МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

Новогрудська Ріна Леонідівна

УДК 004.896

ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ СТВОРЕННЯ ТА ПІДТРИМКИ

ПОРТАЛІВ ІНЖЕНЕРНИХ ЗНАНЬ

Спеціальність 05.13.06 – інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2015

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі інформаційно-телекомунікаційних мереж

Національного технічного університету України «Київський політехнічний

інститут» Міністерства освіти і науки України, м. Київ.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Глоба Лариса Сергіївна,

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут», завідувач

кафедри інформаційно-телекомунікаційних мереж

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Теслюк Василь Миколайович

Національний університет «Львівська політехніка»,

професор кафедри систем автоматизованого

проектування

доктор технічних наук, доцент

Бармак Олександр Володимирович,

Хмельницький національний університет,

професор кафедри інформаційних технологій

проектування

Захист відбудеться «__» 2015 р. о 15 год. на засіданні спеціалізованої

вченої ради Д 26.002.29 при Національному технічному університеті України

«Київський політехнічний інститут» за адресою: 03056, м. Київ, проспект

Перемоги, 37, корпус 11, аудиторія 215.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Національного

технічного університету України «Київський політехнічний інститут» за адресою:

03056, Київ-56, пр. Перемоги, 37.

Автореферат розісланий «__» ________ 2015 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.002.29

доктор технічних наук, професор Теленик С.Ф.

1

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Результати досліджень незалежних агентств Gartner

Group та Real Story Group, виконані за останні роки, показують, що однією з

найважливіших тенденцій розвитку розподілених у глобальному середовищі

інформаційних систем є перехід від сайтів з простою структурою до інтегрованих

порталів корпоративних знань великих обсягів. Такі портали містять опис різних

наукових, інженерних або промислових розрахункових задач, інформацію щодо

методів їх розв’язання, а також надають сервіси для їх реалізації. З точки зору

розробника портали знань характеризуються слабкоструктурованим контентом та

наявністю тісно пов’язаних з ним обчислювальних сервісів. Недостатні

систематизованість та структурованість, а також слабка зв’язаність

інформаційних та функціональних елементів порталів знань негативно впливають

на ефективність їх використання. Розробка нових підходів до створення та

підтримки порталів знань дозволяє суттєво підвищити ефективність їх

використання.

Вітчизняні та закордонні вчені досягли значних результатів у розв’язанні

задач побудови інформаційних систем, до яких належать портали знань, та

методів і алгоритмів побудови їх математичних моделей. Зокрема ці проблеми

розглянуто у роботах В.М. Глушкова, О.А. Павлова, Н.Д. Панкратової,

С.Ф. Теленика, Г.Є. Цейтліна, Дж. Сови, Б. Гантера, Н. Гуріано, Т. Грубера,

В.Ф. Хорошевського, Ю.А. Загорулько та інших учених.

Невирішеним залишається ряд проблем. Найважливішою з них є складність

інтеграції слабкозв’язаних інформаційних та функціональних елементів порталів,

орієнтованих на довгострокову підтримку і оперування великими обсягами

недостатньо систематизованої інформації. Крім того, має місце занадто висока

трудомісткість створення складних інженерних розрахунків у відповідності до

умов їх застосування для отримання нових даних і знань на порталах, що

описують певну інженерну предметну область. Зазначені недоліки викликані

недостатньою систематизованістю та слабкою зв’язаністю інформаційних та

функціональних елементів таких порталів, відсутністю методів та

інструментальних засобів їх поєднання, неповною автоматизованістю процесів

обробки та доступу до них на порталах знань.

Таким чином, науково-технічна задача підвищення ефективності створення

та підтримки порталів інженерних знань на основі інтеграції слабкозв’язаних

інформаційних та функціональних елементів є актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну

роботу виконано згідно з планом наукових досліджень кафедри інформаційно-

телекомунікаційних мереж НТУУ «КПІ»:

1) науково-дослідної роботи «Мультиагентна система інтеграції

інформаційних ресурсів та обробки інформації в розподіленому інформаційно-

телекомунікаційному середовищі» (номер державної реєстрації 0110U002415);

2

2) науково-дослідної та дослідно-конструкторської роботи «Розробка

системної інфраструктури єдиного інформаційного середовища даних

антарктичних досліджень» (номер державної реєстрації 0113U004967);

3) проекту за грантом GP/F44/08 «Методи інтеграції інформаційних

ресурсів і сервісів обробки інформації в розподіленому інформаційно-

телекомунікаційному середовищі з використанням технології інтелектуальних

агентів» (номер державної реєстрації 0112U008211);

4) ініціативної науково-дослідної теми «Модель представлення знань на

Інтернет-порталі» (номер державної реєстрації 0112U005009).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення

ефективності обробки, збереження та доступу до інженерних даних і знань за

рахунок розробки інформаційної технології створення та підтримки порталів

інженерних знань.

Завдання, які необхідно було вирішити для досягнення поставленої мети:

1) проаналізувати підходи до створення та підтримки порталів інженерних

знань, засоби інтеграції їх інформаційних і функціональних елементів;

2) побудувати формальну систему порталу інженерних знань та дослідити

властивості її елементів;

3) створити метод спрощення формули інженерного розрахунку для її

подання у мінімальній формі;

4) розробити метод формування складного інженерного розрахунку на основі

запропонованої формальної системи;

5) розробити інформаційну технологію створення та підтримки порталів

інженерних знань;

6) запропонувати спосіб налаштування інформаційної технології на

предметну область порталу;

7) перевірити працездатність та ефективність інформаційної технології при

створенні, підтримці та використанні порталів інженерних знань.

Об’єкт дослідження – процеси обробки, збереження та доступу до даних

і знань порталів інженерних знань.

Предмет дослідження – формалізовані моделі та методи інтеграції

слабкозв’язаних інформаційних та функціональних елементів для створення та

підтримки порталів інженерних знань.

Методи дослідження, застосовані для вирішення поставлених завдань:

1) методи інтелектуального аналізу даних, представлення знань, загальної

теорії систем – для раціонального проектування моделі порталу знань,

декомпозиції знань на окремі сутності, виділення їх функціонального

навантаження, структурних взаємозв’язків, структуризації, систематизації та

інтеграції знань;

2) методи дискретної математики, теорії множин, теорії алгебраїчних систем,

теорії відношень, алгебри логіки – для реалізації формальних контекстно-

незалежних структур подання інформації на порталі, розробки формальної

алгебраїчної системи представлення інформаційних та функціональних елементів

3

порталу, описання елементів алгебраїчної системи порталу та дослідження їх

властивостей, формування складних розрахунків та їх інтеграції у середовище

порталу, спрощення формул алгебраїчної системи розрахунків.

Наукова новизна отриманих результатів:

1) вперше запропоновано формальну алгебраїчну систему розрахунків, яка

характеризується наявністю нових елементів у її сигнатурі та множині носіїв,

додатковим набором простих і складних операцій, властивості яких досліджено,

та визначено елементи простору даних, що дозволяє оперувати слабкозв’язаними

інформаційними та функціональними елементами порталів інженерних знань;

2) удосконалено метод спрощення формул алгебраїчної системи розрахунків

за критерієм мінімізації кількості складових формули розрахунку, який базується

на властивостях операцій та тотожних перетвореннях формул та відрізняється від

існуючих наявністю додаткових правил вибору досконалого інваріанту, що

дозволяє представити формулу функціонального елементу у мінімальній формі;

3) вперше розроблено метод формування складного інженерного розрахунку,

який базується на запропонованій алгебраїчній системі розрахунків, поєднує

часткові розрахункові задачі у загальний розрахунок, вирізняється можливістю

встановлювати порядок проведення обчислень загальних функціональних

елементів на момент виконання, що дозволяє розпаралелювати виконання

складних інженерних розрахунків;

4) розроблено інформаційну технологію створення та підтримки порталів

інженерних знань на базі запропонованої алгебраїчної системи та методу

формування складного інженерного розрахунку, що дозволяє організувати

взаємодію інформаційних та функціональних елементів порталу та визначити

механізм їх зв’язування.

Практичне значення одержаних результатів:

1) усі теоретичні розробки дисертації доведені автором до конкретних

інженерних методик, алгоритмів з використанням сховищ даних та програмних

засобів інформаційної технології створення та підтримки порталів інженерних

знань;

2) на основі розробленого методу формування складного інженерного

розрахунку і запропонованої формальної алгебраїчної системи створено комплекс

інструментальних засобів інформаційної технології створення та підтримки

порталів інженерних знань, який містить модуль прив’язки до предметної області

і модуль формування складного інженерного розрахунку, що дозволяє підвищити

ефективність їх використання;

3) проведено апробацію та виконано практичне впровадження

інструментальних засобів для побудови порталів інженерних знань у

Національному антарктичному науковому центрі Міністерства освіти і науки

України та Інституті проблем міцності ім. Г.С. Писаренка НАН України, що

дозволило підвищити прозорість, обґрунтованість та оперативність процесів

роботи з інформаційними та функціональними елементами на порталах

інженерних знань (наявні відповідні акти).

4

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є узагальненням

результатів теоретичних і експериментальних досліджень, проведених автором

самостійно. Основні результати, отримані автором особисто: підхід до побудови

моделі представлення знань інженерних порталів [1, 3, 9]; підхід до організації

взаємодії інформаційних та функціональних елементів порталів знань [6, 17];

формальна алгебраїчна система порталів інженерних знань [7, 18]; модель

інтеграції елементів інженерних порталів знань [11, 12, 13]; метод формування

складного інженерного розрахунку на порталах інженерних знань [15, 16, 19];

модель представлення знань інженерної предметної області «Міцність матеріалів»

[4, 8, 10]; застосування запропонованої методології для розробки порталів знань

«Міцність матеріалів» та «Національний Антарктичний Центр України» [2, 5, 14].

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати

дисертаційної роботи були представлені й одержали схвалення на:

– міжнародній науково-технічній конференції «Міцність матеріалів та

елементів конструкцій» (м. Київ, Україна, 2010 р.);

– міжнародній науковій конференції ім. Т.А. Таран «Інтелектуальний аналіз

інформації» (м. Київ, Україна, 2010, 2011, 2012 рр.);

– міжнародній науково-технічній конференції «Системний аналіз та

інформаційні технології» (м. Київ, Україна, 2011 р.);

– міжнародному симпозіумі Хорватської спілки металургів «Materials and

Metallurgy» (Шибеник, Хорватія, 2010, 2012 рр.);

– міжнародній конференції «Intelligent Data Acquisition and Advanced

Computing Systems: Technology and Applications» (Прага, Чехія, 2011 р.);

– міжнародній науково-технічній конференції «Open Semantic Technologies

for Intelligent Systems» (Мінськ, Білорусь, 2012, 2013, 2014, 2015 рр.);

– міжнародній конференції «EuroCon–2013» (Загреб, Хорватія, 2013 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 19 наукових праць,

у тому числі 7 статей у провідних наукових фахових виданнях, з яких 4 статті у

виданнях іноземних держав, та 12 доповідей і тез доповідей в збірниках

матеріалів конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу,

чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 140 найменувань, 9

додатків. Загальний обсяг роботи 186 сторінок, з яких 128 сторінок основного

тексту, 15 сторінок використаних джерел та 43 сторінки додатків. Робота містить

35 рисунків, 19 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи,

сформульовано мету і завдання дослідження, наукову новизну та практичне

значення отриманих результатів. Наведено дані про впровадження результатів

роботи, публікації та особистий внесок автора.

Перший розділ дисертаційної роботи присвячений аналізу стану досліджень

в області проектування порталів інженерних знань, а саме: процесам

5

систематизації інформації на порталах, представленню розрахункових задач

предметної області в інформаційному середовищі порталу, проблемам інтеграції

інформаційних та функціональних елементів порталів інженерних знань.

Визначені характерні особливості інженерних розрахункових задач:

декомпозиція загальної задачі на складові, ієрархічна підпорядкованість задач;

використання однакових часткових задач у різних загальних задачах; залежність

етапів розв’язання задачі від тематики, параметрів чи характеристик розрахунку;

різна направленість розрахункових задач та ін. Сформульовані специфічні

проблеми, пов’язані з представленням складних розрахункових задач на порталах

інженерних знань. Встановлено, що найважливішою проблемою при проведені

розрахунків на інженерних порталах знань є інтеграція інформаційних та

функціональних елементів порталу, які задіяні у цих розрахункових задачах.

Виявлено, що існуючі програмні засоби, які надають спеціалізовані сервіси

розв’язання складних інженерних задач, розроблені під конкретну предметну

область. Такі програмні засоби важко адаптувати до розв’язання аналогічних

задач споріднених предметних областей, вони мають обмежені можливості для

обробки інформаційних та функціональних елементів. У результаті аналізу вимог

до сервісів, які реалізують інженерні розрахунки певних предметних областей,

встановлено, що в інтелектуальних системах описи елементів цих розрахунків не

реалізують функцію поєднання таких елементів через відсутність метаописів, які

в повній мірі характеризують належність окремих інженерних задач та

інформаційних ресурсів до визначеного комплексу інженерних розрахунків.

Введені поняття функціонального елементу – Фе та інформаційного елементу

– Еі порталу інженерних знань і сформульовані завдання дослідження.

Другий розділ присвячено розробці універсальної формальної алгебраїчної

системи порталів інженерних знань. Запропонована універсальна формальна

алгебраїчна система задає контекстно-незалежні структури, які дозволяють

оперувати інформацією, представленою на порталі незалежно від предметної

області, що розглядається. Алгебраїчна система представлена формалізмами, які

описують кожний розрахунок предметної області, та включає відповідні

визначення, аксіоми і теореми, що дозволяють описати процес обслуговування

розрахунків інформаційними ресурсами.

Розглянемо базові поняття, якими оперує формальна алгебраїчна система

розрахунків.

Метаописом розрахункових задач порталів інженерних знань вважається

𝑀 = ⟨𝐴𝑡, 𝑉⟩, де 𝐴𝑡 = 𝐴𝑡1, 𝐴𝑡2, … 𝐴𝑡𝑛 – множина назв атрибутів, 𝑉 = 𝑉1, 𝑉2, … , 𝑉𝑛

– множина значень атрибутів, 𝑚𝑖𝑗 – j-е значення із i-ої множини значень атрибутів.

Правило розрахунку – 𝐴𝑘 представляється будь-якою логічною формулою,

в якій:

змінні – назви атрибутів 𝐴𝑡1, 𝐴𝑡2, … 𝐴𝑡𝑛;

константи – елементи відповідних множин 𝑉1, 𝑉2, … 𝑉𝑛;

предикатні символи – символи відношень <, >, ≤, ≥, =, ≠;

символи логічних зв’язок – символи логічних операцій ⋀ , ⋁, ¬.

6

Правило розрахунку формується за складним принципом, особливо якщо

воно застосовується для включення розрахунку в загальний розрахунок.

Аксіома 1. Логічна формула правила і операнд правила:

– якщо 𝐵 – назва метаопису, то 𝐵 – операнд правила;

– якщо 𝐵 – значення метаопису, то 𝐵 – операнд правила;

– якщо 𝐵 і 𝐶 – операнди правила, то кожний з виразів (𝐵 + 𝐶), (𝐵 − 𝐶), (𝐵 ∗ 𝐶), (𝐵: 𝐶), (¬𝐵) – операнди правила;

– операнд не може бути отриманий ніякими іншими способами, окрім тих,

що описані вище.

У результаті, правило 𝐴𝑘 можна визначити таким чином:

– Т – правило 𝐴𝑘;

– якщо 𝐵 і 𝐶 операнди правила 𝐴𝑘, то 𝐵Ω𝐶, де Ω = >, <, ≤, ≥, =, ≠ –

правило 𝐴𝑘;

– якщо 𝐵 і 𝐶 правило 𝐴𝑘, то ¬𝐵, ¬ 𝐶, 𝐵 ∧ 𝐶, 𝐵 ∨ 𝐶 правила;

– правило не може бути отримане ніякими іншими способами, окрім тих, що

описані вище.

Виконання правил пов’язано з істинним значенням логічної формули, яка

визначає задане правило після підстановки в неї значень метаописів з множини

розрахунків, тобто правило для розрахунку задає семантичну зв’язку або

перевірку, що дозволяє додати в загальний розрахунок тільки ті розрахунки, для

яких це правило спрацьовує, тобто має істинне значення.

Визначення 1. Розрахунком 𝐶𝑘 є система ⟨𝑀𝑘, 𝐴𝑘⟩, де 𝑀𝑘 – метаопис k-го

розрахунку, 𝐴𝑘 – логічна формула правила k-го розрахунку.

У формальній алгебраїчній системі розрахунків визначено два типи

розрахунків: пустий розрахунок – 𝐶𝑘, в якому правило 𝐴𝑘 приймає хибне

значення; повний розрахунок – 𝐶𝑘, в якому правило 𝐴𝑘 є кон’юнкцією всіх

можливих правил. Формальна алгебраїчна система розрахунків – це алгебра виду: 𝐴 = ⟨𝐺, Ω⟩, де

𝐺 – з множиною носіїв, Ω – сигнатура.

У множині носіїв алгебри розрахунків визначено множину об’єктів та

множину даних 𝐺 = 𝑂𝑏, 𝐷𝑡. Об’єктами є основні елементи алгебри, над якими

проводяться всі операції алгебри. Для алгебри розрахунків це є фактичні

розрахунки. Множина даних описує елементи, що подаються на вхід та на вихід

системи. Для алгебри розрахунків – це різноманітні константи, змінні, а також

результати операцій над ними, які є відображенням параметрів, характеристик,

розрахункових задач предметної області. Різноманіття видів даних визначено

у просторі даних 𝐷𝑀.

Сигнатура алгебри розрахунків представлена операціями різного виду.

У сигнатурі алгебри розрахунків виділено декілька груп операцій:

Ω = 𝑂е, 𝑂м, 𝑂л, 𝑂с,

де 𝑂е – множина елементарних операцій, які є представленням звичайних

алгебраїчних операцій за визначенням 𝑂е = +,∗, де + – операція додавання, яка

7

використовується для сумування значень метаописів; ∗ – операція множення, яка

використовується для пошуку добутку значень метаописів;

𝑂м – множина множинних операцій, 𝑂м = ∈, ∉, ⊂, ⊆ , де ∈ – належність;

∉ – неналежність; ⊂ – строге включення; ⊆ – нестроге включення;

𝑂л – множина логічних операцій, які є аналогами теоретико-множинних

операцій алгебри відношень 𝑂л = ∧,∨,/, ∼,∘,d , де ∧ – операція кон’юнкції;

∨ – операція диз’юнкції; / – операція пошуку різності; ∼ – операція

еквівалентності; ∘ – операція композиції; d – операція пошуку доповняльного

відношення;

𝑂с – складні операції алгебри 𝑂с = Зпр, Зпс, 𝑂лп, 𝑂𝑖 , 𝑂𝑐, де Зпр – операція

паралельного з’єднання; Зпс – операція послідовного з’єднання; 𝑂лп – операція

логічного поєднання; 𝑂𝑖 – операція інверсії; 𝑂𝑐 – операція суміщення.

Таким чином, сигнатуру алгебри розрахунків представлено наступною

множиною операцій:

Ω = +,∗, ∈, ∉, ⊂, ⊆,∧,∨,/, ∼,∘,−1 ,𝑑 , Зпр, Зпс, 𝑂лп, 𝑂𝑖 , 𝑂𝑐.

Операції використовуються для маніпулювання носіями алгебри. Приведемо

відповідні визначення для пояснення принципу поєднання елементів алгебри за

допомогою відповідних операцій:

Визначення 2. Розрахунок 𝐶3 = ⟨𝑀3, 𝐴3⟩ включає розрахунок 𝐶1 (𝐶3 ⊆ 𝐶1),

якщо 𝐶3 містить всі кортежі з 𝐶1. Розрахунок 𝐶1 є підрозрахунком розрахунку 𝐶3,

якщо кожен кортеж 𝐶1 є кортежем 𝐶3, тобто ∀𝑥𝑖 , 𝑖 = 1, 𝑛, 𝑥𝑖 ∈ 𝐶1 𝑥𝑖 ∈ 𝐶3.

Визначення 3. Якщо розрахунок 𝐶3 містить також інші кортежі, крім

кортежів розрахунку 𝐶1, то використовують операцію строгого включення –

𝐶3⊂𝐶1.

Визначення 4. Якщо 𝐶1 не є підрозрахунком 𝐶3, то 𝐶1⊄С3, тобто існує кортеж

розрахунку 𝐶1, який не належить 𝐶3.

Визначення 5. Відношення належності ∈ задає належність кортежу 𝑥𝑖

розрахунку 𝐶3:𝑥𝑖 ∈ 𝐶3.

Визначення 6. Відношення неналежності є оберненим до відношення

належності й означає, що кортеж 𝑥𝑖 не присутній у розрахунку 𝐶3: 𝑥𝑖 ∉ 𝐶3.

Визначення 7. Нехай дано розрахунки 𝐶1 = ⟨𝑀1, 𝐴1⟩ і 𝐶2 = ⟨𝑀2𝐴2⟩, де

𝑀1 = 𝑀2. Тоді розрахунок 𝐶3 = ⟨𝑀3, 𝐴3⟩: - об’єднання розрахунків 𝐶1 і 𝐶2 (𝐶3 = 𝐶1 ∪ 𝐶2), якщо 𝐶3 містить всі кортежі

з 𝐶1 і всі кортежі з 𝐶2, що не співпадають з жодним кортежем з 𝐶1, причому 𝐶3 не

містить жодних інших кортежів;

- перетин розрахунків 𝐶1 і 𝐶2 (𝐶3 = 𝐶1 ∩ 𝐶2), якщо 𝐶3 містить ті, і тільки ті

кортежі, що містяться і в 𝐶1 і 𝐶2, причому 𝐶3 не містить жодних інших кортежів;

- різність розрахунків 𝐶1 і 𝐶2 (𝐶3 = 𝐶1 ∖ 𝐶2), якщо С3 містить ті, і тільки ті

кортежі, що є кортежами 𝐶1 і не містяться в 𝐶2, причому 𝐶3 не містить жодних

інших кортежів;

8

- композиція розрахунків 𝐶1 і 𝐶2 (𝐶3 = 𝐶1 ∘ 𝐶2), якщо існує розрахунок 𝐶4,

такий, що містить деякі кортежі з 𝐶1 і 𝐶2, тоді розрахунок 𝐶3 містить ті, і тільки ті

кортежі з 𝐶1, які є в 𝐶4 і ті кортежі з 𝐶2, які містяться у 𝐶4, причому 𝐶3 не містить

жодних інших кортежів;

- еквівалентний розрахунку 𝐶1 (С3 ∼ С1), якщо 𝐶3 містить ті, і тільки ті

кортежі, що є кортежами 𝐶1, і кількість кортежів у 𝐶1 і 𝐶3 співпадає, причому 𝐶3

не містить жодних інших кортежів;

- доповнення розрахунку 𝐶1 (𝐶3 = 𝐶1𝑑) до розрахунку 𝐶1

∀, який містить усі

кортежі системи, якщо 𝐶3 містить ті, і тільки ті кортежі, які належать 𝐶1∀

і не належать 𝐶1.

Визначення 8. Розрахунок 𝐶𝑝 = ⟨𝑀𝑝, 𝐴𝑝⟩ є результатом операції паралельного

з’єднання розрахунків 𝐶1, 𝐶2, … , 𝐶𝑛 (𝐶𝑝 = Зпр(𝐶1, 𝐶2, … , 𝐶𝑛)), якщо 𝑥𝑖 ∈ С1,

𝑥𝑗 ∈ 𝐶2, … , 𝑥𝑚 ∈ 𝐶𝑛, то 𝐶𝑝 обчислюється як ⋁(𝑥𝑖 ∧ 𝑥𝑗 ∧ … ∧ 𝑥𝑚).

Визначення 9. Розрахунок 𝐶𝑝 = ⟨𝑀𝑝, 𝐴𝑝⟩ – результат операції послідовного

з’єднання розрахунків 𝐶1, 𝐶2, … , 𝐶𝑛 (𝐶𝑝 = Зпс(𝐶1, 𝐶2, … , 𝐶𝑛)), якщо 𝑥𝑖 ∈ С1,

𝑥𝑗 ∈ 𝐶2, … , 𝑥𝑚 ∈ 𝐶𝑛, то 𝐶𝑝 обчислюється як ⋀(𝑥𝑖 ∨ 𝑥𝑗 ∨ … ∨ 𝑥𝑚).

Визначення 10. Розрахунок 𝐶3 = ⟨𝑅3, 𝐴3⟩ називається інверсією розрахунку

𝐶1, (𝐶3 = 𝐶1−1), якщо 𝐶3 містить ті, і тільки ті кортежі, що містяться в 𝐶1 у

зворотному порядку.

У роботі сформульовано та доведено теореми, які показують можливість

застосування теорії алгебри логіки для формування правил інженерних

розрахунків на базі описаних вище операцій. Як приклад, розглянемо теорему про

об’єднання розрахунків з використанням операції диз’юнкції.

Теорема 1. Нехай 𝐶1 = ⟨𝑀1, 𝐴1⟩ і 𝐶2 = ⟨𝑀2, 𝐴2⟩ – розрахунки. Розрахунок

𝐶3 = ⟨𝑀3, 𝐴3⟩ тоді, і тільки тоді є об’єднанням 𝐶1 ∪ 𝐶2 розрахунків 𝐶1 і 𝐶2, коли

𝐴3 = 𝐴1 ∨ 𝐴2.

Доведення. Побудуємо логічну таблицю дій над кортежами розрахунків 𝐶1

і 𝐶2, за визначенням операції об’єднання. Таблиця будується для всіх кортежів

відношень. Принцип заповнення логічної таблиці заснований на визначенні

значення правила розрахунку та визначенні відповідних операцій над

розрахунком та операцій алгебри відношень (табл. 1).

Таблиця 1

Таблиця істинності для операції об’єднання розрахунків

Наявність правила

у розрахунку

Правила розрахунку

𝐶1 𝐶2 𝐶3

В 𝐶1 і 𝐶2 істина істина істина

Тільки в 𝐶1 істина хиба істина

Тільки в 𝐶2 хиба істина істина

Ні в 𝐶1, ні в 𝐶2 хиба хиба хиба

Розглянемо принцип формування першого рядка таблиці. Оскільки кортеж

міститься в розрахунку 𝐶1 і в розрахунку 𝐶2, то правила розрахунку та правила

9

для цього кортежу розрахунків 𝐶1 і 𝐶2 будуть приймати істинні значення. За

визначенням операції об’єднання розрахунків, такий кортеж має бути включеним

у розрахунок 𝐶3, що відповідає істинному значенню умови 𝐶3. Аналогічно

отримано й інші рядки таблиці. Співставлення правил розрахунків 𝐶1, 𝐶2 і 𝐶3 для

всіх можливих значень кортежів дозволяє зробити висновок, що правило 𝐴3, яке

визначено наведеною таблицею істинності, збігається з таблицею істинності, що

визначається операцією «або» в алгебрі логік.

Теореми про операції алгебри розрахунків сформульовані та доведені

аналогічно. Вони показують можливість застосування операцій алгебри

розрахунків для маніпулювання розрахунками та їх компонентами.

У роботі досліджено властивості простих та складних операцій алгебраїчної

системи розрахунків. Властивості операцій формують базис для основних

тотожностей алгебраїчної системи, які лежать в основі перетворення формул

з метою їх спрощення або приведення до певної форми. Сформовано основні

тотожності алгебраїчної системи згідно з властивостями операцій

𝑉 = 𝑉1, 𝑉2, 𝑉3, 𝑉4, 𝑉5, 𝑉6, 𝑉7, 𝑉8, 𝑉9, де 𝑉1 – комутативність, 𝑉2 – асоціативність, 𝑉3 –

дистрибутивність, 𝑉4 – нейтральність, 𝑉5 – доповненість, 𝑉6 – універсальні

границі, 𝑉7 – абсорбція, 𝑉8 – ідемпотентність, 𝑉9 – порівняння з пустою

множиною. Дослідження показало, що складні операції алгебраїчної системи

розрахунків мають властивості комутативності (крім операції логічного

поєднання), асоціативності, дистрибутивності відносно диз’юнкції (тільки для

операції логічного поєднання), нейтральності (крім операції логічного

поєднання), універсальності границі та ідемпотентності (крім операції логічного

поєднання).

В третьому розділі наведено метод спрощення формул алгебри розрахунків

та метод формування складного інженерного розрахунку. Метод спрощення

формул алгебри розрахунків дозволяє, шляхом еквівалентних перетворень

вихідної формули розрахунку, знайти для неї такий вираз, при якому число її

елементів було б найменшим. Метод формування складного інженерного

розрахунку визначає механізм пошуку саме тих часткових розрахунків, які

необхідно включити у загальний інженерний розрахунок, і задає спосіб їх

включення до загального розрахунку.

Спрощення розрахунку полягає у пошуку мінімальної форми його формули.

Визначимо формулу 𝐹, як формулу, яка складається з розрахунків, або множин

розрахунків та операцій алгебри розрахунків 𝐹 = ⟨𝐶𝑖 , Ω⟩,. Визначимо поняття

інваріанту 𝐼, як виразу, який задає формулу розрахунку.

Метод спрощення формул алгебри розрахунків базується на критерії

оптимізації, властивостях операцій, законах спрощення і правилах вибору та

дозволяє отримати загальну формулу розрахунку у мінімальній формі запису. В

якості критерію спрощення обрано кількість елементів у формулі розрахунку. Усі

перетворення вхідних формул розрахунку здійснюються на основі властивостей

операцій алгебри розрахунків. Еквівалентні перетворення виконуються на основі

властивостей операцій алгебри: ⋃ 𝑉𝑖9𝑖=1 . Запропоновано закони спрощення, які

10

реалізують можливість надати перевагу одному перетворенню над іншим для

організації оптимальної структури розрахункової задачі. Закони спрощення

задають правила тотожних перетворень формул алгебри розрахунків. Метод

спрощення формул алгебри розрахунків задає схему вибору найкращого

інваріанту, тобто дозволяє вибрати з множини інваріантів той, формула якого

буде оптимальною для представлення розрахунку. Схема вибору найкращого

інваріанту включає наступні визначення, правила, теореми та їх доведення.

Правило еквівалентності інваріантних співвідношень задає рівність значень

формул, що представляють інваріанти. Нехай дано формули 𝐹1 та 𝐹2, такі, що

𝐹1 ≠ 𝐹2, та функціональний елемент Ф𝑖𝑒, тоді інваріанти 𝐼(𝐹1) та 𝐼(𝐹2) будуть

еквівалентними тоді, і тільки тоді, коли 𝐹1⟨Ф𝑖𝑒⟩ = 𝐹1⟨Ф𝑖

𝑒⟩.

Визначення 11. Досконалий інваріант 𝐼𝑑 – це інваріант, який представлений

мінімальною формулою, має найбільший пріоритет у процесі перебору. Він має

бути обраний як найкращий при виборі з множини інваріантів для даного

функціонального елементу.

Визначення 12. Найкращий інваріант 𝐼∗ – це. інваріант, який було обрано для

представлення функціонального елементу після аналізу та порівняння елементів

множини формул функціональних елементів.

Правило про першочерговість перетворень задає пріоритет одного

перетворення над іншим. Нехай дано два вирази 𝐵1 та 𝐵2, що задані формулами

𝐹1 та 𝐹2 та перетворення 𝑡𝑟1 та 𝑡𝑟2, такі, що 𝑡𝑟1: 𝐹1

𝑅→ 𝐹1

′ та 𝑡𝑟2: 𝐹2

𝑅→ 𝐹2

′, тоді

пріоритет перетворення визначається як: 𝑓𝑘(𝑡𝑟1, 𝑡𝑟2).

Теорема 2. Про вибір інваріанту. Нехай дано два інваріанти 𝐼1 та 𝐼2,

найкращим інваріантом 𝐼∗ з поміж них вважається той, кількість операцій у

формулі якого є меншою: 𝐼∗ = 𝐼1, якщо 𝑛(Ω𝐹1) < 𝑛(Ω𝐹2

).

Визначення 13. Активні інваріанти 𝐼𝑎𝑘 – підмножина множини інваріантів,

що приймають участь у процесі вибору найкращого інваріанту для даного

функціонального елементу.

Теорема 3. Про звуження множини активних інваріантів. Інваріант може бути

відкинутий з множини розгляду як непотрібний (не активний), якщо існує

інваріант (інваріанти), що має перевагу за властивостями перетворень над ним.

Друге завдання, виконання якого представлено в третьому розділі, це

розробка методу формування складного інженерного розрахунку, який задає

механізм об’єднання відповідних часткових функціональних елементів для

формування послідовності загального функціонального елементу. За методом

формування складного інженерного розрахунку пошук часткових функціональних

елементів, які необхідно включити у загальний, базується на порівняні їх

параметрів, оскільки у загальний функціональний елемент включаються лише ті

часткові функціональні елементи, у яких є спільні параметри, або області значень

параметрів яких перетинаються. Процес формування загального функціонального

елементу представлено за допомогою впорядкованого дерева, що спрощує

процедуру його модифікації.

11

Множина часткових функціональних елементів зберігається у незалежному

сховищі, яке не має зв’язків зі сховищем загальних функціональних елементів.

Структура загальних та часткових функціональних елементів включає назву та

параметри (рис. 1).

Розглянемо множину

загальних функціональних

елементів:

Фез ∋ ф𝑘з , ф𝑘

з = ⟨𝑇𝑘з, 𝑝𝑘𝑗

з ⟩,

де Фез – множина загальних

функціональних елементів;

ф𝑘з – k-й функціональний

елемент з множини загальних

функціональних елементів;

𝑇𝑘з – назва k-го функціонального елементу з множини загальних функціональних

елементів;

𝑝𝑘𝑗з – j-й параметр k-го функціонального елементу з множини загальних

функціональних елементів.

Множину часткових функціональних елементів представлено як:

Феч ∋ ф𝑙ч, ф𝑙

ч = ⟨𝑇𝑙ч, 𝑝𝑙𝑞

ч ⟩,

де Феч – множина часткових

функціональних елементів;

ф𝑙ч – l-й функціональний елемент

з множини часткових

функціональних елементів;

𝑇𝑙ч – назва l-го функціонального

елементу з множини часткових

функціональних елементів;

𝑝𝑙𝑞ч – q-й параметр l-го

функціонального елементу

з множини часткових

функціональних елементів.

Метод формування

складного інженерного

розрахунку складається з трьох

етапів (рис. 2).

На першому етапі

проводиться вилучення з

множини часткових

функціональних елементів тих, в

яких жоден з 𝑝𝑙𝑞ч не дорівнює

Назва

Параметри:

1.

…

n.

Назва

Параметри

:

1.

…

ni

Назва

Параметри

:

1.

…

ni.

Назва

Параметри

:

1.

…

ni.

Назва

Параметри

:

1.

…

ni.

Назва

Параметри

:

1.

…

ni.

Феч

Фез

Рис. 1. Множина загальних та часткових Фе

Визначення класів даних

Визначення функціональних

елементів за обмеженнями

Визначення обмежень

Побудова

3,...n-1-го

рівня дерева

Побудова 1,2-го

рівня дерева

Побудова n-го

рівня дерева

Перевірка значень параметрів Фе

Спрощення формули за

властивостями операцій

Спрощення формули за

правилами

Спрощення формули за

критеріями

Спрощення Фе

Порівняння параметрів Фе

Рис. 2. Метод формування складного інженерного

розрахунку

12

ніякому з. 𝑝𝑘𝑗з . Проводиться аналіз множини часткових функціональних елементів

та обираються ті з них, параметри яких співпадають з параметрами загального

функціонального елементу за правилом 𝑝𝑘𝑗з = ⋃ 𝑝𝑙𝑞

ч𝑚𝑙 . Причому можливе

виконання 𝑝𝑖𝑞ч ∩ 𝑝𝑗𝑞

ч , де 𝑖, 𝑗 ∈ 𝑙, 𝑙 = 1, 𝑚 . У результаті отримуємо підмножину

множини часткових функціональних елементів, яка задовольняє правилу, та

дерево загального функціонального елементу, вершинами другого рівня якого є

елементи з цієї підмножини.

Другий етап – етап перевірки значень параметрів часткових функціональних

елементів 𝑀𝑛(𝑝𝑙𝑞ч ), на якому відбувається порівняння значень параметрів

часткових функціональних елементів із множини, яку було сформовано після

першого етапу зі значеннями відповідних параметрів загального функціонального

елементу: 𝑀𝑛(𝑝𝑖𝑞ч )<>𝑀𝑛(𝑝𝑗𝑡

ч ), за умови, що 𝑝𝑖𝑞ч = 𝑝𝑗𝑡

ч .

На третьому етапі відбувається спрощення формули розрахунку за методом

спрощення формул алгебри розрахунків.

Четвертий розділ присвячено питанням розробки інформаційної технології

створення та підтримки порталів інженерних знань (ІТСП ПІЗ). Запропонована

технологія використовує алгебраїчну систему, методи, підходи і алгоритми, які

було розроблено в роботі. В рамках ІТСП ПІЗ було розроблено комплекс

інструментальних засобів, що дозволяє організувати створення, підтримку

і розвиток порталу інженерних знань з урахуванням особливостей предметної

області та вимог користувача, а також взаємодію інформаційних та

функціональних елементів порталу і визначити механізм їх зв’язування (рис. 3).

Бази метаданих

Бази знань

Бази даних

Бази Даних

Модуль прив’язки до предметної

області

Модуль формування складного інженерного розрахунку

ІТСП ПІЗ

Модуль прив’язки до алгебраїчної системи

розрахунків

Блок керування сервісами порталу

Блок формування метаописів розрахунків

Services controller

Модуль підтримки

портального рішення

Засоби модифікації компонентів

порталу

Microsoft SharePoint

SharePoint Web Services

Служба Reporting Services

Постачальник FileStream

СУБД - MS SQL

Рис. 3. Структурна схема взаємодії інструментальних засобів ІТСП ПІЗ

13

За основу для побудови порталу інженерних знань обрано технологію

Microsoft SharePoint, яка забезпечує ефективну взаємодію усіх компонентів

порталу між собою. Комплекс програмних засобів Microsoft SharePoint

інтегрується з відповідними модулями ІТСП ПІЗ для реалізації завдань доступних

користувачеві на порталі. За систему керування базами даних (СУБД) порталу

обрано MS SQL, яка надає можливість інтеграції з продуктами та технологіями

SharePoint. Служби Analysis Services і служби Reporting Services підтримують

розгортання у середовищі SharePoint. Для зберігання інформаційних ресурсів

порталу інженерних знань задіяні як MS SQL, так і стандартні засоби зберігання

інформації SharePoint (у вигляді спискових структур) та сховища інформаційних

ресурсів. Функціональні елементи зберігаються як виконувані файли

у відповідному сховищі, а їх метаописи зберігаються як дані у таблицях бази

даних (БД). Microsoft SharePoint підтримує постачальника FILESTREAM, який

інтегрується з відділеним сховищем великих об’єктів SQL Server, що дозволяє

отримати доступ до інформації порталу, яку збережено у RBS-сховищі. Модулі та

блоки інструментальних засобів ІТСП ПІЗ викликаються з порталу під час його

функціонування та розпізнаються середовищем SharePoint як сервіси в рамках

виконання певних інженерних розрахункових задач.

У рамках реалізації ІТСП ПІЗ запропоновано спосіб налаштування на

предметну область. Компоненти ІТСП ПІЗ є незалежними від предметної області

і включають структури для легкої прив’язки компонентів ІТСП ПІЗ до предметної

області порталу. Особливої значимості такі структури набувають для модуля

формування складного інженерного розрахунку, оскільки саме метод формування

складного інженерного розрахунку оперує з: формалізованими шаблонами, що

задані елементами алгебраїчної системи; програмними шаблонами розрахунків;

атрибутами та значеннями метаописів розрахунків, які задані параметрами

розрахунків предметної області; структурою сховища даних, в якому зберігаються

метаописи розрахунків, їх параметри та сервіси.

Налаштування компонентів ІТСП ПІЗ на предметну область реалізоване за

рахунок блоку прив’язки до предметної області. По-перше, прив’язка полягає в

заповненні таблиць БД, які реалізують структуру, що задає представлення

метаописів функціональних елементів. Така структура зберігає атрибути та

значення функціональних елементів порталу, які є відображенням характеристик

та параметрів розрахункових задач предметної області. Структуру представлено

відповідними таблицями БД, вона містить таблицю метаописів функціональних

елементів – tdb.Metadescription, яка є зв’язковою для інших таблиць в які занесені

безпосередньо значення атрибутів метаописів. По-друге, прив’язка забезпечує

представлення елементів алгебри розрахунків відповідними мовами програмних

засобів, а також представлення термінів предметної області порталу як елементів

простору даних алгебри розрахунків. Такий спосіб прив’язки полягає в заповненні

таблиць: прив’язки елементів алгебраїчної системи до предметної області; опису

операцій алгебраїчної системи; опису властивостей алгебраїчної системи та

таблиці опису правил алгебраїчної системи.

14

Таким чином, запропоновані структури та механізми налаштування

елементів ІТСП ПІЗ на предметну область порталу дозволяють зручно змінювати

параметри розрахунків та їх метаописи для обраної предметної області за рахунок

зміни значення чи доповнення структури відповідних компонентів ІТСП ПІЗ.

Практичне використання ІТСП ПІЗ розглянуто на прикладі інженерних

розрахункових задач предметної області «Міцність матеріалів». Проведено

прив’язку елементів формальної алгебраїчної системи до термінів предметної

області, прив’язку характеристик інженерних розрахункових задач до параметрів

функціональних елементів, визначення значень метаописів розрахунків. Показано

процес формування реальної складної інженерної розрахункової задачі –

«Розрахунок на міцність силових елементів магнітних систем» з використанням

методу формування складного інженерного розрахунку.

Ефективність використання ІТСП ПІЗ визначається зменшенням часу, що

витрачається на проектування розрахункової задачі порталу, та зменшенням часу,

необхідного для розв’язання розрахункової задачі. Обрана тестова група складних

розрахункових задач предметної області «Міцність матеріалів», яка складається

з п’яти складних розрахункових задач, що в свою чергу включають 183 прості

розрахункові задачі. Було проведено оцінку часу, необхідного на розробку

сервісів, які реалізують ці розрахункові задачі. Визначено, що в результаті

використання ІТСП ПІЗ, час на проектування інженерних задач порталу

зменшився на 11%. Також проведено аналіз часу, необхідного на розв’язання

складної інженерної розрахункової задачі на порталі. Показано, що метод

спрощення формул алгебри розрахунків дозволив зменшити кількість елементів у

формулі розрахунку у 1,2 рази, що в свою чергу призвело до зменшення кількості

звернень до сховища сервісів у 1,2 рази (зведене значення для розрахунків

тестової групи) та зменшення загального часу на розв’язання розрахункової задачі

на порталі знань на 17%.

За допомогою комплексу інструментальних засобів запропонованої ІТСП ПІЗ

були розроблені портальні рішення та побудовані відповідні бази і сховища даних

порталу інженерних знань «Міцність матеріалів» та порталу знань «Національний

Антарктичний Центр Даних», які були впроваджені в Інституті проблем міцності

ім. Г.С. Писаренка НАН України і Національному антарктичному науковому

центрі Міністерства освіти і науки України, що підтверджено відповідними

актами впровадження.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота становить собою закінчене наукове дослідження, в

якому розв’язано актуальну науково-технічну задачу підвищення ефективності

створення та підтримки порталів інженерних знань.

Отримані наукові результати, що мають істотні переваги перед існуючими

рішеннями:

1. Проведено аналіз стану надання інформаційних послуг в інженерній сфері,

який показав, що існуюча проблема підвищення якості зберігання, оперування,

управління та обробки великих об’ємів інформації спричинена її слабкою

15

структурованістю, недостатньою систематизованістю, різнорідністю та

слабкозв’язаністю. Існуючі програмні засоби, які надають спеціалізовані сервіси

розв’язання складних інженерних задач, розроблені під конкретну предметну

область, їх важко адаптувати до розв’язання аналогічних задач споріднених

предметних областей, вони мають обмежені можливості для обробки

інформаційних та функціональних елементів.

2. Запропоновано формальну алгебраїчну систему, яка містить визначений

набір об’єктів, вхідних та вихідних даних, простих та складних операцій, що

дозволяє універсальним способом маніпулювати як інформаційними, так

і функціональними елементами порталів інженерних знань під час проведення

необхідних розрахунків кінцевим користувачем. Досліджено властивості простих

та складних операцій алгебри, що дозволило реалізувати підхід до мінімізації

формул алгебри розрахунків та отримати спрощені кінцеві формули складних

розрахунків.

3. Модифіковано метод спрощення формул алгебраїчної системи розрахунків

за критерієм мінімізації кількості елементів у формулі розрахунку, який базується

на властивостях операцій та тотожних перетвореннях формул і вводить додаткові

правила вибору досконалого інваріанту, що дозволяє подати формулу

функціонального елементу у мінімальній формі.

4. Розроблено метод формування складного інженерного розрахунку, який

заснований на запропонованій алгебраїчній системі і дозволяє об’єднувати

часткові розрахункові задачі порталу інженерних знань у загальний розрахунок,

що виконується за запитом кінцевого користувача.

5. Розроблено інформаційну технологію створення та підтримки порталів

інженерних знань, яка дозволяє інтегрувати слабкозв’язані інформаційні та

функціональні елементи порталів інженерних знань. Використання технології

дозволило скоротити загальний час на проектування порталів інженерних знань

у 2 рази та час на проектування інженерної розрахункової задачі на 11% (для

розрахунків тестової групи).

6. Запропоновано спосіб налаштування розробленої інформаційної технології

на предметну область порталу, який реалізовано як модуль прив’язки до

предметної області та застосовано в комплексі з модулем формування складного

інженерного розрахунку, що дозволило зменшити час формування та розв’язання

розрахункових задач на порталах інженерних знань у 1,2 рази (для розрахунків

тестової групи).

7. На базі інформаційної технології створення та підтримки порталів

інженерних знань розроблено портальні рішення, які були впроваджені

в Національному антарктичному науковому центрі Міністерства освіти і науки

України та застосовані в Інституті проблем міцності ім. Г.С. Писаренка НАН

України, що дозволило інтегрувати слабкозв’язані інформаційні та функціональні

елементи порталу, організувати їх взаємодію як при описі антарктичних

досліджень, так і при виконанні інженерних розрахунків, зменшити час

розв’язання інженерних задач на порталі до 17% за рахунок зменшення кількості

16

звернень до сховища інформаційних та функціональних елементів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у наукових фахових виданнях:

1. Глоба Л.С. Систематизация информационных ресурсов Интернет-портала

«Прочность материалов» / Л.С. Глоба, Р.Л. Новогрудская // Вісник Харківського

національного університету ім. В.Н. Каразіна, серія «Математичне моделювання.

Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління». – 2011. – Вип. 17,

977. – С. 95–105.

Автору належить: модель представлення знань інженерного порталу.

2. Мороз И.В. Cоздание единого информационного пространства данных

антарктических исследований / И.В. Мороз, Л.С. Глоба, Р.Л. Новогрудская,

К.С. Мочалкина, И.О. Кузин // Український Антарктичний Журнал. – 2011. –

10–11. – С. 343–351.

Автору належить: підхід до побудови моделі представлення інформаційних

та функціональних елементів порталу антарктичних даних.

3. Глоба Л.С. Модель представления знаний на специализированном

Интернет-портале в области сопротивления материалов / Л.С. Глоба,

Р.Л. Новогрудская // Системні дослідження та інформаційні технології. – 2012. –

2. – С. 42–48 (обліковується базами GoogleScholar, Index Copernicus

International, Directory of Open Access Journals, РИНЦ, ВИНИТИ).

Автору належить: вдосконалений метод пошуку інформаційних та

функціональних елементів на основі моделі представлення знань інженерних

порталів.

Статті у іноземних виданнях:

4. Globa L.S. Development of a model for the internet portal «Strength of

materials» / L.S. Globa, R.L. Novogrudska, І. Mamuzich // Materiali in Tehnologije. –

2012. – 4(46). – P. 407–410.

Автору належить: удосконалена модель представлення знань інженерної

предметної області «Міцність матеріалів».

5. Borovikova O.I. Methodology for knowledge portals development: background,

foundations, experience of application, problems and prospects / O.I. Borovikova,

L.S. Globa, M.Y. Ternovoy, R.L. Novogrudska, G.B. Zagorulko, Yu.A. Zagorulko //

Bulletin of the Novosibirsk Computing Center. – 2012. – Issue 34. – P. 73–92.

Автору належить: рекомендації щодо застосування запропонованої

методології для розробки порталів «Міцність матеріалів» і «Національний

Антарктичний Центр України».

6. Globa L. Method of heterogeneous information resources structuring and

systematizing for Internet portals development / L. Globa, R. Novogrudska,

O. Oriekhov // IEEE Digital Library, EuroCon. – 2013. – P. 319–326.

Автору належить: метод структуризації інформаційних елементів порталів

знань.

7. Глоба Л.С. Подход к построению формальной алгебраической системы

порталов знаний / Л.С. Глоба, Р.Л. Новогрудская // Онтология проектирования. –

17

2014. – 2(11). – С. 40–59.

Автору належить: алгебраїчна система порталів інженерних знань.

Матеріали науково-технічних конференцій:

8. Глоба Л.С. Построение интернет-портала «Прочность материалов»

/ Л.С. Глоба, Р.Л. Новогрудская // Міцність матеріалів та елементів конструкцій:

Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції, 28-30 вересня 2010. –

Київ: ІПМіц ім.Г.С. Писаренка НАН України, 2010. – Том 1. – С.95–97.

Автору належить: систематизація інформації предметної області «Міцність

матеріалів» для створення формальної системи інженерного порталу.

9. Глоба Л.С. Подход к построению портала инженерных знаний

/ Л.С. Глоба, Р.Л. Новогрудская // Интелектуальный анализ информации: Сборник

трудов Х международной научной конференции им. Т.А. Таран, 18-21 мая 2010. –

Киев: Просвіта, 2010. – С. 53–61.

Автору належить: модель представлення інформаційних та функціональних

елементів інженерного порталу знань.

10. Globa L.S. The materials technology Internet-portal approach / L.S. Globa,

R.L. Novogrudska // Materials and Metallurgy: The materials of 9th International

Symposium of Croatian Metalurgical Society, 20-24 June 2010, Croatia. – 2010. –

P. 251.

Автору належить: підхід до виділення компонентів концептуальної моделі

інженерних порталів знань.

11. Глоба Л.С. Взаимодействие информационных и вычислительных

ресурсов при функционировании Интернет-портала знаний / Л.С. Глоба,

Р.Л. Новогрудская // Системний аналіз та інформаційні технології: Матеріали

науково-технічної конференції, 23-28 травня 2011. – Київ: НТУУ «КПІ», 2011. –

С. 429.

Автору належить: опис процесу інтеграції інформаційних та функціональних

елементів порталів інженерних знань.

12. Глоба Л.С. Взаимодействие информационных и вычислительных

ресурсов на Интернет-портале знаний / Л.С. Глоба, Р.Л. Новогрудская //

Интеллектуальный анализ информации: Сборник трудов ХІ международной

научной конференции им. Т.А. Таран, 17-20 мая 2011. – Киев: Просвіта, 2011. –

С. 308–316.

Автору належить: модель інтеграції інформаційних та функціональних

елементів порталів інженерних знань.

13. Globa L.S. The Services and Informational Resources of Internet Portal in the

Field of Strength of Materials Collaboration / L.S. Globa, R.L. Novogrudska //

Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and

Applications: Proceedings of the 6th International Conference, 15-17 September 2011,

Prague. – 2011. – v. 1. – P. 590–593.

Автору належить: формалізована модель інтеграції елементів інженерного

порталу знань «Міцність матеріалів».

14. Globa L.S. Computational resources of Internet portal “Strength of materials”

18

/ L.S. Globa, R.L. Novogrudska // Materials and Metallurgy: Proceedings of 10th

International Symposium of Croatian Metalurgical Society, 17-21 June 2012, Croatia. –

2012. – P.315.

Автору належить: опис функціональних елементів інженерного порталу

знань «Міцність матеріалів».

15. Глоба Л.С. Методология интеграции расчетных сервисов в пространства

порталов знаний / Л.С. Глоба, Р.Л. Новогрудская // Интеллектуальный анализ

информации: Сборник трудов XII международной научной конференции им.

Т.А. Таран, 16-18 мая 2012. – Киев: Просвіта, 2012. – С. 31–37.

Автору належить: метод інтеграції інженерних розрахункових задач

в інформаційний простір порталів інженерних знань.

16. Глоба Л.С. Модели и методы интеграции информационных

и вычислительных ресурсов / Л.С. Глоба, Р.Л. Новогрудская // Open Semantic

Technologies for Intelligent Systems (OSTIS-2012): Материалы II международной

научно-техническиой конференции, 16-18 февраля 2012, Минск. –

Минск: БГУИР, 2012. – С. 447–452.

Автору належить: спосіб інтеграції інформаційних та функціональних

елементів для формування складних розрахункових задач на порталах знань.

17. Глоба Л.С. Метод организации слабосвязанных информационных

ресурсов на порталах знаний / Л.С. Глоба, Р.Л. Новогрудская // Open Semantic

Technologies for Intelligent Systems (OSTIS-2013): Материалы III международной

научно-технической конференции, 21-23 февраля 2013, Минск. – Минск: БГУИР,

2013. – С. 49–54.

Автору належить: підхід до організації взаємодії слабкозв’язаних

інформаційних та функціональних елементів порталів інженерних знань

18. Глоба Л.С. Проектирование инженерных расчетов для порталов знаний /

Л.С. Глоба, Р.Л. Новогрудская // Open Semantic Technologies for Intelligent Systems

(OSTIS-2014): Материалы IV международной научно-технической конференции,

20-22 февраля 2014, Минск. – Минск: БГУИР, 2014. – С. 137–143.

Автору належить: застосування формальної алгебраїчної системи

розрахунків для розробки порталів інженерних знань.

19. Новогрудская Р.Л. Подход к формированию сложного инженерного

расчета на порталах знаний / Р.Л. Новогрудская, Л.С. Глоба // Open Semantic

Technologies for Intelligent Systems (OSTIS-2015): Материалы V международной

научно-технической конференции, 19-21 февраля 2015, Минск. – Минск: БГУИР,

2015. – С. 231–236.

Автору належить: метод формування складного інженерного розрахунку на

порталах інженерних знань.

АНОТАЦІЯ

Новогрудська Р.Л. Інформаційна технологія створення та підтримки

порталів інженерних знань. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за

спеціальністю 05.13.06 – інформаційні технології. – Національний технічний

19

університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2015.

У дисертаційній роботі запропоновано формальну алгебраїчну систему

розрахунків, яка характеризується наявністю нових елементів у її сигнатурі та

множиною носіїв, додатковим набором простих та складних операцій, властивості

яких досліджено, та визначено елементи простору даних. Модифіковано метод

спрощення формул алгебраїчної системи розрахунків. Розроблено метод

формування складного інженерного розрахунку, який поєднує часткові

розрахункові задачі порталів інженерних знань у загальний розрахунок.

Запропоновано інформаційну технологію створення та підтримки порталів

інженерних знань для практичного впровадження розроблених методів,

алгебраїчної системи, підходів та алгоритмів. У рамках інформаційної технології

створено комплекс інструментальних засобів, який містить модуль налаштування

на предметну область і модуль формування складного інженерного розрахунку,

що дозволяє підвищити ефективність використання інформаційних та

функціональних елементів порталу, організувати їх взаємодію та визначити

механізм їх зв’язування.

Ключові слова: портал, інженерні знання, алгебраїчна система, розрахункові

задачі, метод спрощення, інформаційна технологія, комплекс інструментальних

засобів.

АННОТАЦИЯ

Новогрудская Р.Л. Информационная технология создания и поддержки

порталов инженерных знаний. – Рукопись. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по

специальности 05.13.06 – информационные технологии. – Национальный

технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев,

2015.

Диссертационная работа посвящена развитию существующих и созданию

новых научных и практических результатов в области проектирования порталов

инженерных знаний, а также интеграции информационных и функциональных

элементов, сосредоточенных в их среде. Выполнен анализ достижений

и разработок в области проектирования порталов инженерных знаний, а именно,

процессов систематизации, структуризации и интеграции информационных

и функциональных элементов таких порталов. Определены нерешенные

проблемы в данном направлении, показана необходимость усовершенствования

существующих и создания новых методов, моделей, подходов, а также

информационной технологии создания и поддержки порталов инженерных

знаний.

Предложена формальная алгебраическая система расчетов, задающая

контекстно-независимые структуры, которые позволяют оперировать

информацией, представленной на порталах инженерных знаний, независимо от

предметной области, которая рассматривается. Описано множество носителей

алгебраической системы и ее сигнатура. В сигнатуру введены новые сложные

операции, исследованы их свойства.

20

Предложен метод упрощения формул алгебры расчетов, который базируется

на критерии упрощения, свойствах операций, тождественных преобразованиях и

вводит дополнительные правила выбора идеального инварианта, который

представляет формулу расчета в минимальной форме. Метод формирования

сложного инженерного расчета базируется на предложенной алгебраической

системе и позволяет объединить частичные расчетные задачи портала

инженерных знаний в комплексный инженерный расчет, который выполняется по

запросу конечного пользователя.

Разработана информационная технология создания и поддержки порталов

инженерных знаний, которая использует описанные методы и алгебраическую

систему. Особенностью разработанной технологии является наличие

теоретически обоснованного комплекса инструментальных средств, который

включает модуль настройки на предметную область и модуль формирования

сложного инженерного расчета, что позволило уменьшить время на

формирование сложной инженерной задачи на портале в 1,5 раза. При помощи

инструментальных средств информационной технологии создания и поддержки

порталов инженерных знаний созданы портальные решения, которые были

внедрены в Институте проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины и

Национальном антарктическом научном центре Украины.

Ключевые слова: портал, инженерные знания, алгебраическая система,

расчетные задачи, метод упрощения, информационная технология, комплекс

инструментальных средств.

ABSTRACT

Novogrudska R.L. Information technology of engineering knowledge portals

development and support. – Manuscript.

Thesis for a candidate of technical sciences degree in specialty 05.13.06 –

information technologies. – National Technical University of Ukraine «Kyiv

Polytechnic Institute», Kyiv, 2015.

The formal algebraic system of calculations is developed in the thesis. The formal

algebraic system is characterized by new elements in its signature and by carrier set,

additional simple and complex operations, the properties of which are investigated, as

well as the elements of data space are determined. The method of formal algebraic

system formulae simplification is modified. The method of complex engineering

calculation dynamic composition is proposed that allows to integrate partial engineering

calculations of knowledge portal into a complex one.

The paper describes the information technology of engineering knowledge portals

development and support for the application of developed methods, algebraic system,

approaches and algorithms in complex organization system. The proposed technology

includes software tools of problem domain for composition, ordering and setup of

complex calculations, in order to organize the interaction between information and

computation elements of the portal.

Keywords: portal, engineering knowledge, algebraic system, calculation tasks,

method of simplification, information technology, set of case-tools.