инфа в тех универе

7. Системы управления знаниями

Решение задач инновационной деятельности на основе семантичес­ кого индекса выполняется по следующей схеме:

1) составляется запрос, содержаш^ий значения одного или двух ком­ понентов SAO, а также дополнительные условия для выделения фрагмента БЗ (как правило, эти условия связаны с атрибутами документов-источ­ ников);

2)система осуществляет выборку из БЗ фрагмента, удовлетворяющего

запросу;

3)выборка сортируется в требуемом порядке (обычно по убыванию частоты упоминания в документах заданных значений компонентов SAO);

4)пользователь анализирует выборку, сопоставляет несколько выбо­ рок, построенных для разных подмножеств документов.

Описанная схема исходит из того, что экземпляр SAO, фигурирующий

взапросе на первом этапе, отражает типовую постановку задачи. Интерпре­ тации каждой из шести возможных комбинаций фиксированных и перемен­ ных значений компонентов SAO приведены в табл. 7.4.

270

7.3. Системы поддерэюки инновационной деятельности

Примечание. «?» — переменное значение; «о» — фиксированное значение.

На рис. 7.7 приведена иллюстрация пользовательского интерфейса системы Knowledgist, демонстрирующая работу с БЗ. В левой части окна располагается фрагмент БЗ, содержащий выборку экземпляров SAO, сгруп­ пированных и упорядоченных заданным образом. В правой части отобра­ жаются перечень экземпляров SAO, входящих в выделенную группу, гра­ фическое представление текущего экземпляра и ссылки на документыисточники. Кнопки «Action», «Subject» и «Object» в левой верхней зоне окна позволяют определять различные варианты группирования компонентов SAO и упорядочения фрагмента БЗ.

В системе Goldfire Research предусмотрена возможность ввода запро­ са в виде предложения ЕЯ. Такой запрос обрабатывается аналогично пред­ ложениям исходных документов, в результате чего он переводится в один или несколько экземпляров SAO, которые при поиске в БЗ сопоставляются с содержащимися в ней экземплярами SAO. Найденные экземпляры SAO до­ определяют экземпляры SAO из запроса, что дает основание говорить о том, что результаты поиска не только предоставляют информацию, которая мо­ жет помочь в решении проблемы, стоящей перед пользователем, но и фак­ тически отвечают на поставленный им вопрос.

Поскольку каждый экземпляр SAO в БЗ ссылается на документ, из ко­ торого он был извлечен, механизмы формирования БЗ, а также группирова-

271

Щdecrease: temperature ot 6. require : use of intense laser field

Щobtain: temperature

Bj require: use of intense W. laser cooling and slowing of b

• £ l J laser cooling process laser cooling system

Ф¥

Рис. 7.7. Работа с БЗ в системе Knowledgist

ния и упорядочения экземпляров SAO в ней обеспечивают автоматическую кластеризацию документов.

Система Goldfire Research позволяет определить план автоматического пополнения и обновления БЗ. Средства отложенного поиска анализируют вновь выявленные знания и информируют пользователя о поступлении в БЗ интересующих его сведений.

Алгоритмы Goldfire Research и Knowledgist инвариантны к ПрО. Един­ ственный вид настройки на нее связан с формированием и корректировкой словарей.

Система Goldfire Research реализована в рамках архитектуры кли­ ент—сервер. Рекомендуемая конфигурация включает два сервера: сервер приложений (application server) и сервер формирования и обновления БЗ (in­ dexing server).

272

73. Системы поддерэюки инновационной деятельности

Система Goldfire Intelligence базируется на Goldfire Research, расши­ ряя ее функциональность за счет средств, обеспечивающих:

•доступ к БД патентных агентств промышленно развитых стран;

•анализ патентной библиографии с целью выявления технологиче­ ских тенденций и построения профилей компаний, изобретателей и техно­ логий;

•автоматическое реферирование описаний патентов;

•навигацию по сети, образованной гиперссылками, связывающими описания патентов;

•поиск альтернативных способов реализации функций разрабатывае­ мых или совершенствуемых технических систем на основе БД, содержащей более 8000 анимированных описаний естественнонаучных и научно-техни­ ческих эффектов, представляющих законы и закономерности природы и ти­ повые принципы действия технологий и техники.

Система Goldfire Intelligence ориентирована на следующие основные категории пользователей:

•руководителей, определяющих научно-техническую политику орга­ низации;

•специалистов, проводящих маркетинговые исследования;

•менеджеров, занимающихся планированием НИОКР;

•ученых, изобретателей и проектировщиков технических систем;

•патентоведов, специалистов по управлению интеллектуальной соб­ ственностью и др.

База знаний, представляющая патентные источники, хранится на сайте Invention Machine Соф. Доступ к ней открыт только для владельцев лицен­ зий на право использования продуктов фирмы. Обновление и пополнение этой БЗ осуществляется еженедельно.

Корпоративные и персональные БЗ, формируемые Goldfire Intelligence, размещаются на пользовательских компьютерах. Система вы­ полняет поиск во всех БЗ, доступных данному пользователю, и предостав­ ляет единый интерфейс для формулирования запросов и оперирования вы­ деленными экземплярами SAO вне зависимости от места хранения БЗ.

Существует вариант работы с Goldfire Intelligence, не требующий ус­ тановки ее серверных компонентов в рамках вычислительной среды органи­ зации-пользователя. Их функции выполняют серверные компоненты, под­ держиваемые сайтом Invention Machine Соф.

Предшественником Goldfire Intelligence является система CoBrain. Ее первые версии были размещены в Internet в открытом доступе, что способ­ ствовало популяризации технологий и продуктов Invention Machine Соф.

Еще одна система поддержки инновационной деятельности — Gold-

fiire Innovation — представляет собой интеграцию Goldfire Intelligence с па-

273

7. Системы управления знаниями

кетом TechOptimizer — первым продуктом Invention Machine Corp. TechOptimizer реализован на основе системы IM Lab, разработанной в конце 80-х годов в Минске под руководством В.М. Цурикова. Его методологическим и информационным фундаментом служит ТРИЗ, созданная Г.С. Альтшуллером и развитая его учениками и последователями.

Главные функции TechOptimizer — поиск, синтез и стимулирование формирования новых решений для задач концептуального проектирования технологий и техники [252, 255, 257]. Концептуальными называют началь­ ные стадии проектирования, на которых определяется облик создаваемого объекта: функции, потребительские свойства, основные качественные ха­ рактеристики и параметры. Задачи концептуального проектирования обла­ дают высокой ценой ошибки и имеют ярко выраженный творческий харак­ тер, обусловливающий сложность их формализации.

Пакет TechOptimizer состоит из семи модулей:

1)анализа продукта;

2)анализа процесса;

3)переноса свойств;

4)эффектов;

5)принципов;

6)предсказаний;

7)Intemet-помощника для поиска и анализа патентной информации. Первые два модуля реализуют методы моделирования и анализа функ­

циональных структур технических объектов и технологических процессов. Функциональная модель продукта (устройства) или процесса (технологии) строится с помощью специального графического редактора (рис. 7.8). Далее система выполняет анализ модели и предлагает варианты ее совершенствова­ ния за счет исключения вредных и бесполезных компонентов и перераспреде­ ления функций между оставшимися компонентами. Данная процедура назы­ вается триммингом (trimming — выравнивание, балансировка). Цель трим­ минга состоит в упрощении продукта или процесса путем перераспределения функций и исключения компонентов с сохранением полезных функций. Это удешевляет совершенствуемую систему и сокращает количество возможных проблем, связанных с ее созданием и эксплуатацией. Эффект тримминга ос­ нован на том, что:

•при удалении компонента исключаются все его вредные функции;

•в результате выравнивания функциональной нагрузки на систему ее структура упрощается, становясь более однородной;

•если одна или несколько функций одного компонента передаются другому компоненту, то первый компонент становится проще и дешевле.

Компонент исключается из функциональной структуры в четырех случаях:

274

Рис. 7.8. Модуль анализа продукта

1)его функция передана другому компоненту или надсистеме;

2)его функция передана объекту, на который он воздействует (т. е. объект способен требуемым образом воздействовать сам на себя);

3)исключен компонент, на который воздействует данный компонент;

4)исключена функция данного компонента.

Для выбора компонентов, подвергаемых триммингу, используется следующий критерий:

где F — ранг функции, отражающий ее важность; Р — ранг проблем, свя­ занных с выполнением функции; С — стоимость (затраты на выполнение функции).

Первая отражает эффективность компонента: чем выше ее значение, тем лучше компонент. Вторая характеризует сложность тримминга: чем важнее функция, тем сложнее выполнить тримминг реализующего ее компонента.

275

7. Системы управления знаниями

Очевидно, что компоненты с минимальным значением С, должны подвер­ гаться триммингу в первую очередь.

Ранги функций и проблем вычисляются по формальным признакам и параметрам, представленным в модели. Значения стоимостей определяются экспертным путем.

В модулях анализа продукта и процесса используются разные функ­ циональные модели и методы формирования значений параметров, влияю­ щих на Cf.

Работая с TechOptimizer, можно построить несколько «траекторий» со­ вершенствования продукта или процесса, соответствующих разным последова­ тельностям компонентов, которые подвергаются триммингу. Пакет фиксирует все варианты и предоставляет наглядные средства для их сравнения.

Рассматриваемые модули TechOptimizer обеспечивают поддержку предварительного этапа концептуального проектирования, заключающегося в выявлении и постановке проблем, связанных с реализацией улучшенной функциональной структуры продукта или процесса, которая была сформи­ рована в результате тримминга. Иными словами, данные модули помогают определить, что целесообразно изменить, но не отвечают на вопрос, как это сделать. Входящий в них менеджер проблем автоматически фиксирует и упорядочивает проблемы, ассоциируемые с разными вариантами триммин­ га. Для поддержки их решения служат другие модули TechOptimizer.

Модуль переноса свойств позволяет проанализировать множество объ­ ектов, являющихся функциональными аналогами проектируемого объекта, выбрать среди них наиболее перспективный объект, который может служить прототипом, и выделить свойства других объектов, реализация которых в прототипе обеспечивает наилучший результат.

Все объекты описываются общим набором параметров. Параметр за­ дает пятерка: название, единица измерения, значение, степень важности и направление желаемого изменения (увеличение, уменьшение). Система на основе интегрального критерия выбирает наиболее перспективный аналог (прототип) и помогает выделить лучшие свойства других объектов для во­ площения в нем. Поиск способов реализации свойств определяет содержа­ ние задач, решаемых на других этапах концептуального проектирования.

Модуль принципов предназначен для поддержки формулирования и разрешения технических противоречий. Техническим противоречием назы­ вается ситуация, при которой улучшение одной характеристики объекта вы­ зывает ухудшение другой.

Технические противоречия в ТРИЗ специфицируются парами кон­ фликтующих характеристик. На основе анализа большого числа изобрете­ ний были выделены и обобщены типовые способы разрешения противоре­ чий, называемые стандартами. Совокупность подобных стандартов ТРИЗ

276

73. Системы поддерэюки инновационной деятельности

Рис. 7.9. Модуль принципов

сформулирована применительно к 39 наиболее важным техническим харак­ теристикам. Для выбора стандартов служит квадратная матрица, в ячейках которой указаны их номера, а строки и столбцы представляют конфлик­ тующие характеристики.

Описанная методика реализована в модуле принципов (рис. 7.9). Пользователь формулирует техническое противоречие, выбирая пару кон­ фликтующих характеристик. В ответ система предлагает соответствующий набор стандартов. Все стандарты снабжены примерами их использования со ссылками на патенты.

Модуль эффектов включает базу функций технических систем и ги­ пертекстовую базу естественнонаучных и научно-технических эффектов. Связи между функциями и эффектами отражают возможности реализации функций на основе эффектов.

Информация, с которой манипулирует пользователь, представлена на экране в виде иерархии: обобщенная функция (группа функций) — функция — эффект. Модуль позволяет:

•искать и выбирать эффекты, реализующие данную функцию;

•просматривать описания эффектов;

277

7.Системы управления знаниями

•описывать эффекты (формировать базу «пользовательских» эф­ фектов);

•оценивать возможность установления связей между эффектами по входам-выходам.

Описание эффекта раскрывает его сущность, варианты технического воплощения и сопутствующие проблемы, примеры использования в технике и др. Описания связаны гиперссылками, включают графические иллюстрации и анимации.

Доступ к базе эффектов также обеспечивает система Goldfire Intelligence. Модуль предсказаний предоставляет советы по решению технических проблем, основанные на эвристических приемах, которые отражают законы и закономерности развития технологий и техники. Приемы сгруппированы в две линии: Transformation Line и Measurement Line. Первая ориентирована на проблемы, связанные со взаимодействием нескольких материальных объек­ тов, в ходе которого эти объекты изменяются или уничтожаются. Вторая ли­ ния рассчитана на задачи, требующие нахождения новых способов измерения свойств материального объекта. Приемы снабжены наглядными схемами, а

также примерами использования, включающими графические иллюстрации. Модуль позволяет оценить соответствие текущего состояния рассмат­

риваемой системы законам и закономерностям технической эволюции, а так­ же определить перспективные направления ее развития.

Internet-помощник предоставляет средства контекстного поиска в Internet (в том числе в патентных БД) и анализа патентной библиографии с целью выявления технологических тенденций. Система передает запросы наиболее мощным поисковым машинам Internet, принимает выдаваемые ими результаты и обрабатывает их.

Основные выводы

1. Системы поддержки инновационной деятельности имеют комплекс­ ный характер и реализуют множество функций управления знаниями. Их главное назначение — обеспечение методической и информационной под­ держки решения типовых задач инновационной деятельности.

2.Один из наиболее успешных проектов в этой сфере — технологии, развиваемые фирмой Invention Machine Соф. В них используются три класса методов: обработка текстов на ЕЯ, моделирование и анализ функциональных структур технических систем, методология концептуального проектирования технологий и техники.

3.В продуктах платформы Goldfire реализованы функции извлечения знаний из текстовых документов, размещенных в Internet и корпоративных хранилищах, и формирования предметно-ориентированной БЗ — семанти­ ческого индекса. Методы анализа текста и представления знаний базируют-

278

73. Системы поддерэюки инновационной деятельности

ся на модели SAO. Обработка текста выполняется на морфологическом и синтаксическом уровнях.

4.Семантический индекс является основой для процедур поиска, ав­ томатической кластеризации и аннотирования документов. Система Goldfire Research обеспечивает выполнение запросов, представленных в виде пред­ ложений английского языка. Используемые алгоритмы обработки текста, построения и манипулирования семантическим индексом инварианты к ПрО. Единственный вид настройки на нее связан с формированием и кор­ ректировкой словарей.

5.Методы моделирования и анализа функциональных структур тех­ нических систем применяются в модулях анализа продукта и анализа процесса пакета TechOptimizer. Для совершенствования технической системы на функ­ циональном уровне служит процедура тримминга. Ее суть состоит в упроще­ нии продукта или процесса путем исключения вредньгх и бесполезных компо­ нентов и перераспределения функций между оставшимися компонентами.

6.Пакет TechOptimizer предназначен для поиска, синтеза и сти­ мулирования формирования новых решений для задач концептуального проектирования технологий и техники. Его методологическую основу со­ ставляют идеи ТРИЗ, реализованные в модулях переноса свойств, эффектов, принципов и предсказаний.

Вопросы для самопроверки

1.Назовите типовые задачи инновационной деятельности.

2.Какие классы методов используются в технологиях поддержки инновационной деятельности, развиваемых Invention Machine Соф.?

3.Охарактеризуйте задачи концептуального проектирования технологий и техники.

4.Опишите общую схему функционирования продуктов платформы Goldfire.

5.Для чего предназначена модель SAO?

6.Что такое семантический индекс, как он организован?

7.Какие типы запросов реализуются на основе модели SAO?

8.Каким образом в Goldfire организована автоматическая кластеризация документов?

9.Каковы функции системы Goldfire Intelligence? На какие категории пользовате­ лей она рассчитана?

10.Для чего предназначен пакет TechOptimizer? Что является его методологиче­ ской основой?

11.Каково назначение основных модулей пакета TechOptimizer?

12.Какой этап концептуального проектирования поддерживают модули анализа продукта и процесса?

13.Для чего предназначена процедура тримминга?

14.Какие модели используются при тримминге?

15.С помощью какого критерия выбираются компоненты, подвергаемые триммингу?

16.Что такое техническое противоречие? Приведите примеры.

17.Охарактеризуйте идеи, лежащие в основе модулей принципов и эффектов.

279