Причина конфликтов, драк и войн - в незнании итога, в предположении, что дело кончится более успешно. (Из записок менеджеров)

Стандартизация как база знаний на основе онтологий


Павел СЕРЕНКОВ, Ирина НИКОЛАЕВА

Необходимость интеграции с мировым экономическим сообществом, в частности вступление в ВТО, приводит к кардинальным изменениям в подходах к стандартизации в странах СНГ, в том числе и в Республике Беларусь. Изменения прежде всего касаются национальной законодательной базы. Закон Республики Беларусь "О техническом нормировании и стандартизации" вместо прежней государственной системы стандартизации с 1 января 2005 г. ввел в действие систему технического нормирования и стандартизации. В рамках новой системы правила разработки, применения, обращения технических норм и правовых актов (ТНПА) описываются через технические кодексы установившейся практики (ТКП). Быстрые темпы развития инфраструктуры современной стандартизации все больше обостряют проблему отставания ее результативности. Налицо диалектическое противоречие - несоответствие формы и содержания.



     Представление результатов стандартизации в виде отдельных документов уже не может обеспечить того уровня чувствительности и анализа, который необходим для нормирования современных объектов стандартизации - сложных комплексных систем.
     Усиливающаяся динамика снижения результативности в конечном счете может привести к тому, что главная цель стандартизации - достижение оптимальной степени упорядоченности в данной области - будет невыполнима.
     Какие факторы способствуют этому? В их числе можно назвать неудобочитаемость, недостаточную прослеживаемость изменений, дублирование информации (избыточность), неопределенность и неоднозначность в определениях понятий, встречающиеся противоречия и т.п. Причем противоречия наиболее характерны для терминологической области стандартизации. Например, определения терминов "калибровка" и "неопределенность" в разных стандартах различные.
     Яркий пример недостаточной прослеживаемости - термин "качество". Даже после появления стандарта ИСО 9000:2000 в некоторых новых нормативных документах используется определение, данное предыдущей версии стандарта (1994 г.).
     Очевидно, что путь к преодолению несовершенства - тотальное использование информационных технологий [1-11].
     Было бы некорректно говорить, что стандартизации чужды современные компьютерно ориентированные подходы. Сегодня организациям предлагаются в широком ассортименте "электронные системы документооборота" в виде систем управления базами данных на различных платформах. Однозначно, что автоматизация стандартизации в части документооборота снимает ряд вышеназванных проблем. Тем не менее это лишь модернизация имеющейся инфраструктуры.
     Заслуживают внимания CALS-технологии как средство кардинального решения проблем повышения эффективности обработки информации о сложных изделиях, интеграции процессов информационного сопровождения жизненного цикла этих изделий и перехода от бумажного документооборота к электронному [6, 7]. Благодаря внедрению CALS-технологий снижаются трудоемкость и расходы на проектирование и освоение производства новых сложных изделий, в том числе на подготовку технической документации, уменьшаются сроки выпуска таких изделий на рынок. Однако CALS- (ИПИ)-технологии в основном ориентированы на решение конкретных задач для технически сложных изделий с длительным жизненным циклом. Именно поэтому CALS-технологии не могут, на наш взгляд, служить универсальным подходом к созданию эффективной инфраструктуры стандартизации.
     Возможное решение представляется нам в создании принципиально новой концепции стандартизации, основанной на Методологии онтологического инжиниринга [2-5], которая позволит оптимизировать функционирование системы стандартизации в целом, приве­сти ее инфраструктуру в соответствие с современным уровнем научно-технического прогресса, решить множество ее проблем.
     Онтология - учение о познании (от греч. онтос - сущее, логос - понятие). Другими словами, онтология - это структурированное, детальное описание некоторой предметной области, ее формализованное представление, которое включает словарь терминов и понятий предметной области и логиче­ские выражения (связи), описывающие соотношения друг с другом. Зачастую онтологией называют постоянно пополняемую и развивающуюся базу знаний специального вида, которую можно применять самостоятельно в рамках рассматриваемой предметной области. Использование базы знаний предполагает интерактивное взаимодействие с ней пользователя, который задает вопрос, переводя его на формальный язык логики, и получает однозначный ответ, если таковой существует, т.е. если его в принципе можно сформулировать из существующих в базе знаний понятий и связей между ними.
     Очевидно, в силу идеологической близости онтологический подход очень органично может быть "вписан" в стандартизацию. Действительно, пользователь не читает стандарт как художественное произведение, он ищет в нем ответы на интересующие его вопросы. Именно в таком контексте следует рассматривать стандартизацию и ее инфраструктуру. Пользователю нужна база знаний, к которой можно обратиться с запросом и получить конкретный ответ, и при этом быть уверенным, что ответ точный, однозначный для всех участвующих сторон. Например, его могут интересовать ответы на вопросы:
     какие параметры следует измерять;
     можно ли измерить этот параметр таким образом;
     можно ли назначить для продукции такие требования;
     каковы правила эксплуатации такого-то оборудования?

     База знаний стандартизации сегодня - совокупность, как правило, самодостаточных фрагментов информации (стандартов), представленных не только на бумажных носителях, но и в электронной форме. Тем не менее суть инфраструктуры стандартизации (формы представления информации) при этом практически не изменилась с момента зарождения стандартизации. В то же время содержание в количественном и качественном отношении сегодня совсем другое. Налицо диалектическое противоречие: форма не соответствует содержанию.
     Проектирование и разработка онтологий (онтологический инжиниринг) - ядро концепции менеджмента знаний (КМ - Knowledge Management) [8-11], сегодня, на наш взгляд, одного из наиболее перспективных подходов к управлению сложными "информационно наполненными" системами.
     При разработке систем менеджмента знаний можно выделить несколько этапов:
     1. Накопление. Стихийное и бессистемное накопление информации.
     2. Извлечение. Процесс обнаружения источников данных и знаний, их "добыча" и описание. Это один из наиболее сложных и трудоемких этапов. От его успешности зависит дальнейшая жизнеспособность системы.
     3. Структурирование. На этом этапе должны быть выделены основные понятия, выработана структура представления информации, обладающая максимальной наглядностью, простотой изменения и дополнения.
     4. Формализация и программная реализация. Представление структурированной информации в форматах машинной обработки, т.е. на языках описания данных и знаний, и организация автоматизированной обработки и поиска информации по запросу.
     5. Обслуживание. Коррекция формализованных данных и знаний (добавление, обновление): удаление устаревшей информации (актуализация); фильтрация данных и знаний для поиска информации, необходимой пользователям.
     На данный момент разработано достаточно много онтологий (онтологических моделей) для описания и управления сложными системами в самых различных предметных областях - от искусственного интеллекта, медицины, интернет-технологий, до систем управления организациями, отдельных видов деятельности и продукции.
     Основная задача онтологического подхода - упорядочение знаний путем их систематизации, создания единой иерархии понятий, унификации терминов и правил интерпретации - отвечает общим целям и принципам самой стандартизации, что свидетельствует в пользу применения именно этого подхода для достижения целей как самого процесса стандартизации, так и пользования нормативно-технической информацией, которая сейчас существует в виде стандартов.
     Онтологический инжиниринг может и должен стать методологической основой современной и будущей стандартизации, так как он объединяет две основные технологии проектирования сложных систем - объектно-ориентированный и структурный подходы. Недаром онтологический анализ вошел в IDEF5, один из ключевых стандартов "линейки" языков описания сложных систем IDEF, и является основным средством спецификации компьютерно-ориентированных информационных систем и моделирования сложных бизнес-процессов [12].
     Для разработки концепции автоматизированной инфраструктуры стандартизации на основе онтологического инжиниринга необходимо следующее:
  • разработать иерархию онтологий, определяющих области стандартизации;
  • создать иерархию терминологий;
  • фиксирование аксиом на неформальном ("человеческом") языке;
  • выбор языка описания и перевод утверждений на формальный язык;
  • реализация релевантных данных в виде единой базы знаний, состоящей из иерархически соподчиненных баз данных для каждой области стандартизации;
  • семантическое представление базы знаний как "единого" стандарта (в смысле представления) и разработка методики пользования концепцией.
         База знаний в области стандартизации, представленная в виде формализованной модели данных и построенная по методологии онтологического инжиниринга, состоит из терминологии, т.е. формально определенных терминов, и правил - логических отношений между ними ограничительного характера. База знаний описана с помощью логического языка программирования (например, Пролога), что позволяет применять для обработки данных и вопросов, задаваемых пользователями, дедуктивные возможности логики первого порядка [1]. Причем главная возможность - это автоматическое извлечение скрытых истинных фактов (имплицитная информация) при наличии исходных, введенных в базу (эксплицитная или явная информация).
         Надо сказать, что попытки представить стандартизацию в отдельных локальных областях как онтологию, имеют место.
         В приложении А стандарта ИСО 9000:2000 с помощью диаграмм логических связей между терминами представлены основные правила их взаимодействия и трактования (ассоциативные, партитивные и родовидовые) (схема 1). Дополнительные связи и ограничения в отношении процессов и ресурсов, определяемых терминами и правилами, определены в ИСО 9001:2000. В совокупности это могло бы служить основой для создания онтологической модели стандартизации в области менеджмента качества. Но разработчики данной серии стандартов, к сожалению, только обозначили онтологию, ограничившись, по-видимому, эффектом наглядности и прослеживаемости понятий.
         Здесь понятия менеджмент, менеджмент качества, планирование качества и т.д. являются терминами, а связи понятий - правилами.
         Для построения модели используется системный подход - методология онтологического инжиниринга. Методология предполагает: идентификацию, классификацию и однозначное определение терминологии и правил; постановку пользовательских вопросов; вывод ответов [4].
         Проиллюстрируем вышесказанное на примере тех же понятий, связанных с менеджментом качества (см. схему 1). Отношения между понятиями могут быть описаны в виде абстрактной логической модели - некоторого формального описания, состоящего из следующих утверждений (отношений):
         1) часть (менеджмент качества, менеджмент); 2) часть (планирование качества, менеджмент качества); 3) часть (управление качеством, менеджмент качества); 4) часть (обеспечение качества, менеджмент качества); 5) часть (улучшение качества, менеджмент качества); 6) виды деятельности Z (X, Y): часть (X, Z), часть (Y, Z), X<>Y;

    схема 1
         Первые пять утверждений описывают партитивные связи между понятиями, обозначенные как часть (например, планирование качества есть часть менеджмента качества). Понятия и правила позволяют определить новые отношения в терминах существующих отношений. Последнее утверждение - это правило, определяющее новое отношение виды деятельности Z в терминах существующих отношений часть:
         виды деятельности Z (X, Y): часть (X, Z), часть (Y, Z), X<>Y,
         которое указывает, что виды деятельности X и Y являются элементами одного уровня (родственными элементами) в рамках деятельности Z. То есть, если Х - планирование качества как часть менеджмента качества Z (утверждение 2), а Y - обеспечение качества, как часть менеджмента качества Z (утверждение 4), то Х и Y - родственные виды деятельности (одного уровня). C другой стороны, подобный запрос в отношении утверждений 1 и 2 автоматически покажет, что менеджмент качества и планирования качества - понятия не одного уровня, причем второе - часть первого.
         Таким же образом легко могут быть логически описаны все остальные понятия из словаря стандарта ИСО 9000:2000 и связи между ними, положения стандарта, а также положения других стандартов различных областей, что в итоге образует Единую онтологию стандартизации (схема 2), состоящую из онтологий низших уровней.

    схема 2
         Отметим, что предпосылки создания Единой онтологии стандартизации существуют. В результате применения системного подхода к объектам стандартизации разработано множество систем стандартов, регламентирующих соответствующие комплексы взаимосвязанных требований, которые могут составлять элементарные или базовые "онтологии - модули" Единой онтологии стандартизации. Например, системы стандартов, относящиеся к разработке конструкторской и технологической документации (ЕСКД, ЕСТД) и др.
         Реализация проекта Единой онтологии стандартизации позволит эффективнее проводить принципы системности и комплексности, поскольку все понятия будут находиться в единой открытой, т.е. пополняемой по установленным правилам базе данных. Это исключит дублирование понятий (система просто не позволит ввести дублирующий или синонимичный термин), их неоднозначность (так как все описано строгим языком логики), также будут исключены противоречия и улучшится прослеживаемость.
         Построенная на основе онтологий база знаний сможет обеспечить формализацию и автоматизацию задач стандартизации с поддержкой процесса разработки новых правил ограничительного типа в определенной области, применения и использования ограничений и логической обработки данных. Очевидные преимущества этого:
  • устранение дублирования;
  • исключение противоречий и непоследовательности;
  • избежание появления синонимичных терминов;
  • сокращение недочетов, пробелов, разночтений; o повышение степени упорядоченности и структурированности, улучшение унификации;
  • поддержка принципов системности и комплексности;
  • способность автоматически выводить скрытые истинностные факты;
  • универсальность и простота доступа к нужной информации при использовании единого домена знаний.
         Развитие онтологического подхода применительно к области знаний - стандартизации способно вывести ее на совершенно новую ступень развития. В программе стандартизации на 2005 г. запланирован пилотный проект по разработке онтологии стандартов МС ИСО серии 9000. Выполнение проекта предполагает совместное участие Госстандарта Республики Беларусь, Белорусского государственного института стандартизации и сертификации, Белорусского национального технического университета.

  • СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
    1. Kim H.M., Fox M.S., Gruninger M. An ontology for quality management - enabling quality problem identification and tracing, 1999.
    2. Tate A. Towards a Plan Ontology, AIIA Notiziqe (Quarterly Publication of the Associazione Italiana per l'Intelligenza Artificiale), Special Issue on Aspects of Planning Research, 9 (1). 19-26, March, 1996.
    3. Gruninger M., Schlenoff C., Knutilla A., Ray S. Using Process Requirements as the Basis for the Creation and Evaluation of Process Ontologies for Enterprise Modeling, ACM SIGGROUP Bulletin Special Issue on Enterprise Modelling, Vol. 18, No. 3, 1997.
    4. Pease R.A. and Carrico T. The JTF ATD Core Plan Representation: A Progress Report, Proceedings of the AAAI Spring Symposium on Ontological Engineering, 1997.
    5. Smith S.F. and Becker M. An Ontology for Constructing Scheduling Systems, Working Notes of 1997 AAAI Symposium on Ontological Engineering, Stanford, CA, March, 1997, AAAI Press.
    6. Manji J.F. CALS sharpens your competitive edge today and into the 21st Century. 7. ИПИ-технологии. Информационная поддержка этапов жизненного цикла изделия // http://www.rtc.ru/ipi/ (11.09.2004).
    8. Гаврилова Т.А. Онтологический инжиниринг // http://www.big.spb.ru/publications/bigspb/ (11.09.2004).
    9. Gruber. T. Towards Principles for the Design of Ontologies used for Knowledge Sharing // International Journal of Human and Computer Studies. - 1995. - № 43 (5/6). - P. 907-922.
    10. Gruber T. R. A translation approach to portable ontologies. Knowledge Acquisition, 1993. - 5(2). - P. 199-220.
    11. Гаврилова Т.А. Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. - С.-Пб.: Питер, 2000.
    12. Верников Г. Стандарт онтологического исследования IDEF5 // http://www.cfin.ru.

    Павел Степанович СЕРЕНКОВ - кандидат технических наук, заведующий кафедрой "Стандартизация, метрология и информационные системы" Белорусского национального технического университета, Минск;
    Ирина Васильевна НИКОЛАЕВА - начальник отдела стандартизации Госстандарта Республики Беларусь, Минск

    Опубликовано в Стандарты и Качество





    Также на сайте:
    Стандартизация и менеджмент качества (часть 2)
    О стандартизации, воровстве и управлении

    Подготовлено при поддержке:

    О проекте

    quality.eup.ru - один из самых старых в рунете ресурсов, посвященных менеджменту качества во всем его разнообразии.

    Нам более 7 лет, и все это время ресурс пополняется новыми и новыми материалами, почти ежедневно. Если вы ищете информацию о менеджменте вообще и управлении качеством в частности, скорее всего, вы найдете эту информацию здесь.

    Кроме отличной и действительно большой подборки статей, действует живой форум по менеджменту качества.

    Добавить в "Избранное"

    Рекомендуем

    Наш новый проект:
    Все о качестве менеджмента
    Избранные книги

    Реклама на сайте





    Как сюда попасть?