ontokem: uma ferramenta para construção e documentação de ontologias Sandro Rautenberg (EGC/UFSC, srautenberg@egc.ufsc.br) Fernando A. O. Gauthier (EGC/UFSC, gauthier@inf.ufsc.br) Poline Lottin (INE/UFSC, plnlttn@terra.com.br) Cleiton E. J. Duarte (cleitone@inf.ufsc.br) José L. Todesco (EGC/UFSC, tite@egc.ufsc.br) Resumo: O uso cada vez mais frequente de sistemas baseados em conhecimento empregando ontologias é crescente nas organizações. Ontologias são aplicadas como meio de representar, formalizar e compartilhar conhecimento. Neste artigo é apresentado o ontokem, uma ferramenta de Engenharia do Conhecimento que incorpora um processo de construção e documentação de ontologias. A ferramenta foi utilizada em meio acadêmico para o ensino de ontologias, bem como o suporte no processo de desenvolvimento. Atualmente, o ontokem é utilizado como suporte na construção de uma ontologia de domínio da distribuição de energia elétrica para uma estatal brasileira. Palavras-chave: Ontologias. Processo de Construção de Ontologias. Ferramenta para Documentação de Ontologias. Abstract: The frequently use of knowledge-based systems using ontology is increasing on organizations. Ontologies are applied mainly to represent, formalize and share knowledge. This paper presents the ontokem, a Knowledge Engineering tool that incorporates an ontology s construction and documentation process. The tool was used in an academic course to teach and support the ontology development process. Already, it is used to support a power distribution domain ontology construction for a Brazilian Electrical Company. Keywords: Ontologies. Ontology Construction Process. Ontology Documentation Tool. 1. Introdução A Engenharia do Conhecimento (EC) é uma disciplina derivada da Inteligência Artificial, com o objetivo de construir sistemas baseados em conhecimento (SBC), amparando-se em metodologias, técnicas, linguagens e ferramentas para extração, codificação, representação e uso de conhecimento, (SCHREIBER et al, 2002). No contexto atual, com o crescimento da Internet e o surgimento da disciplina Gestão do Conhecimento, a EC se baseia no paradigma de modelagem, onde a representação, a utilização e reutilização, assim como o compartilhamento de métodos e modelos formais são os requisitos essenciais dos SBC, (STUDER et al, 1998). Neste contexto, o uso de ontologias e ferramentas de construção de ontologias se torna atraente. Neste artigo apresenta-se o ontokem (ontology Knowledge Engineering and Managment), uma ferramenta de EC para apoiar o processo de construção e
documentação de ontologias. O processo de construção do qual o ontokem foi concebido está baseado nos artefatos documentais das metodologias de construção de ontologias On-to-Knowledge (FENSEL & HERMELEN, 2008), METHONTOLOGY (GOMÉZ-PERÉZ et al, 2004) e no guia 101 (NOY & MCGUINNESS, 2008). Na seção Matérias e Métodos são discutidas os pontos das metodologias On-to- Knowledge, METHONTOLOGY e o guia 101 que contribuíram na concepção do ontokem. Na seção de resultados apresenta-se brevemente o ontokem e sua aplicação nos meios acadêmico e empresarial. Por fim, são ressaltadas as conclusões e discussões a respeito da ferramenta. 2. Materiais e Métodos Ontologia é um termo originado no campo da Filosofia que foi adotado na computação. Na computação ontologia é definida como uma especificação formal e explícita de uma conceitualização compartilhada (GRUBER, 1993; BORST, 1997). A pesquisa sobre ontologia foi incorporada à Engenharia do Conhecimento (EC), visto o seu potencial de aplicação como meio de formalizar, representar, utilizar e compartilhar conhecimento. Os campos da integração de informação, recuparação de informação na web e gestão do conhecimento são alguns dos favorecidos pelo uso de ontologias (STUDER et al, 1998). Em diversos estudos, metodologias para construção de ontologias foram propostas. Contudo, Fernandez-López & Gómez-Peréz (2002) comentam que não há metodologia completamente madura para o propósito de construção de ontologias. Em cada metodologia existem atividades que deixam de estar compreendidas. Segundo os autores, uma combinação de metodologias se torna interessante num processo de construção de ontologias. Este é o pilar de sustentação do ontokem como ferramenta de EC para construção de ontologias, baseado-se nas metodologias 101 (NOY & MCGUINNESS, 2008), On-to-Knowledge (FENSEL & HERMELEN, 2008) e METHONTOLOGY (GOMÉZ-PERÉZ et al, 2004). A seguir enumera-se as contribuições de cada metodologia ao ontokem: On-to-Knowledge: metodologia que utiliza questões de competência como modo simples e direto para determinar o escopo de uma ontologia e permite identificar conceitos, propriedades, relações e instâncias. O ontokem faz uso de questões de competência na compreensão da aplicabilidade da ontologia, e disponibiliza um artefato para documentá-las.
METHONTOLOGY: metodologia que formaliza a construção de ontologias através de uma rica gama de artefatos de documentação (documentos-texto e quadros). Estes artefatos são usados como modelos de documentos no ontokem. Guia 101: metodologia que prega a construção de ontologias num processo iterativo de sete passos (determinar o escopo da ontologia, considerar o reuso, listar termos, definir classes, definir propriedades, definir restrições e criar instâncias). Este processo iterativo é adotado no ontokem. 3. Resultados O ontokem é uma ferramenta de propósito acadêmico, contudo, também utilizado em um projeto de pesquisa e desenvolvimento. A Figura 1 apresenta uma tela de uma fase do ontokem. Neste sentido, a ferramenta suporta a criação de uma ontologia de domínio no setor elétrico, mais precisamente no que tange o escopo da distribuição de energia elétrica na média tensão. Esta ontologia está na sua terceira versão e conta aproximadamente com 160 classes, 120 relações, 60 propriedades primitivas e 80 instâncias. Figura 1: Tela do ontokem fase 02: Manter Vocabulário.
Numa disciplina do Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Gestão do Conhecimento (EGC/UFSC), o ontokem foi utilizado por treze alunos. Cada aluno desenvolveu sua própria ontologia de domínio como estudo de caso. De acordo com os estudantes, a ferramenta foi muito útil na ratificação do que são ontologias e seus elementos constituintes, assim como aprendizado do processo de construção de ontologias. Vale ressaltar que, como o ontokem se vale de tecnologias para web, os discentes puderam utilizá-lo remotamente de acordo com requisitos mínimos de segurança. O grande apelo de utilização do ontokem reside no seu processo de desenvolvimento e principalmente na gama de artefatos de documentação (relatórios e gráficos) que a ferramenta gera para a aquisição e formalização do conhecimento. Este fato é de grande valia, principalmente, atestado pelos engenheiros do conhecimento e engenheiros elétricos envolvidos no atual projeto de pesquisa para o desenvolvimento da ontologia de domínio para a gestão da média tensão. A Figura 2 ilustra as opções disponíveis para a construção de ontologias, assim como a versatilidade da ferramenta quanto a riqueza de documentos gerados. Ressalta-se ainda que ontokem oferece a opção Exportar versão gera o arquivo OWL da ontologia para fases posteriores. Assim, é possível realizar implementação/utilização em outras ferramentas computacionais, como por exemplo, a API Jena e Protégé. 4. Discussão e Conclusão A ferramenta ontokem permite a construção de ontologias de forma bastante intuitiva e adota práticas de várias metodologias. Ao contrário de outras ferramentas como, por exemplo, do Protégé, no ontokem, o processo de documentação é rico, o que facilita a comunicação com os especialistas de domínio. Figura 2: Menu Principal do ontokem
A conclusão deste trabalho é que não há uma proposta metodológica completamente madura para desenvolvimento de ontologias, visto que existem importantes atividades e técnicas ausentes na maioria das metodologias. Isto se deve, ora por que metodologias não alcançaram um grau de maturidade adequado, ora por não considerarem todo o ciclo de vida de uma ontologia. Por isso, unificar as melhores práticas de cada metodologia para desenvolvimento de ontologias se torna interessante, tal qual como implementado no ontokem. Por fim, ressalta-se que o ontokem é uma ferramenta voltada a pesquisa e construção ontologias numa visão acadêmica. Portanto, existem limitações na ferramenta, como refinar a ontologia com a implementação das restrições ou atrelar valores às propriedades das instâncias. Estas limitações estão em curso de serem atacadas na implementação da futura versão da ferramenta, a qual se pretende distribuir na forma de pacote à comunidade acadêmica. Referências BORST, W. N. Construction of Engineering Ontologies, PhD Thesis, University of Tweenty Centre for Telematica and Information Technology, Enschede, Nederland, 1997. FENSEL, D.; HERMELEN, F. van. On-To-Knowledge: Content-Driven Knowledge Management Tools through Evolving Ontologies. Disponível em: http://www.ontoknowledge.org/downl/del33.pdf. Acessado em 02/04/2008 17:00. FERNANDEZ-LÓPEZ, M.; GÓMEZ-PÉREZ, A. Overview and analysis of methodologies for building ontologies. The Knowledge Engineering Review, v. 17, n. 2, p. 129-156, 2002 GÓMEZ-PÉREZ, A; et al. Ontologic Engineering: with examples from the areas of knowledge management, e-commerce and the semantic web. Springer-Verlag, 2004. GRUBER, T. Towards principles for the design of ontologies used for knowledge sharing. International Journal of Human Computer Studies, v. 43, n. 5-6, 907 928, 1994. NOY, N. F.; MCGUINNESS, D. L. Ontology Development 101: A Guide to Creating Your First Ontology. Disponível em http://wwwksl.stanford.edu/people/dlm/papers/ontology-tutorial-noy-mcguinness.pdf. Acessado em 02/04/2008 17:00. SCHREIBER, G.; et al. Knowledge engineering and management: the commonkads methodology. MIT Press, 2002. STUDER, R. et al. Knowledge Engineering: Principles and methods. Data & Knowledge Engineering, v. 25, n. 1, p. 161-197, 1998.