4.2 beta [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://translate.yandex.ru/translate?srv = yasearch&url = http %3A %2F %2Fprotege.stanford.edu %2F&lang = en-ru&ui = ru (дата обращения: 26.03.2013).

В настоящее время развитие автоматизации процессов проектирования, в том числе и одежды, не приводит к получению результатов, способных вывести данный процесс на качественно новый уровень [3]. В современных САПР автоматизированы только отдельные проектные процедуры. Задачи, возникающие на ранних стадиях проектирования технических объектов, к которым относятся: формирование технического задания, разработка технического предложения и эскизное проектирование, составление конфекционной и технологической карт решаются в интерактивном режиме инженером-проектировщиком. Реализуемые при этом процедуры связаны с решением слабоструктурированных и трудно формализуемых задач и поэтому сложно поддаются автоматизации в рамках существующей методологии автоматизированного проектирования.

Постоянный прогресс информационных технологий, с одной стороны, и постоянные модификации и рост сложности проектируемых технических систем, с другой, приводят к необходимости рассматривать САПР как архитектуру, обеспечивающую проектировщикам возможность добавления новых свойств и компонент. Структурными компонентами САПР, в том числе одежды, эффективно повышающими качество процесса проектирования, могут стать экспертные системы (ЭС) [2], которые относятся к системам, основанным на знаниях (СОЗ), и образуют вместе с проектирующими подсистемами интеллектуальные информационные системы (ИИС).

Главное достоинство ЭС – возможность накопления знаний и сохранение их длительное время. В отличие от человека к любой информации ЭС подходит объективно, что улучшает качество проводимой экспертизы. Цель создания экспертных систем ‒ концентрация знаний специалистов в конкретных предметных областях, упрощение процедуры принятия решений пользователями в трудно формализуемых предметных областях, улучшение качества и повышение эффективности принимаемых решений, тиражирование знаний экспертов, автоматизация некоторых рутинных направлений деятельности экспертов [7].

Ядром экспертных систем являются базы знаний соответствующих проблемных областей (ПО), например, ПО «Технология швейных изделий» (ПО ТШИ). Определенная организация знаний в БЗ позволяет их легко определять, модифицировать и пополнять.

Способ представления знаний в ИИС характеризуется моделью представления знаний. Фреймовая модель универсальна в использовании, имеет многоуровневую структуру представления данных, быстрый и прямолинейный доступ к информации, отображает взаимосвязи между объектами, что отвечает требованиям интегрированной системы автоматизированного проектирования одежды (ИСАПРо), ее подсистем, в том числе экспертной системы «Технология» [5].

Реализация фреймовой модели возможна посредством онтологического подхода, который заключается в разработке онтологии исследуемой проблемной области. Онтология – это точная спецификация некоторой предметной области, например, «Технология швейных изделий» (ТШИ). Использование онтологий наиболее активно происходит в области систем управления знаниями, а также в области многоагентных интеллектуальных систем [1].

Цель исследования – разработка онтологии предметной области «Технология швейных изделий» на этапе принятия технологических решений.

Методы исследования: системный подход, методы системного анализа, онтологический подход, методы интеллектуализации, поддержки принятия решений, средства и методы интерфейса пользователя.

Результаты исследования и их обсуждение

Потребность в разработке онтологий возникает по следующим причинам [8]: для совместного использования людьми или программными агентами общего понимания структуры информации; для возможности повторного использования знаний предметной области; для того чтобы сделать допущения предметной области явными; для отделения знаний предметной области от оперативных знаний; для анализа знаний предметной области.

Онтология представляет собой формальное явное описание понятий в рассматриваемой предметной области (классов (иногда их называют понятия)), свойств каждого понятия, описывающих различные свойства и атрибуты понятия (слотов (иногда их называют ролями или свойствами)), и ограничений, наложенных на слоты (фацетов (иногда их называют ограничениями ролей)).[6] Онтология вместе с набором индивидуальных экземпляров классов образует базу знаний, например, экспертной системы «Технология».

Процесс построения онтологии предметной области состоит из следующих основных этапов [4]: определение области и масштаба онтологии; рассмотрение вариантов повторного использования существующих онтологий; перечисление важных терминов в онтологии; определение классов и иерархии классов; определение свойств классов – слотов; определение фацетов слотов; создание экземпляров.

Для преобразования данных предметной области ТШИ о методах технологической обработки (МТО) посредством онтологии, которая позволяет представить информацию в адаптированном для информационных технологий виде, в ходе исследования было принято решение отойти от общепринятой классификации МТО и названий срезов основных деталей, деталей прокладки и приклада. Это позволяет осуществлять поиск МТО по заданным параметрам (цельновыкроенность деталей, способы обработки среза, способы закрепления среза, вид материала, наличие вспомогательных деталей (планки, обтачки, тесьма, косая бейка, лея и т.д.), ориентации основных деталей (левая и правая части), способам установки фурнитуры и выполнения закрепок (специальные п/автоматы, вручную). В данном случае выбор методов обработки производится независимо от ассортимента (пальтово-костюмный, платьево-блузочный), группы (плечевая, поясная), вида изделий (брюки, юбки, платья, пальто, шорты и т.д.) и используемых материалов, что упрощает и ускоряет процесс принятия технологических решений.

В соответствии с правилами разработки онтологий, проведен анализ исследуемой предметной области и выявлены основные ее понятия – классы: срезы деталей и технологические узлы (ТУ); подклассы и экземпляры. Обобщенная структурная схема элементов онтологии предметной области «Технологии швейных изделий» представлена на рис. 1.

pic_13.wmf

Рис. 1 Обобщенная структурная схема элементов онтологии предметной области «Технология швейных изделий»

В качестве примера результатов проведенного исследования рассмотрен класс «Срезы деталей» и подкласс «Обработка низа» класса «Технологические узлы». Построение структуры онтологии происходит по принципу соподчинения. На рис. 2 представлена структура класса «Срезы деталей», который делится на подклассы: «Срез низа» «Внутренний срез дополнительной детали», «Стабилизация», «Закрепление припусков швов». Каждый подкласс описан определенными экземплярами, например, подкласс «Внутренний срез дополнительной детали» включает следующие экземпляры: необработанный, подогнутый, обтачанный, окантованный, обработанный притачными деталями, обработанный накладным швом.

pic_14.wmf

Рис. 2. Структура класса «Срезы деталей»

Класс «Технологический узел» делится на подклассы, один из них – «Обработка низа» (рис. 3). В подкласс «Обработка низа» входят определенные экземпляры, такие как низ (плечевых изделий, низ юбок), низ рукава, низ брюк.

pic_15.wmf

Рис. 3. Структура класса «ТУ», подкласс «Обработка низа»

Каждое из понятий предметной области, то есть каждый из классов, подклассов и экземпляров имеет определенный набор характеристик, описывающих эти понятия. При этом для онтологии характерно выполнение принципа наследования, когда подклассы, следовательно, и их экземпляры, объединенные в иерархии общим классом, автоматически наследуют слоты, установленные для этого класса. Таким образом, классу «Срезы деталей» присваиваются слоты, общие для всех срезов. Затем выявляются и дополняются к общим слоты, характерные для каждого из подклассов класса «Срезы деталей», и далее в зависимости от степени детализации онтологии. Выявление слотов элементов онтологии необходимо для составления формы описания конечных экземпляров онтологии. В данном случае конечными экземплярами классов «Срезы деталей» и «Технологические узлы» являются методы технологической обработки низа.

Характеристики подкласса «Обработка низа» класса «Технологические узлы» представлены срезами деталей, а значение этих характеристик – способами обработки. Структура построена таким образом, чтобы исключить многократные повторения идентичных способов обработки различных технологических узлов (табл. 1). Характеристики класса «Срезы деталей» представлены способами обработки срезов и отображены в табл. 2 (фрагмент).

Таблица 1

Характеристика подкласса «Обработка низа» класса «Технологические узлы»

Наименование характеристики

Значение характеристики

Тип значения характеристики

Мощность

характеристики

Срез низа

Цельновыкроенный

Обтачанный

Окантованный

Обработанный с притачными деталями

Обработанный накладным швом

Обработка среза ниточными строчками

Определение

0 или 1

Внутренний срез дополнительной детали

Окантованный

Подогнутый

Обработка среза ниточными строчками

Определение

0 или 1

Закрепление

В чистый край

Вспушку

Отделочная строчка

Положение отделочной строчки

Графическое изображение

0 или 1

Таблица 2 (фрагмент)

Характеристика класса «Срезы деталей»

Наименование характеристики

Значение характеристики

Тип значения характеристики

Мощность характеристики

Цельновыкроенность основной детали

С припуском на обработку

С подкладкой манжеты

Определение

0 или 1

Наличие дополнительной детали

Обтачка

Бейка

Усилитель среза детали

Манжета

Подкладка манжеты

Брючная тесьма

Определение

0 или 1 и более

Для проектирования БЗ экспертной системы «Технология» создана онтология предметной области «Технология швейных изделий», с помощью инструментального средства-программы Protégé 4.2 beta [9]. Рис. 4 демонстрирует диалоговое окно программы Protégé 4.2 beta, в котором представлены экземпляры подкласса «Внутренний срез дополнительной детали» класса «Срезы деталей».

pic_16.tif

Рис. 4. Диалоговое окно программы Protégé 4.2 beta: экземпляры подкласса «Внутренний срез дополнительной детали» класса «Срезы деталей»

Выводы

Произведена структуризация и формализация знаний предметной области «Технология швейных изделий» на основе онтологического подхода. Определены характеристики элементов онтологии и описаны их значения. Создана онтология предметной области «Технология швейных изделий», составляющая основу базы знаний исследуемой проблемной области. Полученные результаты позволяют перейти к разработке экспертной системы «Технология», объективизировать и на более высоком уровне автоматизировать процесс выбора методов технологической обработки.

Рецензенты:

Шеромова И.А., д.т.н., доцент, профессор кафедры сервисных технологий, ФГБОУ ВПО «Владивостокский государственный университет экономики и сервиса», г. Владивосток;

Бойцова Т.М., д.т.н., профессор, директор Института сервиса, туризма и дизайна, ФГБОУ ВПО «Владивостокский государственный университет экономики и сервиса», г. Владивосток.

Работа поступила в редакцию 18.09.2013.


Библиографическая ссылка

Королева Л.А., Подшивалова А.В., Панюшкина О.В. ОНТОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ «ТЕХНОЛОГИЯ ШВЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ» // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-5. – С. 986-990;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32438 (дата обращения: 21.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074