(Meta)Knowledge modeling for inventive design

par Wei Yan

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Denis Cavallucci et de Pierre Collet.

Le président du jury était Carole Bouchard.

Le jury était composé de Cecilia Zanni-Merk.

Les rapporteurs étaient Rossi Setchi, Joost Duflou.

  • Titre traduit

    Modélisation des (méta)connaissances pour la conception inventive


  • Résumé

    Un nombre croissant d’industries ressentent le besoin de formaliser leurs processus d’innovation. Dans ce contexte, les outils du domaine de la qualité et les approches d’aide à la créativité provenant du "brain storming" ont déjà montré leurs limites. Afin de répondre à ces besoins, la TRIZ (Acronyme russe pour Théorie de Résolution des Problèmes Inventifs), développée par l’ingénieur russe G. S. Altshuller au milieu du 20ème siècle, propose une méthode systématique de résolution de problèmes inventifs multidomaines. Selon TRIZ, la résolution de problèmes inventifs consiste en la construction du modèle et l’utilisation des sources de connaissance de la TRIZ. Plusieurs modèles et sources de connaissances permettent la résolution de problèmes inventifs de types différents, comme les quarante Principes Inventifs pour l’élimination des contradictions techniques. Toutes ces sources se situent à des niveaux d’abstractions relativement élevés et sont, donc, indépendantes d’un domaine particulier, qui nécessitent des connaissances approfondies des domaines d’ingénierie différents. Afin de faciliter le processus de résolution de problèmes inventifs, un "Système Intelligent de Gestion de Connaissances" est développé dans cette thèse. D’une part, en intégrant les ontologies des bases de connaissance de la TRIZ, le gestionnaire propose aux utilisateurs de sources de connaissance pertinentes pour le modèle qu’ils construisent, et d’autre part, le gestionnaire a la capacité de remplir "automatiquement" les modèles associés aux autres bases de connaissance. Ces travaux de recherche visent à faciliter et automatiser le processus de résolution de problèmes inventifs. Ils sont basés sur le calcul de similarité sémantique et font usage de différentes technologies provenantes de domaine de l’Ingénierie de Connaissances (modélisation et raisonnement basés sur les ontologies, notamment). Tout d’abord, des méthodes de calcul de similarité sémantique sont proposées pour rechercher et définir les liens manquants entre les bases de connaissance de la TRIZ. Ensuite, les sources de connaissance de la TRIZ sont formalisées comme des ontologies afin de pouvoir utiliser des mécanismes d’inférence heuristique pour la recherche de solutions spécifiques. Pour résoudre des problèmes inventifs, les utilisateurs de la TRIZ choisissent dans un premier temps une base de connaissance et obtiennent une solution abstraite. Ensuite, les éléments des autres bases de connaissance similaires aux éléments sélectionnés dans la première base sont proposés sur la base de la similarité sémantique préalablement calculée. A l’aide de ces éléments et des effets physiques heuristiques, d’autres solutions conceptuelles sont obtenues par inférence sur les ontologies. Enfin, un prototype logiciel est développé. Il est basé sur cette similarité sémantique et les ontologies interviennent en support du processus de génération automatique de solutions conceptuelles.


  • Résumé

    An increasing number of industries feel the need to formalize their innovation processes. In this context, quality domain tools show their limits as well as the creativity assistance approaches derived from brainstorming. TRIZ (Theory of Inventive Problem Solving) appears to be a pertinent answer to these needs. Developed in the middle of the 20th century by G. S. Althshuller, this methodology's goal was initially to improve and facilitate the resolution of technological problems. According to TRIZ, the resolution of inventive problems consists of the construction of models and the use of the corresponding knowledge sources. Different models and knowledge sources were established in order to solve different types of inventive problems, such as the forty inventive principles for eliminating the technical contradictions. These knowledge sources with different levels of abstraction are all built independent of the specific application field, and require extensive knowledge about different engineering domains. In order to facilitate the inventive problem solving process, the development of an "intelligent knowledge manager" is explored in this thesis. On the one hand, according to the TRIZ knowledge sources ontologies, the manager offers to the users the relevant knowledge sources associated to the model they are building. On the other hand, the manager has the ability to fill "automatically" the models of the other knowledge sources. These research works aim at facilitating and automating the process of solving inventive problems based on semantic similarity and ontology techniques. At first, the TRIZ knowledge sources are formalized based on ontologies, such that heuristic inference can be executed to search for specific solutions. Then, methods for calculating semantic similarity are explored to search and define the missing links among the TRIZ knowledge sources. In order to solve inventive problems, the TRIZ user firstly chooses a TRIZ knowledge source to work for an abstract solution. Then, the items of other knowledge sources, which are similar with the selected items of the first knowledge source, are obtained based on semantic similarity calculated in advance. With the help of these similar items and the heuristic physical effects, other specific solutions are returned through ontology inference. Finally, a software prototype is developed based on semantic similarity and ontology inference to support this automatic process of solving inventive problems.


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