Was sind die Hauptprobleme des normalen Webs?
Unstrukturierte, unverknüpfte Informationen; Bedeutung nur für Menschen interpretierbar; Heterogenität der Formate und Sprachen; implizites Wissen nicht maschinenlesbar.
Was ist das Ziel des Semantic Web?
Informationen so zu strukturieren, dass Maschinen deren Bedeutung verstehen, interpretieren und nutzen können.
Wer prägte den Begriff 'Semantic Web'?
Tim Berners-Lee – Er sah das Semantic Web als Erweiterung des heutigen Webs, in dem Informationen eine definierte Bedeutung haben.
Was ist Semantik im Kontext des Semantic Web?
Semantik bezieht sich auf die Bedeutung von Zeichen und Zeichenfolgen – im Semantic Web beschreibt sie die Bedeutung von Daten.
Wie ist das Semantic Web innerhalb der KI einzuordnen?
Es gehört zur symbolischen KI – Wissen wird explizit beschrieben und inferiert, im Gegensatz zur datengetriebenen subsymbolischen KI.
Warum reicht XML für semantische Anwendungen nicht aus?
XML beschreibt nur hierarchische Strukturen (Bäume), aber keine Beziehungen oder Bedeutungen zwischen Daten – RDF hingegen bildet semantische Graphen ab.
Was ist das Resource Description Framework (RDF)?
Ein W3C-Standard zur Beschreibung von Ressourcen durch Tripel aus Subjekt, Prädikat und Objekt (SPO), die semantische Beziehungen abbilden.
Wie unterscheiden sich XML und RDF?
XML speichert strukturierte Daten hierarchisch; RDF beschreibt Beziehungen zwischen Ressourcen in Form von Tripeln und bildet so Graphen ab.
Was ist ein RDF-Triple?
Eine Aussage der Form Subjekt–Prädikat–Objekt, z. B. <FilmFan> Tim <fanVon> FilmXA1BS.
Was ist der Unterschied zwischen URI und URL?
URI ist ein globaler, eindeutiger Bezeichner für eine Ressource; eine URL ist eine spezielle Form des URI, die eine Adresse im Internet beschreibt.
Was sind Namensräume in RDF?
Namensräume (Namespace + Identifier) strukturieren URIs, um Eindeutigkeit zu gewährleisten, z. B. http://hsu-hh.de/aut/ontologies/filmDB#User.
Was sind gängige Serialisierungsformate für RDF?
Turtle (kompakt und menschenlesbar) und RDF/XML (kompatibel mit XML-Tools).
Was ist Turtle?
Ein Serialisierungsformat für RDF, das Tripel mit URIs und Literalen beschreibt, z. B. Film:Tim Film:folgt Film:Julia.
Was ist SPARQL?
Eine Abfragesprache für RDF-Daten; sie ermöglicht das Durchsuchen von Graph-Datenbanken nach bestimmten Mustern von Tripeln.
Wie ist eine SPARQL-Abfrage aufgebaut?
1. PREFIX-Definition der Namensräume; 2. SELECT-Teil für Variablen; 3. WHERE-Klausel mit Mustergraphen.
Was ist ein SPARQL-Update?
Eine Operation zum Einfügen oder Löschen von RDF-Tripeln in einem Triple Store, z. B. mit INSERT oder DELETE.
Was ist ein Triple Store?
Eine Graphdatenbank, die RDF-Daten speichert und über SPARQL zugänglich macht (z. B. GraphDB, Stardog, Apache Jena).
Was ist RDFS (RDF Schema)?
Eine Erweiterung von RDF zur Definition von Klassen, Hierarchien und Eigenschaften – Grundlage einfacher Ontologien.
Was ist der Unterschied zwischen RDF und RDFS?
RDF beschreibt konkrete Ressourcen (Faktenwissen, A-Box); RDFS ergänzt diese um Klassen und Relationen (Terminologisches Wissen, T-Box).
Was ist eine Ontologie?
Ein formales Modell, das Konzepte (Klassen) und deren Beziehungen beschreibt, um Wissen strukturiert und maschinenlesbar abzubilden.
Was sind T-Box und A-Box?
T-Box: terminologisches Wissen (Klassen, Regeln); A-Box: assertionales Wissen (konkrete Instanzen und Fakten).
Was ist der Zweck einer Klassenhierarchie in RDFS?
Ermöglicht Inferenz: Wenn A Unterklasse von B ist, ist jedes A auch ein B (Transitivität).
Wie werden Klassen und Instanzen in RDFS definiert?
Mit rdfs:Class für Klassen und rdf:type für Instanzen.
Was bedeutet rdfs:subClassOf?
Definiert Hierarchien zwischen Klassen – erlaubt das automatische Schließen über übergeordnete Klassen.
Was ist eine Property in RDFS?
Ein Merkmal oder eine Beziehung zwischen Ressourcen, das mit rdf:Property definiert wird.
Was bedeuten rdfs:domain und rdfs:range?
Domain: definiert, für welche Subjekte eine Eigenschaft gilt; Range: legt den Typ der Objekte fest.
Was passiert, wenn Domain und Range falsch modelliert werden?
Das System kann falsche Inferenz ziehen, z. B. ein Film wird als FilmFan interpretiert.
Was ist rdfs:label und wozu dient es?
Ein menschenlesbares Label für Ressourcen – ergänzt maschinenlesbare URIs durch verständliche Beschreibungen.
Was ist rdfs:comment?
Ein menschenlesbarer Kommentar zur Beschreibung einer Ressource oder Klasse.
Was sind rdfs:seeAlso und rdfs:isDefinedBy?
Links zu weiterführenden Informationen oder Definitionen einer Ressource.
Was ist der Unterschied zwischen RDF, RDFS und OWL?
RDF: beschreibt Daten; RDFS: strukturiert einfache Ontologien; OWL: erlaubt komplexe Beziehungen, Regeln und Einschränkungen.
Was ist OWL (Web Ontology Language)?
Ein W3C-Standard für komplexe Ontologien, erlaubt z. B. logische Restriktionen, Kardinalitäten und Inferenzregeln.
Was bedeutet Inferenz im Semantic Web?
Das automatische Ableiten neuer Informationen aus bestehenden Fakten, z. B. durch Domain/Range oder Klassenhierarchien.
Was ist die Rolle von SPARQL im Semantic Web?
Ermöglicht Abfragen und Manipulationen semantischer Daten in RDF-Graphen.
Was ist Linked Data?
Ein Netzwerk miteinander verknüpfter Datenbanken, die über RDF und URIs verbunden sind und maschinenlesbar Beziehungen darstellen.
Wie trägt das Semantic Web zur Industrie 4.0 bei?
Es ermöglicht Datenintegration, Inferenz und Konsistenzprüfung über verschiedene Systeme hinweg in der Informationsschicht (RAMI 4.0).
Was sind typische Anwendungsfelder von Semantic-Web-Technologien?
Datenintegration (z. B. Energieverbrauch, Werkerassistenz), Inferenz und Konsistenzprüfung in Automatisierungssystemen.
Was beschreibt der Semantic Web Stack?
Die Schichtenarchitektur: XML → RDF → RDFS → OWL → SPARQL → SWRL → SHACL, aufeinander aufbauende Standards.
Was sind die Grenzen von RDFS?
Eingeschränkte Ausdrucksstärke, keine komplexen Relationen, einfache Konsistenzprüfungen, kein Import anderer Ontologien.
Was versteht man unter Uniform Resource Identifier (URI)?
Ein global eindeutiger Bezeichner, der eine Ressource identifiziert – nicht zwingend mit einer physischen Adresse verbunden.
Wie kann man RDF in XML serialisieren?
Mit RDF/XML, wobei rdf:Description für Subjekte genutzt wird und Prädikate als XML-Tags eingebettet werden.
Wie unterscheidet sich RDF von relationalen Datenbanken?
RDF speichert Wissen als Graph (Tripel), während relationale Datenbanken Tabellen mit festen Schemata verwenden.
RDF beschreibt Fakten (A-Box), RDFS beschreibt einfache Klassen- und Property-Hierarchien (T-Box), OWL erweitert dies um komplexe Beziehungen, Einschränkungen und Inferenzregeln.
Warum reicht RDFS oft nicht aus?
Weil es keine komplexen Strukturen, Imports oder Konsistenzprüfungen erlaubt und nur ein einfaches Vokabular bietet.
Wofür steht OWL und was ist ihr Zweck?
OWL steht für Web Ontology Language und ermöglicht die formale, maschinenlesbare Beschreibung komplexer Ontologien mit logischer Inferenz.
Welche Grundbausteine hat OWL?
Klassen (owl:Class), Eigenschaften (owl:ObjectProperty, owl:DataProperty) und Individuen (Instanzen).
Was ist der Unterschied zwischen owl:ObjectProperty und owl:DataProperty?
ObjectProperty verbindet Individuen miteinander, DataProperty verbindet Individuen mit konkreten Datenwerten.
Was ist owl:disjointWith?
Deklariert zwei Klassen als disjunkt – Individuen dürfen nicht beiden Klassen angehören.
Was ist owl:equivalentClass?
Definiert, dass zwei Klassen dieselbe Bedeutung haben – alle Individuen gehören beiden an.
Was ist owl:oneOf?
Definiert eine Klasse, die aus einer festgelegten endlichen Menge an Individuen besteht.
Welche logischen Operatoren gibt es in OWL für Klassenkombinationen?
owl:intersectionOf (UND), owl:unionOf (ODER), owl:complementOf (NICHT).
Was ist owl:sameAs?
Deklariert, dass zwei verschiedene URIs dasselbe Individuum bezeichnen.
Was ist owl:differentFrom?
Deklariert, dass zwei Individuen unterschiedlich sind.
Was bedeutet eine transitive Property in OWL?
Wenn A mit B und B mit C über dieselbe Property verbunden ist, wird inferiert, dass A auch mit C verbunden ist.
Was beschreibt owl:maxCardinality, owl:minCardinality und owl:cardinality?
MaxCardinality: höchstens N Verbindungen; MinCardinality: mindestens N; Cardinality: genau N.
Was ist die Open World Assumption (OWA)?
Annahme, dass Wissen unvollständig ist – fehlende Informationen bedeuten nicht 'falsch', sondern 'unbekannt'.
Was ist die Closed World Assumption (CWA)?
Annahme, dass alles Wissen vollständig ist – was nicht bekannt ist, gilt als falsch.
Wie unterscheidet sich OWL von objektorientierter Modellierung?
In OOP gilt CWA: fehlende Attribute sind Fehler; in OWL gilt OWA: fehlende Informationen sind erlaubt und können später ergänzt werden.
Welche Property-Charakteristika existieren in OWL?
Functional, InverseFunctional, Transitive, Symmetric, Asymmetric, Reflexive, Irreflexive.
Was bewirkt eine Functional Property?
Ein Subjekt kann nur mit einem Objekt über diese Property verbunden sein.
Was bewirkt eine Inverse Functional Property?
Ein Objekt kann nur mit einem Subjekt über diese Property verbunden sein.
Was bewirkt eine Symmetric Property?
Wenn A mit B in Beziehung steht, steht auch B mit A in Beziehung.
Was bewirkt eine Asymmetric Property?
Wenn A mit B in Beziehung steht, darf B nicht mit A in derselben Beziehung stehen.
Was bedeutet eine Reflexive Property?
Jedes Individuum steht mit sich selbst in Beziehung über diese Property.
Was bedeutet eine Irreflexive Property?
Kein Individuum darf mit sich selbst über diese Property verbunden sein.
Was ist owl:import?
Erlaubt das Einbinden externer Ontologien zur Wiederverwendung und Kombination von Wissen.
Was sind Vorteile von OWL gegenüber RDFS?
Komplexe Modellierung, formale Logik, Inferenz, Konsistenzprüfung, Wiederverwendbarkeit durch owl:import.
Was sind typische Reasoning-Aufgaben in OWL?
Explorative Abfragen, existentielle Abfragen, Konsistenzprüfung der T-Box und Instanzüberprüfung der A-Box.
Welches Tool wird zur Arbeit mit OWL empfohlen?
Protégé – ein Open-Source-Tool zur Modellierung, Visualisierung und Prüfung von Ontologien.
Was ist der Unterschied zwischen Lightweight und Heavyweight Ontologien?
Lightweight: einfache Struktur (z. B. RDFS); Heavyweight: formale Logik, Inferenzregeln und Ontology Design Patterns (z. B. OWL).
Was ist der Zweck von Ontology Design Patterns (ODP)?
Wiederverwendung bewährter Modellierungsmuster für häufige Probleme in Ontologie-Designs.
Was ist eine Competency Question (CQ)?
Eine konkrete Frage, die eine Ontologie beantworten können soll – Grundlage für deren Entwurf.
Was ist der Nutzen von ISO 22400-2 und DIN EN 62264-2 in der Ontologieentwicklung?
Sie liefern standardisierte Informationsmodelle, die in Ontologien überführt werden können (z. B. für KPIs und Anlagenstrukturen).
Was beschreibt Plug-and-Produce im Kontext semantischer Technologien?
Automatische Integration und Inbetriebnahme von Maschinen über semantische Beschreibungen ihrer Fähigkeiten und Funktionen.
Wie hilft OWL bei Plug-and-Produce?
Durch semantische Modellierung können Maschinen mit bestimmten Fähigkeiten automatisch identifiziert, integriert und geprüft werden.
Was ist eine Capability im Plug-and-Produce-Kontext?
Eine deklarierte Fähigkeit einer Maschine, z. B. Bohren oder Fräsen, die über Ontologien beschrieben wird.
Was versteht man unter Reasoning in diesem Zusammenhang?
Automatisches Schließen neuer Fakten, z. B. welche Maschine für eine Funktion geeignet ist.
Wie wird Konsistenzprüfung im Engineering genutzt?
Um automatisch zu erkennen, ob Modelle (z. B. aus verschiedenen Tools) widersprüchlich sind.
Was ist die Idee hinter semantischer Datenintegration im Engineering?
Vereinheitlichung heterogener Datenquellen (ERP, MES, CAD, Simulation) durch gemeinsame Ontologien und SPARQL-Abfragen.
Wie unterstützt das Semantic Web die Rekonfiguration technischer Systeme?
Durch semantische Modellierung und Simulation können Ressourcen automatisch angepasst und Abläufe flexibel konfiguriert werden.
Wie trägt semantisches Wissen zur Produktionsplanung bei?
Produkteigenschaften und Systemfähigkeiten werden semantisch beschrieben, um Produktionspläne automatisch zu generieren.
Was ist der Vorteil semantischer Modelle bei CAE-Systemen?
Automatisches Erkennen von Fähigkeiten, Bewegungsräumen und Inkonsistenzen durch standardisierte Ontologien.
Welche Standards und Quellen werden für semantische Modellierung herangezogen?
ISO 22400-2, DIN EN 62264-2, AutomationML, sowie Ontology Design Patterns nach [Hil18a], [Hil18b].
Was ermöglicht der Einsatz von SPARQL in diesen Anwendungen?
SPARQL dient zur Abfrage und Selektion von Objekten, Klassen oder Beziehungen in Ontologien, z. B. zur Auswahl geeigneter Maschinen.
Was ist das zentrale Ziel semantischer Technologien in der Automatisierung?
Erhöhung der Interoperabilität, Automatisierung und Flexibilität durch formale, maschinenlesbare Wissensrepräsentation.
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