Iteracyjny proces budowy systemu OntoCast

Realizacja poszczególnych algorytmów i modułów została już dość dokładnie opisana w poprzednich rozdziałach, warto jednak przedstawić proces konstrukcji i integracji systemu OntoCast jako funkcjonalnej całości.

W tej klasie systemów proces projektowania i realizacji projektu informatycznego nigdy nie jest procesem skończonym. O ile można zaprojektować i zaimplementować mechanizmy integracji, wnioskowania czy przepływu informacji, o tyle baza wiedzy dla tych systemów zawsze pozostaje otwarta, jeśli ma być aktualna i zawsze odzwierciedlać bieżące potrzeby zakładu. Dlatego też należy przyjąć takie modele i formalizmy wiedzy, które pozwalają na sukcesywną rozbudowę, nie tylko wszerz (dodawanie kolejnych reguł, faktów, czy komponentów wiedzy), ale również w głąb (ingerencję w sam model wiedzy, modyfikację schematu). Stąd w systemie OntoCast podstawą modelu wiedzy stały się ontologie, które stanowią dynamiczny szkielet systemu. Modyfikacja ontologii nie pociąga za sobą konieczności przebudowy poszczególnych komponentów, ani ich interfejsów, tak jak by to było, gdyby system opierał się na sztywnej strukturze danych (np. na relacyjnej bazie danych).

Koncepcja systemu OntoCast bazuje na czterech modelach, które w sposób cykliczny odwzorowują kolejne warstwy systemu (rys. 129). Proces budowy rozpoczyna się od wyspecyfikowania modelu procesu technologicznego. Dzięki niemu można odwzorować na potrzeby wspomagania komputerowego przebieg procesu wytwarzania odlewów staliwnych. Model jest kartograficzną reprezentacją procesu, dzięki której istnieje możliwość lokalizacji zapotrzebowania na wiedzę i dane w poszczególnych etapach wytwarzania odlewów, a także umiejscowienia źródła danych procesowych, decydujące o przyszłej jakości produktów (parametry decydujące o powstawaniu wad).

Lokalizacja węzłów informacyjnych pozwala w dalszej części prac na stworzenie modelu przepływu informacji odpowiadającego zapotrzebowaniu wynikającemu z procesu. Model ten jest podstawą dla systemu przepływu informacji (MPI) i pozwala na specyfikację mechanizmów akwizycji danych i wiedzy.

W kolejnej iteracji konstruowany jest model ontologii dziedzinowej odwzorowujący rzeczywisty model wiedzy z zakresu odlewnictwa staliwa. Model ten pozwala na przyszłą integrację wszystkich komponentów wiedzy, jakie znajdą się w bazie wiedzy. Na podstawie tego modelu odbywa się ocena merytoryczna zasobów wiedzy i jakości ich przetworzenia, a także ocena spójności i integralności danych pochodzących z procesu i innych źródeł. Na tym etapie prac krytycznym elementem wydaje się być współpraca inżyniera wiedzy z ekspertami. Sposób odwzorowania dziedziny poprzez ontologię decyduje o przyszłej użyteczności wiedzy, a co za tym idzie, całego systemu. Ontologia dziedzinowa także sama w sobie jest strukturą otwartą, która w trakcie użytkowania systemu podlega zmianom. Jej tworzenie jest zatem również procesem iteracyjnym podlegającym pewnym kardynalnym zasadom [18]. W szczególności dotyczy to:

− dokonywania niewielkich zmian, − zachowania maksymalnej prostoty, − ciągłej kontroli błędów.

Ostatecznym zwornikiem systemu jest ontologiczny model integracji komponentów systemu OntoCast, czyli ontologia systemowa zawierająca w swojej strukturze opis samego

systemu, poszczególnych modułów oraz źródeł wiedzy. Ontologia systemowa pozwala na stworzenie zdecentralizowanej struktury systemu informacyjnego, zachowanie rozproszonych źródeł wiedzy w ich oryginalnym kontekście i dynamiczne ich wykorzystanie w zależności od potrzeb użytkownika. Ontologia ta jest meta-opisem elementów systemu, czyli opisem za pomocą metadanych semantycznej zawartości modułów, a nie tylko ich struktury i interfejsów. Takie rozwiązanie umożliwia dalszą modyfikację modułów, dodawanie nowych funkcjonalności i źródeł wiedzy bez konieczności przebudowy całego systemu.

W tak zdefiniowanej metodologii budowy systemu zakończenie pierwszego obiegu cyklu konstrukcyjnego nie jest zakończeniem całego projektu. Można przyjąć, że pierwszy cykl jest budowaniem prototypu, który w kolejnych cyklach jest udoskonalany i rozbudowywany i sukcesywnie aktualizowany w trakcie użytkowania systemu.

Źródło: opracowanie własne

Rysunek 129. Iteracyjny proces budowy systemu OntoCast

10.4.Podsumowanie

Przedstawiono opracowanie specyfikacji wymagań oraz koncepcji systemu integracji wiedzy w dziedzinie odlewnictwa staliwa. System rozpatrywany z punktu widzenia definicji systemu informacyjnego ujęty został w ramy scenariuszy wykorzystania przez przyszłych użytkowników. W rozdziale omówiona została modułowa struktura systemu z wyszczególnieniem modułów, które zostały zrealizowane w trakcie prac. Zaprezentowano również iteracyjny proces budowania systemu OntoCast w zależności od wykorzystywanych modeli.

XI Rozdział

11. Wartość użytkowa systemu OntoCast

Rozdział zawiera dyskusję dotyczącą potencjalnych korzyści z wdrożenia proponowanych rozwiązań oraz wnioski wyciągnięte na podstawie wcześniejszych badań i wywiadów z ekspertami z zakładów przemysłowych.

Planując wdrożenie jakiegokolwiek systemu w przedsiębiorstwie należy z góry zaplanować jakie narzędzia posłużą do oceny wydajności inwestycji. Jest to również bardzo aktualny problem zarządzania wiedzą. Każdy prawie czuje, że jakieś rozwiązania w tym zakresie są konieczne, jak jednak ustalić, czy system spełnia swoją funkcję, czy się rozwija, czy zasoby wiedzy się zwiększają? Wprawdzie podejmuje się wyzwania związane z wyceną majątku intelektualnego przedsiębiorstw [57], jednak obowiązkiem projektanta systemu jest dostarczenie odpowiednich statystyk, wskaźników pokazujących jak rozwija się kapitał intelektualny organizacji. W przypadku systemów typu CastWiki takie statystyki to rzecz naturalna – ile haseł dodano do bazy, ile komentarzy, jak oceniane były przez pracowników, jak często wykorzystywane?

Pozostaje tylko pytanie jak zmierzyć zadowolenie i wygodę pracowników, można spróbować prześledzić to na przykładzie poszczególnych modułów.

11.1. Specyfikacja wymagań na poziomie systemu

W oparciu o cele stawiane przed systemem OntoCast dokonano wstępnej specyfikacji wymagań. Wyniki znajdują się na rys. 127. Podsumowując zatem wcześniejsze rozważania, dokonano zestawienia użyteczności, jakie powinien zapewniać system OntoCast:

1. Udostępnianie zintegrowanej i aktualnej wiedzy: a. integracja wiedzy z heterogenicznych źródeł;

b. przetwarzanie wiedzy niepełnej, niespójnej i niepewnej;

c. zapewnienie ciągłych zmian (aktualizacji) w repozytorium wiedzy. 2. Diagnostyka – interaktywny dostęp do wiedzy i wspomaganie decyzji

technologicznych:

a. wspieranie projektowania ścieżki technologicznej (obróbki) w zależności od wymaganych właściwości produktu;;

b. poszukiwanie przyczyn wad odlewów staliwnych

c. wykrywanie nieprawidłowości procesu i proponowanie działań naprawczych.

3. Klasyfikacja wad i gatunków staliwa:

a. możliwość porównywania klasyfikacji wad odlewów staliwnych (normy polskie, czeskie, francuskie i niemieckie);

b. klasyfikacja gatunków staliwa na podstawie zawartości;

4. Logistyka informacji i zapewnienie przepływu danych procesowych: a. udostępnienie interfejsów umożliwiających akwizycję danych i

wiedzy;

b. zbieranie danych procesowych; c. digitalizacja wiedzy literaturowej; d. eksploracja danych;

e. logistyka danych (przepływ i udostępnianie we właściwym miejscu, we właściwej ilości i jakości, i czasie).

5. Eksternalizacja i kodyfikacja i wiedzy ekspertów:

a. udostępnienie interfejsu pozwalającego na zapisywanie swoich badań i doświadczeń;

b. zapewnienie forum wymiany poglądów i opinii eksperckich, umożliwienie dyskusji;

c. zapewnienie współudziału ekspertom w tworzeniu bazy wiedzy.

Aby zapewnić pokrycie wszystkich tych wymagań dokonano analizy dostępnych narzędzi informatycznych. Wyniki tych badań znajdują się we wcześniejszych rozdziałach (od rozdz. 3 do rozdz. 9). Podsumowując wcześniejsze rozważania, zdecydowano się zastosować:

− Autorski model przepływu danych;

− Drzewa decyzyjne, algorytm C&RT do celu eksploracji danych procesowych; − Ontologie w celu stworzenia modelu wiedzy;

− Systemy regułowe zapewniające diagnostykę procesu technologicznego;

− Logikę rozmytą dla potrzeb wspomagania decyzji technologicznych w zakresie wyboru rodzaju obróbki cieplej;

− Logikę rozmytą w zakresie klasyfikacji gatunków staliwa;

− Logikę przybliżoną w zakresie klasyfikacji rodzajów wad odlewów staliwnych; Zestawienie zagadnień projektowych przedstawiono na schemacie ideowym systemu na rys. 130.

Źródło: opracowanie własne

Rysunek 130. Ideowy schemat obszarów funkcjonalności systemu OntoCast ze specyfikacją wejść i wyjść.

11.2. Ocena korzyści z poszczególnych modułów

Wdrożenie systemu integracji wiedzy, jak zostało w poprzednim ustępie powiedziane, nie zamyka procesu tworzenia bazy wiedzy, a jest właściwie dopiero jego początkiem. Należy zatem wyraźnie zaznaczyć, że implementacja takiego oprogramowania i jego wdrożenie w strukturę zakładu odlewniczego jest dużą inwestycją nie tylko w zakresie infrastruktury informatycznej, ale również, a być może szczególnie, duże nakłady należy ponieść na

zapewnienie stałych dostaw wiedzy i danych, a co za tym idzie, zapewnić obsługę systemu przez administratorów i inżynierów wiedzy.

Biorąc pod uwagę wysokie koszty takiego systemu, należy dobrze zdefiniować korzyści, jakie mogą z niego płynąć.

Poszczególne moduły systemu zapewniają różne funkcjonalności, stąd wydaje się zasadne rozpatrywanie korzyści z punktu widzenia każdego modułu z osobna.

Moduł Udostępniania Wiedzy (MUD) jest być może najtrudniejszy do oceny pod względem korzyści, a wynika to z faktu braku uzgodnionych wskaźników wyceny wiedzy samej w sobie. Podejmowane były już takie analizy, a także użycie w tym celu wskaźników wyceny Kapitału Intelektualnego, co z braku miejsca zostanie tutaj jedynie wspomniane. Czytelnika odsyłamy do publikacji [31, 73, 134]. Jednym ze sposobów oceny przydatności modułu może być zestawienie stanu przedsiębiorstwa bez wdrożonego systemu z przewidywanym stanem po wdrożeniu. Należy zatem odpowiedzieć na pytania:

− Ile obecnie czasu zajmuje pracownikom uzyskanie wiedzy potrzebnej do podejmowania skutecznych decyzji? Czy da się go wycenić?

− Czy korzystając z dostępnych źródeł wiedzy pracownicy są w stanie podejmować skuteczne działania? Czy da się wycenić koszt błędnych decyzji, lub braku działań naprawczych?

− Czy dostępna wiedza jest aktualna? Ile kosztuje obecnie aktualizowanie wszystkich drukowanych źródeł wiedzy (poradników, czasopism, norm)?

− Czy często zakład korzysta z usług zewnętrznych instytucji w celu pozyskania wiedzy? Ile kosztują takie usługi?

− Czy wiedza pracowników, ekspertów pracujących dla zakładu jest obecnie skodyfikowana (zbierana i zapisywana)? Ile mogłaby kosztować zakład utrata ich know-how?

Odpowiedź na te pytania pozwala oszacować straty wynikające z braku systemu integracji wiedzy, które można ograniczyć wdrażając moduł MUD.

Moduł Diagnostyki Procesu (MD) nie tylko pozwala na przeprowadzanie diagnozy procesu w przypadku wystąpienia nieprawidłowości, ale także ma za zadanie podpowiadać ścieżkę technologiczną dla procesów obróbki w celu osiągnięcia wymaganych właściwości. Ocenę korzyści można zatem sprowadzić do pytań:

− Ile kosztuje obecnie proces poszukiwania przyczyny wad? Czy zakład korzysta z usług zewnętrznych instytucji lub ekspertyz wykonywanych przez obce podmioty? − Ile trwa proces poszukiwania przyczyny wady? Ilu pracowników współpracuje

przy wykonywaniu takich ekspertyz?

− Czy proces wytwarzania mógłby zostać udoskonalony w celu zmniejszenia zużycia materiałów, energii, dodatków? Ile można by na tym zaoszczędzić?

− Czy odlewnia wykorzystuje wszystkie swoje możliwości jeśli chodzi o projektowanie odlewów wysokiej jakości? Czy często zdarza się odrzucić zamówienie ze względu na brak możliwości wykonania odlewu o wymaganych właściwościach?

− Czy produkowane odlewy wykonane są z najtańszego materiału, który pozwala na zachowanie wymaganych parametrów wyrobu? Czy nie można zmniejszyć kosztów produkcji przez użycie tańszych materiałów zapewniających takie same właściwości?

Moduł Klasyfikujący (MK) jest podsystemem pomocniczym w razie konieczności korzystania z wielu niekompatybilnych systemów klasyfikacji wad i gatunków staliwa. Jego

efektywność mierzona jest czasem oszczędzonym na wertowaniu specyfikacji dokumentacji. Zatem ocena powinna obejmować pytania:

− Jak często pracownicy muszą porównywać ze sobą różne systemy klasyfikacji wad?

− Jak często pracownicy zmuszeni są korzystać z różnych systemów klasyfikacji gatunków staliwa? Z iloma podmiotami używającymi innych norm współpracuje odlewnia?

− Ile łącznie czasu można zaoszczędzić? − Czy zdarzają się pomyłki w tym zakresie?

Moduł Przepływu Informacji (MPI) zapewnia logistykę danych i wiedzy w systemie. Odpowiada za akwizycję danych i informacji koniecznych do działania pozostałych modułów. Jego znaczenie jest zatem duże ze względu na system, a równocześnie jego wdrożenie wydaje się najmniej kosztowne. Tutaj nakłady są niewielkie, a wdrożenie jednorazowe; również ewentualne modyfikacje nie generują dużych nakładów. Wprawdzie jego głównym zadaniem jest przekazów informacyjnych pomiędzy innymi modułami, można jednak wychwycić pewne korzyści dla całego zakładu, odpowiadając na pytania:

− Czy prowadzona obecnie dokumentacja procesów wytwarzania jest skrupulatnie wypełniana przez pracowników? Czy wychwycenie niepełnych lub niespójnych dokumentów jest łatwe?

− Ile czasu i kosztów materiały (tworzenie dokumentacji, archiwizacja, przetwarzanie) pochłania obecny system zbierania danych?

− Czy na podstawie obecnie zbieranych danych łatwo jest stworzyć zestawienia? Czy da się przetwarzać je wielokryterialnie? Jak często można oczekiwać statystyk z procesu i na ile są one rzetelne?

− Czy na podstawie obecnej dokumentacji łatwo jest wychwycić nieprawidłowości w procesie? Czy można to robić na bieżąco?

− Czy w razie wystąpienia wad można posłużyć się historycznymi danymi o parametrach procesu w celu zbadania przyczyn? Ile czasu zajmuje takie zestawianie?

− Czy obecnie kolejne stanowiska produkcyjne mają dostęp do rzetelnej informacji o przebiegu poprzednich etapów procesu?

Ponadto, poza indywidualnymi korzyściami z poszczególnych modułów, warto zadać sobie pytanie, czy zakład posiada obecnie przewagę konkurencyjną wynikającą z posiadanych nowoczesnych technologii, know-how oraz wysokiej jakości odlewów? Czy w przyszłości zakład ma zamiar utrzymać wysoki poziom produkcji? Jeśli odpowiedzi będą przeczące; jeśli główną siłą zakładu nie jest wysoka jakość produkcji, ani przewaga wynikająca z wyspecjalizowanej oferty, a jedynie niskie koszty (materiałów, siły roboczej), zapewne system tej skali nie przyniesie oczekiwanego rezultatu.

Warto jednak wtedy zastanowić się nad inną opcją, aniżeli wdrożenie systemu wewnątrz pojedynczego zakładu odlewniczego. System taki nadaje się z powodzeniem na realizacją jako usługa sieciowa. Mógłby wtedy stać się własnością instytucji (bądź stowarzyszenia podmiotów), która udostępniając jego funkcjonalność świadczyła by tym samym usługi doradcze. Jednocześnie koszt wdrożenia rozkładałby się na większą liczbę podmiotów gospodarczych, które w zamian uzyskiwałyby tą samą funkcjonalność. Wtedy jednak znika jedna z ważnych korzyści płynących z systemu: jeśli więcej zakładów ma dostęp do tej samej wiedzy, przewaga konkurencyjna maleje.