Semantic and knowledge engineering for requirements and synthesis in conceptual design : towards in the automation of requirements clarification and the sysnthesis of conceptual design solutions

• Auteur / Autrice : François Christophe
• Direction : Alain Bernard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en communications et cybernétique (Nantes) (1958-2017)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes (1962-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sémantique

Ingénierie des systèmes

Conception technique

Résumé

Cette thèse propose l'application d'outils de linguistique computationnelle et de représentation des connaissances à deux processus de préconception de produits. L'idée ainsi défendue est que de tels outils permettraient l'automatisation partielle des processus d'analyse des besoins et de synthèse des concepts de solution. Le point de vue sur le développement conceptuel développé dans cette recherche est basé sur les méthodologies de développement systématique développées dans la littérature. L'évolution de ces méthodologies apporte une description précise des tâches à réaliser par l'équipe de conception afin de parvenir à un produit efficace et performant. Par conséquent, l'argument de cette thèse est qu'il est possible de créer des modèles informatiques de certaines de ces tâches afin d'assister l’équipe de conception dans la reformulation du problème de conception ainsi que dans l'exploration de l'espace de conception. En ingénierie des exigences, la définition des besoins consiste à identifier les besoins des divers intervenants puis à les formaliser en spécifications du produit. Au cours de cette tâche, les concepteurs sont confrontés à des personnes ayant des domaines de compétence différents. La difficulté est alors que ces personnes expriment leurs besoins avec des niveaux de clarté et des champs lexicaux différents. Ces travaux de recherche aborde la question du traitement des exigences exprimées en langage naturel (dans ce cas en anglais). L'analyse de ces besoins est réalisée à différents niveaux linguistiques: lexicaux, syntaxiques et sémantiques. Le niveau lexical traite de la signification des mots du langage. Le niveau syntaxique analyse la construction des phrases exprimant les exigences par rapport à la grammaire du langage. Le niveau sémantique est l’étude du sens précis d’utilsation des mots dans leur contexte. Cette recherche fait un usage intensif d'un atlas sémantique basé sur le concept mathématique de clique provenant de la théorie des graphes. Ce concept permet le calcul de distances entre un mot et ses synonymes. En outre, une méthodologie et une métrique de similitude ont été définies pour clarifier les exigences aux niveaux syntaxique, lexical et sémantique. Cette méthodologie intègre des outils de collaborateurs de recherche. Pour le processus de synthèse, une représentation numérique des concepts de connaissance nécessaires à la création de solutions de préconception a été développée. Ces concepts sont les suivants: fonction, flux d’entrée/sortie, organe générique, comportement et composant. L’atlas sémantique est également utilisé au cours de ce processus pour chercher une correspondance entre fonctions et composants de solution.

This thesis suggests the use of tools from the disciplines of Computational Linguistics and Knowledge Representation with the idea that such tools would enable the partial automation of two processes of Conceptual Design: the analysis of Requirements and the synthesis of concepts of solution. The viewpoint on Conceptual Design developed in this research is based on the systematic methodologies developed in the literature. The evolution of these methodologies provided precise description of the tasks to be achieved by the designing team in order to achieve successful design. Therefore, the argument of this thesis is that it is possible to create computer models of some of these tasks in order to partially automate the refinement of the design problem and the exploration of the design space. In Requirements Engineering, the definition of requirements consists in identifying the needs of various stakeholders and formalizing it into design specifications. During this task, designers face the problem of having to deal with individuals from different expertise, expressing their needs with different levels of clarity. This research tackles this issue with requirements expressed in natural language (in this case in English). The analysis of needs is realised from different linguistic levels: lexical, syntactic and semantic. The lexical level deals with the meaning of words of a language. Syntactic analysis provides the construction of the sentence in language, i. E. The grammar of a language. The semantic level aims at finding about the specific meaning of words in the context of a sentence. This research makes extensive use of a semantic atlas based on the concept of clique from graph theory. Such concept enables the computation of distances between a word and its synonyms. Additionally, a methodology and a metric of similarity was defined for clarifying requirements at syntactic, lexical and semantic levels. This methodology integrates tools from research collaborators. In the synthesis process, a Knowledge Representation of the necessary concepts for enabling computers to create concepts of solution was developed. Such, concepts are: function, input/output flow, generic organs, behaviour, and components. The semantic atlas is also used at that stage to enable a mapping between functions and their solutions. It works as the interface between the concepts of this Knowledge Representation.