ГОСТ Р 60.0.0.11-2023 Роботы и робототехнические устройства. Онтологии робототехники. Понятия и отношения, описывающие функциональность и поведение

        ГОСТ Р 60.0.0.11-2023

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Роботы и робототехнические устройства

ОНТОЛОГИИ РОБОТОТЕХНИКИ

Понятия и отношения, описывающие функциональность и поведение

Robots and robotic devices. Ontologies for robotics. Concepts and relations describing functionality and behavior

ОКС 25.040.30

35.060

Дата введения 2024-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным автономным научным учреждением "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 141 "Робототехника"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 сентября 2023 г. N 853-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Введение

Требования стандартов комплекса ГОСТ Р 60 распространяются на роботы и робототехнические устройства. Целью стандартов является повышение интероперабельности роботов и их компонентов, а также снижение затрат на их разработку, производство и обслуживание за счет стандартизации и унификации процессов, интерфейсов, узлов и параметров.

Стандарты комплекса ГОСТ Р 60 представляют собой совокупность отдельно издаваемых стандартов. Стандарты данного комплекса относятся к одной из следующих тематических групп: "Общие положения, основные понятия, термины и определения", "Технические и эксплуатационные характеристики", "Безопасность", "Виды и методы испытаний", "Механические интерфейсы", "Электрические интерфейсы", "Коммуникационные интерфейсы", "Методы моделирования и программирования", "Методы построения траектории движения (навигация)", "Конструктивные элементы". Стандарты любой тематической группы могут относиться как ко всем роботам и робототехническим устройствам, так и к отдельным группам объектов стандартизации - промышленным роботам в целом, промышленным манипуляционным роботам, промышленным транспортным роботам, сервисным роботам в целом, сервисным манипуляционным роботам, сервисным мобильным роботам, а также к морским робототехническим комплексам.

Настоящий стандарт относится к тематической группе "Общие положения, основные понятия, термины и определения" и распространяется на все роботы и робототехнические устройства.

1 Область применения

Настоящий стандарт определяет онтологии, описывающие функциональность и поведение роботов и робототехнических устройств. Стандарт обеспечивает унифицированный способ представления знаний, понятий и отношений в области робототехники и автоматизации в части функциональных задач и поведения роботов, робототехнических устройств или других искусственных систем.

Настоящий стандарт предназначен для производителей роботов, системных интеграторов, конечных пользователей роботов (производителей деталей, поставщиков услуг и решений и т.д.), поставщиков оборудования для роботов, разработчиков программного обеспечения роботов и исследователей.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5 миссия (mission): Алгоритм верхнего уровня, описывающий процесс выполнения целенаправленных действий робота для достижения одной или нескольких комплексных целей.

2.6

Примечание - В настоящем стандарте объект - это класс вещей, существующих в трехмерном пространстве, которые могут изменяться в результате процессов. Объект имеет пространственные части, существующие во времени одновременно.

2.7

2.8

2.9 сценарий (scenario): Алгоритм, описывающий процесс выполнения целенаправленных действий робота для достижения некоторой локальной цели.

2.10 технологическая операция; ТОП (technological operation, TOP): Элементарный целенаправленный процесс, выполняемый роботом-агентом.

Примечание - Совокупность ТОП полностью определяет возможные роли и поведение робота в контексте решаемой задачи.

2.11

2.12 функциональность (functionality): Набор возможностей, которые в принципе предоставляет данная система или устройство.

2.13 функция (function): Роль агента в целенаправленном процессе.

2.14 целенаправленный процесс (intentional process): Изменение свойств некоторых объектов во времени и получение новых свойств этих объектов в соответствии с заданными целями.

Примечание - См. [1].

2.15

3 Общие положения

3.1 Понятия онтологий, определенные в данном стандарте, выделены курсивом. Слитное написание понятий в одно слово применяется при описании классов онтологий и отношений между ними на языке OWL.

3.2 Онтология SUMO, определенная в ГОСТ Р 60.0.0.8*, является онтологией верхнего уровня для онтологий робототехники. Базовая таксономия SUMO приведена на рисунке 1.

_________________

* ГОСТ Р 60.0.0.8-2023 "Роботы и робототехнические устройства. Онтологии робототехники. Общие положения, основные понятия, термины и определения".

Рисунок 1 - Базовая таксономия SUMO

3.3 Понятия, связанные с базовой таксономией SUMO на языке OWL:

Declaration (Class (:АбстрактныеПонятия))

Declaration (Class (:Агент))

Declaration (Class (:Артефакт))

Declaration (Class (:Атрибут))

Declaration (Class (:Группа))

Declaration (Class (:Количество))

Declaration (Class (:Набор))

Declaration (Class (:Объект))

Declaration (Class (:Отношения))

Declaration (Class (:Процесс))

Declaration (Class (:Сущность))

Declaration (Class (:Устройство))

Declaration (Class (:Утверждение))

Declaration (Class (:ФизическиеПонятия))

############################

# Classes

############################

# Class: :АбстрактныеПонятия (:АбстрактныеПонятия)

SubClassOf (:АбстрактныеПонятия :Сущность)

DisjointClasses (:АбстрактныеПонятия :ФизическиеПонятия)

# Class: :Агент (:Агент)

SubClassOf (:Агент :Объект)

# Class: :Артефакт (:Артефакт)

SubClassOf (:Артефакт :Объект)

# Class: :Атрибут (:Атрибут)

SubClassOf (:Атрибут :АбстрактныеПонятия)

# Class: :Группа (:Группа)

SubClassOf (:Группа :Агент)

SubClassOf (:Группа :Набор)

# Class: :Количество (:Количество)

SubClassOf (:Количество :АбстрактныеПонятия)

# Class: :Набор (:Набор)

SubClassOf (:Набор :Объект)

# Class: :Объект (:Объект)

SubClassOf (:Объект :ФизическиеПонятия)

# Class: :Отношения (:Отношения)

SubClassOf (:Отношения :АбстрактныеПонятия)

# Class: :Процесс (:Процесс)

SubClassOf (:Процесс :ФизическиеПонятия)

# Class: :Устройство (:Устройство)

SubClassOf (:Устройство :Артефакт)

# Class: :Утверждение (:Утверждение)

SubClassOf (:Утверждение :АбстрактныеПонятия)

# Class: :ФизическиеПонятия (:ФизическиеПонятия)

SubClassOf (:ФизическиеПонятия :Сущность)

3.4 С онтологией SUMO согласована онтология CORA. Это доменная онтология, описывающая концепции предметной области "Робототехника и автоматизация". Основным понятием в CORA является Робот, это понятие связано с большинством других понятий в данной онтологии (см. ГОСТ Р 60.0.0.8). В настоящем стандарте Робот - это устройство-агент, предназначенное действовать в физическом мире для выполнения одной или нескольких задач, имеющее в своем составе систему управления и интерфейс для взаимодействия с окружающим миром. Таксономия понятий онтологии CORA, связанных с понятием Робот, показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Таксономия понятий онтологии CORA, связанных с понятием Робот

3.5 Таксономия понятий онтологии CORA, связанных с понятием Робот, на языке OWL:

Declaration (Class (:АбстрактныеПонятия))

Declaration (Class (:Агент))

Declaration (Class (:Артефакт))

Declaration (Class (:Группа))

Declaration (Class (:ГруппаРоботов))

Declaration (Class (:ИскусственнаяСистема))

Declaration (Class (:Набор))

Declaration (Class (:Объект))

Declaration (Class (:Процесс))

Declaration (Class (:Робот))

Declaration (Class (:РобототехническийКомплекс))

Declaration (Class (:Сущность))

Declaration (Class (:Устройство))

Declaration (Class (:ФизическиеПонятия))

############################

# Classes

############################

# Class: :АбстрактныеПонятия (:АбстрактныеПонятия)

SubClassOf (:АбстрактныеПонятия :Сущность)

# Class: :Агент (:Агент)

SubClassOf (:Агент :Объект)

# Class: :Артефакт (:Артефакт)

SubClassOf (:Артефакт :Объект)

# Class: :Группа (:Группа)

SubClassOf (:Группа :Набор)

# Class: :ГруппаРоботов (:ГруппаРоботов)

SubClassOf (:ГруппаРоботов :Группа)

# Class: :ИскусственнаяСистема (:ИскусственнаяСистема)

SubClassOf (:ИскусственнаяСистема :Артефакт)

# Class: :Набор (:Набор)

SubClassOf (:Набор :Объект)

# Class: :Объект (:Объект)

SubClassOf (:Объект :ФизическиеПонятия)

# Class: :Процесс (:Процесс)

SubClassOf (:Процесс :ФизическиеПонятия)

# Class: :Робот (:Робот)

SubClassOf (:Робот :Агент)

SubClassOf (:Робот :Устройство)

# Class: :РобототехническийКомплекс (:РобототехническийКомплекс)

SubClassOf (:РобототехническийКомплекс :ИскусственнаяСистема)

# Class: :Устройство (:Устройство)

SubClassOf (:Устройство :Артефакт)

# Class: :ФизическиеПонятия (:ФизическиеПонятия)

SubClassOf (:ФизическиеПонятия :Сущность)

3.6 Понятие Робот-агент применимо к роботам и процессам, в которых робот является активным участником. В этой парадигме режимы работы представляются в виде субпонятий понятия Робот-агент, соответствующих тематическим ролям робота в различных процессах.

3.7 Важным дополнением CORA является онтология CORAX, которая представляет понятия и отношения, характерные для субдоменов предметной области "Робототехника и автоматизация", но являющиеся слишком общими для включения в CORA (см. ГОСТ Р 60.0.0.8).

3.8 В настоящем стандарте использован подход, реализованный в онтологии CORAX для описания понятия ТехническийОблик. Таксономия понятия ТехническийОблик приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Таксономия понятия ТехническийОблик онтологии CORAX

3.9 Таксономия понятия ТехническийОблик онтологии CORAX на языке OWL:

Declaration (Class (:АбстрактныеПонятия))

Declaration (Class (:Артефакт))

Declaration (Class (:ОбъектПроектирования))

Declaration (Class (:Объект))

Declaration (Class (:СодержаниеОбъекта))

Declaration (Class (:Сущность))

Declaration (Class (:ТехническийОблик))

Declaration (Class (:Утверждение))

Declaration (Class (:Чертеж))

Declaration (ObjectProperty (:концептуализирует))

Declaration (ObjectProperty (:описывает))

Declaration (ObjectProperty (:содержитИнформациюО))

############################

# Object Properties

############################

# Object Property: :концептуализирует (:концептуализирует)

AsymmetricObjectProperty (:концептуализирует)

ObjectPropertyDomain (:концептуализирует :ТехническийОблик)

ObjectPropertyRange (:концептуализирует :Артефакт)

# Object Property: :описывает (:описывает)

AsymmetricObjectProperty (:описывает)

ObjectPropertyDomain (:описывает :ТехническийОблик)

ObjectPropertyRange (описывает :ОбъектПроектирования)

# Object Property: :содержитИнформациюО (:содержитИнформациюО)

ObjectPropertyDomain (:содержитИнформациюО :СодержаниеОбъекта)

ObjectPropertyRange (:содержитИнформациюО :Утверждение)

############################

# Classes

############################

# Class: :АбстрактныеПонятия (:АбстрактныеПонятия)

SubClassOf (:АбстрактныеПонятия :Сущность)

# Class: :Артефакт (:Артефакт)

SubClassOf (:Артефакт :Объект)

# Class: :ОбъектПроектирования (:ОбъектПроектирования)

SubClassOf (:ОбъектПроектирования :АбстрактныеПонятия)

# Class: :Объект (:Объект)

SubClassOf (:Объект :Сущность)

# Class: :СодержаниеОбъекта (:СодержаниеОбъекта)

SubClassOf (:СодержаниеОбъекта :Объект)

# Class: :ТехническийОблик (:ТехническийОблик)

SubClassOf (:ТехническийОблик :Утверждение)

# Class: :Утверждение (:Утверждение)

SubClassOf (:Утверждение :АбстрактныеПонятия)

# Class: :Чертеж (:Чертеж)

SubClassOf (:Чертеж :СодержаниеОбъекта)

3.10 Расширением CORA является онтология RPARTS, которая также не описывает реальных устройств, которые могут играть роль компонентов роботов (см. ГОСТ Р 60.0.0.8). В онтологию RPARTS на уровне аксиом включены некоторые общие понятия и этот набор является расширяемым. Во всех случаях определения относятся к устройствам, установленным и подключенным на роботе.

Таксономия понятий онтологии RPARTS, связанных с понятием КомпонентРобота, показана на рисунке 4.

Рисунок 4 - Таксономия понятий онтологии RPARTS, связанных с понятием КомпонентРобота

3.11 Таксономия понятий онтологии RPARTS, связанных с понятием КомпонентРобота, на языке OWL:

Declaration (Class (:Робот))

Declaration (Class (:КомпонентРобота))

Declaration (Class (:ИсполнительныйКомпонентРобота))

Declaration (Class (:КоммуникационныйКомпонентРобота))

Declaration (Class (:ОбрабатывающийКомпонентРобота))

Declaration (Class (:СенсорныйКомпонентРобота))

Declaration (Class (:Устройства))

Declaration (ObjectProperty (:выполняетФункцию))

############################

# Object Properties

############################

# Object Property: :выполняетФункцию (:выполняетФункцию)

ObjectPropertyDomain (:выполняетФункцию :Устройства)

ObjectPropertyRange (:выполняетФункцию :ИсполнительныйКомпонентРобота)

ObjectPropertyRange (:выполняетФункцию :КоммуникационныйКомпонентРобота)

ObjectPropertyRange (:выполняетФункцию :ОбрабатывающийКомпонентРобота)

ObjectPropertyRange (:выполняетФункцию :СенсорныйКомпонентРобота)

############################

# Classes

############################

# Class: :КомпонентРобота (:КомпонентРобота)

SubClassOf (:КомпонентРобота :Робот)

# Class: :ИсполнительныйКомпонентРобота (:ИсполнительныйКомпонентРобота)

SubClassOf (:ИсполнительныйКомпонентРобота :КомпонентРобота)

# Class: :КоммуникационныйКомпонентРобота (:КоммуникационныйКомпонентРобота)

SubClassOf (:КоммуникационныйКомпонентРобота :КомпонентРобота)

# Class: :ОбрабатывающийКомпонентРобота (:ОбрабатывающийКомпонентРобота)

SubClassOf (:ОбрабатывающийКомпонентРобота :КомпонентРобота)

# Class: :СенсорныйКомпонентРобота (:СенсорныйКомпонентРобота)

SubClassOf (:СенсорныйКомпонентРобота :КомпонентРобота)

4 Онтологии робототехники, описывающие функциональность и поведение

4.1 Понятие "технологическая операция"

4.1.1 Базовым понятием для определения функциональности и поведения робота является понятие ТехнологическаяОперация (ТОП) [2]. ТОП является целенаправленно выполняемым процессом, класс ТОП является производным от класса SUMO ЦеленаправленныйПроцесс (IntentionalProcess), который, в свою очередь, является подклассом от класса Процесс (Process).

4.1.2 Класс ТОП (TOP_OfRobot) описывается непересекающимися подклассами: Обработка (ProcessingTOP_OfRobot), Движение (MotionTOP_OfRobot), Измерение (SensorialTOP_OfRobot), Коммуникация (CommunicationTOP_OfRobot). Эти подклассы соответствуют ТОП, выполняемым разными частями (подсистемами) робота, показанными на рисунке 4.

4.2 Понятие "функциональность робота"

4.2.1 В рамках ТОП как целенаправленного процесса робот, являющийся агентом этого процесса, должен соответствовать заданной функциональности. Понятие Функциональность является концептом класса абстрактных понятий и обобщает понятие ТОП. Таксономия понятий, связанных с понятием Функциональность, показана на рисунке 5.

Рисунок 5 - Таксономия понятий, связанных с понятием Функциональность

4.2.2 Таксономия понятий, связанных с понятием Функциональность, на языке OWL:

Declaration (Class (:Агент))

Declaration (Class (:Движение))

Declaration (Class (:Измерение))

Declaration (Class (:Коммуникация))

Declaration (Class (:Обработка))

Declaration (Class (:Процесс))

Declaration (Class (:Робот))

Declaration (Class (:ТОП))

Declaration (Class (:Устройство))

Declaration (Class (:Утверждение))

Declaration (Class (:Функциональность))

Declaration (Class (:ЦеленаправленныйПроцесс))

Declaration (ObjectProperty (:исполняет))

Declaration (ObjectProperty (:концептуализирует))

Declaration (ObjectProperty (:соответствует))

############################

# Object Properties

############################

# Object Property: :исполняет (:исполняет)

SubObjectPropertyOf (:исполняет owl:topObjectProperty)

ObjectPropertyDomain (:исполняет :Робот)

ObjectPropertyRange (:исполняет :ТОП)

# Object Property: :концептуализирует (:концептуализирует)

ObjectPropertyDomain (:концептуализирует :Функциональность)

ObjectPropertyRange (:концептуализирует :ТОП)

# Object Property: соответствует (:соответствует)

ObjectPropertyDomain (:соответствует :Робот)

ObjectPropertyRange (:соответствует :Функциональность)

############################

# Classes

############################

# Class: :Агент (:Агент)

SubClassOf (:Агент :Робот)

# Class: :Движение (:Движение)

SubClassOf (:Движение :ТОП)

# Class: :Измерение (:Измерение)

SubClassOf (:Измерение :ТОП)

# Class: Коммуникация (:Коммуникация)

SubClassOf (:Коммуникация :ТОП)

# Class: :ЦеленаправленныйПроцесс (:ЦеленаправленныйПроцесс)

SubClassOf (:ЦеленаправленныйПроцесс :Процесс)

# Class: :Обработка (:Обработка)

SubClassOf (:Обработка :ТОП)

# Class: :ТОП (:ТОП)

SubClassOf (:ТОП :ЦеленаправленныйПроцесс)

# Class: :Устройство (:Устройство)

SubClassOf (:Устройство :Робот)

# Class: :Функциональность (:Функциональность)

SubClassOf (:Функциональность :Утверждение)

4.3 Понятие "поведение робота"

4.3.1 Понятие ПоведениеРобота связывает физическое описание робота-агента с выполняемой миссией. Поведение формируется на базе ТОП. Таксономия понятий, связанных с понятием ПоведениеРобота, показана на рисунке 6.

Рисунок 6 - Таксономия понятий, связанных с понятием ПоведениеРобота

4.3.2 Таксономия понятий, связанных с понятием ПоведениеРобота, на языке OWL:

Declaration (Class (:Движение))

Declaration (Class (:Измерение))

Declaration (Class (:Коммуникация))

Declaration (Class (:Миссия))

Declaration (Class (:Обработка))

Declaration (Class (:ПоведениеРобота))

Declaration (Class (:Робот))

Declaration (Class (:Сценарий))

Declaration (Class (:ТОП))

Declaration (Class (:Утверждение))

Declaration (Class (:Функциональность))

Declaration (Class (:ЦеленаправленныйПроцесс))

Declaration (ObjectProperty (:исполняет))

Declaration (ObjectProperty (:концептуализирует))

Declaration (ObjectProperty (:соответствует))

############################

# Object Properties

############################

# Object Property: :исполняет (:исполняет)

SubObjectPropertyOf (:исполняет owl:topObjectProperty)

# Object Property: соответствует (:соответствует)

ObjectPropertyDomain (:соответствует :Робот)

ObjectPropertyRange (:соответствует :Миссия)

############################

# Classes

############################

# Class: Движение (:Движение)

SubClassOf (:Движение :ТОП)

# Class: :Измерение (:Измерение)

SubClassOf (:Измерение :ТОП)

# Class: :Коммуникация (:Коммуникация)

SubClassOf (:Коммуникация :ТОП)

# Class: :Миссия (:Миссия)

EquivalentClasses (:Миссия ObjectSomeValuesFrom (:концептуализирует :ПоведениеРобота))

SubClassOf (:Миссия :Утверждение)

# Class: :Обработка (:Обработка)

SubClassOf (:Обработка :ТОП)

# Class: :ПоведениеРобота (:ПоведениеРобота)

SubClassOf (:ПоведениеРобота :ЦеленаправленныйПроцесс)

# Class: :Робот (:Робот)

EquivalentClasses (:Робот ObjectSomeValuesFrom (:исполняет :ПоведениеРобота))

# Class: :Сценарий (:Сценарий)

SubClassOf (:Сценарий :Миссия)

# Class: :ТОП (:ТОП)

SubClassOf (:ТОП :ПоведениеРобота)

# Class: :Функциональность (:Функциональность)

EquivalentClasses (:Функциональность ObjectSomeValuesFrom (:концептуализирует :ТОП))

SubClassOf (:Функциональность :Сценарий)

Библиография