知識モデリング

知識モデリングとは、ある種のプロセス、あるいはある種の設備や製品に関する知識や標準仕様を、コンピュータで解釈可能なモデル化するプロセスです。得られた知識モデルは、ソフトウェアによる解釈を可能にし、データベースやデータ交換ファイルに保存できる知識表現言語またはデータ構造で表現されている場合にのみ、コンピュータで解釈可能となります。

知識ベースエンジニアリング（KBE）または知識支援設計（KAI）とは、製品、設備、またはプロセスの設計において、コンピュータ支援による知識モデルの利用です。製品や設備の設計においては、知識モデルを用いて、設計対象となる設備や製品の作成を導きます。言い換えれば、ある種の物体に関する知識を用いて、（架空の）個々の物体の製品モデルを作成するのです。

同様に、特定のプロセスの設計はプロセスモデルの作成を意味し、その設計活動は、その種類のプロセスに関する知識モデルに含まれる知識によって導かれます。結果として得られるプロセスモデル、製品モデル、または設備モデルは、通常、データベースにも保存されます。

通常、知識表現言語は（物事の種類に関する）知識の表現のみを可能にしますが、個々の物事に関する情報モデルを表現・保存するには、別の言語またはデータ構造が必要となります。知識表現言語が両方を表現できる場合、知識モデルと情報モデルは同じ言語（またはデータ構造）で表現できます。

個々の事物に関する情報だけでなく知識の表現も可能にする言語の一例として、ゲル語系の英語が挙げられます。

アセンブリ物理オブジェクトの知識モデルの基礎は、アセンブリのコンポーネントと、場合によってはコンポーネントのサブコンポーネントを指定する分解構造です。

例えば、圧縮機システムに関する知識には、圧縮機システムは圧縮機、潤滑システムなどから構成され、潤滑システムはポンプシステムなどから構成されていることが含まれます。この知識が、知識を2種類の事物間の関係の集合として表現する知識表現言語で表現されていると仮定します。この言語では、<shall have as part a>と呼ばれる関係型が定義されています。この場合、圧縮機システムに関する知識モデルの一部は、以下の知識事実の表現で構成されます。

圧縮機システムには、圧縮機が組み込まれている。
圧縮機システムは潤滑システムの一部として備えなければならない
潤滑システムはポンプシステムの一部として備えなければならない
ポンプシステムにはポンプが組み込まれている必要があります。

このような知識モデルは、コンポーネントの特性、その製造方法、場合によってはテストとメンテナンスの要件に関する知識と仕様によってさらに拡張されます。

同様に、プロセスの知識モデルは、基本的にプロセスステージの順序を規定するものです。この順序は、ある種類のストリームが特定のプロセスステージの出力であり、同じ種類のストリームが次のプロセスステージの入力となるという事実によって決定されます。つまり、定義されたストリームはプロセスステージへの入力としての役割を持ち、同じストリームは他のプロセスステージの出力となります。例えば、

ボイラーに水を入れる
蒸気はボイラーの出力である
蒸気はヒーターに入力される
凝縮水はヒーターの出力である
等

文書内容の明確化

知識モデリングには、設計マニュアル、(国際)標準仕様、標準データシートなどのドキュメントに記載されている知識と要件の明示化が含まれます。

このような知識をコンピュータが解釈できるようにするには、正式な知識表現言語で表現し、コンピュータが解釈可能な形式に変換する必要があります。

例えば、Gellish Englishの表現形式などです。これにより、知識と要件は知識モデル内のオブジェクトに関連付けられ、モデル全体はデータベースに保存されます。ドキュメントに含まれる知識は、様々な表現レベルでモデル化できます。

明示化のレベルが低いため、仕様の大部分は自然言語テキストの形で保持されます。つまり、テキストは人間にしか解釈できませんが、それでも知識モデル内のオブジェクトと関連しています。

したがって、ソフトウェアは、そのオブジェクトに関する知識が要求されたときに、ユーザーに情報を提示することができます。もう一つの極端な例は、文書内の各文の内容が形式的知識表現言語に変換され、それらの文で言及されているオブジェクトがコンピュータが解釈可能な知識モデルの不可欠な部分となるというものです。

たとえば、API 617 規格にコンプレッサーの標準仕様が含まれているという知識は、コンプレッサーシステムの知識モデル内の概念コンプレッサーにリンクできます。

これは知識表現言語で表現することができます（関係型⟨is 指定 in⟩を使用して次のように）。

コンプレッサーはAPI 617で指定されています

より高度な明示化とは、自然言語の段落や文が知識モデルの構成要素と関連付けられることを意味します。完全な明示化モデルとは、自然言語の文がデータベース構造内のデータに完全に変換されることを意味します。

たとえば、最小シャフト径の仕様は、次のように知識モデルに含まれる場合があります。

シャフト径は ⟨目盛り上で 20 mmを超える値を有するものとする⟩

上記の明示化プロセスにより、知識モデルと標準仕様モデルが生成され、コンピュータ支援による知識支援設計や設計の自動検証に使用できるようになります。

参照