An ontology framework for developing platform-independent knowledge-based engineering systems in the aerospace industry

This paper presents the development of a novel knowledge-based engineering (KBE) framework for implementing platform-independent knowledge-enabled product design systems within the aerospace industry. The aim of the KBE framework is to strengthen the structure, reuse and portability of knowledge consumed within KBE systems in view of supporting the cost-effective and long-term preservation of knowledge within such systems. The proposed KBE framework uses an ontology-based approach for semantic knowledge management and adopts a model-driven architecture style from the software engineering discipline. Its phases are mainly (1) Capture knowledge required for KBE system; (2) Ontology model construct of KBE system; (3) Platform-independent model (PIM) technology selection and implementation and (4) Integration of PIM KBE knowledge with computer-aided design system. A rigorous methodology is employed which is comprised of five qualitative phases namely, requirement analysis for the KBE framework, identifying software and ontological engineering elements, integration of both elements, proof of concept prototype demonstrator and finally experts validation. A case study investigating four primitive three-dimensional geometry shapes is used to quantify the applicability of the KBE framework in the aerospace industry. Additionally, experts within the aerospace and software engineering sector validated the strengths/benefits and limitations of the KBE framework. The major benefits of the developed approach are in the reduction of man-hours required for developing KBE systems within the aerospace industry and the maintainability and abstraction of the knowledge required for developing KBE systems. This approach strengthens knowledge reuse and eliminates platform-specific approaches to developing KBE systems ensuring the preservation of KBE knowledge for the long term

A NASA-wide approach toward cost-effective, high-quality software through reuse

NASA Langley Research Center sponsored the second Workshop on NASA Research in Software Reuse on May 5-6, 1992 at the Research Triangle Park, North Carolina. The workshop was hosted by the Research Triangle Institute. Participants came from the three NASA centers, four NASA contractor companies, two research institutes and the Air Force's Rome Laboratory. The purpose of the workshop was to exchange information on software reuse tool development, particularly with respect to tool needs, requirements, and effectiveness. The participants presented the software reuse activities and tools being developed and used by their individual centers and programs. These programs address a wide range of reuse issues. The group also developed a mission and goals for software reuse within NASA. This publication summarizes the presentations and the issues discussed during the workshop

Integrating building and urban semantics to empower smart water solutions

Current urban water research involves intelligent sensing, systems integration, proactive users and data-driven management through advanced analytics. The convergence of building information modeling with the smart water field provides an opportunity to transcend existing operational barriers. Such research would pave the way for demand-side management, active consumers, and demand-optimized networks, through interoperability and a system of systems approach. This paper presents a semantic knowledge management service and domain ontology which support a novel cloud-edge solution, by unifying domestic socio-technical water systems with clean and waste networks at an urban scale, to deliver value-added services for consumers and network operators. The web service integrates state of the art sensing, data analytics and middleware components. We propose an ontology for the domain which describes smart homes, smart metering, telemetry, and geographic information systems, alongside social concepts. This integrates previously isolated systems as well as supply and demand-side interventions, to improve system performance. A use case of demand-optimized management is introduced, and smart home application interoperability is demonstrated, before the performance of the semantic web service is presented and compared to alternatives. Our findings suggest that semantic web technologies and IoT can merge to bring together large data models with dynamic data streams, to support powerful applications in the operational phase of built environment systems

Towards Designing and Generating User Interfaces by Using Expert Knowledge

[ES] La investigación reportada en la presente tesis doctoral se lleva a cabo a través de la metodología de la ciencia del diseño que se centra en la creación y evaluación de artefactos. En esta tesis, el principal artefacto es el novedoso enfoque para diseñar y generar interfaces de usuario utilizando el conocimiento experto. Con el fin de permitir el uso del conocimiento experto, el enfoque propuesto se basa en la reutilización de patrones de diseño que incorporan el conocimiento experto del diseño de la interfaz y proporcionan soluciones reutilizables a diversos problemas de diseño. El objetivo principal de dicho enfoque es abordar el uso de patrones de diseño a fin de garantizar que los conocimientos especializados se integren en el diseño y la generación de interfaces de usuario para aplicaciones móviles y web. Las contribuciones específicas de esta tesis se resumen a continuación: Una primera contribución consiste en el marco AUIDP que se define para apoyar el diseño y la generación de interfaces adaptativas para aplicaciones web y móviles utilizando patrones de diseño HCI. El marco propuesto abarca tanto la etapa de diseño como la de ejecución de dichas interfaces. En el momento del diseño, los modelos de patrones de diseño junto con la interfaz de usuario y el perfil de usuario se definen siguiendo una metodología de desarrollo específica. En tiempo de ejecución, los modelos creados se utilizan para permitir la selección de patrones de diseño de HCI y para permitir la generación de interfaces de usuario a partir de las soluciones de diseño proporcionadas por los patrones de diseño relevantes. La segunda contribución es un método de especificación para establecer un modelo de ontología que convierte la representación tradicional basada en texto en la representación formal del patrón de diseño de HCI. Este método adopta la metodología Neon para lograr la transición de las representaciones informales a las formales. El modelo de ontología creado se llama MIDEP, que es una ontología modular que captura el conocimiento sobre los patrones de diseño, así como la interfaz de usuario y el perfil del usuario. La tercera contribución es el IDEPAR, que es el primer sistema dentro del marco global del AUIDP. Este sistema tiene como objetivo recomendar automáticamente los patrones de diseño más relevantes para un problema de diseño dado. Se basa en un enfoque híbrido que utiliza una combinación mixta de técnicas de recomendación basadas en texto y ontología para producir recomendaciones de patrones de diseño que proporcionan soluciones de diseño apropiadas. La cuarta contribución es un sistema generador de interfaz llamado ICGDEP, que se propone para generar automáticamente el código fuente de la interfaz de usuario para aplicaciones web y móviles. El ICGDEP es el segundo sistema dentro del marco global de AUIDP y se basa en el uso de patrones de diseño de HCI que son recomendados por el sistema IDEPAR. Su objetivo principal es generar automáticamente el código fuente de la interfaz de usuario a partir de las soluciones de diseño proporcionadas por los patrones de diseño. Para lograr esto, el sistema ICGDEP utiliza un método que permite la generación de código fuente de interfaz de usuario para la aplicación de destino. Las contribuciones aportadas en la presente tesis han sido validadas a través de diferentes perspectivas. En primer lugar, la evaluación de la ontología MIDEP desarrollada se realiza utilizando preguntas de competencia, enfoques de evaluación basados en la tecnología y basados en aplicaciones. En segundo lugar, la evaluación del sistema IDEPAR se establece mediante un patrón producido por expertos y un estudio de evaluación centrado en el usuario. Luego, el sistema ICGDEP es evaluado en términos de ser utilizado efectivamente por los desarrolladores, considerando el factor de productividad. Por último, la evaluación del marco mundial de AUIDP se lleva a cabo mediante estudios de casos y estudios de usabilidad.[CA] La investigació reportada en aquesta tesi doctoral es duu a terme a través de la metodologia de la ciència del disseny que se centra en la creació i avaluació d'artefactes. En aquesta tesi, el principal artefacte és el nou enfocament per dissenyar i generar interfícies d'usuari utilitzant el coneixement expert. Per tal de permetre l'ús del coneixement expert, l'enfocament proposat es basa en la reutilització de patrons de disseny que incorporen el coneixement expert del disseny de la interfície i proporcionen solucions reutilitzables a diversos problemes de disseny. L'objectiu principal d'aquest enfocament és abordar l'ús de patrons de disseny per tal de garantir que els coneixements especialitzats s'integrin en el disseny i la generació d'interfícies d'usuari per a aplicacions mòbils i web. Les contribucions específiques d'aquesta tesi es resumeixen a continuació: Una primera contribució consisteix en el marc AUIDP que es defineix per donar suport al disseny i generació d'interfícies adaptatives per a aplicacions web i mòbils utilitzant patrons de disseny HCI. El marc proposat inclou tant l'etapa de disseny com la d'execució de les interfícies esmentades. En el moment del disseny, els models de patrons de disseny juntament amb la interfície d'usuari i el perfil d'usuari es defineixen seguint una metodologia de desenvolupament específica. En temps d'execució, els models creats s'utilitzen per permetre la selecció de patrons de disseny de HCI i per permetre la generació de interfícies d'usuari a partir de les solucions de disseny proporcionades pels patrons de disseny rellevants. La segona contribució és un mètode d'especificació per establir un model d'ontologia que converteix la representació tradicional basada en text en la representació formal del patró de disseny de HCI. Aquest mètode adopta la metodologia Neon per aconseguir la transició de les representacions informals a les formals. El model d'ontologia creat s'anomena MIDEP, una ontologia modular que captura el coneixement sobre els patrons de disseny, així com la interfície d'usuari i el perfil de l'usuari. La tercera contribució és l'IDEPAR, que és el primer sistema dins del marc global de l'AUIDP. Aquest sistema té com a objectiu recomanar automàticament els patrons de disseny més rellevants per a un problema de disseny donat. Es basa en un enfocament híbrid que utilitza una combinació mixta de tècniques de recomanació basades en text i ontologia per produir recomanacions de patrons de disseny que proporcionen solucions de disseny apropiades. La quarta contribució és un sistema generador d'interfície anomenat ICGDEP, que es proposa per generar automàticament el codi font de la interfície d'usuari per a aplicacions web i mòbils. L'ICGDEP és el segon sistema dins del marc global d'AUIDP i es basa en l'ús de patrons de disseny de HCI que són recomanats pel sistema IDEPAR. El seu objectiu principal és generar automàticament el codi font de la interfície d'usuari a partir de les solucions de disseny proporcionades pels patrons de disseny. Per aconseguir-ho, el sistema ICGDEP utilitza un mètode que permet generar codi font d'interfície d'usuari per a l'aplicació de destinació. Les contribucions aportades a la present tesi han estat validades a través de diferents perspectives. En primer lloc, l'avaluació de l'ontologia MIDEP desenvolupada es fa utilitzant preguntes de competència, enfocaments d'avaluació basats en la tecnologia i basats en aplicacions. En segon lloc, l'avaluació del sistema IDEPAR s'estableix mitjançant un patró produït per experts i un estudi d'avaluació centrat en l'usuari. Després, el sistema ICGDEP és avaluat en termes de ser utilitzat efectivament pels desenvolupadors, considerant el factor de productivitat. Finalment, l'avaluació del marc mundial d'AUIDP es fa mitjançant estudis de casos i estudis d'usabilitat.[EN] The research reported in the present PhD dissertation is conducted through the design science methodology that focuses on creating and evaluating artifacts. In the current thesis, the main artifact is the novel approach to design and generate user interfaces using expert knowledge. In order to enable the use of expert knowledge, the present approach is devoted to reuse design patterns that incorporate expert knowledge of interface design and provide reusable solutions to various design problems. The main goal of the proposed approach is to address the use of design patterns in order to ensure that expert knowledge is integrated into the design and generation of user interfaces for mobile and Web applications. The specific contributions of this thesis are summarized below: This first contribution is the AUIDP framework that is defined to support the design and generation of adaptive interfaces for Web and mobile applications using HCI design patterns. The proposed framework spans over design-time and run-time. At design-time, models of design patterns along with user interface and user profile are defined following a specific development methodology. At run-time, the created models are used to allow the selection of HCI design patterns and to enable the generation of user interfaces from the design solutions provided by the relevant design patterns. The second contribution is a specification method to establish an ontology model that turns traditional text-based representation into formal HCI design pattern representation. This method adopts the Neon methodology to achieve the transition from informal to formal representations. The created ontology model is named MIDEP, which is a modular ontology that captures knowledge about design patterns as well as the user interface and user's profile. The third contribution is the IDEPAR, which is the first system within the global AUIDP framework. This system aims to automatically recommend the most relevant design patterns for a given design problem. It is based on a hybrid approach that relies on a mixed combination of text-based and ontology-based recommendation techniques to produce design pattern recommendations that provide appropriate design solutions. The fourth contribution is an interface generator system called ICGDEP, which is proposed to automatically generate the user interface source code for Web and mobile applications. The proposed ICGDEP is the second system within the global AUIDP framework and relies on the use of HCI design patterns that are recommended by the IDEPAR system. It mainly aims at automatically generating the user interface source code from the design solutions provided by design patterns. To achieve this, the ICGDEP system is based on a generation method that allows the generation of user interface source code for the target application. The contributions provided in the present thesis have been validated through different perspectives. First, the evaluation of the developed MIDEP ontology is performed using competency questions, technology-based, and application-based evaluation approaches. Second, the evaluation of the IDEPAR system is established through an expert-based gold standard and a user-centric evaluation study. Then, the ICGDEP system is evaluated in terms of being effectively used by developers, considering the productivity factor. Finally, the evaluation of the global AUIDP framework is conducted through case studies and usability studies.Braham, A. (2022). Towards Designing and Generating User Interfaces by Using Expert Knowledge [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19092