автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Математическое моделирование организационно-технологических систем и тренажеров АСУ ТП в АПК

Введение.

Глава 1. Существующие подходы.

1.1 Требования к математическим моделям организационно-технологических систем и тренажеров АСУ ТП.

1.2 Обзор предшествующих работ по проблемам определения содержания образования и разработки структуры электронных учебных ресурсов.

1.3 Методы принятия решений при проектировании структуры знаний.

1.3 Особенности моделирования тренажеров АСУ ТП.

1.4 Выводы и постановка задач исследования.

Глава 2 Объектно-ориентированная модель представления структуры знаний тренажеров АСУ ТП и образовательных ресурсов.

2.1. Моделирование и проектирования систем с использованием объектно-ориентированного подхода.

2.2.Метод OOSE (Object-Oriented Software Engineering).

2.3. Метод Буча.

2.4. Язык UML (Unified Modeling Language).

2.5. Метод RUP (Rational Unified Process).

2.6. Расширение объектно-ориентированной модели для проектирования тренажеров АСУ ТП.

Глава 3. Разработка автоматизированных систем поддержки принятия решения по синтезу структуры знаний тренажеров АСУ ТП.

3.1. Ресурсно-процессное описание предметной области.

3.2. Формальная модель структуры знаний.

3.3. Метод построения логической структуры образовательного обеспечения тренажеров АСУ ТП.

3.4. Методика проведения экспертного опроса.

3.5. Автоматизации обработки и хранения данных для образовательного обеспечения тренажеров АСУ ТП.

Глава 4. Применение методов синтеза образовательного обеспечения для Тренажеров АСУ ТП и электронных учебных ресурсов.

4.1. Алгоритм построения тренажера АСУ ТП.

4.2. Построение программного тренажера для отработки технологических процессов.

4.3 Обоснование выбора СУБД.

4.4 Синтез структуры образовательной программы по специальности 311400 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства».

Теоретическая разработка.

Расширение возможностей технологических процессов, ужесточение требований к их точности и быстродействию, возрастание роли культурного труда и снижение затрат требует нового радикального подхода к организации автоматизированной обработки информации в АСУ ТП. Необходимость решения данного рода задач существует не только в АПК, но и в энергетике, научных исследованиях, экологии, т.д. Для решения этих задач привлекаются новые информационные технологии в виде автоматизированных информационных систем. Они способны поднять на качественно новый уровень процедуры обработки информации и управление технологическими процессами.

Квалификация специалиста на производстве является важнейшим фактором, повышающим эффективность технологического процесса. Поэтому в последнее время появилось новое направление, связанное с разработкой программных тренажеров, интенсивно развивающееся в ряде стран. Современные программные тренажеры являются новым классом информационных систем и предназначены для формирования необходимых знаний, умений и навыков работников. Что ведет к повышению эффективности управления технологическими процессами на предприятиях АПК. Это, в свою очередь, нуждается в перестройке приемов и организации проектирования информационных систем, удовлетворяющих условиям обработки аналитической информации для управления технологическими процессами. При этом основным критерием является сокращение сроков при безусловном повышении качества проектирования обучающих информационных систем.

Большая трудоемкость построения структур знаний, соответствующих технологическим процессам и разработки соответствующих программных модулей с учетом требований к конкретным рабочим местам связана со следующими проблемами:

• высокая трудоемкость анализа предметной области и синтеза программ;

• отсутствие формальных способов определения характеристик предметных областей для задач создания и анализа тренажерных комплексов;

• отсутствие единой схемы построения структуры знаний для программных тренажеров.

• отсутствие эффективных средств визуального представления логической структуры знаний для программных тренажеров. Использование тренажеров и включенных в них электронных учебных ресурсов на предприятиях АПК позволит усовершенствовать технологические процессы за счет повышения уровня подготовленности работников. Автоматизированное хранение и использование электронных учебных ресурсов дает возможность не только повысить эффективность процессов подготовки за счет быстрого доступа обучающегося к знаниям, но и решить проблему передачи знаний на расстояние.

Таким образом, целью диссертационной работы является разработка новых методов математического моделирования организационно технологической системы и алгоритмов синтеза тренажеров АСУ ТП как электронных учебных ресурсов.

Объект исследования - структура знаний организационно-технологические системы АСУ ТП в АПК.

Предмет исследования - управление формированием программных тренажеров для персонала АСУ ТП на основе объектно-ориентированного подхода.

Основные задачи исследования.

• Изучение методов проектирования программных тренажеров АСУ ТП.

• Интерпретация понятийного аппарата объектно-ориентированного подхода к задачам синтеза структуры знаний тренажеров АСУ ТП.

• Разработка математических моделей для описания структуры знаний организационно-технологической системы АСУ ТП.

• Разработка алгоритмов и программ, обеспечивающих информационную поддержку синтеза структуры знаний тренажеров АСУ ТП.

Методы исследования теоретической и методологической основой исследования явились фундаментальные положения и труды советских, российских и зарубежных исследователей в области управления технологическими процессами, разработки образовательных программ, информационных систем и объектно-ориентированного подхода.

Характером исследования обусловлено применение методов, основанных на теории системного анализа, дискретной математики, в частности теории графов и теории групп, информационном подходе, экспертных исследованиях с использованием электронно-вычислительной техники.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые разработаны:

• Интерпретация понятийного аппарата объектно-ориентированного подхода для синтеза программных тренажеров АСУ ТП.

• Математические модели структуры знаний организационно-технологической системы АСУ ТП на основе теории групп и теории графов.

• Алгоритмы проектирования структуры знаний организационно-технологической системы АСУ ТП на основе аппарата объектно-ориентированного подхода.

• Метод синтеза структуры знаний программных тренажеров АСУ ТП, алгоритмы и программы его информационной поддержки. Практическая значимость, решаемых в диссертации научных и организационно-технических проблем, состоит в разработке нового методического подхода к разработке программных тренажеров АСУ ТП, создании инструментальных средств синтеза структуры знаний.

Результат исследования находит применение при разработке программных тренажеров и электронных учебных ресурсов в аграрных вузах и предприятия АПК.

Апробация и реализация результатов работ. Результаты исследования были доложены на:

• Второй международной конференции «Новые технологии в аграрном образовании» 14-15 июня 2001, Москва.

• Третьей международной конференции «Новые технологии в агрообразования» 27-28 мая 2002, Москва.

• Научно-методической конференции «Совершенствование форм организации учебного процесса и методов преподавания в условия заочного образования» 30 октября 2000 года, г Балашиха.

• ежегодных научно-практических конференциях РГАЗУ (с 1999 по 2002 год).

Основные результаты реализованы в Российском государственном аграрном заочном университете и в филиале АО Мосэнерго «Ногинские электрические сети» при разработки электронных учебных ресурсов и программных тренажеров, а также использованы при реализации Программы «Модернизация системы агрообразования 2002-2005 гг. и на перспективу до 2010 года» в российском научно-исследовательском институте по социальным и кадровым проблемам агропромышленного комплекса.

На защиту выносятся:

• Методический подход к управлению и формированию структуры знаний программных тренажеров АСУ ТП на основе аппарата объектно-ориентированного подхода;

• Математические модели, описывающие структуру знаний организационной технологической системы АСУ ТП.

• Алгоритм синтеза структура знаний программных тренажеров АСУ ТП на основе разработанных математических моделей;

• Алгоритмы и программы информационной поддержки синтеза структуры знаний.

1.Л., Валентинов В.В., Коваленко Е.Б. и др. Типовые средства автоматизации вуза // Томск. Из-во Томского ун-та. 1988-стр.190.

2. Акимова А.Д. Планирование учебного процесса в вузе на основе моделирования.//В кн.: Педагогика высшей школы.-Минск, 1977, с 74-78

3. Анисимов Б.В., Савельев А.Я., Власов В.П., Карпов В.И. Применение ЭЦВМ для автоматизации процессов составления учебных планов и расписания / В сб.: Использование ЭЦВМ в организации и планировании учебного процесса М.: Высшая школа, 1972.-с. 121-142

4. Анисимов Б.В., Савельев А .Я., Власов В.П., Карпов В.И. Применение ЭЦВМ для автоматизации процессов составления учебных планов и расписания / В сб.: Использование ЭЦВМ в организации и планировании учебного процесса М.: Высшая школа, 1972. - с. 121-142.

5. Белкин Е.Л. Разработка методов построения системы изложения учебного материала. Отчет о научно-исследовательской деятельности.

6. Берж К. Графы и их применение. М.: Изд-во инстранной литературы, 1962, 319 с.

7. Брусиловский Б.Я. Математические методы в прогнозировании и организации науки. Киев, 1975. -с. 232

8. Брушлинский H.H., Гуськов М.В. ,Лукинский B.M.K вопросу о моделировании системы подготовки кадров для пожарной охраны.//Вопросы экономики в пожарной охране/ВНИИПО.-1981

9. Брушлинский H.H., Кафидов В.В.Козлачков В.И. и др.-М.: Стройиздат,1988 413 с.

10. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. — М.: Наука, 1968.-355 с.

11. Бусленко Н.П., Калашников В.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. — М.: Советское радио, 1973. — 439 с.

12. Вопросы проектирования и разработка подсистемы «Высшее и среднее специальное образование» автоматизированной системы плановых расчетов. — Л., 1997. 199 с.

13. Герман Э.И. Разработка моделей и алгоритмов многоцелевой оптимизации планов учебного процесса. Дисс. Канд. тех. наук., Томск, 1975, 194 стр.

14. Государственный образовательный стандарт высшего образования. Государственные требования к минимумусодержания и уровню подготовки специалиста по специальности 060900 «Менеджмент организации»

15. Дерево целей инженерной деятельности. // Кибернетика и вуз. Выпуск 13. Томск 1987, с.123-129

16. Зиндер Е. Новое системное проектирование: информационные технологии и бизнес-реинжиниринг. Часть 2: бизнес-реинжиниринг. СУБД, N 1, 1996

17. Информационная технология комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы.19 (ГОСТ 34.201-89, ГОСТ 34.602-89, РД 50-680-88, ГОСТ-34.601-90, ГОСТ 34.401-90, РД 50-34.698-90, ГОСТ 34.003-90, Р 50-34.11980). М.:1991, 144 с.

18. Калоянов В., Стоименов А.О соотношении между фундаментальной и специальной подготовкой в высшей школе. // Современная высшая школа, 1976, № 1, с. 11-15

19. Карпов В.И. Составление учебных планов вузов с помощью ЭЦВМ. // Применение ЭЦВМ для автоматизации обучения иуправления учебными заведениями. Киев, 1972, стр. 121-130

20. Карпов В.И., Трофимова O.K., Лабутина Н.В. Синтез учебного плана вуза.// В сб. тез. докл. Всероссийской научной конференции : Научное обеспечение развития высшего образования России. -Ч. II. М. 1999 стр. 25-26.

21. Кини P.JL, Райфа X. Принятие решений при многих критериях. М.: «Радио и связь» 1981. 560 с.

22. Коваленко В.Е., Кольцова Н.Е. и др. Базы знаний учебного назначения. Выпуск 2. Обзорная информация, НИИВО, 1992, -с. 60

23. Координационный план научно-исследовательских работ по проблемам высшего и среднего специального образования на 1975 год. -М.: НИИВШД975.

24. Координационный план научно-исследовательских работ по проблемам высшего и среднего специального образования на 1975 год. -М.: НИИВШ,1976.

25. Липский В. Комбинаторика для программистов. Москва 1988 г.

26. Месорович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. — М.: Мир, 1973. 344 с.

27. Михалькевич В.Н., Муратов С.М. О содержании и структуре подготовки специалистов во втузе с учетом специализации по видам инжереного труда.// В кн. Проблемы определения потребности народного хозяйства в кадрах специалистов. — М., 1975 -стр. 263-268.

28. Молодцов Д.А., Кономенко А.Ф., Данильченко Т.Н. и др. Информационная теория иерархических систем: Сборник: Современное состояние теории исследования операций. — М.: Наука, 1979.-с. 15-63.

29. Моргунов И.Б. Аналитические методы исследования учебных программ. Дисс. Канд. тех. наук., Москва, 1999, 152 стр

30. Некоторые опросы прогнозирования высшего образования. — М., 1977.- 11 с.

31. Никитин A.B. Вопросы оптимального составления учебных планов и программ. Дисс. канд. тех. наук. Москва 1969. 179 стр.

32. Никитин A.B., Романкова Л.И., Чурсин H.H. Построение тезауруса специальности при определении содержания образования. Рукопись депонирована в НИИ ВШ регистр №185

33. Образовательные технологии: Межвузовский сборник научных трудов: в 2 томах. Отв. ред. к. т. н. Кравец В.В. Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 1995. -69 с.

34. Овчинников A.A., Пучинский B.C. От логической сети к линейной диаграмме. // Вестник высшей школы, №9, 1968.

35. Овчинников A.A., Пучинский B.C., Петров Г.Ф. Сетевые методы планирования и организации учебного процесса. М.: Высшая школа 1972 122 стр.

36. Окороков В.Р., Федотов A.B. Проблемы подготовки управленческих кадров для народного хозяйства страны.// В кн.: Методика и практика преподавания в технических вузах. -Л.,1976, стр. 71-82.

37. Ope О. Графу и их применение. Москва, «Мир», 1965. 174 с.

38. Основы методики проектирования учебных планов ВУЗов. М.: 1975,-4.1,2-119 с.

39. Основы методики проектирования учебных планов вузов. -М.: 1975.-Ч. 1,2.-119 с.

40. Плаксина H.A. Основные направления совершенствования учебного процесса в свете современных требований к высшей школе. //Актуальные проблемы улучшения подготовки специалистов в университете. Воронеж, 1975, стр 3-5.

41. Планирование / эффективность подготовки и использования специалистов с высшим образованием. — М.: ИЦВШ, 1973.

42. Проблемы планирования учебного процесса.-М: 1975.-68с.

43. Проблемы экономики и планирования высшего образования: Тезисы докладов и сообщений на научной конференции; Ответственный редактор Глухов A.A. Воронеж: Воронежский государственный университет, 1971. - 230 с.

44. Руа Б. Проблемы и методы принятия решения в задачах со многими целевыми функциями. //Вопросы анализа и принятия решения. М.:, «Мир», с. 20-58

45. Селезнев К.П., Окороков В.Р., Герасименко JI.H. Управление системой высшего образования и принципы подготовки специалистов в условиях научно-технической революции.// Труды Ленинградского инж.-эконом. института, 1976, №113, стр. 48-65.

46. Селезнева Н.А., Татур Ю.Г. Проектирование квалификационных требований к специалистам с высшим образованием: Учебное пособие. -М., 1991.-63 с.

47. Сетров М.И. Основы функциональной теории организации. Л.: Наука, 1972. - 240 с.

48. Система высшего образования: информационная среда, экономика, менеджмент: Учебное пособие для студентов ВУЗов, обучающихся по педагогической специальности. Омск, 1998. — 182 с.

49. Система моделей и методов рационального планирования и организации учебного процесса в вузе, /под ред. В. В. Гусева, Воронеж, 1984

50. Соколова М.С. Исследование и разработка моделей процессов принятия решений по определению требований к специалистам и формированию учебных планов. Дисс. Канд. тех. наук., Москва, 1999, 152 стр.

51. Сумароков Л.Н., Мухин Э.В., Романенко А.Г. В целях оптимизации обучения. //Вестник высшей школы, №2, 1968

52. Сумароков Л.Н., Мухин Э.В., Романенко А.Г. В целях равномерной загрузки студентов. //Вестник высшей школы, №9, 1968

53. Трофимова О. К. Автоматизация процесса составления учебныхпланов вузов. Дисс. Канд. тех. наук., Москва, 1999, 154 стр

54. Фатеев A.M. Исследование и разработка методов автоматизации планирования подготовки специалистов с высшим образованием: Автореф. к. э. н.: 08.00.13 / МЭСИ, М., 1980. - 21 с.

55. Федотов A.B., Моделирование и управление вузом. JI. , изд-во Ленингр. Университета, 1985. стр. 120

56. Фишберн П. Теория полезности для принятия решения. М.: «Наука», 1978, 372 с

57. Фролов А.Д. Основные вопросы подготовки радиоинженеров для промышленности. Тематический сборник. Совершенствование и проблемы подготовки радиоинженера МЭИ. Под ред. Лобова Г.Д. Москва, 1976, стр. 14-25

58. Хаммер М., Чампи Дж. Реинжиниринг корпорации: Манифест революции в бизнесе. Перевод с англ. С.-П.: Издательство Санкт-Петербургского университета, 1997, - 332 стр.

59. Черепанов экспертные оценки в педагогических исследованиях. М.: Педагогика 1989. 151 с.

60. Черкасов Б.П. В чем преимущество сетевого учебного планирования // Вестник высшей школы, 1968, №1, стр. 8-15.

61. Черкасов Б.П. Совершенствование учебных планов и программ на базе сетевого планирования. Москва, Высшая школа, 1975, стр.78

62. Четвериков В.Н. Первые шаги нового НИИ// Вестник высшейшколы, 1975, №3, стр. 7-13.

63. Четвериков В.Н. Реализуя намеченные планы. Над чем работает ВНИИВШ//Вестник высшей школы, 1976, №8, стр. 29-40.

64. Шаповалов В.А. Высшее образование: современные модели, перспективы развития / Ставропольский государственный университет, Академия социальных наук. — Научное издательство.- Ставрополь: СГУ, 1996. 76

65. Экономика планирование высшего образования: Сборник. Отв. ред. Гончаров И.Я.- Воронеж, 1974. 68 с.

66. Ashby, Eric. Adapting universities to a technological society. San Francisco etc.: Jossey- Basa, 1974 - XVI, 158 c.

67. Booch G. Object-Oriented Analysis And Design With Application, second edition. The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. 1994. 589 p.

68. Education, Culture and Science in the Netherlands: Facts and Figures.- The Hague, Ministry of Education, Culture and Science, 1999.

69. Held M, Karp R.M. A Dynamic Programming Approach for Sequencing Problems. // J. Soc. Indust. and Appl. Math. lONNl (1960), p.196-210.

70. Integration Definition For Information Modeling (IDEF1X) Draft Federal Information Processing Standards Publication 184, 1993, 87 p.

71. Normon Mockenzie, Richmond Postgate, John Scupham. Openlearning: Systems and problems in post-secondary education. Paris: Unesco press, 1975. - 498 c.

72. Observatoire des Coûts des Etablissements de L'Euseignement Supérieur. Les DESS scientifigues: Les pavcaurs diplomonts et leurs couts-resultats de l'enguete sur les diplômes. Grenoble, Presse Universitäre de Grenoble, 1994.

73. OMG Unified modeling language spesification

74. Tinbergen Jan, Bos H.S.,Blum James, Emmerij Lonis, Wiliam Gareth. Econometric Model of Education. Paris OESD 1965.

75. Wagner A., Smith T.M., Healy T. Tertiary Education: new patterns of learning and earnings. / European journal of Education. Vol. 35, №1, 2000. стр. 45-59.

76. Zweig, Michael. The idea of a world university Souther Illinois university press, 1967

77. Wagner A., Smith T.M., Healy T. Tertiary Education: new patterns of learning and earnings. / European journal of Education. Vol. 35, №1, 2000. стр. 45-59.

78. Wagner A., Smith T.M., Healy T. Tertiary Education: new patterns of learning and earnings. / European journal of Education. Vol. 35, №1, 2000. стр. 45-59.