Méthodologie de construction de l’ontologie

Le développement d’une ontologie consensuelle et partagée d’un domaine spécifique est un grand défi en soi quelque soit le domaine utilisé. Ce développement se réalise par un processus long et complexe qui se compose de plusieurs étapes. D’autre part, la difficulté de la construction d’une ontologie est proportionnellement liée au volume considérable de données qui doivent être gérées et auxquelles il faut rajouter les relations qui connectent les concepts les uns aux autres (généralisation, héritage, agrégation, instanciation, etc.) (Dartigues, et al., 2007). De plus, la construction d’une ontologie nécessite la participation des experts du domaine jouant un rôle primordial dans l’extraction des concepts et des relations du domaine grâce à leurs connaissances. Ensuite, ces concepts et leurs relations seront décrits formellement moyennant les technologies de représentation des connaissances afin de rendre la sémantique des données interprétable par la machine.

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Différentes méthodes et techniques de construction d’ontologies ont été proposées dans la littérature (Uschold, et al., 1996), (Gruninger, et al., 1995), (Fernandez-Lopez, et al., 2003). En effet, les travaux de recherche sur les ontologies n’ont pas abouti à un consensus sur une méthodologie « unique » et « correcte » de construction d’ontologie, mais à la détermination des étapes nécessaires liées aux caractéristiques de l’ontologie elle-même. Il s’agit particulièrement de considérer sa définition, son domaine d’application, le type d’information que l’ontologie doit contenir, l’expressivité de son langage de représentation,

etc. Cependant, la plupart de ces techniques convergent vers une méthodologie assez

générique pour la construction d’ontologies (Uschold, et al., 1996). Cette méthodologie comprend principalement les étapes suivantes :

1) Identification du domaine de l’ontologie : Elle permet d’identifier les

objectifs et les raisons de la construction de l’ontologie.

2) Construction de l’ontologie : Elle est composée de plusieurs sous-étapes :

a. Saisie de l’ontologie : A ce niveau s’effectuent l'identification et la définition des concepts clés et leurs caractéristiques dans un domaine d’intérêt ainsi que les relations existantes entre ces concepts.

b. Codage de l’ontologie : Il concerne la représentation de ces concepts et ces relations dans un langage formel, c'est-à-dire interprétable par la machine. c. Intégration des ontologies existantes : consiste à associer certains concepts et

termes d’une ontologie avec des concepts et termes d'autres ontologies. 3) Evaluation : Cette étape permet de vérifier la cohérence et la complétude de

l’ontologie par rapport aux objectifs qui lui sont définis.

4) Documentation : Il s’avère indispensable pour l’utilisation de l’ontologie de

mettre à disposition de ses utilisateurs une documentation sur les différents éléments définis dans cette ontologie.

Ainsi, pour la construction de notre ontologie commune, nous avons adopté une méthode basique et simple, illustrée dans la figure 22, basée sur la méthodologie générique présentée ci-dessus. A cet effet, nous avons identifié, dans un premier temps, notre domaine d’application par une analyse effectuée sur plusieurs systèmes commerciaux de CAO à base de features. Cette analyse mène à l’apprentissage du domaine d’application, par l’extraction des concepts du domaine, ainsi que les relations entre ces concepts. L’objectif est de définir un vocabulaire commun de features de conception partagé par différents ingénieurs dans un

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environnement collaboratif. Ensuite, nous avons élaboré une représentation graphique de notre ontologie permettant de visualiser les concepts et leurs relations dans l’ontologie. Enfin, nous avons représenté formellement notre ontologie commune avec le langage OWL DL, où la sémantique des données est définie explicitement et traitable par la machine. Ces deux représentations graphique et formelle seront détaillées dans les sections suivantes de ce chapitre.

Figure 22. Méthodologie de construction de l’ontologie commune

D’ailleurs, comme le montre la figure 22, le processus de construction d’une ontologie est principalement caractérisé par l’application d’une méthode itérative de développement. Initialement, nous définissons les concepts de base de l’ontologie. Nous parcourons ensuite un processus d’évolution progressive de l’ontologie par une séquence de révisions et d’opérations de raffinement en détaillant davantage les descriptions de ces concepts. Nous avons eu recours à des experts du domaine de la CAO durant la phase d’apprentissage afin de pouvoir évaluer notre ontologie développée en l’intégrant dans plusieurs applications de CAO. Ainsi, nous déterminons les solutions les plus adaptées à notre ontologie de sorte qu’elle puisse parvenir aux objectifs d’échange en termes de réflexion d’une image réelle du domaine de la CAO, de maintenance, et d’extensibilité. Ce processus itératif de développement s’effectue éventuellement tout au long du cycle de vie de l'ontologie.

Identification et Analyse du domaine Saisie (Représentation graphique) Codage (Représentation formelle)

Validation et Raffinement

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4.2.1 Analyse du Domaine d’étude

L’identification du domaine de l’ontologie est une étape primordiale pour la construction d’une ontologie. Cette première étape commence généralement par une abstraction de connaissance afin d’identifier les parties pertinentes au domaine concerné. Ceci implique la spécification des raisons pour lesquelles une ontologie est en cours de construction ainsi que son usage envisagé. Dans ce cadre, une série d'opérations de raffinement est effectuée pour extraire les concepts, leurs attributs, ainsi que les relations entre ces concepts. C’est durant cette phase qu’on détermine par exemple les informations qui vont être représentées dans l’ontologie.

Dans le cadre de notre thèse, notre ontologie commune CDFO est destinée principalement à représenter les informations sémantiques des modèles procéduraux de CAO permettant leur échange dans un environnement collaboratif. Ces informations sont définies par l’intention de conception. Plus précisément, l'intention de conception dans un modèle CAO peut être définie par l’historique de construction du modèle, les features, leurs paramètres, ainsi que les contraintes définies dans le modèle. Nous avons effectué une étude plus détaillée sur l’intention de conception et les features dans le premier chapitre (cf. section 1.2.3).

D’ailleurs, le développement de notre ontologie doit prendre en considération certains défis liés au domaine de la conception ainsi qu’au domaine de construction d’une ontologie. D’abord, comme nous l’avons mentionné dans le premier chapitre, les features sont largement utilisés dans la plupart des systèmes commerciaux de CAO. Cependant, il n’existe pas de consensus sur la définition des features ou sur leur classification. Chaque système CAO définit son propre vocabulaire et un ensemble de features qui lui sont spécifiques. Par conséquent, il n’existe pas de représentation unique d’un modèle de features. Pour surmonter cette problématique, nous avons été amenés à étudier la manière dont les features de conception sont représentés dans plusieurs systèmes commerciaux de CAO, notamment CatiaV5²⁰, SolidWorks²¹, et Pro/Engineer²². Les classifications des features dans ces trois systèmes sont respectivement présentées dans les figure 54, figure 55, et figure 56 de l’ « annexe A ». Toutefois, cette classification de features n’est pas exhaustive, et d’autres

20http://www.3ds.com/fr/products/catia/welcome/

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http://www.solidworks.fr/

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concepts supplémentaires pourraient être ajoutés au fur et à mesure de la construction de l’ontologie. Ces concepts extraits constituent la terminologie de base de notre ontologie commune.

4.2.2 Caractéristiques de l’ontologie développée

Le but de notre ontologie commune, CDFO, est de servir de format neutre, permettant l’interopérabilité sémantique entre les différents systèmes CAO à base de features. Quant au développement de cette ontologie, nous avons défini certains de ses critères essentiels dans le but de pouvoir répondre à des contraintes liées aux systèmes actuels de CAO et leur évolution. Nous présentons les critères de notre ontologie comme suit :

a) Indépendance : notre ontologie commune doit être indépendante de tout système de CAO afin de pouvoir représenter de la manière la plus générique possible les informations liées aux features de conception utilisés dans différentes applications. Cette contrainte est liée essentiellement aux changements perpétuels des systèmes actuels de CAO où des versions successives sont souvent générées pour chaque application. De plus, elle est liée au nombre croissant d’applications intervenant au processus de développement d’un produit. Par conséquent, l’indépendance de notre ontologie implique sa capacité à supporter l’évolution dynamique de ces nouvelles applications.

b) Extensibilité : L’ensemble des features utilisés dans chaque application est considérable et est susceptible de changer à mesure que les concepteurs auront des nouveaux besoins. Ainsi, l’extensibilité de l’ontologie commune est indispensable afin de pouvoir lui ajouter de nouveaux éléments à condition de ne pas violer la validité des éléments existants. Des raisonnements peuvent être effectués, avec le langage OWL DL, permettant la détection des conflits générés. Toutefois, la gestion des conflits n’est pas considérée dans notre travail.

c) Ambigüité syntaxique : Il peut y avoir différents types d'ambiguïtés de la sémantique entre les différentes ressources d'information. Même si deux systèmes utilisent une même terminologie, ils peuvent avoir une différence dans la signification qui leur est assignée. Un système qui convertit la sémantique avec succès devrait être capable d'identifier les différentes significations des termes syntaxiquement similaires. Une autre ambigüité peut se produire entre deux termes différents syntaxiquement, mais ayant une même signification.

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d) Formalité : l’ontologie commune doit représenter formellement la sémantique associée à une terminologie c'est-à-dire d’une manière compréhensible par la machine et accessible durant tout le cycle de vie d’un produit. C’est une spécificité de l’ontologie elle-même surtout avec un langage puissant en termes d’expressivité tel que le langage OWL DL. e) Inférence : Un des grands avantages de l’utilisation de l’ontologie réside dans les

capacités de raisonnement effectuées sur les bases de connaissances. Pour une représentation efficace de la sémantique, une ontologie doit permettre de détecter automatiquement des correspondances sémantiques entre les différents concepts. Ainsi, de nouvelles connaissances pourront être déduites à partir des connaissances explicitement définies. Un autre avantage du raisonnement réside également dans la capacité de maintenir la consistance de l’ontologie durant son évolution.