Videnbaseret teknik - Knowledge-based engineering

Denne artikel handler om brugen af ​​videnbaseret teknologi i CAD-domænet. For udvikling af ekspertsystemer på alle domæner, se Vidensteknik .

Videnbaseret teknik (KBE) er anvendelsen af videnbaseret systemteknologi til domænet produktionsdesign og produktion. Designprocessen er i sagens natur en videnintensiv aktivitet, så en stor del af KBE's vægt er brugen af ​​videnbaseret teknologi til understøttelse af computerstøttet design (CAD), men videnbaserede teknikker (f.eks. Vidensadministration) kan være anvendes på hele produktets livscyklus .

CAD-domænet har altid været en tidlig adopterer af software-engineering-teknikker, der anvendes i videnbaserede systemer, såsom objektorientering og regler . Videnbaseret teknik integrerer disse teknologier med CAD og andre traditionelle tekniske softwareværktøjer.

Fordelene ved KBE inkluderer forbedret samarbejde mellem designteamet på grund af videnadministration, forbedret genbrug af designartefakter og automatisering af større dele af produktets livscyklus.

Oversigt

KBE er i det væsentlige teknisk baseret på videnmodeller . En videnmodel bruger videnrepræsentation til at repræsentere artefakterne i designprocessen (såvel som selve processen) snarere end eller i tillæg til konventionelle programmerings- og databaseteknikker.

Fordelene ved at bruge vidensrepræsentation til at modellere industrielle ingeniøropgaver og artefakter er:

  • Forbedret integration. I traditionelle CAD- og industrielle systemer har hver applikation ofte sin egen lidt forskellige model. At have en standardiseret videnmodel letter integration på tværs af forskellige systemer og applikationer.
  • Mere genbrug. En videnmodel letter opbevaring og tagging af designgenstande, så de let kan findes igen og genbruges. Også videnmodeller er i sig selv mere genanvendelige i kraft af anvendelse af formalisme som IS-A-relationer (klasser og underklasser i det objektorienterede paradigme). Med underklasse kan det være meget let at oprette nye typer artefakter og processer ved at starte med en eksisterende klasse og tilføje en ny underklasse, der arver alle forældrenes standardegenskaber og adfærd og derefter kan tilpasses efter behov.
  • Bedre vedligeholdelse. Klassehierarkier letter ikke kun genbrug, de letter også vedligeholdelse af systemer. Ved at have en definition af en klasse, der deles af flere systemer, forenkles spørgsmål om ændringskontrol og konsistens stærkt.
  • Mere automatisering. Ekspertsystemregler kan fange og automatisere beslutningstagning, der overlades til menneskelige eksperter med de fleste konventionelle systemer.

KBE kan have et bredt anvendelsesområde, der dækker hele spektret af aktiviteter relateret til Product Lifecycle Management og multidisciplinær designoptimering . KBE's anvendelsesområde inkluderer design, analyse ( computerstøttet teknik - CAE), fremstilling og support. I denne inkluderende rolle skal KBE dække en stor tværfaglig rolle relateret til mange computerstøttede teknologier ( CAx ).

Der er to primære måder, hvorpå KBE kan implementeres:

  1. Byg videnmodeller fra bunden ved hjælp af videnbaseret teknologi
  2. Lag videnbaseret teknologi oven på eksisterende CAD, simulering og andre tekniske applikationer

Et tidligt eksempel på den første tilgang var Simkit-værktøjet udviklet af Intellicorp i 1980'erne. Simkit blev udviklet oven på Intellicorps Knowledge Engineering Environment (KEE). KEE var et meget magtfuldt videnbaseret systemudviklingsmiljø. KEE startede på Lisp og tilføjede rammer , objekter og regler samt kraftfulde ekstra værktøjer, såsom hypotetisk ræsonnement og vedligeholdelse af sandheden. Simkit tilføjede stokastiske simuleringsfunktioner til KEE-miljøet. Disse funktioner inkluderede en begivenhedsmodel, tilfældige distributionsgeneratorer, simuleringsvisualisering og mere. Simkit-værktøjet var et tidligt eksempel på KBE. Det kunne definere en simulation i form af klassemodeller og regler og derefter køre simuleringen som en konventionel simulation ville. Undervejs kunne simuleringen fortsætte med at påberåbe sig regler, dæmoner og objektmetoder, hvilket giver potentialet for meget rigere simulation såvel som analyse end konventionelle simuleringsværktøjer.

Et af de spørgsmål, som Simkit stod overfor, var et almindeligt problem for de fleste tidlige KBE-systemer, der blev udviklet med denne metode: Lisp-videnbaserede miljøer giver meget kraftfuld videnrepræsentation og ræsonnementskapacitet ; dog gjorde de det på bekostning af massive krav til hukommelse og behandling, der strakte grænserne for datidens computere. Simkit kunne køre simuleringer med tusindvis af objekter og lave meget sofistikeret analyse af disse objekter. Imidlertid krævede industrielle simuleringer ofte titusinder eller hundreder af tusinder af objekter, og Simkit havde svært ved at skalere op til sådanne niveauer.

Det andet alternativ til udvikling af KBE illustreres af CATIA- produktsuiten. CATIA startede med produkter til CAD og andre traditionelle industrielle tekniske applikationer og tilføjede videnbaserede muligheder til dem; for eksempel deres KnowledgeWare-modul.

Historie

KBE udviklede sig i 1980'erne. Det var en del af den indledende bølge af investeringer i kunstig intelligens til virksomheder, der gav næring til ekspertsystemer. Ligesom ekspertsystemer stod det på, hvad der på det tidspunkt var førende fremskridt inden for virksomhedens informationsteknologi såsom pc'er , arbejdsstationer og klientserverarkitekturer . De samme teknologier letter også væksten af CAx- og CAD-software . CAD havde tendens til at drive førende teknologier og endda skubbe dem forbi deres nuværende grænser. Det bedste eksempel på dette var objektorienteret programmering og databaseteknologi , som blev tilpasset af CAD, da de fleste virksomhedsinformationsteknologibutikker blev domineret af relationsdatabaser og procedureprogrammering .

Som med ekspertsystemer led KBE en afmatning under AI-vinteren . Som med ekspertsystemer og kunstig intelligens generelt var der fornyet interesse for Internettet. I tilfældet med KBE var interessen måske stærkest i typen business-to-business elektronisk handel og teknologier, der letter definitionen af ​​industristandard vokabularer og ontologier for fremstillede produkter .

Det semantiske web er visionen for Tim Berners Lee for den næste generation af Internettet. Dette vil være et videnbaseret internet bygget på ontologier , objekter og rammeteknologier , der også aktiverede teknologier for KBE. Vigtige teknologier til det semantiske web er XML , RDF og OWL . Det semantiske web har fremragende potentiale for KBE, og KBE-ontologier og projekter er et stærkt område for aktuel forskning.

KBE og produktets livscyklusstyring

Product Lifecycle Management (PLM) er styring af fremstillingsprocessen i enhver industri, der producerer varer. Det kan spænde over hele produktets livscyklus fra idégenerering til implementering, levering og bortskaffelse. KBE på dette niveau vil beskæftige sig med produktproblemer af mere generisk karakter end CAx . Et naturligt fokusområde ligger på produktionsprocessen; dog kan livscyklustyring dække mange flere spørgsmål såsom forretningsplanlægning, markedsføring osv. En fordel ved at bruge KBE er at få de automatiserede ræsonnements- og videnstyringstjenester i et videnbaseret miljø integreret med de mange forskellige, men relaterede behov i livscyklusadministration. KBE understøtter beslutningsprocesser involveret i konfiguration, handler, kontrol, styring og en række andre områder, såsom optimering .

KBE og CAx

CAx henviser til domænet for computerstøttede værktøjer til analyse og design. CAx spænder over flere domæner. Eksempler er computerstøttet design af producerede dele, software, bygningernes arkitektur osv. Selvom hvert specifikt CAx-domæne vil have meget forskellige slags problemer og artefakter, deler de alle fælles problemer såvel som at skulle styre samarbejde mellem sofistikerede videnarbejdere, design og genbrug af komplekse artefakter mv.

I det væsentlige udvider KBE, bygger videre og integreres med CAx-domænet, der typisk kaldes Computer Aided Design (CAD). I denne forstand er KBE analog med videnbaseret softwareudvikling , som udvidede domænet Computer Aided Software Engineering med videnbaserede værktøjer og teknologi. Hvad KBSE var for software og CASE, KBE er for fremstillede produkter og CAD.

Et eksempel kan tages fra Boeings erfaring. 777-programmet tog udfordringen op med at have et digitalt defineret plan. Det krævede en investering i store systemer, databaser og arbejdsstationer til design og analytisk ingeniørarbejde. I betragtning af størrelsen af ​​det krævede databehandling fik KBE så at sige sin tå i døren gennem en "pay as you go plan". I det væsentlige var denne teknik at vise fordele og derefter opnå mere arbejde (tænk agil teknik) derved. I tilfælde af 777 kom projektet til, hvor påvirkninger af ændringer i den tidlige del af design / build-strømmen (belastninger) kunne beregnes igen i løbet af en weekend for at muliggøre evaluering af downstream-processer. Som krævet var ingeniører i løkken for at afslutte og tilmelde sig arbejde. Samtidig tillod CAx strammere tolerancer at blive opfyldt. Med 777 var KBE så succesrig, at efterfølgende programmer anvendte det på flere områder. Over tid blev KBE-faciliteter integreret i CAx-platformen og er en normal del af operationen.

KBE og vidensadministration

En af de vigtigste viden-baserede teknologier til KBE er videnledelse . Videnstyringsværktøjer understøtter et bredt spektrum arkiv, dvs. et lager, der kan understøtte alle forskellige typer arbejdsgenstande: uformelle tegninger og noter, store databasetabeller, multimedie- og hypertekstobjekter osv. Vidensadministration giver de forskellige gruppesupportværktøjer til at hjælpe forskellige interessenter samarbejder om design og implementering af produkter. Det giver også værktøjer til at automatisere designprocessen (f.eks. Regler) og lette genbrug.

KBE-metodologi

Udviklingen af ​​KBE-applikationer vedrører kravene til at identificere, fange, strukturere, formalisere og endelig implementere viden. Mange forskellige såkaldte KBE-platforme understøtter kun implementeringstrinnet, hvilket ikke altid er den største flaskehals i KBE-udviklingsprocessen. For at begrænse risikoen forbundet med udvikling og vedligeholdelse af KBE-applikationen er der behov for at stole på en passende metode til styring af viden og vedligeholdelse af den. Som eksempel på en sådan KBE-metode foreslår EU-projektet MOKA, "Methodology and tools Oriented to Knowledge based Applications" løsninger, der fokuserer på strukturering og formaliseringstrin samt links til implementeringen.

Et alternativ til MOKA er at anvende generelle videntekniske metoder, der er udviklet til ekspertsystemer på tværs af alle brancher, eller at anvende generelle softwareudviklingsmetoder såsom Rational Unified Process eller Agile-metoder .

Sprog til KBE

To kritiske spørgsmål for sprog og formalismer, der anvendes til KBE, er:

  • Videnbaseret versus proceduremæssig programmering
  • Standardisering vs. proprietær

Videnbaseret versus proceduremæssig programmering

En grundlæggende kompromis identificeret med videnrepræsentation i kunstig intelligens er mellem udtryksstyrke og beregningsevne. Som Levesque demonstrerede i sit klassiske papir om emnet, jo mere kraftfuld en vidensrepræsentationsformalisme man designer, desto tættere vil formalismen komme til den ekspressive kraft i første ordens logik. Som Levesque også demonstrerede, jo tættere et sprog er på First Order Logic, jo mere sandsynligt er det, at det vil tillade udtryk, der er ubeslutsomme eller kræver eksponentiel processorkraft til at fuldføre. I implementeringen af ​​KBE-systemer afspejles denne kompromis i valget om at bruge kraftige videnbaserede miljøer eller mere konventionelle proceduremæssige og objektorienterede programmeringsmiljøer.

Standardisering vs. proprietær

Der er en afvejning mellem at bruge standarder som STEM og leverandør- eller forretningsspecifikke proprietære sprog. Standardisering letter videndeling , integration og genbrug. Proprietære formater (såsom CATIA) kan give konkurrencemæssige fordele og kraftfulde funktioner ud over den nuværende standardisering.

Genworks GDL, et kommercielt produkt, hvis kerne er baseret på det AGPL-licenserede Gendl-projekt, behandler spørgsmålet om applikationslevetid ved at tilvejebringe en deklarativ sprogkerne på højt niveau, som er et supersæt af en standarddialekt af Lisp-programmeringssproget ( ANSI Common Lisp eller CL). Selve Gendl / GDL foreslås som en de facto-standard for ANSI CL-baserede KBE-sprog.

I 2006 udgav Object Management Group et RFP-dokument fra KBE-tjenester og anmodede om feedback. Til dato findes der ingen OMG-specifikationer for KBE; der er dog en OMG-standard for CAD-tjenester.

Et eksempel på et systemuafhængigt sprog til udvikling af maskinlæsbare ontologier, der findes i KBE-domænet, er gelisk engelsk .

KBE i akademi

Implementeringer

Følgende KBE-udviklingspakker er kommercielt tilgængelige:

For CAD

Til udvikling af generelle formål af webudbredte applikationer

Til analyse, design og tekniske processer

Se også

Referencer

  1. ^ "Videnbaseret teknik" . technosoft.com . Technosoft . Hentet 5. juli 2014 .
  2. ^ Prasad, Brian. "Hvad der adskiller KBE fra automatisering" . coe.org. Arkiveret fra originalen den 24. marts 2012 . Hentet 3. juli 2014 .
  3. ^ Drummond, Brian; Marilyn Stelzner (1989). "Simkit: A Model Building Simulation Toolkit" . I Mark Richer (red.). AI værktøjer og teknikker . Ablex. s. 241-260. ISBN 978-0-89391-494-3. Hentet 6. juli 2014 .
  4. ^ "Hvad er CATIA?" . firstratemold.com . firstratemold . Hentet 6. juli 2014 .
  5. ^ Switlik, John (oktober – november 2005). "Videnbaseret teknik (KBE): Opdatering" . coe.org . COE. Arkiveret fra originalen den 24. marts 2012 . Hentet 6. juli 2014 .CS1 maint: uegnet URL ( link )
  6. ^ Spooner, David (1991). "Mod en objektorienteret datamodel til et mekanisk CAD-databasesystem". På objektorienterede databasesystemer . Om objektorienterede emner i databasesystemer i informationssystemer . Emner i informationssystemer. s. 189-205. doi : 10.1007 / 978-3-642-84374-7_13 . ISBN 978-3-642-84376-1.
  7. ^ "AI vinter" . ainewsletter.com . ainewsletter. Arkiveret fra originalen den 9. november 2013 . Hentet 6. juli 2014 . AI-vinteren i slutningen af ​​80'erne. Udtrykket blev opfundet analogt med "nuklear vinter" - teorien om, at massebrug af atomvåben ville udslette solen med røg og støv og forårsage kaste globale temperaturer, en frossen jord og udryddelse af menneskeheden. AI Winter forårsagede blot udryddelsen af ​​AI-virksomheder, dels på grund af hype over ekspertsystemer og desillusionen forårsaget, da forretningen opdagede deres begrænsninger.
  8. ^ Berners-Lee, Tim; Hendler, James; Lassila, Ora (17. maj 2001). "Det semantiske web En ny form for webindhold, der er meningsfuldt for computere, vil frigøre en revolution af nye muligheder" . Videnskabelig amerikaner . 284 (5): 34–43. doi : 10.1038 / videnskabelig amerikansk0501-34 . Arkiveret fra originalen den 24. april 2013.
  9. ^ Zhang, WY; Yun, JW (april 2008). "Udforskning af semantiske webteknologier til ontologibaseret modellering i samarbejdesteknisk design". International Journal of Advanced Manufacturing Technology . 36 (9–10): 833–843. doi : 10.1007 / s00170-006-0896-5 . S2CID  12420678 .
  10. ^ Se Tale side, punkt-i-tid eksempel - referencer skal opdateres
  11. ^ Sainter, P (10. - 13. september 2000). "PRODUKTKUNDEHÅNDTERING INDEN FOR VIDENSBASERET ENGINEERINGSSYSTEMER" . Forløbet af DETC'00ASME 2000 teknisk teknisk konference og computere og information i ingeniørkonference . Hentet 4. juli 2014 .
  12. ^ "MOKA: En ramme for strukturering og repræsentation af teknisk viden" . Esprit-projekt. Arkiveret fra originalen den 22. april 2004 . Hentet 5. juli 2014 .CS1 maint: uegnet URL ( link )
  13. ^ Kendal, SL; Creen, M. (2007), En introduktion til vidensteknik , London: Springer, ISBN 978-1-84628-475-5, OCLC  70987401
  14. ^ Levesque, Hector; Ronald Brachman (1985). "En grundlæggende kompromis med vidensrepræsentation og begrundelse" . I Ronald Brachman og Hector J. Levesque (red.). Læsning i vidensrepræsentation . Morgan Kaufmann. s. 49 . ISBN 978-0-934613-01-9. Den gode nyhed i at reducere KR-tjenesten til sætning, der beviser, er, at vi nu har en meget klar, meget specifik forestilling om, hvad KR-systemet skal gøre; det dårlige nye er, at det også er klart, at tjenesterne ikke kan leveres ... at afgøre, om en sætning i FOL er en sætning ... er uløselig.
  15. ^ Wilson, Walter. "Et sprog til ingeniørdesign" (PDF) . step.nasa.gov . Lockheed Martin . Hentet 4. juli 2014 .
  16. ^ "Genworks" . genworks.com . Hentet 4. juli 2014 .
  17. ^ "GDL-sprogspecifikation" .
  18. ^ "KBE-tjenester til PLM RFP" . omg.org . Objektstyringsgruppe. 2006 . Hentet 4. juli 2014 .
  19. ^ "Specifikation for computerstøttede designservices" . omg.org . Objektstyringsgruppe. Januar 2005 . Hentet 4. juli 2014 .
  20. ^ "Designautomation - Opret 2D-tegninger og 3D-modeller til salg | Tacton" . Tacton . Hentet 20-06-2018 .
  21. ^ "Produktoplysninger" . solidworks.com . Hentet 20-06-2018 .
  22. ^ "Tacton Design Automation | Certificerede apps | Autodesk Developer Network" . Hentet 20-06-2018 .

eksterne links