Einsatz eines semantischen Wikis in einem wissensintensiven Umfeld am Beispiel Concept Development & Experimentation

Diplomarbeit von Tom Berger

Einleitung:

‘Properly designed, the Semantic Web can assist the evolution of human knowledge as a whole.” Tim Berners-Lee - bekannt als der ‘Erfinder’ des Internet und Vorsitzender des World Wide Web Consortium - erregte 2001 mit seinem Artikel ‘The Semantic Web’ im Scientific American Magazine Aufsehen, als er seine Vision von der Zukunft des Internet beschrieb. Was sind die Ideen, die sich hinter dem Begriff verbergen und was ist fast ein Jahrzehnt danach aus dieser Vision geworden?

Das Internet begann als geschlossenes Medium, dessen Nutzer vor allem Inhalte lesen und nicht schreiben konnten - auch wenn das von Berners-Lee ursprünglich anders geplant war. Erst einige Jahre später begann eine Entwicklung, die oft als ‘Web 2.0’ bezeichnet wird: Das Internet ist zum Read-Write-Medium geworden. Getrieben wurde diese Entwicklung vor allem von Weblogs und Wikis, die einer sehr viel größeren Anzahl von Nutzern die Veröffentlichung von Inhalten ermöglichte. Die erzeugten und gespeicherten Informationen wachsen seitdem noch deutlich schneller als zuvor und die Frage, ‘wie man diese Informationsmengen noch organisieren und sinnvoll zusammenführen kann’, wird drängender. Die Möglichkeiten, die das Web 2.0 bietet, und die Probleme und Herausforderungen des Wissensmanagements sind natürlich auch längst in unternehmensinternen Netzen angekommen.

Das Semantische Web soll das bisherige nicht ersetzen, sondern erweitern. Die Idee des Semantischen Webs lässt sich leicht zusammenfassen: Inhalte und Links im Internet werden mit einer Bedeutung (Semantik) versehen, so dass sie für Maschinen und nicht nur für Menschen lesbar sind. Mit Maschinen sind zum Beispiel Suchmaschinen, aber auch beliebige andere Computerprogramme gemeint, die im Internet Informationen auswerten oder finden sollen.

Berners-Lee beginnt in seinem Artikel mit der Beschreibung eines komplexen Szenarios, in dem mehrere menschliche Akteure solche ‘Maschinen’ nutzen - bezeichnet als semantic web agents. Sie können Termine untereinander und mit Dienstleistern in der Nähe abstimmen, Auswahlkriterien priorisieren. Sogar alle Geräte mit der Eigenschaft ‘Hat Lautstärkeregelung’ im Haus werden automatisch leiser geregelt, wenn ein Anruf angenommen wird. Agenten ‘können nicht nur ihre Umgebung wahrnehmen und darauf reagieren, sondern sind in der Lage, ihr Agieren zu planen, zu kommunizieren und aus Erfahrung zu lernen’.

Zukunftsmusik? Sicherlich - viele dieser Anwendungsfälle können heute auch ohne das ‘Semantische Web’ abgedeckt werden. Alles in allem bleiben das jedoch noch Insellösungen, die zum Beispiel auf speziellen, nicht-öffentlichen Datenbanken mit festen, definierten Datenstrukturen beruhen.

In der Literatur werden viele weitere beeindruckende Anwendungsbeispiele genannt. Alle ist ein Grundprinzip gemeinsam: Daten werden ‘klassifiziert, typisiert und zueinander in Beziehung gesetzt’. Aber anders als in Datenbanken hat das Web einen offenen, immer unvollständigen Charakter. Sogar die Erzeugung ‘neuen Wissens’, also solchem, das nicht implizit angegeben wurde, wird möglich. Auch diesem Aspekt widmet sich diese Arbeit.

Die Vision von Berners-Lee ist bisher nur in kleinen Teilen des Internet realisiert und noch ist unklar, ob es je dieses ‘neue’ Web in seiner ganzen Breite geben wird. Ein Bereich, in dem es aktive Entwicklungen und Forschungen gibt, sind die semantischen Wikis. Deswegen liegt hier das Hauptaugenmerk dieser Arbeit. Besonders interessant ist dabei die Vermischung einer etablierten Web-2.0-Technologie mit der neuen Idee der Maschinenlesbarkeit. Damit diese Betrachtungen nicht rein theoretischer Natur bleiben, soll ein solches Wiki auch für ein konkretes Projekt umgesetzt werden.

Ziel dieser Arbeit ist eine Bewertung, inwieweit semantische Technologien einen Mehrwert für ein Wiki bringen können - ganz im Sinne der Mehrwerte, die Tim Berners-Lee für das Web als Ganzes gesehen hat.

Inhaltsverzeichnis:

	Abbildungsverzeichnis	VI
	Tabellenverzeichnis	VIII
	Abkürzungsverzeichnis	IX
1	Einleitung	1
1.1	Eingrenzung und Aufbau dieser Arbeit	2
1.2	Die wissensintensive Domäne CD&E	3
2	Semantische Wikis zur Unterstützung von Wissensmanagement	10
2.1	Wissensmanagement in Unternehmen	10
2.2	Organisationale Wikis	12
2.3	Semantische Erweiterung	15
2.3.1	Formale Beschreibungssprachen für das Semantische Web	16
2.3.2	Einsatzgebiete semantischer Wikis	29
2.3.3	Übersicht bestehender Systeme	31
2.3.4	Auswahl der Plattform	35
2.3.5	Semantic MediaWiki	37
3	Analyse der Domäne und Konzeption des semantischen Wikis	44
3.1	Zielstellung	44
3.1.1	Vorgehensmodell	44
3.1.2	Methoden, Modelle und Instrumente	46
3.1.3	Experimente	47
3.1.4	Erreichbarkeit des Wissens	49
3.1.5	Benutzerfreundlichkeit	50
3.2	Entwurf der Ontologie	51
3.2.1	Klassen und Instanzen	53
3.2.2	Attribute	55
4	Realisierung des Wikis	60
4.1	Technische Voraussetzungen	60
4.1.1	Basissoftware	61
4.1.2	Installierte Erweiterungen	62
4.2	Wiki-Elemente von der Ontologie zur fertigen Seite	65
4.3	Vorgehensmodell	67
4.4	Werkzeugkasten	75
4.4.1	Instrumente	76
4.4.2	Konzeptionelle Modelle	79
4.4.3	Wissenschaftliche Methoden	79
4.5	Experimente	83
4.5.1	Bereich Experimente	85
4.5.2	Bereich Experimentphasen	89
4.5.3	Bereich Produkte	91
4.5.4	Erweiterung der Phasen und Werkzeuge	92
4.5.5	Bereich Personen	93
4.6	Wissensmanagement mit den SMW+-Erweiterungen	94
4.6.1	Halo	95
4.6.2	Semantic Gardening	103
4.7	Schwierigkeiten bei Realisierung und Nutzung	109
5	Zusammenfassung	112
5.1	Empfohlenes Vorgehen	113
5.2	Bewertung	114
6	Literaturverzeichnis	116
7	Ehrenwörtliche Erklärung	118
8	Anhang	119
8.1	Auszug LocalSettings.php	119
8.2	Vorlage Experiment	120
8.3	Quelltext Ontologie-Export	121
8.4	Ontologie des CD&E-Wikis	122

Textprobe:

Kapitel 3.1.5, Benutzerfreundlichkeit:

Bisher sind nur technische und inhaltliche Ziele angesprochen worden. Ob sich das semantische Wiki im CD&E-Bereich - und dementsprechend auch in anderen wissensintensiven Projekten - durchsetzen kann, hängt ganz entscheidend vom Faktor Mensch ab. Deswegen wird ‘Benutzerfreundlichkeit’ hier als ein Ziel aufgeführt.

Wie kann die Benutzung eines semantischen Wikis erleichtert werden? Die Erweiterung der Möglichkeiten geht einher mit einer komplexeren Bedienung. Drei Nutzergruppen und ihre Beziehungen zur semantischen Erweiterung lassen sich identifizieren:

Nutzer stellen die eigentlichen Inhalte in das Wiki ein. Der Umgang mit Standardwiki-Funktionalitäten wie kollaboratives Editieren, Verlinkungen und Einbinden externer Dateien ist als Grundfertigkeit gefragt oder muss erlernt werden. Die semantischen Anteile sollten dem Nutzer so leicht wie möglich gemacht werden. Um keine neue Syntax lernen zu müssen, sollten Annotationen und Abfragen vereinfacht werden. Das kann durch wysiwyg-Konzepte, vorgefertigte Vorlagen oder streng schematische Nutzerführung durch Formulare geschehen. Wenn der Nutzer mit geringem Aufwand (oder keinem, da vollständig vor ihm verborgen) einen direkten Mehrwert im Vergleich zum Standardwiki erkennt, sind die Chancen groß, dass er sich in einem semantischen Wiki dauerhaft einbringt.

Ontologisten (Wissensmanager) sollten eine eigene Nutzergruppe im Wiki mit erweiterten Rechten sein. Sie müssen erfahren sein mit Syntax und Bedeutung von Annotationen, Attributen, Klassen und Abfragen. Für die Ontologisten ist wichtig, dass mit dem Wiki leicht Ontologien erstellt und gepflegt werden können. Dazu zählen Bearbeitungsmöglichkeiten im Wiki genauso wie mögliche Anbindung externer Ontologien. Die schnelle Weiterentwicklung im Bereich des Semantic Web müssen Ontologisten verfolgen und in Absprache mit den Administratoren neue Updates und Erweiterungen auf Kompatibilität testen und einspielen lassen.

Wiki-Administratoren kommen mit der Thematik bei der Installation und dem Einspielen von Updates der Komponenten in Berührung. Diese sollten idealerweise als stable releases vorliegen, gut dokumentiert sein und am besten über einen kommerziellen Support oder eine große Community verfügen um Probleme schnell lösen zu können. Wenn die Nutzergruppe der Ontologisten etabliert ist, können sich die Aufgaben der Administratoren auf normale Wiki-Administration beschränken, wodurch sie selbst nicht über Expertenkenntnisse im Semantic Web verfügen müssen.

Diese Überlegungen werden, da die Entscheidung bereits für Semantic MediaWiki getroffen wurde, für die Auswahl der zusätzlichen Erweiterungen berücksichtigt.

3.2, Entwurf der Ontologie:

In diesem Abschnitt wird die Ontologie für das CD&E-Wiki entwickelt. Eine Besonderheit in diesem Projekt ist, dass es noch kein Wiki gibt, also von Grund auf begonnen werden kann. Mit dem Einsatz der angesprochenen Erweiterungen soll jedoch auch ein nachträgliches Bearbeiten der Ontologie so einfach wie möglich gemacht werden. Schließlich werden das Wiki und auch das Wissen im produktiven Einsatz ständig verändert und vergrößert, so dass die Betrachtungen in diesem Abschnitt nur den initiativen Schritt begleiten.

Verschiedene Fragen müssen zuerst beantwortet werden.

Soll die Ontologie im Wiki entwickelt werden oder in einem externen Ontologie-Tool?

Für die Entwicklung im Wiki spricht, dass der Medienbruch und der Aufwand des nachträglichen Imports entfallen. Die Ontologie wird genau mit den Sprachmitteln erzeugt, die das Wiki beherrscht und genau auf die Weise, die auch während des Produktiveinsatzes benutzt werden.

Für den Einsatz eines Ontologie-Tools wie Protégé spricht, dass die Erstellung einer Ontologie mit einer darauf spezialisierten Anwendung wesentlich komfortabler ist. Die Ergebnisse dort vorhandener Deduktionsmechanismen können zwar nicht ins SMW importiert werden, aber dennoch nützliches Wissen erzeugen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Konzentration hier ganz auf der Ontologie liegen kann und noch nicht mit Besonderheiten der Wiki-Administration oder Einstellen von Inhalten vermischt wird.

Wird eine externe, toolbasierte Wissensbasis mit der sich kollaborativ weiterentwickelnden im Wiki synchron gehalten?

Eine ständige Synchronisation der gesamten Ontologie erscheint weder leicht zu realisieren noch sinnvoll. Es ist jedoch möglich, über eine Spezialseite aus dem Wiki Ontologien zu exportieren und in externen Tools weiter zu verarbeiten - um zum Beispiel neues Wissen abzuleiten.

Gibt es weitere praktische Gründe, die für oder gegen eine Vorgehensweise sprechen?

Diese Gründe kann man tatsächlich feststellen, wenn auch erst bei der praktischen Umsetzung. Für das CD&E-Wiki wird ein stark formularorientierter Ansatz gewählt, um die Barrieren für unerfahrene Nutzer niedrig zu halten. Die Erweiterung Semantic Forms bietet unter anderem einige Hilfestellungen beim Erstellen von Kategorien (Klassen) und Attributen. Dazu zählen zum Beispiel Verweise auf Standard-Vorlagen und -Formulare oder Datentypen der Attribute (entspricht der Domain). Diese Zusatzangaben können formularbasiert (und damit einfach) jedoch nur bei der Neuerstellung der Kategorien und Attribute angegeben werden. Im Nachhinein ist wieder Kenntnis der speziellen Syntax notwendig.

Das heißt nicht, dass dieser Aufwand unvertretbar hoch ist. Im Rahmen dieser Implementierung wird jedoch die Entscheidung getroffen, die komplette Ontologie mit Wiki-Mitteln zu erstellen und nicht zu importieren.

In Abschnitt 4.6.2.1 wird ergänzend beschrieben, wie die Anbindung an einen externe Ontologie-Tool funktioniert.