Data model of components of complex technical systems based on semantic networks

Abstract

The article addresses the problem of ontological modeling of technical objects characterized by complex multilevel structure, diverse functional properties, and significant volume of accompanying documentation. A method for representing the subject domain in the form of an ontology that integrates data about objects, their constituent elements, and connections with technical instructions and drawings is proposed. Based on the developed ontological scheme, a graph database has been built that provides efficient search, storage, and processing of knowledge, as well as multi-user access support considering user rights. To formalize the model properties, the mathematical apparatus of graph theory and ontological relations has been applied, which allowed describing the patterns of system construction and functioning. The work performs a comparative analysis of advantages and disadvantages of existing approaches to knowledge organization, determines the place and novelty of the proposed model in the context of modern research. Experimental results confirmed the advantages of using graph databases for working with technical information, particularly increased performance in executing search queries and reduced costs for data updates. The practical significance of the research lies in the possibility of using the developed model for automated support of the lifecycle of complex technical systems, including stages of operation, maintenance, and modernization. The obtained results create a foundation for further implementation of intelligent knowledge processing technologies in the field of engineering and technical operation. У представленій статті розглянуто проблему онтологічного моделювання технічних об’єктів, які характеризуються складною багаторівневою структурою, різноманітними функціональними властивостями та значним обсягом супровідної документації. Запропоновано метод представлення предметної області у вигляді онтології, що інтегрує дані про об’єкти, їхні складові елементи та зв’язки з технічними інструкціями та кресленнями. На основі розробленої онтологічної схеми побудовано графову базу даних, яка забезпечує ефективний пошук, збереження та обробку знань, а також підтримку багатокористувацького доступу з урахуванням прав користувачів. Для формалізації властивостей моделі застосовано математичний апарат теорії графів та онтологічних відношень, що дозволило описати закономірності побудови та функціонування системи. У роботі виконано порівняльний аналіз переваг та недоліків існуючих підходів до організації знань, визначено місце і новизну запропонованої моделі у контексті сучасних досліджень. Експериментальні результати підтвердили переваги застосування графових баз даних для роботи з технічною інформацією, зокрема підвищення швидкодії при виконанні пошукових запитів та зниження витрат на оновлення даних. Практична значущість дослідження полягає у можливості використання розробленої моделі для автоматизованої підтримки життєвого циклу складних технічних систем, включаючи етапи експлуатації, обслуговування та модернізації. Отримані результати створюють підґрунтя для подальшого впровадження інтелектуальних технологій обробки знань у галузі інженерії та технічної експлуатації.