Ивлев Алексей Алексеевич,
Артеменко Валерий Борисович
Онтология военных технологий
Введение
Характерные особенности экономики знаний наиболее ярко проявляются в области развития вооружения и военной техники, где все большее значение приобретает научно-технический задел - совокупность научных и технологических знаний, позволяющая создавать перспективное и нетрадиционное оружие.
Основной объём работ по созданию новых военных технологий осуществляется в рамках Программы развития базовых военных технологий (БВТ). Очевидно, что для обоснования программы и эффективной реализации её результатов необходимо глубокое, разделяемое всеми участниками программы понимание сущности, структуры, свойств, закономерностей совершенствования объекта развития - военных технологий.
К сожалению к настоящему моменту времени пока не существует общепринятой теории технологий, отвечающей на основополагающие вопросы: Что такое технология? Каковы ее свойства и особенности? Откуда она появляется и как реализуется при создании новых изделий? Как она развивается? Как она эволюционирует? Как возникают прорывные и подрывные технологии?
Отсутствие общей теории технологий порождает многообразие взглядов и мнений, несогласованность и неразбериху в вопросах планирования и реализации исследований по созданию новых технологий, в вопросах обучения молодых специалистов по технологическому развитию.
В умах многих отечественных специалистов до сих пор господствует "производственный уклон" - мнение о том, что технология - это нечто, связанное, главным образом, с производством продукции, с организацией производственных процессов, с цепочками применения станков, оборудования и оснастки.
На самом деле, не отрицая важности производственной составляющей в развитии технологий, следует подчеркнуть, что главное в развитии технологического домена - это технологии продукции (product technologies), это конструктивные, функциональные особенности изделий и систем, направленные для удовлетворения текущих и будущих потребностей людей. В конечном итоге, производственный аспект в развитии технологий носит подчиненный, вспомогательный характер. Ведущей тенденцией технологического развития является создание новых изделий и продуктов с более совершенными потребительскими свойствами. Если рассуждать на примерах и более абстрактно, то можно утверждать, что человеку для решения новых задач и удовлетворения постоянно возрастающих потребностей нужны новые более мощные компьютеры, более безопасные и более комфортабельные самолёты, более скоростные и более экономичные автомобили и многие другие потребительские технические изделия. И все исследования, и ресурсы, в первую очередь, будут направлены на создание сначала технологий продукции, технологий вышеперечисленных устройств.
В случае компьютера, технология изделия - это его архитектура, основные элементы, правила взаимодействия этих элементов, человеко-машинный интерфейс, программное обеспечение. То есть первоосновой технологического развития в данном примере является технология нового компьютера, а технология его производства носит подчиненный и обеспечивающий характер и будет востребована только при условии создания технологии самого компьютера.
В конечном итоге неоднозначность и многообразие взглядов и мнений на порядок развития технологического домена приводят к межведомственной несогласованности и неразберихе, результатами которых является снижение функционально-экономической эффективности планирования и реализации работ по созданию новых технологий, затягивание сроков создания новой техники и другой продукции, экономические потери.
Все перечисленные недостатки и функционально-экономические потери из области гражданских технологий синергетически усиливаются (умножаются) при проецировании их на область военных технологий. Проекты по разработке военных технологий и вооружения обычно превосходят гражданские по масштабам, срокам реализации, затратам и числу привлекаемых специалистов из различных ведомств. Функционально-экономические потери, обусловленные недостатками взаимопонимания специалистов различных ведомств, при создании военных технологий и вооружения не "исправляются рынком", а накапливаются и пополняют и без того существенные затраты военного ведомства и налогоплательщиков.
Сложившееся положение вещей наносит определенный ущерб имиджу Программы развития БВТ, в которой в целом за последние году получены значительные результаты по созданию технологий перспективного и нетрадиционного вооружения.
Приведенные выше аргументы подтверждают актуальность тематики данной статьи, имеющей в качестве главной цели - разработку онтологии военных технологий, которая будет наглядно представлять основные концептуальные элементы области военных технологий и характер их взаимодействия, которая позволит существенно улучшить взаимопонимание специалистов, связанных с планированием и разработкой военных технологий, создаст единую основу для подготовки специалистов по инновациям в области технологического развития.
Основой для разработки онтологии военных технологий (ОВТ) послужили открытые публикации по проблеме развития военных технологий [1,2] , а также работы, затрагивающие проблему создания общей теории технологий [3,4,5]. В этом ряду публикаций следует особо выделить книгу профессора Института Санта Фе Брайана Артура "Природа технологии. Что это такое и как она эволюционирует?" [4], знакомство с которой послужило толчком к разработке знаниецентрической теории технологий и данной статьи.
Памятуя о том, что разработка любой онтологии - это не только стремление внести ясность и визиулизировать объект концептуализации, это ещё и создание достаточно "долгоиграющего" элемента систем искусственного интеллекта, имеющего перспективу многократного использования при создании информационно-поисковых систем и автоматизированных систем поддержки принятия решений в области военных технологий, авторы статьи использовали общедоступный и хорошо себя зарекомедовавший на практике программный инструментарий построения концептуальных карт Cmap Tools. Этот программный продукт разработан Флоридским Институтом исследований человеческого и машинного познания (IHMC - Institute for Human and Machine Cognition), доступен для скачивания в интернете и успешно используется отечественными и зарубежными специалистами по созданию баз знаний и систем работы со знаниями [6]. Указанный институт плодотворно работает по заказам Минобороны США (DOD), Агентства перспективных исследовательских проектов (DARPA) и американского космического агентства (NASA).
В данной статье последовательно рассматриваются следующие вопросы:
-
понятие онтологии военных технологий и особенности её создания с помощью концептуальных карт (CMAP -conceptual map);
- процесс развития онтологии военных технологий;
- модель онтологии военных технологий;
- предложения по использованию онтологии военных технологий для решения задач программно-целевого планирования развития военных технологий.
1. Понятие онтологии военных технологий и особенности её создания с помощью системы концептуальных карт (CMAP)
1.1 В настоящее время для наглядного представления концептуальной модели предметной области в различных сферах науки и человеческой деятельности всё чаще используются онтологии. По определению Тома Груббера, впервые применившего это понятие в области информационных технологий [7], онтология как спецификация концептуализации - уже не только философский термин, означающий учение о бытии. Сначала термин в новом значении начал использоваться в области математики, где слабо формализованные концептуальные модели всегда сопутствовали строгим математическим определениям. Сейчас онтологии всё более широкое применение находят в мягких науках - менеджменте, экономике, электронном бизнесе, где структурирование и визуальное представление информации составляет значительную сложность [8]. К числу таких "размытых" междисциплинарных областей, в которых ощущается насущная необходимость определённого упорядочения на основе построения онтологии с элементами визуализации, в данной работе нами отнесена область военных технологий.
1.2 Хотя понимание термина онтология и само модельное представление онтологии существенно зависит от контекста и целей их использования, в дальнейшем в данной работе будем придерживаться следующего формального представления
О = (С, R, A),
где С - конечное множество концептов (понятий, терминов) предметной области, которую представляет онтология;
R - конечное множество отношений между концептами;
A - конечное множество аксиом или функций интерпретации, заданных на концептах и (или) отношениях.
1.3 Как отмечалось во введении, область военных технологий характеризуется отсутствием нормативно установленных определений, строгой классификации технологий. Военные технологии постоянно развивается, что отражается в расширении, изменении понятийной системы. Создание формальной онтологии для такой предметной области является чрезвычайно сложной задачей. Поэтому для формирования исходной отологической модели области военных технологий предлагается использовать методологию концептуальных карт (концепт-карт, CMAP).
Концепт-карта - это графический инструмент для организации и представления знаний. По сути, они являются циклическими графами, причём вершинами графа являются понятия (концепты - С), а рёбрами графа являются связи между понятиями (отношения - R). Концепты выражаются лексическим термином - словом (или словосочетанием). Пример концепт-карты, рекурсивно раскрывающей свою сущность, представлен на рис. 1.
Впервые коцепт-карты были предложены в начале 70-х гг. профессором Джозефом Новаком (Joseph D. Novak) из Корнелльского университета для изучения детского мышления и формирования первых научных понятий. Это исследование использовало идеи Дэвида Аусубела [9] о формировании понятийного мышления. Коцепт-карты оказались эффективным инструментом отображения понятийной системы человека. Благодаря этому они стали использоваться в обучающих системах (E-learning), для формальных обоснований в химии и аргументации высказываний в биологии, затем для описания процессов проведения научных исследований и при разработке баз знаний.
1.4 Концепт-карты можно отнести к так называемым "легким" онтологиям, у которых отсутствует аксиоматическая составляющая. Формально концепт-карту можно представить двойкой
Ок = (С, R),
где С - конечное множество концептов предметной области, которую представляет онтология;
R - множество отношений между концептами.
На рисунке 2 показано место СМАР в ряду онтологических моделей представления знаний о предметной области. В левой части рисунка в начале шкалы весомости располагаются простейшие формы представления знаний - словари, тезаурусы. Правую позицию занимает формальная онтология, включающая помимо концептов и отношений, множество аксиом, позволяющих на основе логики предикатов первого порядка получать новые утверждения. Онтологию, основанную на СМАР, по нашему мнению, следует поместить ближе к формальным онтологиям, благодаря гораздо большей выразительной способности концепт-карт, по сравнению с другими неформальными онтологическими моделями.
1.5 Обоснованность выбора концептуальных карт для формирования онтологической модели в области военных технологий обусловлена следующими их достоинствами при использования в качестве средства структурирования знаний [10]:
Системность - концепт-карта представляет целостный, осмысленный взгляд на предметную область с учетом ее иерархичности, структурированности и многоаспектности.
Единообразие - знания, представленные в единой форме, эффективно воспринимаются и воспроизводятся.
Научность - построение концепт-карты базируется на положениях философии конструктивизма и достижениях когнитивной науки, связано с глубоким анализом структуры отношений предметной области, что позволяет выявить новые, ранее невербализованные логические связи во всей их полноте.
Универсальность - концепты и связи имеют всеобщий характер, что позволяет их использовать для установления взаимосвязей разных классов концептов предметной области.
Когнитивность - при формировании и анализе концепт-карты используются все виды памяти человеческого мозга, что позволяет обучающимся и взаимодействующим специалистам быстро и точно усваивать представленные картами знания во всей их полноте [11] (рис. 3).
Поддерживаемость - для формирования концепт-карт разработан и доступен для получения и использования комплекс специального программного обеспечения, обладающий широкими возможностями для совместной работы группы специалистов, который постоянно совершенствуется Флоридском институтом человеческого и машинного познания (IHMC).
Открытость к взаимодействию - разработан ряд конверторов, позволяющих транслировать в концепт-карты онтологии, представленные на наиболее распространенных языках описания, например, OWL [12].
Инновационность - концепт-карты могут быть использованы для порождения новых знаний на ассоциативной основе.
1.6 Военные технологии представляют собой сложноструктурированную область [13, 14], включающую как абстрактные, обобщающие понятия, так и прикладную терминологию, содержащую понятия по конкретным реализациям военных технологий. В структуре онтологической модели военных технологий предлагается выделить четыре основных уровня (рис. 4).
Первый уровень, - онтология представления знаний, описывает область представления знаний. Цель первого уровня - создание языка для спецификации онтологий более низких уровней. В нашем случае онтологией верхнего уровня является методология СМАР, модель которой представлена на рис. 1.
Поскольку область военных технологий является подклассом области технологий, то была введена соответствующая онтология верхнего уровня. Онтология верхнего уровня может использоваться как основа для построения онтологий различных предметных областей. В нашем случае она описывает основные понятия в области технологий, такие как, технология, знание, технофакт, продуктовая технология, производственная технология, гражданская технология, двойная технология, продукт и др.
Третий уровень содержит онтологию предметной области - военных технологий, описывающую основные концепты технологий, связанных с конструкцией, функционированием, применением, производством изделий военной техники. По своей структуре онтология военных технологий является продолжением онтологии технологий.
Прикладные онтологии военных технологий, составляющие четвертый уровень, описывают множество реализаций военных технологий. Они содержат специфичную информацию - концепты и отношения, раскрывающие особенности определенных видов оружия и военной техники (лазерное оружие, динамическая защита, гиперзвуковой носитель, компьютер на основе перепрограммируемых логических матриц, система навигации и др.).
1.7 В условиях экономики знаний технологическая область непрерывно развивается - появляются новые виды технологий, происходит конвергенция (слияние и смешивание) технологий. В связи с этим изменяется и расширяется система концептуальных терминов, описывающих технологии. Примером такого расширения является понятие "инфратехнология", совсем недавно введенное экономистами американского научного института стандартизации и технологий (NIST), место которого в системе терминов пока только обсуждается [15].
В месте с областью технологий изменяется во времени и область военных технологий. При этом в процессе своего развития область военных технологий тесно взаимодействует со смежными областями науки, техники и технологий: инновации, производство военной техники, применение военной техники по назначению, управление развитием вооружения и военной техники, интеллектуальная собственность. Это также способствует изменениям в концептах и концептуальных отношениях, описывающих военные технологий.
В связи с вышесказанным, онтология военных технологий в процессе развития предметной области постоянно требует совершенствования. При этом процесс совершенствования онтологии военных технологий носит итеративный, дискретный характер, поскольку онтология военных технологий не может мгновенно учитывать изменения в области военных технологий и смежных областях. Разработанная онтология военных технологий используется определенное время без изменения, пока на смену ей не поступит новая версия, более полная и точная.
Необходимо отметить, что любая новая версия онтологии военных технологий также не будет являться точной и полной моделью области военных технологий, поскольку теоретические представления о предметной области непрерывно совершенствуются. Любая онтология формируется специалистами и поэтому она всегда будет нести отпечаток субъективизма. Онтология является моделью того, как эта область описывается теоретически и понимается определенной группой специалистов.
С учетом непрерывного развития области военных технологий онтологию военных технологий можно рассматривать как функцию времени
Тогда фиксированную онтологию военных технологий, используемую на определенном интервале времени, будем называть квазионтологией военной технологий
Будем считать, что в момент времени t1 квазионтология военных технологий максимально адекватна предметной области. С течением времени в области военных технологий происходят изменения, за счет чего накапливается погрешность, характеризующая расхождение квазионтологии военной технологии и реальной модели предметной области. Наступает момент времени t2, в который погрешность становится достаточно большой и квазионтология военных технологий заменяется новой.
Приведенные рассуждения позволяют смоделировать процесс развития онтологии военной технологии.
2. Процесс развития онтологии военных технологий
2.1 Итерационный процесс развития онтологии военных технологий удобно представить с помощью универсального цикла Джона Бойда НОРД: Наблюдение, Ориентация, Решение, Действие (английское обозначение OODA) [16]. Модель НОРД по своей сути является когнитивной и описывает процесс разумной человеческой деятельности. Она предполагает многократное повторение петли действий, составленной из четырех последовательных взаимодействующих процессов: наблюдение, ориентация, решение, действие (рис. 5).
Рассмотрим более подробно каждый из четырех отдельных элементов указанной петли применительно к развитию онтологии военных технологий.
Наблюдение (observation) - это процесс сбора информации, необходимой для принятия решения о создании новой, более совершенной версии квазионтологии военных технологий.
Необходимая информация поступает из внешних и внутренних источников. Под внутренними источниками информации понимаются элементы обратной связи петли. В нашем случае это оценки результатов функционирования квазионтологии военных технологий в составе систем поддержки принятия решения и информационных систем. В качестве внешних используются сведения о развитии области технологий, военных технологий и смежных областей: новые отрасли науки и техники, новые виды технологий, в том числе военных, двойных, новые подходы к рассмотрению технофактов, методов структуризации знаний.
Ориентация (orientation) - наиболее ответственный и наиболее сложный c когнитивной точки зрения этап во всём цикле OODA. На этапе ориентации осуществляется анализ информации о функционировании квазионтологии военных технологий и особенностях предметной области, полученной на этапе наблюдения, оценка ситуации (эффективности существующей квазионтологии военных технологий, прогноз развития области военных технологий), и разработка нескольких конкурентных вариантов дальнейшего развития онтологии военных технологий.
Принятие решения (decision) - третий этап цикла OODA. На данном этапе осуществляется выбор наилучшего варианта (направления) развития онтологии военных технологий из множества альтернатив, сформированных на этапе ориентации.
Действие (action) - заключительный этап цикла, предполагающий практическую реализацию принятого решения, то есть разработку новой версии квазионтологии военных технологий, ее публикацию, ввод в действие в составе систем поддержки принятия решений и информационных систем. Если же было принято решение о дальнейшем использовании существующей квазионтологии военных технологий, то осуществляется переход на этап наблюдения.
2.2 Каждая новая квазионтология военных технологий включает знания предыдущей квазионтологии и новые знания о предметной области. В результате в ходе итерационного развития онтологии военных технологий происходит поэтапное накопление знаний. Тогда уровень знаний L можно представить как функцию от онтологии военных технологий
2.3 Таким образом, в ходе выполнения этапов циклического развития онтологии военных технологий осуществляется решение следующих задач:
-
- оценка эффективности использования квазионтологии военных технологий;
- - разработка вариантов развития онтологии военных технологий;
- - выбор оптимального (близкого к оптимальному) варианта квазионтологии военных онтологий;
- - практическое применение онтологии в течении определенного промежутка времени.
3. Модель онтологии военных технологий
Современная область военных технологий чрезвычайно сложна и разнообразна. Мы все являемся свидетелями её постоянного развития и экспоненциального расширения. Появление новых видов оружия, таких как, лазерное, информационное, пучковое, нелетальное и др., вовсе не перечеркивает необходимость хранения знаний о многовековой истории традиционного вооружения, о законах и закономерностях его развития, об опыте применения в прошедших войнах и вооруженных конфликтах.
Большинство теорий инновационного развития военных технологий и технологий вообще утверждают, что радикальные инновации и революционные изменения - это результат отнюдь не внезапного озарения отдельных изобретателей, а творческой рекомбинации идей, людей и объектов, как компонентов уже существующих технологий [5,17].
Структура области военных технологий с целью наилучшего когнитивного восприятия и упрощения практического применения рассматривается как сложно-структурированный объект, состоящий из отдельных подобластей и их разделов. В свою очередь область военных технологий сама является частью более глобальной структуры - области знаний о технологиях вообще.
К настоящему времени общепринятой онтологии технологий в целом, которая представляет собой онтологию верхнего уровня, не создано. Поэтому в данной работе задача разработки онтологии военных технологий является основной, но рассматривается во взаимной увязке с более общей задачей создания онтологии технологий в целом.
3.1 Онтология технологий
Понятие технологии относится многими специалистами к "граничным объектам" (boundary objects), которые используются при взаимодействии нескольких научных сообществ (или, в более общем понимании, - социальных миров), например, биологами, кибернетиками, бизнесменами, экономистами, военными, и удовлетворяет различным требованиям этих сообществ [19]. Граничные объекты обеспечивают упорядочивание отношений между научными сообществами. Наиболее удобным полем для изучения взаимоотношений, складывающихся между людьми и объектами, является наука и технологии. Во-первых, категории и границы играют в науке огромное значение. А во-вторых, ученые очень часто переносят объекты одной области в другие. Соответственно все области науки и технологий становятся всё более междисциплинарными.
Онтология, являясь своеобразным интерфейсом между специалистами различных сообществ, также относится к граничным объектам. Следовательно, сложное понятие "онтология военных технологий" является граничным объектом "в квадрате", что еще раз подчеркивает актуальность ее создания на современном этапе.
Кроме этого, любой граничный объект автоматически становится предметом усиленного изучения, развития и областью получения нового знания, потому как над его совершенствованием работают специалисты нескольких смежных отраслей. Повышенное внимание специалистов к граничным объектам объясняется стремлением людей на психологическом уровне уточнить смысл объекта, найти его место в сложившейся модели предметной области.
Специалистами Массачусетского технологического института (MIT) понятие граничного объекта используется при решении задач интеграции знаний, координации деятельности и налаживания взаимодействия нескольких научных коллективов. В общем виде процесс, обеспечивающий системную интеграцию множества онтологий для сложно-структурированных областей знаний, можно описать следующей формулой [19]
3.1.1 Основой построения онтологии технологий стали предложения по созданию знаниецентрической теории технологии [1, 2, 20], согласно которой технология - это кодифицированные знания о технофактах и способах их создания. Данное определение понятия "технология" обуславливает состав основных концепты онтологии технологий, к которым относятся: технология, знания, технофакт, военная технология, теория технологий. Они выделены на схеме (рис. 6) желтым цветом и имеют овальную форму.
Технология представляет собой сложный объект, который может включать в себя другие технологии. Совокупность вложенных технологий структурирована определенным образом. Состав вложенных технологий и их структура составляют архитектуру технологии.
Знаниецентрический характер подхода к рассмотрению технологий нашел отражение в онтологической связи, соединяющей концепты "технология" и "знания". Знания могут быть явные (зафиксированные в виде публикаций, учебных пособий, научно-технической документации, электронных моделей, макетов, изделий, конструкторской документации) и неявные - навыки, умение, опыт специалистов, которые существуют только вместе с человеком.
Явные знания включают научные знания. Научные знания и навыки позволяют создавать технофакты.
3.1.2 Под технофактом понимается продукт или процесс, созданный человеком для решения определенных задач жизнедеятельности. Суть понятия технофакта становиться ясной, если рассматривать его в сравнении артефактом [20]. В американском словаре "The American Heritage Dictionary" артефакт объясняется как объект, созданный человеком, в частности инструмент, оружие, сооружение, скульптура, украшение, представляющее исторический или археологический интерес. Более простое интуитивное определение следующее: артефакт - это любой предмет, созданный человеком.
Артефакты подразделяют на две группы: артефакты, которые не могут быть воспроизведены (произведения искусства) и воспроизводимые объекты, экземпляры которых идентичны. Вторая группа объектов и называется технофактами, которые являются элементарными частицами технологий.
3.1.3 Важной составляющей онтологии технологий является таксономия технологий. Технологии предлагается классифицировать по следующим признакам:
-
назначению и своей сущности;
- сложности;
- сфере использования.
По назначению и своей сущности технологии разделены на два основных класса: продуктовые и производственные. Первый класс составляют технологии продукции - архитектурные и конструктивные решения, состав и характеристики составных частей изделия, особенности функционирования изделия. Например, технология проецирования информации на ветровое стекло автомобиля, фонарь самолета; технология изменения фаз газораспределения в двигателе внутреннего сгорания, технология построения гребного винта с изменяемым шагом. Технологии второго класса обеспечивают создание, серийное изготовление, ремонт изделий. Примерами таких технологий являются технология сварки деталей из цветного металла в интерном газе, технология горячей штамповки, технология литья крупногабаритных чугунных деталей, технология постановки судна в сухой док, технология заправки самолета кислородом и др.
По степени сложности технологии и соответствующие им технофакты, согласно [5, 20, 21], подразделяются на следующие шесть уровней:
а) материал (material) (основные материалы, такие как сталь, стекло, пластик, порох и др.);
б) элемент или компонент(component), аналог детали в ЕСКД (элементарные изделия из одного материала, которые не требуют сборки, используются как составные части, например, микросхема, вал, провода, строительные элементы, модуль программы);
в) сборочная единица (assembly) (изделие, состоящее из деталей, способное выполнять только одну функцию, например, источник питания, генератор, турбонагнетатель, двигатель);
г) система (system) (сложное многоцелевое изделий, состоящее из сборочных единиц и деталей. Примерами являются радиолокационная станция, персональный компьютер);
д) платформа (platform) (основа или носитель, на которую могут быть установлены и функционировать другие системы (примерами являются корабли, самолеты, бронемашины, здания, сооружения));
е) система систем (system of system) (широко распределенная совокупность систем и платформ, функционирующих совместно для решения общей задачи или системы задач. Примерами являются система предупреждения о ракетном нападении, государственная система управления воздушным движением, ударно-разведывательный комплекс с беспилотным летательным аппаратом и др.).
По сфере использования технологии могут быть классифицированы на гражданские, военные и двойные. Военные технологии составляют продуктовые и производственные технологии, предназначенные для реализации в военной сфере.
Двойные технологии могут использоваться как для гражданской продукции, так и для создания, поддержки эксплуатации, ремонта, утилизации изделий военной техники.
3.1.4 Важное значение имеет концепт "Критическая технология". В настоящее время термин "Критическая технология" употребляется в трех основных смысловых значениях [2]:
-
наиболее приоритетные технологии с точки зрения научно-технологического развития на государственном, региональном, ведомственном уровне;
- технологии, необходимые для производства стратегически важной продукции, утраченные вследствие распада СССР;
- наиболее важные технологии при проведении опытно-конструкторских работ по созданию техники различного назначения.
Обобщая приведенные трактовки термина "критическая технология" можно утверждать, что это наиболее важные технологии для решения основных задач в определенной сфере деятельности, имеющие перспективу многократного применения и обладающие существенным экономическим и функциональным потенциалом.
3.2 Онтология военных технологий
3.2.1 К основным концептам области военных технологий, схема онтологии которой представлена на рис. 7, нами отнесены: военная технология, технология вооружения, технология производства вооружения, базовая военная технология, критическая военная технология, Перечень базовых и критических военных технологий, Программа развития базовых военных технологий.
Военные технологии представляют собой технологии, предназначенные для использования в военной сфере [2]. По аналогии с разделением технологий в целом на продуктовые и производственные, область военных технологий также подразделяют на технологии продукции - вооружения и производственные технологии - производства вооружения.
Технологии вооружения реализуются в образцах, комплексах, системах вооружения и проявляются в конструктивных особенностях, функциях, возможностях изделий военной техники. Технологии производства вооружения реализуются в производственном оборудовании, технологической оснастке, производственных процессах, в испытательной и контрольно-проверочной аппаратуре, используемых для производства, ремонта и утилизации изделий военной техники.
3.2.2 Для пояснения основных концептов онтологии военных технологий воспользуемся простейшей моделью вооруженной борьбы, построенной на основе теории Джона Бойда [16] (рисунок 8).
В соответствии с этой теорией предполагается наличие противника, с которым ведется вооруженная борьба в определенной сфере. Обе противоборствующие стороны действуют и принимают решения в рамках цикла Бойда OODA - наблюдай, ориентируйся, решай, действуй.
В данной модельной ситуации существуют два основных способа достижения победы. Первый путь - сделать в количественном измерении свои циклы более быстрыми, что позволит перехватить инициативу, навязать противнику ход битвы, сражения, боя, вынудить противника отвечать на свои действия. Второй путь - улучшить качество принимаемых решений, то есть принимать решения, в большей степени соответствующие складывающейся ситуации, чем решения противника. Более качественные решения могут привести к более предпочтительным результатам, нежели быстрые, но неадекватные или плохо просчитанные действия.
Исходя их приведенных выше рассуждений, на каждом шаге процесса необходимо стремиться к постепенному улучшению качественных и количественных показателей деятельности. Побеждает в данной модели та сторона, у которой комбинация показателей скорости и качества военной деятельности выше.
3.2.3 Теория цикла военной деятельности OODA представляет удобный инструментарий для анализа, моделирования и разработки конкретных симметричных и асимметричных действий в развитии военных технологий и средств вооруженной борьбы. Визуальные образы универсальных циклов военной деятельности обеспечивают простоту и единство восприятия качественных оценок и предложений различными специалистами.
Каждый элемент цикла OODA может быть представлен как сложная макротехнология военной деятельности, эффективность которой обеспечивается развитием ее составляющих. Рассматривая каждую макротехнологию как метод (способ) решения одной из четырех задач в общем процессе военной деятельности, можно схематически изобразить следующую связь системы общепринятых базовых военных технологий с циклом OODA (рис. 9).
В настоящее время отечественной практике выделяют десять базовых военных технологий [1], из которых три основных:
-
поражение, подавление, выведение из строя живой силы, военных объектов, объектов инфраструктуры, военной техники;
- защита войск, военных объектов, объектов инфраструктуры, военной техники;
- обеспечение мобильности, маневра силами и средствами, перемещение и доставка к цели средств поражения (подавления) и информационных средств;
и семь обеспечивающих:
-
разведка;
- управление и связь;
- навигация и целеуказание;
- обеспечение жизнедеятельности;
- эксплуатация вооружения;
- обеспечение развития и применения вооружения;
- автоматизация и информационное обеспечение.
Выделение перечисленных БВТ носит достаточно условный характер и ориентировано на использование при обосновании и формировании раздела Государственной программы вооружения - Программы развития БВТ. Следует отметить, что аналогичные подходы к формированию базовых военных технологий используются в США, Австралии, Англии и др. странах. Так, в США в соответствии с директивой DoD D 7045.20 от 25 сентября 2008 года предусмотрено выделение 9 основных научно-технологических областей, в развитии которых заинтересовано Минобороны. В них группируются перспективные предложения по проведению исследований и формируются портфели научно-исследовательских и технологических разработок. Большинство из этих портфельных областей совпадает по охвату и по названиям с отечественными базовыми военными технологиями (command and control - технологии управления, protection - технологии защиты, force application - технологии поражения и т.п.).
Базовые военные технологии реализуются в конкретных образцах вооружения, составляющих систему вооружения, как это показано на рис. 9. Поэтому уровень развития БВТ играет решающую роль в определении возможностей, качества системы вооружения противоборствующих сторон.
В американских официальных документах, публикациях в прессе, научных работах цикл Дж. Бойда часто называют цепочкой уничтожения ("kill chain"). При этом детализация этой цепочки на составляющие может быть различной [21]. В таблице 1 приведены несколько способов представления цикла Дж. Бойда. Следует подчеркнуть онтологический характер цикла OODA для американских военных специалистов. Какие бы они не использовали обозначения для цепочки уничтожения, практически все они входят в четыре этапа цикла Дж. Бойда.
Поскольку в основе военной деятельности лежит противоборство сторон, то все методы вооруженной борьбы можно разделить на антагонистические пары: наступление - оборона, нападение - отражение, укрепление - разрушение и т.д. Аналогичным свойством обладают и военные технологии. Например, технология поражения - технология защиты, технология управления и связи - технология подавления управления и связи, технология маневра - технология затруднения маневра, сковывания противника. В перечне базовых военных технологий асимметрия технологий явно не прослеживается, так как технология поражения предполагает применения целого ряда средств и способов поражения (кинетический, термический, барический, электронный, психологический).
3.2.4 Среди технологий, входящих в состав базовых военных технологий, выделяют наиболее важные, так называемые, критические военные технологии, которые обеспечивают решение принципиально новых военно-технических задач, существенный прирост тактико-технических характеристик изделий военной техники или значительное снижение затрат на их эксплуатацию.
Состав и приоритетность критических военных технологий с развитием области военных технологий и смежных областей непрерывно уточняется. Результатом работы по анализу и актуализации состава критических военных технологий является Перечень базовых и критических военных технологий. Перечень базовых и критических военных технологий представляет собой нормативный документ, утверждаемый Правительством РФ. Он определяет приоритетные направления научно-технического развития вооружения и военной техники на определенную временную перспективу.
Перечень базовых и критических военных технологий используется для формирования структуры Программы развития базовых военных технологий и распределения ассигнований по направлениям реализации мероприятий Программы.
Программа развития базовых военных технологий представляет собой систему фундаментальных (прогнозных, поисковых) и прикладных НИОКР, направленных на создание научно-технического задела для совершенствования существующего и разработки перспективного вооружения в интересах всех видов и родов войск Вооруженных Сил Российской Федерации. Программа является средством реализации военно-технической политики государства в части обеспечения современного уровня ВВТ и сохранения у России способности самостоятельно создавать новые поколения средств вооруженной борьбы в интересах предотвращения и нейтрализации военных угроз Российской Федерации.
Каждая критическая военная технология представляет собой макротехнологию [2]. Термин макротехнология используется для обозначения класса крупных комплексных наукоемких технологий. По своей сути макротехнология - это совокупность знаний о способах (методах) создания, эксплуатации и применения определенного вида техники. С позиции структуры критическая технология - это совокупность технологий, необходимая для создания перспективного образца ВВТ определенного вида. Например, технология создания лазерного оружия, и в частности лазерного комплекса воздушного базирования ABL, отнесена к разряду критических технологий. В перечне критических технологий данная технология занимает всего лишь одну позицию. Но за этой позицией скрывается целое множество более элементарных составляющих технологий (технология самого силового лазера, технология обеспечения необходимой фокусировки лазерного излучения, технология удержания лазерного луча на цели и др.). То есть критическая военная технология складывается из множества более элементарных составляющих технологий. Это нашло отражение в структуре онтологии военных технологий, которая включает уровень прикладных онтологий. Прикладные онтологии военных технологий, в свою очередь, также имеют сложную структуру, множество вариантов различных таксономий: по назначению, решаемым задачам, завершенности, масштабу, сложности. Полезным при разработке прикладных онтологий военных технологий будет издание, посвященное планированию развития средств вооруженной борьбы общего назначения [22].
3.3 Прикладные онтологии военных технологий
Прикладные онтологии военных технологий охватывают широкую область знаний как по уровню сложности (по вертикали), начиная от материалов и до системы систем, так и по отраслям науки и технологий (по горизонтали) - вычислительная техника, информационные технологии, химия, медицина, биотехнологии, лазеры и др.
Отличительная особенность прикладных онтологий заключается в том, что при создании и развитии концептуальных карт определенных военных технологий в их состав, наряду с концептуальными знаниями, включаются элементы фактографических знаний - составные части технологий, предприятия и организации, значения характеристик, образцы вооружения, наименования проектов, сроки, объемы ассигнований.
Можно говорить, что прикладные онтологии военных технологий занимают граничное положение между онтологией военной технологий, понимаемой как согласованная концептуализация области военных технологий, и системами накопления знаний (базами знаний).
В рамках данной статьи ограничимся иллюстративными примерами прикладных онтологий двух областей: технологии конструкционных материалов для ВВТ и технологии аппаратно-реконфигурируемых вычислительных модулей.
3.3.1 Разработка и внедрение новых конструкционных материалов является одним из основных направлений совершенствования традиционных образцов ВВТ (повышения тактико-технических и эксплуатационных характеристик, эффективности средств поражения, защищенности и др.) и создания перспективного вооружения. Конструкционные материалы играют роль фундамента в решении задач создания нового вооружения и, в конечном итоге, определяют облик и основные тактико-технические характеристики перспективных образцов вооружения и военной техники.
Поэтому технологии материалов рассматриваются ведущими зарубежными странами как критические технологии, долговременно определяющие конкурентоспособность вооружения и военной техники, созданной на основе вещественной реализации научно-технического задела.
Развитие материалов для ВВТ направлено на решение перспективных военно-технических задач, возникающих в результате изменения форм и способов ведения боевых действий. Основные направления совершенствования научно-технического задела в части материалов формируются с учетом требований, предъявляемых как к перспективному традиционному, так и нетрадиционному ВВТ (лазерному, СВЧ, нелетальному и др.).
Важность материалов для создания и совершенствования ВВТ обуславливает наличие широкого круга различных специалистов (конструкторов, инженеров, ученых, заказчиков), генерирующих новые знания и использующих их в своей деятельности. В связи с этим онтология конструкционных материалов играет роль концептуальной основы, гарантирующей получение требуемых непротиворечивых знаний в области материалов.
Базовый фрагмент онтологии конструкционных материалов для ВВТ представлен на рис. 10. Онтология конструкционных материалов для ВВТ раскрывает основные виды материалов (металлы, сплавы, полимеры, стекло, керамика, композиты, натуральные материалы) и описывает их принципиальные особенности.
Базовый фрагмент онтологии ограничивается самыми основными концептами в области материалов. Однако, очевидно, что постепенное расширение состава концептов онтологии, основанной на использовании СМАР, приведет к наполнению концептуальных карт конкретными, фактографическими объектами знания: существующими и перспективными материалами, образцами вооружения, в которых они применяются, изготовителями, свойствами материалов.
3.3.2 Онтология технологии аппаратно-реконфигурируемых вычислительных модулей (АРКВМ) раскрывает одну из наиболее перспективных военных технологий, обладающую существенным военным, экономическим потенциалом и широкой областью возможного применения [23]. Базовый фрагмент данной онтологии приведен на рис. 11.
Технология аппаратно-реконфигурируемых вычислительных модулей является примером развития технологий на стыке наук - когнитивной науки и информационных технологий, что во-многом определило ее потенциальную значимость и перспективность.
Принципиальное достоинство технологии аппаратно-реконфигурируемых вычислительных модулей заключается в реконфигурации - возможности перестройки архитектуры вычислительных модулей на оптимальное (рациональное) решение пользовательских задач.
Анализ современных тенденций развития техники военного и гражданского назначения [23] показывает, что использование технологий АРКВМ непосредственно способствует обеспечению таких принципиально важных свойств технических систем как интеллектуальность, адаптивность, автономность и роботизация и др.
Основное направление развития технологии АРКВМ составляют большие, быстродействующие, программируемые логические матрицы (field-programmable gate array, FPGA). FPGA - аппаратные схемы, которые могут быть модифицированы практически в любой момент в процессе их использования. Они состоят из конфигурируемых логических блоков, подобных переключателям с множеством входов и одним выходом. Принципиальное отличие FPGA состоит в том, что и функции блоков, и конфигурация соединений между ними могут многократно меняться в течении миллисекунд с помощью специальных сигналов, посылаемых схеме.
Базовый фрагмент онтологии технологии АРКВМ наглядно демонстрирует как основные принципы технологии, ее составляющие, так и возможные области реализации технологии, а также включает элементы фактографических знаний: наименования фирм - изготовителей современных аппаратных схем, реализующих данную технологию, основные численные параметры - количество элементов, скорость реконфигурации.
4 Предложения по использованию онтологии военных технологий в решении задач программно-целевого планирования развития базовых военных технологий
Процесс программно-целевого планирования развития БВТ включает четыре основных этапа (рисунок 12) [1]:
-
планирование;
- программирование;
- бюджетирование;
- исполнение и контроль.
На каждом из этапов решаются задачи информационно-аналитического обеспечения [24], связанные с поиском, сбором, интеграцией и анализом знаний. В решении названных задач участвуют различные государственные органы и организации, коллективы специалистов. Указанные специалисты подходят к рассмотрению области военных технологий с различных точек зрения, обусловленных их профессиональной деятельностью, эрудицией, опытом. От того насколько эффективно будут взаимодействовать данные специалисты, насколько глубокий и полный будет проведен анализ информации, учтен объем знаний, накопленный к данному моменту в определенных областях науки и технологий, зависит обоснованность Программы развития БВТ и ее реализуемость.
Исходя из характера задач информационно-аналитического обеспечения, решаемых в ходе обоснования и контроля реализации мероприятий Программы развития БВТ, онтологию военных технологий предлагается использовать для решения трех основных задач:
- а) обеспечение общим понятийным и терминологическим аппаратом специалистов Минобороны, военно-промышленного комплекса, научно-исследовательских организацией, Высшей школы, участвующих в обосновании и реализации мероприятий Программы развития БВТ;
- б) создание интеллектуальных систем поддержки принятия решений;
- в) организация эффективного смыслового поиска информации в базах данных, информационных каталогах, базах знаний.
4.1 Обеспечение общим понятийным и терминологическим аппаратом специалистов, участвующих в обосновании и реализации мероприятий Программы развития БВТ
В качестве эффективного инструмента, обеспечивающего единое понимание концептуальных положений области военных технологий специалистами, задействованными в решении задач обоснования и контроля реализации мероприятий Программы развития БВТ, предлагается использовать онтологию военных технологий.
Роль онтологии военных технологий в обеспечении согласованного понимания предметной области участниками процесса обоснования и реализации мероприятий Программы развития БВТ достаточно наглядно демонстрирует модель передачи знаний между двумя специалистами, представленная на рисунке 13.
Так как технология - это кодифицированные знания, то есть представленные в виде текста, формализованных записей, электронных моделей, то передача знаний в предлагаемой моделей осуществляется посредством документа.
Первый специалист является автором документа, второй - его потребителем. Документ научно-технического характера содержит определенные сведения в области военных технологий. При этом необходимо сделать важное замечание, что непосредственно сам текст документа не содержит знаний, а является средством передачи знаний. Знания, которые хотел передать автор документа, лежат во вторичной структуре (макроструктуре текста), надстраиваемой над естественно-языковым текстом [25].
Тогда процесс передачи знаний можно разделить на последовательное решение двух задач: кодификации знаний и их понимания.
Под кодификацией Kod понимается представление имплицитных знаний специалиста в явном виде посредством использования естественного языка, символов, формул, иллюстраций. Имплицитные знания, которые пытается передать автор в виде документа (модель автора) обозначим как модель М1.
Понимание Cog - формирование модели знаний М2 специалистом 2 на основе чтения и анализа документа.
Т - кодифицированные знания, другими словами, словесное описание модели М1.
Сложность процесса заключается в принципиальной невозможности совпадения моделей знаний М1 и М2, из-за того, что М1 образуется за счет всей совокупности представлений, потребностей, интересов и опыта автора, лишь малая часть которых находит отражение в Т. К этом можно приложить еще умение автора точно и непротиворечиво, доступно излагать материал.
Соответственно и М2 образуется в процессе интерпретации текста Т за счет привлечения всей совокупности научного и профессионального багажа потребителя..
Для этого предлагается в первую очередь создать информационный портал в сети Интернет, посвященный вопросам создания, развития и использования онтологии военных технологий. Он должен содержать онтологию верхнего уровня - онтологию технологий, онтологию военных технологий, открытую часть прикладных онтологий военных технологий. В портале следует отражать изменения, вносимые в онтологию военных технологий, предоставлять доступ к нормативным документам в области технологического домена, публикациям в этой области, содержать сведения о планируемых мероприятиях (конференциях, форумах) по развитию технологий, рекомендации по использованию онтологии военных технологий в системах поддержки принятия решений и информационных системах.
В этой связи особый интерес для реализации оперативного доступа, поддержки развития онтологии военных технологий представляет комплекс программного обеспечения Сmap Tools (рис. 14) [6].
Данный комплекс обеспечивает:
-
коллективную разработку онтологии;
- создание онтологии на локальном рабочем месте;
- различные режимы просмотра онтологии (граф, таблица, иерархический список);
- формирование и выдачу статистических данных по онтологии (число концептов, отношений);
- экспорт и импорт онтологии в различные форматы представления (растровое изображение, Web-страница, текстовый документ, PDF, языки описания онтологий);
- формальную оценку корректности онтологии;
- ведение структурированного репозитария онтологических моделей;
- подключение к концептам ссылок на различные ресурсы (Web-сайты, документы, изображения, другие онтологии, модели).
Решения, реализованные в Сmap Tools, целесообразно использовать для создания перспективной автоматизированной системы поддержки развития онтологии военных технологий.
4.2 Создание интеллектуальных систем поддержки принятия решений
Обоснованность Программы развития БВТ и степень ее реализации в значительной степени зависят от объема знаний, которыми располагают задействованные специалисты, и от эффективности инструментальных средств, обеспечивающих сбор, обработку и доступ специалистов к накопленным знаниям. Особую роль в этом играют информационные системы, реализующие методы и технологии искусственного интеллекта. Такие системы получили название интеллектуальных систем. В общем случае под интеллектуальными системами понимают любые биологические, искусственные или формальные системы, проявляющие способность к целенаправленному поведению. Последнее включает проявления общения, накопления знаний, принятия решений, обучения, адаптации [27]. Как видно из определения, отличительной особенностью интеллектуальных систем является их способность обрабатывать знания - накапливать, получать новые знания, извлекать знания, осуществлять поиск знаний.
Применительно к задачам программно-целевого планирования развития БВТ планируется внедрение интеллектуальных систем поддержки принятия решений, обеспечивающих извлечение, формализацию знаний и их использование при обосновании, формировании и реализации мероприятий Программы развития БВТ.
Необходимым элементом системы поддержки принятия решений (СППР) является база знаний. База знаний обеспечивает хранение знаний и доступ к ним в процессе функционирования интеллектуальной системы.
Эффективность функционирования системы поддержки принятия решений во многом зависит от полноты, непротиворечивости знаний и свойств модели представления знаний в базе знаний. Поэтому в области систем искусственного интеллекта вопросам создания баз знаний всегда придавалось важное значение.
Интенсивное практическое формирование баз знаний (БЗ) началось с развитием онтологического подхода, хотя в области искусственного интеллекта использование БЗ декларируется уже 40-50 лет [27, 28]. Важную роль в этом сыграли возможности онтологии интегрировать различные виды знаний и определения (в том числе на предметном языке пользователей), а также создание целого спектра алгоритмических и программных средств построения онтологий и работы с ними.
В данном аспекте, онтология военных технологий, основанная на методологии концепт-карт, по нашему мнению, имеет значительные перспективы использования в СППР при обосновании и контроле реализации мероприятий Программы развития БВТ. Это утверждение обусловлено, с одной стороны, возможностями аппарата СМАР, подробно рассмотренными в п. 1, с другой стороны, структурой онтологии военных технологий, включающей онтологию верхнего уровня, предметной области и прикладные онтологии.
Онтологии верхнего уровня - онтология технологий и онтология военных технологий представляют собой ни что иное, как основные правила построения, функционирования области военных технологий. Например: "Базовые военные технологии включают критические военные технологии", "Критические военные технологии составляют перечень критических военных технологий", "Критические военные технологии наиболее значимы для создания перспективных изделий военной техники".
Прикладные онтологии военных технологий, помимо правил в конкретной локальной области, могут содержать и фактографические знания. Например: "Программируемые логические матрицы используются в задачах распознавания целей", "Стоимость тонны стали составляет около 200 долларов США", "Разработчиком лазерного оружия в США является фирма Northrop Grumman", "THEL является проектом по созданию тактического лазерного оружия" и др.
Использование онтологии военных технологий, основанной на СМАР, в качестве источника знаний в СППР, осложняется неформализованными типами отношений между концептами, что не позволяет использовать для работы с СМАР языки логики предикатов.
Выражения на естественном языке, которые нагружают связи между концептами, кратки, составляют в большинстве случаев одно словосочетание. Сами связи однонаправлены. Благодаря этому, смысл тройки "концепт - связь - концепт" может быть с достаточной степенью точности формализован автоматически с использованием семантического анализатора [26, 29]. Семантический анализатор интерпретирует смысл фразы и представляет его в формализованном виде, используя для этого определенные типы семантических отношений и семантический словарь.
Концептуальная схема типовой СППР, использующей онтологию военных технологий для решения задач обоснования и контроля реализации мероприятий Программы развития БВТ, представлена на рисунке 15.
Онтология военных технологий представляет собой концептуальную модель предметной области и является основным источником получения декларативных знаний об области военных технологий, существующих в данной области правилах, а также части фактографических знаний.
Для использования в СППР знаний, представленных в онтологии военных технологий, последние формализуются посредством семантического анализатора и в понятном для машины виде поступают в базу знаний. Этот процесс осуществляется автоматически под управлением инженера по знаниям и технологиям.
В качестве источника знаний, кроме онтологии военных технологий, могут использоваться хранилища информации по военным технологиям, информационные каталоги, базы данных, в которых сосредоточена оперативная информация по планированию развития БВТ, отчетная научно-техническая документация по работам Программы развития БВТ, Перечень базовых и критических военных технологий, данные о стоимости, разработчиках, использовании военных технологий и другие сведения.
Типовой процесс подготовки решения в ходе обоснования и контроля реализации мероприятий Программы развития БВТ начинается с формирования лицом, принимающим решения (ЛПР), запроса к СППР на языке, близком к естественному языку предметной области.
Запрос поступает в блок решающих механизмов, где он транслируется в машинный вид с помощью семантического анализатора. Далее выбирается сценарий поиска решения и решающий механизм выполняет поиск ответа в БЗ. Результаты поиска предлагаются ЛПР, на основе которых принимается окончательное решение. Принятое решение фиксируется в базе знаний.
Эффективность функционирования СППР оценивают эксперты на основе анализа принятых решений. В результате анализа вносятся дополнения, изменения в онтологию военных технологий.
Результаты работы СППР, предъявляемые ЛПР, носят более многосторонний характер, по сравнению с традиционной информационной системой: помимо прямых ответов на запросы (например, "Выдать перечень критических военных технологий", "Перечень образцов ВВТ, в конструкции которых используются умные материалы", "Состав технологий, используемых в разработке перспективного авиационного комплекса фронтовой авиации"), СППР позволит выявлять скрытые неявные знания о военных технологиях. Примерами таких запросов могут быть определение перечня технологий, которые целесообразно закупить для создания перспективной военной техники, формирование предложений по составу перечня критических военных технологий, прогнозная оценка стоимости разработки военных технологий.
4.3 Организация эффективного смыслового поиска информации в базах данных, информационных каталогах, базах знаний
Функционирование практически любой информационной системы в области планирования развития военных технологий связано с накоплением, хранением и обработкой информации. При этом актуальной задачей остается повышение эффективности поиска требуемых данных в информационных каталогах базах данных, базах знаний [30].
Совершенствование механизмов поиска по ключевым словам и формальных языков запросов не избавляет от высокого уровня информационного шума и неполноты получаемых результатов. Использование онтологии военных технологий позволит точнее интерпретировать смысл терминов, фигурирующих в запросах, а также дополнять или расширять запрос понятиями, которые связаны с терминами запроса концептуальными отношениями, и синонимами. Подобное расширение запроса преследует цель повысить полноту ответа на него.
Задача реализации эффективного смыслового поиска информации требует накопления огромного объема встречающихся в текстовых источниках взаимосвязанных лексических единиц, выражающих понятия в области военных технологий. В данном случае онтология военных технологий используется как лингвистический информационный ресурс. Онтология военных технологий должна учитывать синонимию слов и словосочетаний, позволять выбирать вариант значения слов в случае полисемии лексических единиц. В связи с этим концептам онтологии военных технологий целесообразно поставить в соответствие группы синонимов и ключевых слов. При этом под синонимами в этом случае понимаются сокращения, аббревиатуры, англоязычные наименования и другие варианты слов и словосочетаний, используемые в тексте для обозначения понятия, соответствующего концепту онтологии военных технологий.
Обобщенная схема использования онтологии военных технологий для реализации смыслового поиска в накопленных массивах информации представлена на рисунке 16.
Онтология военных технологии в данном контексте используется для решения двух подзадач:
-
индексирования документов;
- поиска документов по соответствию запроса поисковым образам документов.
Первая задача заключается в анализе текста поступающего документа и формировании поискового образа документа. В процессе анализа текста документа выделяются ключевые слова и словосочетания, определяющие тему документа. По соответствию ключевых слов документа концептам онтологии военных технологий принимается решение о тематике документа.
В простейшем случае онтология военных технологий на этапе индексирования может использоваться для систематизации поступающих документов - распределения их по тематическим каталогам.
Если для анализа текста документа использовать семантический анализатор, позволяющий выделить и формализовать связанные фразы, то на этапе индексирования становится возможным извлечение знаний, представленных в тексте документа.
При решении второй задачи семантическому анализу подвергается запрос, в составе которого, как и в случае обработки поступающего документа, определяются слова и словосочетания, соответствующие концептам онтологии военных технологий. Далее поисковый запрос дополняется синонимами и терминами онтологии, близкими по смыслу к словам, содержащимся в запросе. В результате поиска ответ на запрос, расширенный терминами онтологии, включает не только информационные ресурсы, текст которых содержит указанные в запросе слова и словосочетания, но и близкие по смыслу документы, в которых данные слова непосредственно не употребляются. Например, на запрос "управляемый вектор тяги" будут получены документы, в тексте которых помимо запроса встречаются выражения "УВТ", "перспективный авиационный двигатель", "Су-35", "НПО "Салют".
Использование онтологии военных технологий в этом случае позволит существенно повысить полноту результатов поиска информации и сократить время, необходимое на поиск данных.
Заключение
Актуальность создания онтологии военных технологий обусловлена отсутствием единого согласованного понимания на уровне ведомств и организаций вопросов планирования и реализации исследований по созданию новых технологий. В результате чего снижается эффективность планирования и реализации работ по созданию новых технологий.
Целью создания онтологии военных технологий является формирование наглядной когнитивной модели, отражающей основные концептуальные элементы области военных технологий и характер их взаимодействия, которая позволит существенно улучшить взаимопонимание специалистов, связанных с планированием и разработкой военных технологий, создаст единую основу для подготовки специалистов по инновациям в области технологического развития. А также разработка основы для построения систем искусственного интеллекта, предназначенных для поддержки принятия решений в ходе формирования и управления реализацией Программы развития БВТ.
В основу разработки онтологии военных технологий положены предложения по созданию знаниецентрической теории технологий, согласно которой технология - это совокупность кодифицированных знаний, о технофактах и способах их создания. При этом технологии образуют два базовых класса - технологии продукции (знания о продукте) и производственных технологий (знания о способе производства).
Для формирования онтологической модели военных технологий использована методология концептуальных карт CMAP. СМАР не содержит аксиоматической составляющей и поэтому не относится к формальной онтологии. Вместе с тем, концепт-карты обладают целым рядом достоинств, таких как когнитивность, универсальность, инновационность, что и определило выбор данного инструмента.
Структура области военных технологий с целью наилучшего когнитивного восприятия и упрощения практического применения рассматривается как сложно-структурированный объект, состоящий из отдельных подобластей и их разделов. При этом область военных технологий сама является частью более глобальной структуры - области знаний о технологиях вообще.
В связи с этим предложена четырехуровневая модель онтологии военных технологий, включающая онтологию представления знаний - СМАР, онтологию технологий, онтологию военных технологий и прикладные онтологии военных технологий.
Область военных технологий развивается чрезвычайно быстро, к тому же она тесно взаимосвязана с другими областями - областью инноваций, военно-технической политики. Поэтому онтология военных технологий постоянно требует совершенствования. Процесс совершенствования онтологии военных технологий носит итеративный, дискретный характер. Для моделирования процесса совершенствования онтологии военных технологий предлагается использовать универсальный цикл Джона Бойда НОРД: Наблюдение, Ориентация, Решение, Действие.
Состав основных концептов онтологии военных технологий определен исходя из модели вооруженной борьбы, построенной на основе теории Джона Бойда. В соответствии с этой теорией предполагается наличие двух противоборствующих сторон, принимающих решения и действующих в рамках цикла Бойда. Каждый элемент цикла НОРД представлен как сложная макротехнология военной деятельности, эффективность которой обеспечивается развитием ее составляющих.
Онтологию военных технологий предлагается использовать для решения трех основных задач:
-
обеспечение общим понятийным и терминологическим аппаратом специалистов Минобороны, военно-промышленного комплекса, научно-исследовательских организацией, Высшей школы, участвующих в обосновании и реализации мероприятий Программы развития БВТ;
- создание интеллектуальных систем поддержки принятия решений в ходе формирования Перечня критических технологий, вариантов Программы развития БВТ, управления проектами по созданию новых военных технологий;
- организация эффективного смыслового поиска информации о новых технологических разработках, базовых и критических военных технологиях, образцах ВВТ, в которых реализованы военные технологии, проектах по созданию военных технологий.
В дальнейшем предполагается детальная проработка следующих аспектов тематики исследования:
-
многокритериальная оценка вариантов построения онтологии военных технологий;
- разработка онтологии технологических инноваций и ее взаимоувязка с онтологией военных технологий.
Список литературы
-
Буренок В.М., Ивлев А.А., Корчак В.Ю. Развитие военных технологий XXI века: проблемы, планирование, реализация. - Тверь: Изд. "Купол", 2009. -624 с.
- Буренок В.М., Ивлев А.А., Корчак В.Ю. Программно-целевое планирование и управление созданием научно-технического задела для перспективного и нетрадиционного вооружения. - М.: Издательский дом "Граница", 2007.
- Романенко В.Н., Никитина Г.В. Информатика и общая теория технологий. Педагогическая информатика. Научно-методический журнал № 4, 2004.
- W. Brian Arthur. The Nature of Technology: What it is and How it Evolves. New York - Free Press, 2009.
- В.А.Антонец, Н.В.Нечаева, К.А.Хомкин, В.В.Шведова. Инновационный бизнес. Формирование моделей коммерциализации перспективных разработок. Серия: Образовательные инновации. М.: Изд.: Дело, Академия народного хозяйства, 2010. - 320 с.
http://cmap.ihmc.us/download/index.php.
- Gruber T.R. (1993). A Translation Approach to PortableOntology Specification.KnowledgeAcquisition: 199-220.
- Гаврилова Т.А., Муромцев Д.И. Интеллектуальные технологии в менеджменте: инструменты и системы: Учебное пособие. 2-е изд. СпбГУ.- СПб.: Изд-во "Высшая школа менеджмента", 2008. - 488 с.
- The Theory Underlying Concept Maps and How To Construct Them Joseph D. Novak, Cornell University (http://cmap.coginst.uwf.edu
/info/index.html).
- Д.И. Муромцев. Концептуальное моделирование знаний в системе Cmap Tools. - СПб: СПб ГУ ИТМО, 2009. - 83 с.
- Андреев О.А., Хромов Л.Н. Учитесь быстро читать. - Краснодар: Просвещение, 1991.
- Vita Graudina, Janis Grundspenkis. Сoncept map generation from OWL ontologies. Concept Mapping: Connecting Educators Proc. of the Third Int. Conference on Concept Mapping, 2008.
- Артемьева И.Л. Метод построения многоуровневых онтологий сложноструктурированных предметных областей. // Знания - онтологии - теории: труды Всерос. конф. -Новосибирск, 2007. - Режим доступа: http://www.iacp.dvo.ru/is/publications/Artemjeva.pdf.
- Добров Б.В., Иванов В.В., Лукашевич Н.В., Соловьев В.Д. Онтологии и тезаурусы: модели, инструменты, приложения: учебное пособие. - М.: Интернет-Университет Информационных технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009 - 173 с.
- Акаев А.А. Современный финансово-экономический кризис в свете теории инновационно-технологического развития экономики и управления инновационным процессом //Системный мониторинг: Глобальное и региональное развитие/ Ред. Д. А. Халтурина, А. В. Коротаев. М.: УРСС, 2009 - С. 141-162.
- Ивлев А.А. Основы теории Бойда. Направления развития, применения и реализации. http//old.vko.ru/pdf/2008/library/08_05_23_02.pdf.
- Харгадон Э. Управление инновациями. Опыт ведущих компаний. ООО "Издательский дом "Вильямс", 2007 - 304 с.
- Fond A., Srinivasan J., Valerdi R. Boundary Objects as a Framework to Understand the Role of Systems Integrators. PROCEEDINGS CSER 2007, March 14-16, Hoboken, NJ, USA.
http://sse.stevens.edu/fileadmin/cser/2007/proceedings/26.pdf.
- Палагин А.В., Петренко Н.Г. К вопросу системно-онтологической интеграции знаний предметной области //Математические машины и системы. - 2007. - №3,4. - С.63-75.
- Shenhar A.J. Technofact: Toward a Fundamental Entity of Technology. A New Look at Technology. MOT Paper Presented at IAMOT Conference, 2004, Washington DC.
- Caffall D.S., Michael J.B. Developing Highly Predictable System Behavior in real time battle - Management Software. Naval Postgraduate School. Monterey, California, 2003, 49 p.
- Буренок В.М., Погребняк Р.Н., Скотников А.П. Методология обоснования перспектив развития средств вооруженной борьбы общего назначения. Военная техника. - М.: МАШИНОСТРОЕНИЕ, 2010 - 368 с.
- Hаталья Дубова, обзор. Конфигурируемые процессоры: "Hастpойся на лучшее". "Откpытые системы", www.osp.ru/text/print/302/23812.html.
- Кравченко А.Ю., Ивлев А.А., Артеменко В.Б. "Информационно-аналитическое обеспечение процесса обоснования и реализации мероприятий Программы развития базовых военных технологий на основе методов смыслового анализа данных и когнитивного моделирования" // Сборник материалов конференции "Управление большими системами" ИПУ РАН, 2009.
- Гаврилова Т.А., Червинская К.Р. Извлечение и структурирование знаний для экспертных систем. - М.: Радио и связь, 1992. - 200 с.
- Сокирко А. Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук "Семантические словари в автоматической обработке текста (по материалам системы ДИАЛИНГ)"// http://www.aot.ru.
- Башмаков А.И., Башмаков И.А. Интеллектуальные информационные технологии: Учебное пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005. - 304 с.
- Рыбина Г.В. Основы построения интеллектуальных систем: учеб. пособие/ - М.: Финансы и статистика, ИНФРА-М, 2010. - 432 с.
- Попов Э.В. Экспертные системы: Решение неформализованных задач в диалоге с ЭВМ. - М.: Наука. Гл.ред.физ.-мат.лит., 1987.
- Трахтенгерц Э.А., Иванилов Е.Л., Юркевич Е.В. Современные компьютерные технологии управления информационно-аналитической деятельностью. -М.: СИНТЕГ, 2007. - 372 с.
Вернуться на предыдущую страницу сайта
Вернуться на главную страницу сайта
©2010 Ивлев А.А., Артеменко В.Б.
Design©2011 Igor Popov