Zeki kavramsal model geliştirme aracı

Abstract

Bu tez çalışmasında, sistemleri en etkin şekilde geliştirmeyi mümkün kılacak fiziksel tasarımdan önce kavramsal olarak sistemleri tasarlayarak sistem elemanları ve birbileri ile ilişkilerini önceden görerek değerlendirmeyi sağlayacak bir modelleme yaklaşımı geliştirilmiştir. Bu modelleme yaklaşımını esas alan ve disiplinler arası kavramsal modelleri gerçekleştirebilen bir yazılım oluşturulmuştur. In-CM adı verilen bu yazılımın en temel özelliği kullanıcıların sistemleri geliştirirken içindeki bulundukları karmaşık durumu kolaylaştıracak zeki özelliklere sahip olmasıdır. Tezde öncelikle kavramsal modelleme konusu tartışılmıştır. Özetle, kavramsal modelleme, sistem mühendisliği, bilgi mühendisliği ve yazılım mühendisliğinde kullanılan, genel olarak, fiziksel veya sosyal sistemlerin anlaşılabilirliğini kolaylaştırmak için, sistemin, alt parçalara bölümlendirilerek (biçimsel olarak -teknik terimleri kullanmadan-) ifade edilmesi eylemidir. Literatür incelemesinde, öncelikle mevcut kavramsal modelleme süreci ve teknikleri incelenmiştir. Bu incelemede kavramsal modelleme tekniklerinin geleneksel ve gelişmiş olmak üzere iki kategoride toplandığı görülmüştür. Mevcut kavramsal modelleme teknikleri aşağıdaki kısıtları içerdiği tespit edilmiştir: •Bu teknikler ile problem alanı objektif bir şekilde tüm yönleri ile gösterilememektedir. Bu teknikler, üzerinde çalışılan problemin sadece bir yönünü ele almakta ve o problemin o yönü ile ilgili kavramsal modeli ortaya koymaktadır. Bu çalışmada önerilen modelleme yaklaşımı ile bu soruna çözüm üretilmiştir. •Mevcut teknikler “problemin ne olduğundan” çok “problemin nasıl çözümleneceğini” içermektedir. Bu çalışmada problemin doğal niteliklerini dikkate alan ve “ne olduğunu” irdeleyebilen bir modelleme yaklaşımı önerilmiştir. •Bilinen tekniklerin kullandıkları grafiksel gösterimler nesne yönelimli analiz sembolojileridir. Bundan dolayı, çizilen modeller, problemin çözümüne odaklı bir şekilde oluşturulmaktadır. Bu da problemin tam anlaşılmadan çözümü üzerine çalışılması demektir. Bu gerçeği dikkate alarak bu çalışmada problemin tam olarak anlaşılmasını problemin alt elemanlarının ve onların ilişkilerinin neler olması gerektiğini ortaya koyan ve gösterebilen bir modellme yaklaşımı ve ilgili gösterim metodolojisi oluşturulmuştur. Bu çalışmada önerilen ve yukarıda açıklanan modelleme yaklaşımı herhangi bir sistemi veya herhangi bir problemi ilgili alan içerisindeki aktörler (eylemleri gerçekleştirenler), süreç (işlemler dizisi), görev (temel amaç), alt yapı (yazılım, donanım vs.) gibi öğelerini içerecek şekilde tasarlanmıştır. Bu yaklaşım ile problem alanı bir bütün halinde birkaç açıdan kapsanacak şekilde modellenmiş ve ilgili kavramsal modelin oluşturulması mümkün olmuştur. Önerilen yaklaşım bilinen kavramsal modelleme sürecine de ters düşmemektedir. Ancak bu yaklaşım süreci de güncelleyecek öneriler ortaya çıkartmıştır. Böylece, güncellenen kavramsal modelleme süreci bu alanda çalışmalara katkı sağlayacaktır. Önerilen yöntemin en önemli faydası herhangi bir alanda o alana özgü değişik özelliklerde kavramsal modelleme yapmayı kolaylaştıracak bir Referans Kavramsal Model (RKM)’in oluşturulmasını mümkün kılmasıdır. RKM problem alanının tamamını kapsamakta olup oldukça kapsamlı bir meta modeldir. Kullanıcı kendi istek ve ihtiyacı doğrultusunda referans modelden kullanıcıya özel daha dar kapsamlı modeller oluşturabilir. Kavramsal modelleme süreci güncellenip kavramsal modelleme yaklaşımı oturtulduktan sonra bu yaklaşımı kullanan ve disiplinler arası kavramsal modelleme gerçekleştirebilen bir uzman sistem yazılımı geliştirilmiştir. Bu yazılım, uzman sistemlerin çıkarım mekanizması, bilgi tabanı, gösterim mekanizması gibi temel elemanlarını içermektedir. Program içerisinde kullanıcı isterlerini yapısal hale getirebilmek için geliştirilmiş olan RKM bilgi kalıbı (pattern) kullanılmıştır. Bu kalıbın yanında kalıp içerisindeki bilgiler arası kural tanımlamaları da bulunmaktadır. RKM’in ve kuralların tanımlanması için In-CM Bilgi Tabanı Editör yazılımı geliştirilmiştir. Alan uzmanı bu yazılım modülü sayesinde istediği disiplin için RKM oluşturabilmekte ve kurallar tanımlayabilmektedir. RKM’den kullanıcıya özel bir kavramsal modelin oluşturulması In-CM Çıkarım mekanizması yazılımı ile gerçekleştirilebilmektedir. Kullanıcıya kavramsal model geliştirilir iken geliştirilmiş olan uzman sistem tarafından destek verilmekte ve yol gösterilmektedir. Bu yazılımın çıktısı ile de In-CM Grafik Editörü’nde kullanıcı kavramsal modeli çizilmektedir. Bu çalışmada yukarıda açıklanan özelliklerde geliştirilmiş olan “In-CM Zeki Kavramsal Model Geliştirme” yazılımı gerçek bir problem üzerinde çalıştırılarak önerilen yaklaşım ve yöntemlerin (RKM gibi) uygulanabilirliği gösterilmiştir. Çalışmanın katkısını açık olarak gösterebilmek amacı ile mümkün olduğunca basit bir problem seçilmiştir. Ancak geliştirilen yöntem problemin karmaşıklığından olumsuz yönden etkilenmeyecek durumdadır ve her türlü probleme uygulanabilir niteliktedir. Bu çalışmada örnek olarak herhangi bir üniversitede kontrol mühendisliği eğitimi verebilecek bir bölüm açılabilmesi için önceden kavramsal olarak bu bölümü açıp sistem elemanları arasındaki ilişkileri izleyebilecek bir model geliştirilmiştir. Tezin içerisinde yapılan literatür taraması kısaca özetlenmiş kavramsal modelleme süreci gözden geçirilerek güncellenmiş hali verilmiş önerilen modelleme yaklaşımı tanıtılmış, oluşturulan RKM özellikleri açıklanmış ve kontrol mühendisliği örneği detaylı olarak tartışılmıştır.

In this study, a modeling approach which can be used to develop systems conceptually before physical design is developed. In-CM Conceptual Modeling Tool, shortly called In-CM, which can be used to develop interdisciplinary conceptual models is designed and implemented based on the proposed modeling approach. The main property of the In-CM is intelligence that facilitates developing conceptual model of complex systems. Firstly, conceptual modeling is discussed in the study. Conceptual modeling is one of the major activities in system engineering, knowledge engineering and software engineering, but its use is not limited to these areas. Conceptual modeling is, in general terms, an activity of creating model of systems using terms of concepts facilitating the understanding of social and scientific phenomenon. In the literature search, firstly, current conceptual modeling process and techniques are examined. In the examination, it is shown that conceptual modeling techniques consist of two sub categories, classical and developing. Both of them have following constraints: •All aspect of problem domain is not modeled with them. These techniques take only one side of the domain and show it, for instance, data flow diagrams shows only data flows in the domain, or ER diagrams show only entities and their attributes in the domain. This problem is solved by proposed modeling approach •Current techniques are related to “how the problem is solved” rather than “what the problem is”. In this study, a modeling approach which concerns with “what the problem is” and its natural attributes is proposed. •Current techniques also use object oriented symbology. So, models are drawn based on problem solution. This causes working on the problem without understanding it. In order to solve this constraint, a modeling methodology and its graphical notation are announced. In this study, proposed and explained modeling approach is designed along with understanding of all aspect of the problem, defining all actors (perform tasks), tasks (main goals), processes (squencial operations) and infrastructures (hardware, software etc.). Problem or system domain is modeled with some aspect of problem domain by the approach. Proposed modeling approach is not opposite to current conceptual modeling process, but new approach is developed with expanded current process. Thus, proposed modeling approach will provide some benefits to studies in this field. Main advantage of the approach is proposed a Reference Conceptual Model (RCM) that utilizes in any field to develop conceptual models which are different from each other. RCM is a meta-model and covers all of problem domain. Users can develop conceptual models from RCM. However, the scope of these models are more limited than the scope of RCM. Current conceptual modeling process is studied and updated in accord with this study’s aim and an expert system software that is used to develop conceptual model interdisciplinary is implemented. The software has knowledge base, and inference engine like all expert systems. In the knowledge base, Reference Conceptual Model (RCM) is used as a pattern to formalize the raw user requirements. Beside it, there are relations among data in the knowledge base. Deepness and correctness of the RCM is contingent on knowledge level of subject matter expert (SME). In-CM has a knowledge base editor to define RCM and relations. SME can describe RCM and relations by using In-CM Knowledge Base Editor. Developing a conceptual model according to proposing process can be done by using In-CM Inference Engine. While developing conceptual model, it provides assistance and shows uncompleted branches. At the end of this process, an XML file is produced. This file includes user conceptual model and can be shown graphically on the In-CM Graphic Editor. In this study, “In-CM Intelligent Conceptual Model Generator” is sampled with a real life problem to show applicable of proposed approach. In order to show contribution of the study, a simple problem is selected. However, proposed approach is independent from simplicity of the problem and applicable to all kinds of problems. In this study, conceptual model of establishing “control engineering education” in any university is developed by using implemented software called Intelligent Conceptual Model Generator. In the thesis, literature is summarized and current conceptual modeling process is studied and updated. Later, proposed modeling approach, RCM and its properties are explained. Finally, an example about control engineering education is discussed in detail.