- развитии произвольного внутреннего процесса объекта/системы и изменчивости внешних его проявлений;
- влиянии событий и факторов на значения признаков и их изменение во времени;
- влиянии индивидуальных характеристик объекта/системы на вариант развития произвольного внутреннего процесса (и значения признаков);
- промежутке времени, прошедшем с момента начала диагностируемого внутреннего процесса;
- мерах нечёткости признака диагностируемого процесса (необязательность проявления признака или степень доверия к признаку, неточность или недоопределённость значений, неоднозначность или нечёткость границы между интервальными значениями признака). От онтологии проблемной области «диагностика процессов» ожидается универсальность, позволяющая наследовать из неё всем предметно-ориентированным онтологиям.
Обобщённая онтология проблемной области «Диагностика процессов»
Рассмотрим типы утверждений, устанавливающих соответствие между значениями причин и значениями следствий в причинных закономерностях, используемых при диагностике для объектов/систем разных ПрО.
В качестве причины понимают «диагноз» - возникший в системе или объекте внутренний процесс, который развивается во времени. В качестве следствий (отношений) рассматриваются признаки (с их значениями), проявляемые объектом диагностики. При этом в значениях следствий ожидается изменчивость внешних проявлений этого внутреннего процесса (объекта/системы).
Один внутренний процесс (причина) вызывает несколько внешних проявлений (значений следствий), объединяемых в комплекс диагностических признаков (КДП); но он может вызывать разные совокупности таких проявлений - альтернативные КДП. Например, разрушение инерциальной навигационной системы автономного подводного робота (АПР) может характеризоваться следующими альтернативными признаками: активным маневрированием со стороны движительно-рулевого комплекса (ДРК), повышенным энергопотреблением со стороны ДРК, перегрузкой и отключением батарейного модуля, остановкой двигателя [16].
Типы значений проявляемых признаков могут быть числовыми или качественными. По мере развития (во времени) процесса проявления признаков изменяются в рамках своих областей значений.
Значения признаков в рассматриваемые моменты или периоды могут быть точными числами или попадать в характерные числовые диапазоны, быть значениями из чётко определяемой качественной шкалы (сухой, влажный) или нечётко различаемой (розоватый, красноватый; повышенное энергопотребление), отражающей термины конкретных экспертов. Признаки могут быть простыми, состоящими из имени признака и множества его значений (например, температура), или составными.
Для указания меры нечёткости признака (диагностируемого процесса) используются:
- модальность, значения которой достаточны для рекомендаций по подтверждению или опровержению гипотезы, например: необходимо, характерно, возможно;
- шкала вероятностей соответствия признаков гипотезе о диагнозе, которая может быть использована, если эксперты ПрО имеют соглашении о том, какие её значения целесообразно использовать при принятии решений.
Интервал времени, прошедший с момента начала диагностируемого внутреннего процесса, используется явно в причинных закономерностях при учёте события или фактора (если событие должно быть известно в анализируемой ситуации). В других случаях чаще моментом начала диагностируемого процесса считают первое проявление.
В условиях причинно-следственных отношений могут присутствовать внешние факторы или события, относящиеся к различным моментам времени, а также постоянные во времени признаки объекта диагностики, иногда называемые индивидуальными характеристиками.
Например, при диагностике состояния сельскохозяйственных культур в качестве условия может выступать время, прошедшее после обработки растений пестицидами и гербицидами, климатические особенности региона выращивания; при диагностике некоторого заболевания - перенесённые травмы и заболевания, приём лекарственных препаратов. Внешними факторами для таких объектов могут быть время года (сезон), температура воздуха, индивидуальные характеристиками - возраст (растения, человека), пол. Для системы технической диагностики внешними событиями являются удары (например, удар АПР о препятствия), факторами - магнитные аномалии вблизи АПР. онтология процесс диагностика аномалия система
БЗ могут содержать любую совокупность из следующих предложений-утверждений [17]:
1) множество признаков с их ожидаемыми однократно выявленными значениями для (каждого) КДП для диагноза Д или множество признаков с ожидаемыми изменениями своих значений по периодам развития для каждого КДП для диагноза Д (вариантами динамики).
Пример 1. Для диагноза «пневмококковый конъюнктивит» характерны признаки [18]: покраснение глаз. Присутствие = «имеется», покраснение глаз. Локализация с вариантами динамики:
1. «справа, слева, справа И слева постоянно»;
2. «справа 1-2 суток, затем справа И слева»;
3. «слева 1-2 суток, затем справа И слева».
Пример 2. Несанкционированное выключение питания двигателя АПР характеризуют следующие признаки с модальностью «возможность»: [короткое замыкание] И [ошибка аналого-цифрового преобразователя двигателя] И [ошибка датчика положения двигателя] И [превышено время ожидания ответа со стороны контроллера двигателя] И [контроллер двигателя не инициализирован] И [вода в двигателе] И [перегрев двигателя].
2) множество вариантов КДП (включающих признаки проявления отклонения от нормы для рассматриваемой категории объектов или при проводимом методе диагностики) для диагноза Д;
3) факторы, которые вызывают появление диагноза или варианты возникновения внутреннего процесса, связанные со значениями некоторого события (или с их последовательностью)
Пример 1. При диагнозе «пневмококковый конъюнктивит» его «возможные причины»: через 1 -2 суток после начала предшествующего заболевания, такого как грипп; через 1-2 суток после загрязняющего воздействия окружающей среды, такого как: «попадание в глаз пыли», «купание в непроточном водоеме». Пример 2. При диагнозе «Перегрев двигателя АПР» причиной возникновения может быть длительная работа двигателя на больших токах.
4) множество признаков с их значениями и изменяющие их события, которые характерны для каждого диагноза, или варианты развития внутреннего процесса, изменённого воздействием события, связывающие диагноз и событие с некоторым значением признака.
Пример 1. Острый аппендицит, перфоративная язва: обезболивающие таблетки приводят к временному устранению боли (что искажает клиническую картину).
Пример 2. Перегрузка двигателя АПР может быть вызвана пограничными режимами движения, характеризующимися повышенной нагрузкой на винт либо заклиниванием вала двигателя вследствие того, что попала рыба, намоталась рыболовная сеть или трава.
5) варианты развития внутреннего процесса при воздействии события (варианты реакции на воздействие события), связывающие значение некоторого события с некоторым значением или изменением значения признака.
Например, для АНПА перегрузка двигателя, вызванная заклиниванием вала двигателя, может быть устранена при вращении двигателя в обратную сторону [16].
Могут существовать варианты развития процесса, изменённого воздействием события, не только учитывающие признаки и диагноз, но и связывающие: (признак, диагноз, событие, временной интервал начала такого воздействия, результирующее значение признака) или (признак, исходное значение признака, событие, временной интервал начала такого воздействия, результирующее значение признака).
Каждый из вариантов 1-5 может содержать и связи со значениями воздействующих факторов или индивидуальных характеристик.
6) связи между диагнозом и «совокупным признаком» (синдромом или патологическим состоянием - в медицине), элементом которого может быть и событие [17, 19]. Иногда для элементов в этой совокупности требуется соблюдение частичного порядка: порядок появления признаков у объекта диагностики, чтобы событие предшествовало внешнему признаку, в том числе с указанным интервалом [17, 18].
Например, диарея: время принятия внутрь «подозрительной еды» равняется 3±3 ч до времени начала диареи [19, 20]; стафилоккоковый конъюнктивит: через 1-2 суток после начала предшествующего заболевания: грипп; ... через 2-4 суток после контакта с больным конъюнктивитом, с предметами общего пользования больного [18].
7) обобщение (классификация) диагнозов, так что у классов диагнозов указываются общие признаки.
Например, для множества болезней гепатобилиарной системы и ряда гематологических расстройств определён общий признак «желтушность»; подкатегориями заболеваний гепатобилиарной системы являются заболевания гепатоцеллюлярной системы, печёночно-сосудистые, желчных протоков и т.д. Для заболевания гепатоцеллюлярной системы и гематологической подгруппы на уровне «анемии» определён общий признак «бледность» [20]. В комплекс диагностических признаков для группы заболеваний «болезни желчного пузыря, желчевыводящих путей и поджелудочной железы» входят характерные признаки: боль в животе, тошнота, - а в КД11 для подгруппы холециститов дополнительно входят повышение температуры тела, напряжение мышц передней брюшной стенки, лейкоциты (клинический анализ крови) [21].
Таким образом, онтология проблемной области включает следующие типы отношений (утверждений):
- результаты наблюдения признака, характеризующие проявление диагноза - (диагноз, имя признака, значения по периодам развития);
- значения по периодам развития - последовательность пар <значение, период >;
- описание важных факторов - (диагноз, название характеристики, значение), (диагноз, название фактора, интервал времени), (диагноз, название события, момент совершения);
- для возможных значений признака могут быть описаны изменения значения этого признака под воздействием некоторых событий (внешних воздействий на объект) на разных этапах процесса - (диагноз, имя признака, (имя характеристики), период развития, название события, момент совершения, значение);
- для формирования альтернативных КДП с разными подходами к выявлению достоверных проявлений (признаков) диагноза каждый диагноз связан с некоторым набором КДП) - (диагноз, КДП), а результаты наблюдения будут соответственно связаны с ними - ([диагноз,] КДП, имя признака, значения по периодам развития), в том числе составные признаки (содержащие множество своих характеристик и множество вариантов значения каждой характеристики) - ([диагноз,] КДП, имя признака, имя характеристики, значение характеристики по периодам развития);
- в каждом периоде своей динамики признак может иметь несколько вариантов значений - (значения по периодам развития, {номер периода, диапазон значений});
- значения признаков и характеристик описываются в форматах числовых и символьных элементов, для них предусмотрено также указание элемента «модальность» со значениями: возможно, характерно, необходимо;
- для учёта вариантов динамики значений признаков и многообразия вариантов течения процессов каждый период динамики задаётся верхней и нижней границами длительности периода, единицей измерения границ.
Варианты применения онтологии «Диагностика процессов»
На рисунке 2 представлен фрагмент онтологии «Диагностика процессов» средствами платформы IACPaaS [22]. Характерными вариантами применения этой онтологии являются:
1) получение конкретных онтологий диагностики в различных ПрО (например, медицинской диагностики), когда создаётся копия онтологии проблемной области и вводятся некоторые уточнения, характерные для ПрО;
2) создание БЗ на основе исходной или уточнённой онтологии проблемной области;
3) создание решателя - компонента сервиса, который будет предлагать гипотезы о диагнозах-отклонениях на основе динамики развития признаков.
Рисунок 2 - Фрагмент онтологии диагностики процессов
В первом варианте среда разработки на платформе предоставляет возможность получения копии онтологии для добавления в неё особенностей в виде дополнительных элементов (терминов) и структурных связей этих элементов с уже зафиксированными диагностическими терминами.
Во втором варианте среда разработки на платформе предоставляет штатный редактор для формирования знаний, структура которых соответствует каждому из типов, приведённых в разделе 2. Эксперт вносит известные ему закономерности и факты в БЗ с помощью редактора.
В третьем варианте среда разработки предоставляет инструменты для построения решателя, выдвигающего гипотезы на основе (онтологической) БЗ [23]. К числу этих инструментов относятся:
- редактор структуры представления результата и объяснения поиска гипотез;
- среда кодирования и отладки программных единиц для решателя с библиотеками
- методов доступа и обработки онтолого-ориентированных знаний, данных и результатов;
- средство поиска и выбора готовых программных единиц для решателя;
- средство интеграции программных единиц и формирования решателя.
Заключение
В работе представлена онтология проблемной области «Диагностика процессов», позволяющая описывать процессы, происходящие в объектах диагностики различных ПрО. Обычно описываются процессы отклонений от нормального функционирования объекта (заболевания, поломки, неисправности), однако возможны описания процессов при нормальном или эталонном функционировании объекта диагностики.