автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.14, диссертация на тему:Гибкие инструментальные комплексы системы управления качеством подготовки специалистов для информационно-телекоммуникационной системы специального назначения

Военный институт правительственной связи Московский государственный университет леса

На правах рукописи

Косухин Вячеслав Михайлович

Гибкие инструментальные комплексы управления качеством подготовки специалистов для информационно-телекоммуникационной

системы специального назначения

Специальность 05.13.14 - Системы обработки информации и управления

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии Домрачев В.Г. Научный консультант кандидат технических наук, старший научный сотрудник Савельев H.A.

Орел 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений, условных обозначений и терминов..................5

Введение................................................................................................6

Глава 1. Разработка модели образовательного процесса подготовки специалистов для информационно -телекоммуникационной системы специального назначения..............................................................................13

1.1. Анализ методов моделирования образовательного процесса и систем управления им......................................13

1.2. Разработка модели образовательного процесса подготовки специалистов для ИТКС специального назначения ..............................................................................22

1.3. Выводы по главе 1..............................................................41

Глава 2. Моделирование системы управления качеством

подготовки специалистов для информационно-телекоммуникационной системы специального назначения..............................................................................43

2.1. Основные положения методологии управления качеством подготовки специалистов.......................................43

2.2. Разработка модели системы управления качеством подготовки специалистов.................................................45

2.3. Выбор показателей качества системы управления качеством подготовки специалистов...................................52

2.4. Методы оценки показателей качества системы управления качеством подготовки специалистов............61

2.4.1. Разработка метода оценки показателя результативности системы управления качеством подготовки специалистов........................61

2.4.2. Разработка метода оценки показателя ресурсоемкости системы управления качеством подготовки специалистов..........................................75

2.4.3. Разработка метода оценки показателя оперативности системы управления качеством подготовки специалистов..........................................84

2.5. Выводы по главе 2.............................................................89

Глава 3. Разработка архитектуры гибких инструментальных

комплексов............................................................................91

3.1. Разработка модели архитектуры гибких инструментальных комплексов..........................................................91

3.2. Разработка структуры интеллектуальных гибких инструментальных комплексов.............................................98

3.2.1. Иерархически-модульное представление для спецификации гибкого инструментального комплекса ...........................................................................98

3.2.2. Графосемантическая модель организации гибкого инструментального комплекса...............................101

3.2.3. Представление моделей организации множества гибких инструментальных комплексов в сети............104

3.3. Выводы по главе 3..............................................................110

Глава 4. Экспериментальная оценка процесса функционирования системы управления качеством подготовки специалистов для ИТКС при различных архитектурных решениях гибких инструментальных комплексов...............112

4.1. Концепция организации экспериментальной оценки.......112

4.2. Выбор моделей нагрузки на систему управления качеством подготовки специалистов....................................117

4.3. Организация комплексного экспериментального стенда для оценки процесса функционирования системы управления качеством подготовки специалистов (при различных архитектурных решениях гибких инструментальных комплексов).................................120

4.4. Построение и оценка регрессионной модели системы управления качеством подготовки специалистов с использованием гибких инструментальных комплексов .......................................................................................128

4.5. Разработка рекомендаций по применению конфигураций гибких инструментальных комплексов в образовательном процессе........................................................129

4.6. Выводы по главе 4...............................................................135

Заключение...........................................................................................137

Список литературы...............................................................................139

Приложение 1.......................................................................................148

Приложение 2.......................................................................................162

Приложение 3 .......................................................................................210

Приложение 4.......................................................................................211

Приложение 5.......................................................................................215

Приложение 6.......................................................................................219

Приложение 7.......................................................................................222

Приложение 8.......................................................................................232

Приложение 9.......................................................................................237

Список сокращений, условных обозначений и терминов

ВКО - виртуальный комплекс обслуживания. ГИК - гибкий инструментальный комплекс. ДМО - деятельностная модель обучающегося. ДМВ - деятельностная модель выпускника. ИБС - информационно-вычислительная сеть. ИМС - информационно-моделирующая сеть. ИМП - иерархически-модульное представление.

ИТКС - информационно-телекоммуникационная система специального назначения. ОП - образовательный процесс. ПЗЗ - профессионально значимые задачи. РСУ - распределенные системы управления. РКП - распределенные комплексы процессов. СЛМ - системно-логическая модель. САУ - служба административного управления. УЗ, КЗ - учебные, контрольные задачи. ФВ - функциональные возможности.

5укп - система управления качеством подготовки специалистов.

Введение

Состояние специальных средств и систем информационно-телекоммуникационного обслуживания органов государственной власти России и стоящие перед государством проблемы обеспечения национальной безопасности и устойчивого управления требуют разработки и реализации общегосударственной целевой программы информационно-телекоммуникационного обеспечения в интересах национальной безопасности Российской Федерации. В связи с этим, в соответствии с Указом Президента Российской Федерации на Федеральное агентство правительственной связи и информации при Президенте Российской Федерации (ФАПСИ) возложена задача по созданию специальной системы информационного обеспечения органов государственной власти в мирное, военное время и при чрезвычайных ситуациях - Информационно-телекоммуникационной системы специального назначения (ИТКС).

Под ИТКС понимается комплекс технологически сопряженных информационных и телекоммуникационных систем и сетей конфиденциальной связи для информационно-телекоммуникационного обеспечения, информационной и телекоммуникационной поддержки управления государством в основных сферах его жизнедеятельности: социальной, политической, научной, экономической, военной. [72]

Создание ИТКС является сложной проблемой, так как ее реализация определяется необходимостью решения общегосударственных задач, ориентированных прежде всего на органы государственной власти как на федеральном, так и на региональном уровнях. В процессе реализации этой общегосударственной проблемы необходимо решить задачи создания и организации информационно-аналитических систем и объектов для различных уровней управления, телекоммуникационных систем и средств обеспечения информационной безопасности.

Область архитектурных и программно-аппаратных решений ИТКС и их компонентов является сложной и динамичной. Это обусловлено в первую очередь тем, что в эксплуатацию достаточно быстро вводятся новые стандарты, программные и аппаратные средства ИТКС.

Одной из наиболее важных служб ИТКС является служба административного управления (САУ). На службу САУ возлагается комплекс задач, связанных с управлением качеством организации и функционирования ИТКС, их совершенствованием и развитием в соответствии с изменяющимися задачами потребителей услуг ИТКС и имеющимися материальными средствами.

Служба САУ является автоматизированной - человеко-машинной. Часть функций при постановке и решении САУ-задач выполняется техническими системами (тестерами, анализаторами, моделирующими системами и т.д.). Основная же часть функций при постановке и решении САУ-задач возлагается на специалистов - администраторов объектов ИТКС. Сложность и динамичность предметной области архитектурных решений ИТКС, многообразие конкретных реализаций ее служб, систем и подсистем требуют особого подхода при подготовке администраторов ИТКС.

Область САУ-задач, с которыми сталкивается администратор объектов ИТКС, требует от него знаний, умений и навыков при организации и выполнении работ с компонентами объектов ИТКС и САУ-средствами. В частности, администратор объектов ИТКС должен уметь решать комплекс задач системного уровня, связанных с спецификацией (описанием) схем организации и функционирования объектов ИТКС и их компонентов; верификацией (оценкой правильности (полноты, непротиворечивости) указанных схем; многокритериальной оценкой качества объектов ИТКС и их компонентов.

Для постановки и решения задач такого уровня администратор объектов ИТКС должен владеть знаниями о моделях организации и

функционирования абстрактных объектов ИТКС и быть способен на основе этих знаний решать указанные задачи применительно к реальным объектам. Кроме того, он должен владеть умениями и навыками работы с базовыми САУ-средствами.

Как указывалось выше, ИТКС является совокупностью специализированных ИБС и представляет собой комплекс вычислительных систем различного типа. САУ-средства, используемые администраторами объектов ИТКС, в большинстве своем также представляют специализированные вычислительные системы и/или программные комплексы.

В настоящее время в ФАПСИ создана стройная система подготовки, переподготовки и повышения квалификации специалистов для всех структурных компонентов ИТКС, включая комплексную информационную безопасность. В эту систему, наряду с базовым вузом ФАПСИ - Военным институтом правительственной связи (ВИПС), в различной степени включены ведущие вузы страны, обладающие огромным научно-педагогическим потенциалом, такие как Академия ФСБ, МИФИ, МГИРЭА, СПбГТУ и ряд других.

Подготовка в ВИПС администраторов объектов ИТКС потребовала создания нового инструментария обучения - информационно-моделирующей сети (ИМС) вуза, имитирующей объекты реальной ИТКС. При разработке концепции ее создания одним из принципиальных вопросов, наряду с технической реализацией, стал вопрос разработки системы управления качеством подготовки специалистов (Зукп). Под объектом исследования (8укп) будем понимать систему, управляющее воздействие которой направлено на процессы становления, обеспечения, поддержание развития (улучшение) качества подготовки специалистов в их производственном цикле со стороны "субъекта управления" и организацию им обратной связи (контроля, оценки, анализа) в соответствии со сформированными целями, норма-

ми, доктриной, использующей в качестве инструментария обучения ИМС вуза.

Существующее в настоящее время небольшое число научных подходов к решению задачи, рассматриваемой в диссертационной работе, носит фрагментарный характер, что подробно изложено в главе 1.

На актуальность задачи указывает также тот факт, что исследование вопросов создания ИМС и улучшение качества подготовки специалистов - администраторов объектов ИТКС включено в перечень приоритетных научных исследований ФАПСИ.

Перечисленные обстоятельства, объясняющие актуальность, а также научную и практическую новизну представленной в диссертационной работе задачи, определяют цель исследования - разработка системы управления качеством подготовки специалистов для ИТКС специального назначения, использующей в качестве инструментария обучение ИМС вуза.

Исходя из целей исследования, его задачи включают:

1. Анализ методов моделирования образовательного процесса и систем управления качеством подготовки специалистов.

2. Построение модели образовательного процесса подготовки специалистов для ИТКС и системы управления качеством их подготовки.

3. Выбор показателей качества, адекватно описывающих процессы, происходящие в системе управления качеством подготовки специалистов.

4. Разработку математических моделей количественной оценки показателей качества.

5. Разработку архитектуры гибких инструментальных комплексов для процедурного изучения объектов ИТКС.

6. Доказательство правильности разработанных рекомендаций по применению системы управления качеством подготовки специали-

стов подразделениям и инженерно-техническому составу, ведущим подготовку специалистов для ИТКС специального назначения.

В результате проведенных в диссертационной работе исследований получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана модель системы управления качеством подготовки специалистов (Букп), учитывающая изменение траектории дея-тельностной модели обучающегося в зависимости от архитектурного решения гибких инструментальных комплексов.

2. Предложены, теоретически и экспериментально исследованы показатели качества 8укп,, разработаны методы их количественной оценки.

3. Теоретически обоснованы подходы к построению архитектуры гибких инструментальных комплексов (ГИК), эффективность функционирования которых оценивается показателями качества Букп.

Практическое значение проведенных исследований заключается в следующем:

1. Разработана методика управления качеством подготовки специалистов для ИТКС специального назначения, позволяющая:

- количественно оценить качество подготовки специалистов для ИТКС;

- оптимизировать учебные планы по циклу специальных дисциплин и дисциплин специализаций по критериальному соотношению объема содержания учебной дисциплины и времени, выделенного на ее изучение из общего бюджета планируемых учебным планом затрат времени;

- выбрать наиболее рациональную структуру тематического содержания учебного материала по критерию рационального количества понятий, включенных в данный вид отдельного учебного занятия;

- количественно оценить эффективность проведения занятий с использованием гибких инструментальных комплексов;

- оценить индивидуальную эффективность деятельности каждого обучающегося и преподавателя в ходе практических занятий;

- определить зависимость эффективности занятий от внедрения в практику рекомендаций научных исследований и результатов педагогических экспериментов.

2. Разработаны программы и методики, которые могут быть использованы в вузах, ведущих подготовку специалистов в интересах ФАПСИ, а также в смежных по профилю.

3. Предложена методика разработки архитектуры гибких инструментальных комплексов, примененная при реализации технического проекта АСУ ВИПС в подсистеме поддержки образовательного процесса.

На защиту выносятся:

1. Модель системы управления качеством подготовки специалистов на примере ИТКС специального назначения, обеспечивающая достижение требуемого стандарта качества подготовки.

2. Структура показателей качества Букп и методы их количественной оценки.

3. Методика разработки архитектуры гибких инструментальных комплексов, обеспечивающая актуализацию структур в зависимости от функциональных возможностей предметной области.

В соответствии с вышеизложенным диссертационная работа построена следующим образом.

В первой главе анализируются известные к настоящему времени научные подходы к решению изложенной задачи, строится модель образовательного процесса подготовки специалистов для ИТКС специального назначения.

Во второй главе решается задача построения модели системы управления качеством подготовки специалистов, выбора показателей качества системы и методов их количественной оценки.

В третьей главе рассматривается методика разработки архитектуры гибких инструментальных комплексов, обеспечивающая актуализацию структур в зависимости от функциональных возможностей предметной области.

В четвертой главе рассмотрены вопросы организации экспериментальной проверки качества функционирования Эукп при различных архитектурных решениях ГИК.

ГЛАВА 1. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

1.1. Анализ методов моделирования образовательного процесса и систем

управления им

Эффективное управление такой сложной динамической системой, как образовательный процесс (ОП), предполагает наличие обширных исследований, основанных на новейших достижени