автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Программно-инструментальные средства автоматизации разработки многоролевых компьютерных тренажеров в системе переподготовки персонала промышленных предприятий

ЛУКАЩУК РУСЛАН ПЕТРОВИЧ

ПРОГРАММНО-ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ РАЗРАБОТКИ МНОГОРОЛЕВЫХ

КОМПЬЮТЕРНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ В СИСТЕМЕ ПЕРЕПОДГОТОВКИ ПЕРСОНАЛА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ииа4г3083

Москва - 2009

003473083

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы управления» в Московском. автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете)

Научный руководитель Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Николаев Андрей Борисович, профессор МАДИ(ГТУ)

Официальные оппоненты Доктор технических наук, доцент

Попов Дмитрий Иванович, профессор Московского государственного университета печати

Кандидат технических наук Брыль Владимир Николаевич, начальник отдела Научно-исследовательского центра электронно-вычислительной техники (ОАО

НИЦЭВТ)

Ведущая организация: Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана (МГТУ им.Н.Э.Баумана), г. Москва.

Защита состоится 26 июня 2009г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д212.126.05 Московского автомобильно-дорожного института (государственный технический университет) по адресу: 125319, ГСП А-47, Москва, Ленинградский пр., д.64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ(ГТУ)

Текст автореферата размещен на сайте Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета): www.madi.ru

Автореферат разослан 25 мая 2009г.

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять в адрес совета института.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент п Михайлова Н.В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Деловая игра (ДИ), наряду с другими методами обучения, служит накоплению управленческого опыта, близкого к реальному. Игра, во-первых, достаточно реально имитирует существующую действительность; во-вторых, создает динамичные организационные модели; в-третьих, более интенсивно побуждает к решению намеченных целей. Деловые игры в области обучения управленческим навыкам направлены на получение более обширного опыта по принятию решений в учебных лабораториях.

Элементы риска, вводимые в деловые игры, дают возможность принимать решения в условиях недостаточной информации и производственной напряженности, что позволяет принимать рискованные управленческие решения в моделируемых производственных ситуациях и накапливать умения и навыки управленческой деятельности без ущерба для реального производства в будущем.

В реальной действительности круг необходимых для жизни и работы знаний постоянно расширяется, а возможности их усвоения не беспредельны. Важнейшей задачей поэтому, становится не только умение отбирать необходимые знания, ■ систематизировать их, но и умение преобразовывать эти знания, приближать их к сегодняшним жизненным и профессиональным ситуациям, практике, к реальной профессиональной деятельности. Это означает, что ДИ, как метод активного обучения, помогают в теоретическом и практическом аспекте подготовки специалистов. В результате, направления исследований, которые относятся к моделированию производственных ситуаций, а именно, отношений руководителей и исполнителей, групп и производственных подразделений и т.д. относительно стимулов, интересов и целей в системе управления производственными предприятиями делает разработку инструментальных средств создания многоролевых тренажеров актуальными.

Предметом исследования являются информационные технологии, направленные на создание многоролевых тренажеров, включаемых в базу данных тестов в системе аттестации персонала промышленных предприятий.

Цель и основные задачи исследования

Целью работы является повышение эффективности функционирования системы переподготовки персонала, за счет разработки методов, моделей, алгоритмов и программно-инструментальных средств создания многоролевых компьютерных тренажеров.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:

• системный анализ методов организации деловых игр в системе переподготовки персонала промышленных предприятий;

• разработка формальной схемы процессного описания пользовательского янтерактива в сценарии многоролевых тренажеров;

• разработка моделей описания процессов конструирования многоролевых тренажеров;

• разработка механизмов синхронизации действий пользователей в процессе выполнения деловых игр;

• разработка программно-инструментальной среды конструирования многоролевых тренажеров.

Методы исследования

При разработке формальных моделей компонентов системы в диссертации использовались методы общей теории систем, теория автоматов, классический теоретико-множественный аппарат и другие.

Научная новизна

Научную новизну работы составляют методы конструирования многоролевых тренажеров, которые предназначены для использования в системе переподготовки персонала промышленных предприятий.

На защиту выносятся:

в механизмы обмена данными и синхронизации действий пользователя в едином сценарии деловой игры;

• обобщенные модели описания процессов конструирования и реализации сценария;

• описания интерактивного поведения пользователя на основе сетей Петри;

• программно-инструментальная среда конструирования многоролевых тренажеров.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием современных математических методов и моделей, предварительным анализом процессов обучения и тестового контроля на промышленных предприятиях. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения результатов работы в ряде учебных центров промышленных предприятий.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Внедрение результатов работы позволит повысить качество и эффективность системы подготовки и аттестации персонала промышленных предприятий. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде промышленных предприятий, а также используются в учебном процессе МАДИ(ГТУ).

Апробация работы

Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:

• на Российских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (2005-2008гг.);

• на заседании кафедры «АСУ» МАДИ(ТУ).

Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации образовательного процесса составляет актуальное направление в области теоретических и практических методов и форм активного обучения в системе переподготовки персонала промышленных предприятий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов и моделей.

Во введении обосновывается актуальность проблемы и приведено краткое описание содержания глав диссертации.

1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ КОМПЬТЕРНОГО ОБУЧЕНИЯ И ТЕСТОВОГО КОНТРОЛЯ

В первой главе диссертации проводится системный анализ педагогических принципов, используемых в системе подготовки персонала промышленных предприятий. Рассмотрены проблемы кадрового обеспечения и общие тенденции развития системы непрерывного образования. Рассмотрены математические модели и методы моделирования процессов компьютерного тестового контроля. Показано, что для организации и проведения компьютерных деловых игр необходимо:

• подготовить руководство игры и группы обеспечения;

• подготовить методическое и техническое обеспечение;

1 провести адаптацию деловой игры к соответствующему контингенту участников и условиям ее проведения;

» подготовить будущих участников игры, оценить уровень их готовности к игре;

® выполнить необходимые расчеты для оценки последствий различных вариантов решений, сформировать оптимальное или рациональное решение для каждого фрагмента игры.

Прозеденный в работе анализ характерологических признаков ДИ позволил представить функциональную схему на рис.1. В деловой игре применяется численный метод, позволяющий использовать вычислительные процедуры. Математические модели, описывающие технологические, организационные и другие процессы, в игровой имитации подвергаются численному исследованию и на его основе принимаются количественные решения. Применение компьютерных технологий не является необходимым условием, однако их использование способствует успешной реализации процесса имитации, обеспечивая ряд преимуществ.

Фактор времени, присутствующий и учитываемый в деловой игре, накладывает определенные условия на процесс и результаты игры. Изменение масштаба времени дает возможность сокращать до минут и часов

длительность процессов, измеряемых в сутках, годах. Наличие обратной связи в имитационной системе, благодаря многократному проигрыванию различных ситуаций, позволяет играющим, анализируя результаты, обучаться и в каждом последующем периоде принимать более эффективные решения.

Функциональная схема деловой игры

Цели, критерии оптимальности, ограничения

система оценивания деятельности участников ДИ

система оощепия

система совместной деятельности

игровои комплекс

обратная связь

I

социальные нормы

объект игрового моделирования

среда

структура ДИ

программные и возмущающие воздействия

органы и средства управления

решения

начальные условия

Рис. 1.

Использование деловой игры в учебном процессе предполагает наличие в ней дидактических методов. В педагогике уже давно успешно используются дидактические принципы наглядности, активности, доступности, связи теории с практикой, научности, заинтересованности и другие. Каждая учебная деловая игра в той или иной мере реализует эти принципы в соответствующие дидактики.

Одним из важнейших принципов обучения является связь теории с практикой. Он реализуется в методах, увязывающих теорию с практикой, подтверждая практическое значение изучаемых явлений. В деловых играх, используемых в учебном процессе, эта связь обуславливается проблемным подходом к усвоению учебного материала, экспериментированием и конкретностью рассматриваемых ситуаций.

На основе понятия сети сценария деловой игры, которая описывает статическую топологию моделируемого процесса или системы, вводятся динамические сетевые структуры, в которых местам приписываются специальные разметки, моделирующие выполнение условия, и с сетью связывается понятие ее функционирования, изменяющего эти условия в результате срабатываний переходов. К таким динамическим сетям относятся сети Петри, их различные варианты, обобщения и частные случаи. Так, Сеть Петри — это набор N = (Р,Т,Р,1¥,М0), где (Р,Т,К) — конечная сеть. Первая функция сопоставляет каждой дуге число п > 0 (кратность дуги). Если п > 1, то в графическом представлении сети число п выписывается рядом с короткой чертой, пересекающей дугу. Такая дуга также может заменяться пучком из п дуг, соединяющих соответствующие элементы сети. Вторая функция сопоставляет каждому месту реР некоторое число М0(р)еИ (разметка места). В графическом представлении сети разметка места р изображается помещением в вершину-кружок числа М0(р) или, если это число невелико, соответствующего числа точек.

Функционирование сети Петри описывается формально с помощью множества последовательностей срабатываний, и множества достижимых в сети разметок. Эти понятия определяются через правила срабатывания переходов сети.

Разметка сети N — это функция М:Р-*М. При моделировании ДИ предполагается, что Есе места сети Лг строго упорядочены каким-либо образом. То есть Р = (р„...,рп). и разметку М сети (в том числе начальную) можно задать как вектор чисел М = (т,,...,та) такой, что для любого /, ]<;<«, т,=М(р,.). Если Р' = {р,.,...,/>,,} — подмножество мест из Р, то М(Р) обозначает множество разметок {Л/(р,,),...,¿/(р,,.)}. На основе отношения инцидентности Р и функции кратности дуг М в сетях Петри вводится функция инцидентности : РхТиТ хР N, которая определяется как:

Если места сети упорядочены, то каждому переходу ( сопоставляются два вектора Т^) и К" (г) длиной п, где:

п = | п = :

Переход г .может сработать при некоторой разметке М сети N, если Уре*г:А/(р)^/'(/7,0, т.е. каждое входное место р перехода / имеет разметку, не меньшую, чем кратность дуги, соединяющей р и г.

Моделирование оценки уровня знаний при реализации механизмов деловых игр может быть решено на основании использования ЖТ-теории, в рамках которой каждому фрагменту деловой игры приписан уровень

0)

Т(г) = (Л>-А). где

Г(/) = (й.....Ь„), где й, = Р(г,р,).

(2)

сложности и на основе аналитических моделей вводится формализованное описание вероятности правильного решения с уровнем сложности (3 испытуемым с уровнем знаний 0 на основе условной вероятности:

^ 1 + схр(1,7я(©-/?)) К ;

В диссертации проведено исследование аналитических соотношений и показано, что ЖТ-модель может быть использована совместно с регрессионными моделями и моделями классификации обучаемых.

ДИ как метод обучения позволяет как бы «прожить» определенную ситуацию, изучить ее в непосредственном действии. ДИ позволяют моделировать различные производственные ситуации, проектировать способы действий в условиях предложенных моделей, демонстрировать процесс систематизации теоретических знаний по решению определенной практической проблемы.

Проведенный в работе анализ показал, что при лекционной подаче материала усваивается 20% информационного материала, в то время как в деловой игре 90%. Введение и широкое применение ДИ позволяет уменьшить время, отводимое на изучение некоторых дисциплин, на 30-50%. При этом достигается больший эффект усвоения материала, что имеет особое значение при повышении квалификации или переподготовке персонала промышленных предприятий без отрыва от производства. Этот фактор является очень существенным для более частого применения ДИ в условиях обучения при постоянном временном дефиците. Оценивая роль ДИ в подготовке и переподготовке кадров можно выделить следующее:

• применение в ДИ моделей реальных систем позволяет максимально приблизить процесс обучения к практической деятельности руководителей и специалистов;

• принятие управленческих решений в ДИ осуществляется ее участниками, которые выполняют определенные роли, а поскольку интересы разных ролей не совпадают, то решение приходится принимать в условиях конфликтных ситуаций;

• проведение ДИ является коллективным методом обучения, в результате игры формируется коллективное мнение при защите мнения своей группы игроков и критики других групп;

• в ДИ специальными средствами создается определенный эмоциональный настрой игроков, помогающий активному включению обучаемых в решение изучаемой проблемы.

Часто различные функции ДИ распределяются между разными людьми. Эмоциональные лидеры могут брать на себя функции поддержки, интеллектуальные - решения задачи, лидеры-организаторы могут осуществлять обе функции. Такое структурирование группы происходит спонтанно, без специальных намерений. Для успешности игры желательна

гибкая ролевая структура. Ниже приводится перечень ролей, при составлении которых в основу положена схема Р.Бейлса.

A. Роли, способствующие выполнению задания:

1. Инициатор - участник, который чаще, чем другие, предлагает новые решения, вносит предложения, изменяет точку зрения на цели группы. Они могут касаться поставленного в группе задания, проблемы организации работы в группе и т.д.

2. Последователь - подхватывает новую инициативу, расширяет ее, помогает в реализации начатых в группе дел.

3. Координатор - способствует правильному "разделению труда". Следит, чтобы в группе не занимались несколькими делами одновременно, чтобы все имели занятие, чтобы действия не дублировались.

4. Ориентирующий - прокладывает путь и определяет направление работы группы в соответствии с какими-то внешними ориентирами.

5. Оценивающий - оценивает деятельность отдельных членов и всей группы, актуальность ситуации, сравнивает с целями, подводит итог в конце занятия.

6. Ищущий информацию - часто ставит вопросы и пытается получить на них ответ, побуждает к действию, принятию решений.

Б. Роли, важные для сотрудничества в группе и ее развития:

7. Поощряющий - мотивирующий и "подталкивающий других" к участию в групповом процессе, вовлекает малоактивных и молчащих членов на работу группы, демонстрируют понимание чужих идей и мнений.

8. Гармонизатор - поощряет к совместной деятельности, разрешает конфликты, пробует преодолеть противоречия между участниками, стремится к компромиссу.

9. Снимающий напряжение - старается снять напряжение в трудных ситуациях, часто шутит, говорит остроумные вещи и т.п.

10. Блюститель правил - обращает внимание, когда кто-то из членов группы нарушает правила. Сам всегда исходит из общепринятых в группе положений и принципов. Напоминает о нормах и правилах совместной работы и коммуникации в группе.

B. Роли, затрудняющие сотрудничество в группе и ее развитие:

11. Блокирующий - противостоит групповым инициативам, подвергает сомнению важность того, что происходит в группе. Когда личные цели противоречат групповым цклям, выбирает первые.

12. Ищущий признания - независимо от того, что происходит в группе, старается обратить на себя внимание, напоминает о своих заслугах, демонстрирует свои способности и возможности во всех мало-мальски благоприятных ситуациях.

13. Доминирующий - часто мешает другим высказаться, стремиться занять позицию лидера в группе. Навязывает свое мнение, пытается манипулировать другими участниками.

14. Избегающий работы в группе - не поддерживает групповых инициатив, стремится быть в стороне. Избегает рискованных для него действий и ситуаций. Он склонен отмалчиваться или давать малозначащие, уклончивые ответы.

В диссертации проведен анализ и выделен перечень основных типов принятия решений в группе:

1. Незаметное решение. Четкой позиции в дискуссии не высказано, решение возникает как бы само по себе, без его полного осознания участниками дискуссии.

2. Авторитетное решение. Четкая позиция авторитетного члена группы оказалась бесспорной, решением группы эта позиция принята единственно верной, хотя в предыдущие шаги дискуссии было высказано не мало других мнений. В этом случае члены группы не воспринимают решение как свое.

3. Решение меньшинства. Активное меньшинство, оказывая поддержку друг другу, проводит свое решение. Все другие члены группы имели собственные представления о решении проблемы, однако единой точки зрения выработать им не удалось.

4. Компромиссное решение. Когда никак не удается в ходе дискуссии выйти на одно решение, нужны взаимные уступки и тогда возможна ситуация, что будет принято то решение, которого никто не предлагал.

5. Решение большинства. Такое решение считается демократичным, и потому - верным, хотя это не всегда так. Кроме того, у оставшегося меньшинства возникает чувство, что они не сумели достаточно четко выразить свою позицию, что практическое воплощение решения покажет его несостоятельность.

6. Решение взаимопонимания. Такое решение возникает в дискуссии, которая продолжается до тех пор, пока каждый из участников не сможет, хотя бы частично, примкнуть к выдвинутому предложению. При этом все ощущают, что они имели возможность оказать влияние на решение, и каждый знает, почему пришли к такому решению.

7. Единогласное решение. Для сложных проблем такой способ решения бывает редким. Полного единогласия достичь невозможно в принципе, хотя бы по причине предварительного разделения функций и присваивания ролей участникам дискуссии. Условием принятия решения такой способ считать нельзя.

2. РАЗРАБОТКА ФОРМАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ОПИСАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ПРОЦЕССОВ МНОГОРОЛЕВОЙ ДЕЛОВОЙ ИГРЫ

Во второй главе диссертации разрабатываются формализованные методы описания пользовательских процессов ДИ. На основе сетей Петри строится модель описания интерактивного поведения пользователей при формировании ответа на фрагмент ДИ.

Выполнена формальная декомпозиция структуры инструментальной среды ДИ, определены управляющие и информационные связи, что позволяет сделать систему открытой для включения новых методов, моделей и данных, тем самым сформировать функционал программных приложений. Совместное использование введенных в диссертации операций при наличии формализованного описания приложений и данных позволит генерировать программные сценарии ДИ.

В основе программного конструирования такой структуры приложений лежит формализованное описание фрагмента ДИ. В общем случае сценарий представляет собой совокупность фрагментов с заданием алгоритмической структуры и развязки по данным. Фрагмент имеет структуру:

^ = (и, <4 аь <4 гь р), (4)

где и - тип фрагмента (информационный, расчетный, выбор и т.п.); й, - уровень сложности; а, - уровень доступа к фрагменту; а, - операция сравнения уровня доступа пользователя и уровня доступа фрагмента (Ф, <, < =, >, >), - время принудительного окончания предъявления; г, - подмножество признаков, связанных с данным фрагментом, р-, - параметризация при активации и другие.

Уровень доступа определяет вложенность структуры сценария, что позволяет создавать иерархию сценариев, а использование механизмов блокировок реализовать структуру вложенных процессов. Параметризация приложения дает возможность не только настройки, но решения вопросов согласования по данным различных приложений, включенных в один сценарий.

Такая схема представления фрагментов и их взаимосвязь эквивалентна концепции имитационного моделирования, где роль исполняемых приложений выполняют операторы моделирующего алгоритма. В имитационном

моделировании система представляется множеством параметров Q = }"=1. Каждый параметр цх принимает множество значений, обозначаемое в дальнейшем как а(д{). Состояние процесса представляется вектором >Ч2<—>Ч!>—'Я'п >> гДе В этом случае пространство состояний

системы 5= Я а(д■). Таким образом, пространство состояний системы относится к

V/

координатному типу, поскольку натянуто на систему координат (2. При имитационном моделировании и в процессе реализации сценария деловой игры возникаю блокировки, которые связаны с захватом ресурсов системы. Сцепленность операторов имитационного процесса (объекты или приложения сцеплены 0\-)0П1 если имеется пересечения в пространстве состояний) переносится на сцепленность параллельных пользовательских приложений, особенно при реализации сетевых технологий, в том числе и многоролевьгх деловых игр, когда для активации процесса одного пользователя необходимы данные друтого, что выражается через связь элементарных приложений.

Одним из вариантов описания сценария является трек (рис.2.) фрагментов, которые представляют некоторую линейную последовательность, где {Ь,} -

множество элементарных приложений; ¡5- линейный порядок на {Ь;} и I -инициатор, который активирует интерактивный процесс.

Каждому пользовательскому процессу соответствует один инициатор. Если в системе параллельно развивается т процессов, то в модели присутствует т инициаторов. При наличии эквивалентных параметризуемых приложений, а также реализации механизмов условного перехода по завершению приложения, сценарий системы поддержки принятия решений должен представлять алгоритмическую структуру, которая может быть определена как свертка трека по отношению эквивалентности элементарных операторов (рис.3.).

Трек пользовательского сценария Рис. 2.

Алгоритмическая структура приложений

Рис. 3.

Алгоритмическая структура приложений формализована в виде сетей Петри, которые представляют собой двудольный граф позиций и переходов. Причем переход имеет множество входов и множество выходов и позволяет моделировать любое логическое условие, что дает возможность- в инструментальной среде создавать механизмы блокировок по входам и любые логические условия перехода по выходам.

Определение сети, на основе которого строятся различные классы сценариев и сети, представляющие введенные выше типы процессов, используются непосредственно для описания достижимости фрагментов сценария ДИ.

Сеть — это тройка (Р,Т,Р), где Р ~ непустое множество мест, Т — непустое множество переходов, ^ — отношение инцидентности. Для сетей выполнены следующие условия.

А\. РъТ = ф.

А2, * е Р^> Т,ЗуРи Т\/Ру \zyFz) (любой элемент сети

инцидентен хотя бы одному элементу другого типа).

АЗ. \/рир2еР\ {'р^'р1),\(р' = />2')=> (р, = р2).

Для всех рассматриваемых ниже типов сетей, представляющих процессы, необходимы общие дополнения ограничения.

В диссертации используются следующие обозначения:

D(z) — путь в сети, начинающийся элементом -/, т.е. конечная или бесконечная последовательность {х,,Хз>-} такая, что % = Xi и Vi > 1 : x<Fx„,',

D'\x) — обратный путь в сети, заканчивающийся элементом х> т.е. конечная или бесконечная последовательность {х-,,х2'--} такая, что % = и Vi > 1 : z,F~lxifi > гДе — обращение отношения F ;

D(x,ï) — отрезок пути, начинающийся элементом % и заканчивающийся элементом у ;

О'ЧХ'Т) — отрезок обратного пути, заканчивающийся, элементом % и начинающийся элементом у ;

H(hr) — множество головных мест сети, не имеющих входных переходов, т.е. Я(Л') = {р\'р - ф}.

A4. Vx>7 6 хр u Т ~/.F*Y => -.(уР X), если х * Г . т.е. отношение F* (транзитивное замыкание отношения F ) не симметрично, сеть не содержит циклов.

А5. H{N) ф ф aV/e J, V £>"'(/): D~'(X) —■ конечен. Это ограничение требует, чтобы любая сеть, представляющая процесс, имела непустое множество головных мест и не содержала бесконечных путей.

А6. VteT : 't ф л * ф, т.е. любой переход имеет хотя бы одно входное к одно выходное место.

Сеть сценария имеет начальную разметку, причем стандартную: только головные места содерлсат по одной фишке.

В работе построена сеть, представляющая параллельные процессы. Параллельная сеть действий представляет сеть со стандартной начальной разметкой, которая наряду с перечисленными выше условиями А1-А7 удовлетворяет еще одному условию.

А&. VpeP: i' р í< 1 л | р' ;< 1, т.е. каждое место сети имеет не более одного входного и не более одного выходного перехода. Места, не имеющие выходных переходов, представляют собой хвостовые места сети. Все места, не входящие во множество головных или множество хеостовых мест, имеют ровно по одному входному и одному выходному переходу.

При построении формальной модели сценария ДИ реализованы механизмы построения следующих элементов и множеств.

1. Пространство действий: А={а\) . Предполагается, что пользователь намерен выбрать единственное действие а из области А допустимых действий.

2. Пространство состояний: 0={9¡}. Предполагается, что последствие выбранного действия а зависит и текущего состояния, которое не может

противном случае

быть точно предсказано. Каждому возможному состоянию поставлен в соответствие некоторый элемент 0 из области ©.

3. Семейство экспериментов: Е={е¡}. Для получения дальнейшей информации о предположительности каждого состояния 8 из 0 можно провести некоторый эксперимент или проверку е из Е.

4. Пространство исходов: 2={г{\. Всякому возможному исходу каждого из допустимых экспериментов е поставлен в соответствие элемент г из 2. В процедуре используется предположение, пространство 2 достаточно богато для того, чтобы содержать любое значение е из Е. Поэтому описание г будет частично повторять описание е.

5. Оценка полезности; м(-, ...,•) на Ех2хАх&. Назначается полезность и(е, г, а, 8), выполняя эксперимент е, наблюдая его значение г, выбирая действие а и находя состояние 8. В оценку и входит стоимость (денежная или иная) эксперимента и стоимость последствия выбранного действия.

6. Оценка вероятности: Ро,Л'> 'И на 2x0. Для каждого е из Е оценивается или вводится совместная вероятностная мера Рв,2{-, "И на 2x0 (пространство возможностей).

Совместная мера порождает четыре других вероятностных меры:

a) маргинальную меру Р'е{-} или Р'е на пространстве состояний 0. Предполагается, что Р'е не зависит от е\

b) условную меру Рг{-\е, 6} или Р^.е на пространстве значений Ъ при заданных е и 8;

c) маргинальную меру Р2{']е, 8} или Рг|е на пространстве значений 2 при заданном е и 8;

с1) условную меру Р"е{-| г} или Р"о/ на пространстве состояний 0 при заданных е и г. Условие е опускается, поскольку используемая при этом информация о е войдет в описание г.

При любом заданном е возможны три основных метода построения полной системы определенных выше мер.

1. Если введена мера на 2x0, то все остальные четыре меры на 2 и 0 могут быть в отдельности вычислены по ней.

2. Если введена маргинальная мера на 0 и условная мера на 2 при каждом 6е0, то совместная мера на 2x0 может быть вычислена по ним. После этого маргинальная мера на 2 и условная мера на 0 могут быть найдены по совместной мере.

3. Вторая процедура может быть обращена: если введены маргинальная мера на 2 и условная мера на 0, то можно вычислить совместную меру на 2x0, а уже по ней построить маргинальную меру на 0 и условную на 2.

Введенная формализация позволяет привести проблему принятия решений к игровой ситуации с природой. Заданы Е, 2, А, © и Рег|е. Как пользователю выбрать е, а затем, имея наблюдаемое г, выбрать а, чтобы

максимизировать ожидаемую полезность или минимизировать обобщенные затраты.

Для параллельных пользовательских процессов, которые активируются в сетевой среде, реализованы механизмы синхронизации. Они выполнены на основе общего поля данных по принципу «положил-взял» и непосредственного взаимодействия фрагментов, где » и ] — фрагменты параллельных ветвей одного сценария.

Механизмы синхронизации и обмена данными Роль А___^ ^____^

-Гд1 )-►! ...... ►{ Гд I )-►! |->• ......

и

л1

I

I м _ _

Правила ; Поле данных | М "

->/г31 )-►!}->•......—Н»? гв ] '-К^*1. '-у

Роль В

Рис. 4.

В точках их активации выполняется синхронизация. ] — находится в ожидании, пока фрагмент ] не выложит в обшее поле данных ожидаемый информационный ресурс Гц, либо пока фрагмент 1 не передаст фрагменту ] ожидаемые данные непосредственно. 1 — по завершению действий пользователя или окончанию обработки каких-либо данных, выполняет действие, ожидаемое фрагментом В общем случае, результат выполнения фрагмента I может влиять на ход выполнения сценария как в роли А, так и в роли В.

3. РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СРЕДЫ

КОНСТРУИРОВАНИЯ МНОГОРОЛЕВЫХ ТРЕНАЖЕРОВ

В третьей главе на основании построенных моделей формируются принципы конструирования тренажеров в программно-инструментальной среде.

На основании проведенного анализа характерологические признаков имитационных активных методов обучения можно выделить следующие основные варианты организации ДИ, представленные на рис.5.

Схематично процесс создания новой многоролевой ДИ на основе каркаса и с использованием разработанных инструментальных средств можно представить в виде схемы рис.6.

Типовой сценарий ДИ состоит из двух частей: вспомогательной и основной части.

Вспомогательная часть представляет собой универсальный каркас, в котором реализованы общие для большого класса деловых игр инициализирующие и деинициализирующие функции, выполняющие

подготовительную работу по формированию организационно-структурной среды ДИ в соответствии с заданными на этапе разработки ДИ ограничениями и ее корректное расформирование. Организационно-структурная среда, создаваемая во время проведения ДИ, формируется в результате регистрации участников игры.

Варианты организации ДИ Деловая игра

коллективная (многоролевгя)

индивидуальная (одноролевая)

все роли обязательные

Экземпляры ДИ

не все роли обязательные

один

несколько

./ \

независимые

\

взаимодействующие (конкурирующие)

Рис. 5.

Роли / \ / \ одноэкземплярные

многоэкземплярные

шаблон каркаса сценария ДИ

копия шаблона

каркаса сценария ДИ

Процесс создания новой ДИ

информация о структуре ДИ (группы, роли и т.п.)

информация о сценариях ролей

Р:

,(Ь

Рп

настроенный каркас сценария новой ДИ

Рис. 6.

набор фрагментов, реализующих роли ДИ

Рп и ;

конечный сценарий

да

Каркас состоит из следующих четырех фрагментов: • инициализирующая часть:

1) . Р] — создание нового экземпляра ДИ (новой игровой группы) или выбор одного из уже существующих (выбор группы);

2) — выбор роли из числа предусмотренных в ДИ, создание ее экземпляра (присоединение к группе в качестве, определяемом выбранной ролью);

3) . — ожидание выбора обязательных, но еще не занятых ролей в предусмотренном количестве экземпляров оставшимися игроками и инициация начала игры. Возможность инициировать начало игры предоставляется каждому игроку, прошедшему регистрацию в экземпляре ДИ (игровой группе) в том случае, если выполняются следующие условия:

• в ДИ есть роли, предусматривающие произвольное количество экземпляров;

• все обязательные роли в предусмотренном количестве экземпляров заняты во всех созданных на текущий момент экземплярах ДИ.

При выполнении этих условий возможность инициации начала игры может быть временно недоступна, если хотя бы в одном экземпляре ДИ начал регистрацию новый участник, но еще ее не закончил. Когда все желающие принять участие в игре зарегистрировались, инициировать начало игры может любой из игроков. Этот фрагмент является синхронизующим. • деинициализирующая часть:

4) . Б4 — завершение экземпляра роли. Если это был последний незавершенный экземпляр роли из всех экземпляров ролей, относящихся к данному экземпляру ДИ, то происходит завершение этого экземпляра ДИ. Этот фрагмент невизуальный.

Основная смысловая часть ДИ образует ее тело и содержит имитационные модели внешней среды, виртуальных участников игры и алгоритмы взаимодействия между этими моделями и реальными обучаемыми. Тело ДИ представляет собой параллельные нити любой алгоритмической сложности, по одной на каждую предусмотренную в ДИ роль. Разделение данных, описывающих текущее состояние каждого экземпляра роли пределах этой роли, осуществляется средствами фрагмента, а не на уровне сборки сценария ДИ в Конструкторе структурных элементов.

Механизм сходен с использованием критических секций на основе блокирующих переменных при синхронизации потоков одного процесса (рис. 7.). Для обеспечения синхронизации процессов в локальной сети в качестве блокирующей переменной используется файл нулевого размера. Наличие файла сигнализирует о том, что ресурс занят, отсутствие - что свободен.

Каркас ДИ состоит из набора фрагментов, объединенных в некоторый сценарий, сформированный в соответствии с определенным алгоритмом. Сценарий собран в Конструкторе структурных элементов. Каркас предназначен для формирования организационно-структурной среды ДИ в результате прохождения игроками процедуры регистрации в ДИ и ее

последующего расформирования при выходе игрока из игры. Для пользователя выполнение фрагментов каркаса выглядит, как пошаговый мастер, в котором можно в любой момент можно прервать процесс регистрации или вернуться на предыдущий шаг (рис. 7.).

Схема сценария каркаса ДИ и механизм критических секций на основе блокирующих переменных

Попытка доступа к разделяемому ресурсу R

Вызов L

Wai tTii 1С reate Sy dcF i 1 e(L)

Ресурс R свободен

F(R>-1 (блокирующий файл L отсутствует)?

Г Ял ally J

Вы'.юь

DeletcGyncFi.c, L) (неделимая операция)

Освободить ресурс R F(R) »1

(удалить блокирующий файл L}

Продолжение выполнения

Занять ресурс R F(R):=0

(создать блокирующий файл L)

GD

_....

Критическая секция (работа с ресурсом R) J"

«Отмена» /

«Отмена*

[ создание нолои I игровой rpyiitpii / присоединение к ^ существу ющбй

У —Л

выбор роXif^J

(—

I ожидание соьдг I групп и выбора |

-v) 0

1ДЙНИЯ

W

?кэем-тлг.ра роли и

группы у

Рис. 7.

На рис. 7. приняты следующие обозначения: Гц - фрагменты, реализующие сценарий i-й роли; try ... finally ... end - обработка исключений на уровне сценария ДИ. Она обеспечивает гарантированное выполнение деинициализирующего фрагмента каркаса.

Часть фрагментов, составляющих каркас, являются визуальными и предназначены для организации пользовательского интерфейса в процессе регистрации игрока в ДИ. Другие фрагменты являются невизуальными и предназначены для выполнения вспомогательных действий, обеспечивающих функционирование каркаса ДИ.

Для сокращения временных задержек, связанных с (нахождением в состоянии ожидания) выполнением длительных операций, возможна организация параллельного выполнения процессов в пределах одного экземпляра проигрывателя. При этом невизуальный (вспомогательный) процесс будет выполняться в фоновом режиме. Между основной нитью сценария и вспомогательными процессами возможно взаимодействие (обмен данными) и синхронизация. Фоновые процессы также могут взаимодействовать между собой.

4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОНСТРУКТОРА

МНОГОРОЛЕВЫХ ТРЕНАЖЕРОВ

В четвертой главе диссертации приведено описание программно-инструментальной среды конструирования многоролевых компьютерных тренажеров. Разработанный механизм позволяет организовать упрощенное взаимодействие фрагмента с Проигрывателем и фрагментов между собой. Взаимодействие реализовано на основе технологии COM (Automation).

Организация монопольного доступа к общему ресурсу

Рис. 8.

При реализации сценария ДИ каждый фрагмент взаимодействует только с тем экземпляром Проигрывателя, который его создал. Таким образом, обеспечивается корректное одновременное выполнение нескольких сценариев или экземпляров одного и того же сценария ка одном компьютере. Взаимодействие между фрагментами возможно только для фрагментов в пределах одного экземпляра сценария и заключается в использовании общей памяти, менеджером которой выступает создавший их экземпляр Проигрывателя. Например, некоторый фрагмент может создать в Проигрывателе поименованную область памяти (переменную)

произвольного размера и задать ей значение, а следующий фрагмент может запросить у Проигрывателя ее значение и удалить переменную. Число переменных и размер памяти, занимаемой каждой из них, не ограничен.

Взаимодействие фрагмента с Проигрывателем носит двунаправленный характер. Фрагмент может запрашивать и изменять свойства экземпляра Проигрывателя и вызывать его методы. В свою очередь, экземпляр Проигрывателя может генерировать события, которые будут обрабатываться фрагментом.

Для поддержки функции упрощенного взаимодействия фрагмента с Проигрывателем и фрагментов между собой разработана пара программных модулей (один для Проигрывателя и один для фрагмента). Разработанный механизм взаимодействия позволяет значительно упростить разработку исполняемых фрагментов для интерактивных практикумов и деловых игр.

Для поддержки функций взаимодействия фрагмента с Проигрывателем в приложение исполняемого фрагмента подключается модуль PCIPCChldSpt.pas.

Модуль содержит 2 интерфейсные функции. Первый вариант функции создает экземпляр интерфейсного объекта, не поддерживающего обработку события от Проигрывателя. Этот вариант функции не имеет параметров и возвращает Variant, содержащий указатель на диспинтерфейс созданного объекта. Второй вариант создает экземпляр класса-оболочки интерфейсного объекта, который поддерживает обработку события от Проигрывателя.

Разработано программное приложение задания параметров организационно-структурной среды многоролевой ДИ, в соответствии с которыми будет функционировать каркас разрабатываемой ДИ.

Редактор позволяет задать ограничения на количество игровых групп, которые должны/могут быть созданы, указать взаимодействуют они или нет, задать названия, описания и ограничения на количество экземпляров для ролей, предусмотренных в ДИ, а также указать, могут ли они моделироваться, и может ли игрок, занявший определенную роль, инициировать начало игры. Над ролями предусмотрен ряд действий, таких как добавление, удаление, применение изменений, перемещение вверх и вниз по списку ролей.

В заключении представлены основные результаты работы.

Приложение содержит документы об использовании результатов работы.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ, которые приведены в списке публикаций.

Основные выводы и результаты работы

1. Проведен системный анализ методов и форм организации обучения и тестового контроля персонала промышленных предприятий и определен круг методов и моделей формализованного представления компонент системы конструирования многоролевых деловых игр.

2. Разработана формальная схема процессного описания пользовательского интерактива в сетевой модели сценария деловой игры.

3. Разработаны модели описания процессов конструирования типовых фрагментов деловой игры, а также их расширенний на комбинированные формы интерактивного взаимодействия.

4. На основе теории конечных автоматов и сетей Петри построена формализованная модель реализации сценария деловой игры.

5. Разработаны механизмы конструирования и проигрывания сценария, а также требования к инструментальной среде формирования деловой игры.

6. Разработана программно-инструментальная среда конструирования интерактивных многоролевых компьютерных тренажеров.

7. Разработанный программный комплекс, методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде промышленных предприятий, а также используются в учебном процессе МАДИ(ГТУ).

Публикации по теме диссертационной работы

1. Лукащук, Р.П. Алгоритм привязки участков протяженных объектов к предприятиям / Р.П. Лукащук, А.Б. Николаев, А.Г. Прядко Н Методы прикладной информатики в авгомобильно-дорожном комплексе: сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). -2007. -С. 155-159.

2. Лукащук, Р.П. Адаптивный алгоритм формирования тестовых заданий / Р.П. Лукащук, А.Б. Николаев, Л.Ф. Макаренко, П.С. Рожин // Вопросы теории и практики автоматизации в промышленности. Сб. научн. тр. МАДИ(ГТУ), 2007. С.155-159.

3. Лукащук, Р.П. Переходные режимы в системах массового обслуживания / Р.П. Лукащук, A.M. Ивахненко, A.A. Шарков // Вопросы теории и практики автоматизации в промышленности: сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). -М., 2008. - С.35-39.

4. Лукащук, Р.П. Система автоматизации оценивания показателей качества технологических процессов / Р.П. Лукащук, А.Б.Чубуков, С.С.Гоголин, A.B. Яшуков // Вестник МАДИ(ГТУ)'). - М., вып. 4 (15), 2008. -С. 108112.

5. Лукащук, Р.П. Анализ методов формирования адаптивного контента / Р.П. Лукащук, Л.Ф. Макаренко, A.B. Николаев, П.С. Рожин // Инновационные методы автоматизации технологических процессов и производств: сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). -М., 2008. - С. 40-46.

6. Лукащук, Р.П. Параметры и технологии адаптации в системах гипермедиа / Р.П. Лукащук, Л.Ф. Макаренко, A.B. Николаев, П.С. Рожин, // Инновационные методы автоматизации технологических процессов и производств: сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). -М., 2008. - С. 47-54.

7. Лукащук, Р.П. Сетевое планирование учебного процесса / Р.П. Лукащук, Л.ф. Макаренко, И.Э. Саакян, В.М. Пеньков /У Аналитико-имитационное моделирование и ситуационное управление в промышленности,

строительстве и образовании (ч.2): сб науч. тр. МАДИ(ГТУ). -М., 2008. -С.17-21.

8. Лукащук, Р.П. Организация баз данных системы мониторинга технико-экономических показателей предприятий промышленности и транспортного комплекса / Р.П. Лукащук, С.С. Гоголин, В.М, Пеньков // Аналитико-имитационное моделирование и ситуационное управление в промышленности, строительстве и образовании. Сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ), -М., 2008. С.31-36.

9. Лукащук, Р.П. Адаптивный подход к проектированию человеко-машинных интерфейсов / Р.П. Лукащук, Н.Э. Саакян. А.Ю. Кудрявцев, Шень Янь // Инновационные методы автоматизации технологических процессов и производств: сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). -М., 2008. - С. 29-39.

10. Лукащук, Р.П. Принципы построения инструментальной среды конструирования тестовых заданий / Р.П. Лукашук, В.В. Белоус // Методы и модели прикладной информатики: межвуз сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). -М., 2009.-С.17-19.

Подписано в печать 22 мая 2009 г. Формат 60x84x16 Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 33 "Техполиграфцентр" Россия, 125319, г. Москва, ул. Усиевича, д. 8а. Тел/факс: 8(499) 152-17-71 Тел.:8-916-191-08-51

ВВЕДЕНИЕ.

X. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ КОНСТРУИРОВАНИЯ КОМПЬТЕРНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ В СИСТЕМЕ ПЕРЕПОДГОТОВКИ

1.1. Проблемы кадрового обеспечения промышленных предприятий.

1.2. Педагогические принципы контроля и диагностики.

1.2.1. Функции и методы контроля.

1.2.2. Классификация педагогических принципов тестового контроля.

1.3. Основные принципы компьютерного тестового контроля.

1.3.1. Методические правила проектирования тестовых заданий.

1.3.2. Формы тестовых заданий.

1.4. Математическое моделирование процедур тестового контроля.

1.5. Методические основы разработки деловых игр.

1.5.1. Назначение деловых игр.

1.5.2. Методическая сущность деловой игры.

1.5.3. Разработка деловой игры.

1.5.4. Роль деловых игр в системе подготовки специалистов.

1.5.5. Характеристика основных имитационных методов активного обучения.

1.5.6. Оценка эффективности деловой игры как формы совершенствования подготовки и переподготовки специалистов.

Выводы по главе 1.

2. РАЗРАБОТКА МЕХАНИЗМОВ СОЗДАНИЯ СЦЕНАРИЯ ДЕЛОВОЙ ИГРЫ.

2.1. Принципы реализация деловой игры.

2.1.1. Формирование экземпляров игры.

2.1.2. Формирование структуры деловой игры.

2.1.3. Организация параллельных процессов в пределах одного экземпляра проигрывателя.

2.1.4. Поддержка и реализация функций администратора деловой игры.

2.2. Измерение сложности учебной информации.

2.3. Разработка энтропийной модели оценки сложности учебной информации.

2.4. Семантический граф фрагментов деловой игры.

Выводы по главе 2.

3. РАЗРАБОТКА ФОРМАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ОПИСАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ПРОЦЕССОВ МНОГОРОЛЕВОЙ ДЕЛОВОЙ ИГРЫ.

3.1. Принципы конструирования фрагмента деловой игры.

3.2. Алгебра регулярных сетей сценария деловой игры.

3.3. Методики построения шкалы оценки знаний.

3.3.1. Принципы построения оценочной шкалы.

3.3.2. Формализованные модели классификации обученности.

3.3.3. Унифицированная дидактическая классификация участников деловой игры.

3.4. Компоненты инструментальной среды конструирования тренажеров . 123 Выводы по главе 3.

4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МНОГОРОЛЕВЫХ ДЕЛОВЫХ ИГР.

4.1. Формирование каркаса деловой игры.

4.1.1. Фрагменты каркаса деловой игры.

4.1.2. Структуры данных каркаса деловой игры.

4.2. Редактор параметров каркаса.

4.3. Синхронизация действий пользователей.

4.4. Интерфейс взаимодействия фрагмента с проигрывателем.

Выводы по главе 4.

Деловая игра (ДИ), наряду с другими методами обучения, служит накоплению управленческого опыта, близкого к реальному. Игра, во-первых, достаточно реально имитирует существующую действительность; во-вторых, создает динамичные организационные модели; в-третьих, более интенсивно побуждает к решению намеченных целей. Деловые игры в области обучения управленческим навыкам направлены на получение более обширного опыта по принятию решений в учебных лабораториях.

Элементы риска, вводимые в деловые игры, дают возможность принимать решения в условиях недостаточной информации и производственной напряженности, что позволяет принимать рискованные управленческие решения в моделируемых производственных ситуациях и накапливать умения и навыки управленческой деятельности без ущерба для реального производства в будущем.

В реальной действительности круг необходимых для жизни и работы знаний постоянно расширяется, а возможности их усвоения не беспредельны. Важнейшей задачей поэтому, становится не только умение отбирать необходимые знания, систематизировать их, но и умение преобразовывать эти знания, приближать их к сегодняшним жизненным и профессиональным ситуациям, практике, к реальной профессиональной деятельности. Это означает, что ДИ, как метод активного обучения, помогают в теоретическом и практическом аспекте подготовки специалистов. В результате, направления исследований, которые относятся к моделированию производственных ситуаций, а именно, отношений руководителей и исполнителей, групп и производственных подразделений и т.д. относительно стимулов, интересов и целей в системе управления производственными предприятиями делает разработку инструментальных средств создания многоролевых тренажеров актуальными.

Предметом исследования являются информационные технологии, направленные на создание многоролевых тренажеров, включаемых в базу данных тестов в системе аттестации персонала промышленных предприятий.

Целью работы является повышение эффективности функционирования системы переподготовки персонала, за счет разработки методов, моделей, алгоритмов и программно-инструментальных средств создания многоролевых компьютерных тренажеров.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:

• системный анализ методов организации деловых игр в системе переподготовки персонала промышленных предприятий;

• разработка формальной схемы процессного описания пользовательского интерактива в сценарии многоролевых тренажеров;

• разработка моделей описания процессов конструирования многоролевых тренажеров;

• разработка механизмов синхронизации действий пользователей в процессе выполнения деловых игр;

• разработка программно-инструментальной среды конструирования многоролевых тренажеров.

При разработке формальных моделей компонентов системы в диссертации использовались методы общей теории систем, теория автоматов, классический теоретико-множественный аппарат и другие.

Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, методик и алгоритмов.

В первой главе диссертации проводится системный анализ педагогических принципов, используемых в системе подготовки персонала промышленных предприятий. Рассмотрены проблемы кадрового обеспечения и общие тенденции развития системы непрерывного образования. Рассмотрены математические модели и методы моделирования процессов компьютерного тестового контроля. Показано, что для организации и проведения компьютерных деловых игр необходимо:

• подготовить руководство игры и группы обеспечения;

• подготовить методическое и техническое обеспечение;

• провести адаптацию деловой игры к соответствующему контингенту участников и условиям ее проведения;

• подготовить будущих участников игры, оценить уровень их готовности к игре;

• выполнить необходимые расчеты для оценки последствий различных вариантов решений, сформировать оптимальное или рациональное решение для каждого фрагмента игры.

Проведенный в работе анализ характерологических признаков ДИ позволил представить функциональную схему. В деловой игре применяется численный метод, позволяющий использовать вычислительные процедуры. Математические модели, описывающие технологические, организационные и другие процессы, в игровой имитации подвергаются численному исследованию и на его основе принимаются количественные решения. Применение компьютерных технологий не является необходимым условием, однако их использование способствует успешной реализации процесса имитации, обеспечивая ряд преимуществ.

Во второй главе диссертации разрабатываются формализованные методы описания пользовательских процессов ДИ. На основе сетей Петри строится модель описания интерактивного поведения пользователей при формировании ответа на фрагмент ДИ.

Выполнена формальная декомпозиция структуры инструментальной среды ДИ, определены управляющие и информационные связи, что позволяет сделать систему открытой для включения новых методов, моделей и данных, тем самым сформировать функционал программных приложений. Совместное использование введенных в диссертации операций при наличии формализованного описания приложений и данных позволит генерировать программные сценарии ДИ.

В основе программного конструирования такой структуры приложений лежит формализованное описание фрагмента ДИ. В общем случае сценарий представляет собой совокупность фрагментов с заданием алгоритмической структуры и развязки по данным. Уровень доступа определяет вложенность структуры сценария, что позволяет создавать иерархию сценариев, а использование механизмов блокировок реализовать структуру вложенных процессов. Параметризация приложения дает возможность не только настройки, но решения вопросов согласования по данным различных приложений, включенных в один сценарий.

В третьей главе на основании построенных моделей формируются принципы конструирования тренажеров в программно-инструментальной среде. На основании проведенного анализа характерологические признаков имитационных активных методов обучения можно выделить следующие основные варианты организации ДИ, представленные в виде сетей Петри. Схематично процесс создания новой многоролевой ДИ на основе каркаса и с использованием разработанных инструментальных средств можно представить в виде формализованной схемы. Типовой сценарий ДИ состоит из двух частей: вспомогательной и основной части. Вспомогательная часть представляет собой универсальный каркас, в котором реализованы общие для большого класса деловых игр инициализирующие и деинициализирующие функции, выполняющие подготовительную работу по формированию организационно-структурной среды ДИ в соответствии с заданными на этапе разработки ДИ ограничениями и ее корректное расформирование. Организационно-структурная среда, создаваемая во время проведения ДИ, формируется в результате регистрации участников игры.

В четвертой главе диссертации приведено описание программно-инструментальной среды конструирования многоролевых компьютерных тренажеров. Разработанный механизм позволяет организовать упрощенное взаимодействие фрагмента с Проигрывателем и фрагментов между собой. Взаимодействие реализовано на основе технологии COM (Automation).

В заключении представлены основные результаты работы.

В приложении приводятся акты внедрения результатов диссертационной работы.

Научную новизну работы составляют методы конструирования многоролевых тренажеров, которые предназначены для использования в системе переподготовки персонала промышленных предприятий.

На защиту выносятся:

• механизмы обмена данными и синхронизации действий пользователя в едином сценарии деловой игры;

• обобщенные модели описания процессов конструирования и реализации сценария;

• описания интерактивного поведения пользователя на основе сетей Петри;

• программно-инструментальная среда конструирования многоролевых тренажеров.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием современных математических методов и моделей, предварительным анализом процессов аттестации персонала на промышленных предприятиях, процессов обучения и тестирования в ряде образовательных учреждений. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения результатов работы в ряде учебных центрах промышленных предприятий.

Внедрение результатов работы позволит повысить качество и эффективность конструирования интерактивных тестовых заданий системе аттестации персонала промышленных предприятий. Методы и алгоритмы, а также программные средства могут быть использованы также при реализации тестового контроля студентов высших учебных заведений. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде промышленных предприятий, а также используются в учебном процессе МАДИ(ГТУ).

Апробация работы

Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:

• на Российских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (2005-2009г.г.);

• на заседании кафедры АСУ МАДИ(ГТУ).

Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации процесса аттестации составляет актуальное направление в области теоретических и практических методов и форм проведения тестового контроля в системе подготовки и аттестации персонала промышленных предприятий.

По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, опубликованных на 149 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков, 14 таблиц, список литературы из 113 наименований и приложения.

Основные выводы и результаты работы

1. Проведен системный анализ методов и форм организации обучения и тестового контроля персонала промышленных предприятий и определен круг методов и моделей формализованного представления компонент системы конструирования многоролевых деловых игр.

2. Разработана формальная схема процессного описания пользовательского интерактива в сетевой модели сценария деловой игры.

3. Разработаны модели описания процессов конструирования типовых фрагментов деловой игры, а также их расширений на комбинированные формы интерактивного взаимодействия.

4. На основе теории конечных автоматов и сетей Петри построена формализованная модель реализации сценария деловой игры.

5. Разработаны механизмы конструирования и проигрывания сценария, а также требования к инструментальной среде формирования деловой игры.

6. Разработана программно-инструментальная среда конструирования интерактивных многоролевых компьютерных тренажеров.

7. Разработанный программный комплекс, методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде промышленных предприятий, а также используются в учебном процессе МАДИ(ГТУ).

1. Аванесов B.C. Композиция тестовых заданий: учебн. пособие. - М.: Ассоциация инженеров-педагогов, 1996.

2. Аванесов B.C. Основы научной организации педагогического контроля высшей школы. М.: Исслед. центр, 1989 г.

3. Аванесов B.C. Тесты в социологическом исследовании. М.: Наука, 1982.

4. Астанин C.B. Мониторинг процесса обучения в системе открытого образования // Интеллектуальные САПР. Таганрог, 2001. №4.

5. Астанин C.B., Захаревич В.Г., Попов Д.И. Интеллектуальные средства обучения в Интернет // Сборник докладов Всероссийской научной конференции «Управление и информационные технологии». СПб., 2003. Т. 2. С. 278-282.

6. Астанин C.B., Калашникова Т.Г. Разработка индивидуальной модели поведения обучаемого в системе дистанционного образования // Перспективные информационные технологии и интеллектуальные системы. Таганрог, 2001. №5.

7. Астанин C.B., Курейчик В.М., Попов Д.И., Кузьмицкий A.A. Интеллектуальная образовательная среда дистанционного обучения // Новости искусственного интеллекта. М., 2003. № 1.03 (55). С.7-14.

8. Безкоровайный М.М., Костогрызов А.И., Львов В.М. Инструментально-моделирующий комплекс для оценки качества функционирования информационных систем «КОК». Руководство системного аналитика. М.: Синтег, 2000. — 116с.

9. Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование сложных динамических систем. С. Петербург, БХВ, 2001.-441с.

10. Бершадский A.M., Кревский И.Г. Дистанционное обучение форма или метод // Дистанционное образование. М., 1998. № 4.

11. Беспалько В.П. Теория учебника: Дидактический аспект. М.: Педагогика, 1988.

12. Бизли Д. Язык программирования PYTHON, Киев, ДиаСофт, 2000. -336 с.

13. Боггс У, Боггс М. UML и Rational Rose, М.: Лори, 2000. 582с.

14. Болотник JI.B., Соколова М.А. Тематическая модель структуры учебного материала // Проблемы педагогических измерений: Межвуз. сб. тр. / Под ред. В. И. Левина. М., 1984.

15. Буравлев А.И., Переверзев В.Ю. Выбор оптимальной длины педагогического теста и оценка надежности его результатов // Дистанционное образование. М., 1999. № 2. С. 27.

16. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами на С++, 3-е изд. / Пер. с англ. М.: «Издательство Бином», СПб.: «Невский диалект», 2001 - 560с.

17. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя: Пер. с англ. М.: ДМК, 2000. - 432с.

18. Васильев А.Е., Леонтьев А.Г. Применение пакета Model Vision Studium для исследования мехатронных систем. // Гибридные системы. Model Vision Studium: Труды междунар. науч.-технич. конф. СПб.: Изд-во СПбГТУ , 2001. с.51-52.

19. Васильев В.И., Демидов А.Н., Малышев Н.Г., Тягунова Т.Н. Методологические правила конструирования компьютерных педагогических тестов. М.: Изд-во ВТУ, 2000.

20. Васильев В.И., Тягунова Т.Н. Основы культуры адаптивного тестирования. М.: Издательство ИКАР, 2003. 584 с.

21. Вендров A.M. CASE-технологии: Современные методы и средства проектирования информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1998. -176с.

22. Вишняков Ю.М., Кодачигов В.И., Родзин С.И. Учебно-методическое пособие по курсам «Системы искусственного интеллекта», «Методы распознавания образов». Таганрог: Из-во ТРТУ, 1999.

23. Гаврилова Т.А. Червинская K.P. Извлечение и структурирование знаний для экспертных систем. М.: Радио и связь, 1992. 200 с.

24. Георгиев В.О. Модели представления знаний предметных областей диалоговых систем // Изв. АН СССР. Техн. киберн. 1993. №5.

25. Голец И.Н., Попов Д.И. Модель представления знаний в интеллектуальной системе дистанционного образования // Известия ТРТУ. Тематический выпуск. Интеллектуальные САПР. Таганрог, 2001. С. 332 -336.

26. Гома X. UML. Проектирование систем реального времени, параллельных и распределенных приложений: Пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2002. - 704с.

27. Гуленко В.В. Формы мышления. // Соционика, ментология и психология личности, N 4, 2002 (http://socionicsl6.narod.ru/t/gul-402.html).

28. Гультяев А.К. MATLAB 5.3. Имитационное моделирование в среде Windows, М.: Корона принт, 2001. -400с.

29. Дмитриев А.К., Мальцев П.А. Основы теории построения и контроля сложных систем. JL: Энергоатомиздат, 1988.- 192 с.

30. Дьяконов В. Mathematica 4: учебный курс. СПб: Питер, 2002. - 656с

31. Емельянов С.В, Коровин С.К. Новые типы обратной связи. М.: Наука, 1997. 352 с.

32. Зегжда Д.П., Ивашко A.M. Основы безопасности информационных систем М.: Горячая линия Телеком, 2000. 452 с.

33. Калашникова Т.Г. Исследование и разработка методов и моделей правдоподобных рассуждений в интеллектуальных системах поддержки принятия решений. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Таганрог, 2001.

34. Ким Дж.-О., Мьюллер Ч.У., Клекка У.Р., Олдендерфор М.С., Блэшфилд Р. К. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. М.: Финансы и статистика, 1989.

35. Козлов О.С., Медведев B.C. Цифровое моделирование следящих приводов. // В кн.: Следящие приводы. В 3-х т. /Под ред. Б.К. Чемоданова. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. Т. 1. С. 711-806.

36. Красильников В.В. Статистика объектов нечисловой природы. — Наб. Челны: Изд-во Камского политехнического института, 2001. 144 с.

37. Курочкин Е.П., Ко лесов Ю.Б. Технология программирования сложных систем управления / ВМНУЦ ВТИ ГКВТИ СССР. М.: 1990. -112с.

38. Липаев В.В. Надежность программных средств, М.: Синтег, 1998. -232с.

39. Липаев В.В. Системное проектирование сложных программных средств для информационных систем. М.: Синтег, 1999. — 224с.

40. Лукащук, Р.П. Алгоритм привязки участков протяженных объектов к предприятиям / Р.П. Лукащук, А.Б. Николаев, А.Г. Прядко // Методы прикладной информатики в автомобильно-дорожном комплексе: сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). -2007. -С. 155-159.

41. Лукащук, Р.П. Адаптивный алгоритм формирования тестовых заданий / Р.П. Лукащук, А.Б. Николаев, Л.Ф. Макаренко, П.С. Рожин // Вопросы теории и практики автоматизации в промышленности. Сб. научн. тр. МАДИ(ГТУ), 2007. С. 155-159.

42. Лукащук, Р.П. Переходные режимы в системах массового обслуживания / Р.П. Лукащук, A.M. Ивахненко, A.A. Шарков // Вопросы теории и практики автоматизации в промышленности: сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). -М., 2008. С.35-39.

43. Лукащук, Р.П. Система автоматизации оценивания показателей качества технологических процессов / Р.П. Лукащук, А.Б.Чубуков, С.С.Гоголин, A.B. Яшуков // Вестник МАДИ(ГТУ), ). М., вып. 4 (15), 2008. -С.108-112.

44. Лукащук, Р.П. Анализ методов формирования адаптивного контента / Р.П. Лукащук, Л.Ф. Макаренко, A.B. Николаев, П.С. Рожин // Инновационные методы автоматизации технологических процессов и производств: сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). -М., 2008. С. 40-46.

45. Лукащук, Р.П. Параметры и технологии адаптации в системах гипермедиа / Р.П. Лукащук, Л.Ф. Макаренко, A.B. Николаев, П.С. Рожин, // Инновационные методы автоматизации технологических процессов и производств: сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). -М., 2008. С. 47-54.

46. Лукащук, Р.П. Принципы построения инструментальной среды конструирования тестовых заданий / Р.П. Лукащук, В.В. Белоус // Методы и модели прикладной информатики: межвуз сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). -М., 2009.-С.17-19.

47. Майо Д. С#: Искусство программирования. Энциклопедия программиста: Пер. с англ. СПб.: «ДиаСофтЮП», 2002. 656 с.

48. Назаров А.И., Сергеев A.B. Система дистанционного контроля знаний в сетях Интернет и Интранет // Дистанционное образование. М. 1999. № 1. С. И.

49. Никифорова A.M., Попов Д.И., Калашникова Т.Г. Дистанционное образование: тестирование и оценка знаний // VI Междунар. науч.техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. В 3-х т. М., 2000. С. 341^42.

50. Оганесян А.Г. Опыт компьютерного контроля знаний// Дистанционное образование. М. 1999. № 6. С. 30.

51. Орлов А.И. Заводская лаборатория. 1995, Т. 61, № 3.

52. Основы открытого образования / A.A. Андреев, C.JI. Каплан и др.; Отв. ред. В.И. Солдаткин. Т.1. Российский государственный институт открытого образования. М.: НИИЦ РАО, 2002. 676 с.

53. Переверзев В.Ю. Критериально-ориентированное педагогическое тестирование: учебн. пособие. -М.: Логос, 2003.

54. Петров Г.Н. Использование пакета "Model Vision" для создания компьютерных лабораторных работ. // Гибридные системы. Model Vision Studium: Труды междунар. науч.-технич. конф. СПб.: Изд-во СПбГТУ , 2001. с.53-54.

55. Подчуфаров Ю.Б. Физико-математическое моделирование систем управления и комплексов / Под ред. А.Г.Шипунова. — М.: Изд-во физико-математической литературы, 2002. 168с.

56. Прицкер А. Введение в имитационное моделирование и язык СЛАМ И: Пер. с англ. М.: Мир, 1987. - 646с.

57. Проблемы педагогической квалиметрии: Межвуз. сб. тр. / Под ред. В.И. Огорелкова. М., 1973, 1975. Вып. 1, 2; То же / Под ред. В.И. Левина. М., 1984.

58. Самарский A.A., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М.: Наука. Физматлит, 1997.-320 с.

59. Семененко М. Введение в математическое моделирование -М.:Солон-Р, 2002.- 112с.

60. Семенов В.В. Индивидуально-личностный подход в компьютерной технологии тестирования знаний // Аналитические обзоры по основным направлениям развития высшего образования. М. 1998. Вып. 3. С. 49.

61. Состояние и развитие дистанционного образования в мире: Научно-аналитический доклад. М.: Магистр, 1997.

62. Убиенных Г.Ф., Убиенных А.Г. Сравнительный анализ методов представления знаний в базах знаний. Пенза, Пензенский государственный университет, 2002.

63. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 388 с.

64. Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие задачи и дифференциально-алгебраические задачи, М., Мир, 1999,- 685с.

65. Челышкова М.Б. Теория и практика конструирования педагогических тестов: учебное пособие. М.: Логос, 2002. 432с.

66. Черемных C.B., Семенов И.О., Ручкин B.C. Структурный анализ систем: IDEF-технологии, М.: Финстат, 2001. 208с.

67. Черных И.В. Simulink: среда создания инженерных приложений. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. 496с.

68. Шорников Ю.В., Жданов Т.С., Ландовский В.В. Компьютерное моделирование динамических систем // «Компьютерное моделирование 2003». Труды 4-й межд. научно-техн. конференции, С.Петербург, 24-28 июня 2003г., с.373-380

69. Юдицкий С.А., Покалев С.С. Логическое управление гибким интегрированным производством // Институт проблем управления. -Препринт. М., 1989. - 55с.

70. Andersson M. Omola An Object-Oriented Language for Model Representation, in: 1989 IEEE Control Systems Society Workshop on Computer-Aided Control System Design (CACSD), Tampa, Florida, 1989.

71. Andersson M. OmSim and Omola Tutorial and User's Manual. Version 3.4., Department of Automatic Control, Lund Institute of Technology, 1995, pp.45.

72. Ascher Uri M., Petzold Linda R. Computer Methods for Ordinary Differential Equations and Differential-Algebraic Equations. SIAM, Philadelphia, 1998.

73. Avrutin V., Schutz M. Remarks to simulation and investigation of hybrid systems, // Гибридные системы. Model Vision Studium: Труды междунар. науч.-технич. конф. СПб.: Изд-во СПбГТУ , 2001. с.64-66.

74. Baleani М., Ferrari F., Sangiovanni-Vincentelli A.L., and Turchetti С. HW/SW Codesign of an Engine Management System. In Proc. Design Automation and Test in Europe, DATE'00, Paris, France, March 2000, pp.263-270.

75. Booch G., Jacobson I., Rumbaugh J. The Unified Modeling Language for Object-Oriented Development. Documentation Set Version 1.1. September 1997.

76. Borshchev A., Karpov Yu., Kharitonov V. Distributed Simulation of Hybrid Systems with AnyLogic and HLA // Future Generation Computer Systems v. 18 (2002), pp.829-839.

77. Brenan K.E., Campbell S.L., Petzold L.R. Numerical solution of initial-value problems in differential-algebraic equations. North-Holland, 1989, 195 p.

78. Bruck D., Elmqvist H., Olsson H., Mattsson S.E. Dymola for multiengineering modeling and simulation. 2nd International Modélica Conference, March 18-19 2002, Proceedings, pp. 55-1 55-8.

79. Bunus P., Fritzson P. Methods for Structural Analysis and Debugging of Modelica Models. 2nd International Modelica Conference, 2002, Proceeding, pp. 157-165.

80. Darnell K., Mulpur A.K. Visual Simulation with Student VisSim, Brooks Cole Publishing, 1996.

81. Davey, B.A. & Priestley, H.A. Introduction to Lattice and Orders. Cambridge University Press. 1990.

82. Dmitry Popov, Alexander Khadzhinov. "Safety Subsystem of Intelligent Software Complex for Distance Learning" // Proceedings of 2002 IEEE International Conference on Artificial Intelligence Systems (ICAIS 2002), IEEE Inc. 2002. P.464 465.

83. Doignon, J-P., Falmagne J-C. (1999) Knowledge Spaces.

84. Esposit J.M., Kumar V., Pappas G.I. Accurate event detection for simulating hybrid systems. Hybrid Systems: Computation and Control, 4th International Workshop, HSCC 2001, Rome, Italy, March 28-30, 2001, Proceedings, pp.204-217.

85. Ferreira J.A., Estima de Oliveira J.P. Modelling hybrid systems using statecharts and Modelica. . In Proc. of the 7th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Barcelona, Spain, 18-21 Oct., 1999, p.1063.

86. Fritzson P., Gunnarson J., Jirstrand M. MathModelica an extensible modeling and simulation environment with integrated graphics and literate programming/ 2nd International Modelica Conference, March 18-19 2002, Proceedings, pp. 41-54.

87. Harel D., Gery E. Executable Object Modeling with Statecharts / Computer, July 1997, pp. 31-42.

88. Hyunok Oh, Soonhoi Ha. Hardware-software cosynthesis of multi-mode multi-task embedded systems with real-time constraints. In Proc. International Symposium on Hardware/Software Codesign, CODES'02, Estes Park, Colorado, May 2002, pp. 133-138.

89. IMS Content Packaging Information Model, T.Anderson, M.McKell, A.Cooper and W.Young, C.Moffatt, Version 1.1.2, IMS, August 2001.

90. IMS Question & Test Interoperability: Overview, C.Smythe, E.Shepherd, L.Brewer and S.Lay, Version 1.2, IMS, September 2001.

91. Kesten Y., Pnueli A. Timed and hybrid statecharts and their textual representation. Lec. Notes in Comp. Sci. pp. 591-620, Springer-Verlag, 1992.

92. Khartsiev V.E., Shpunt V.K., Levchenko V.F., Kolesov Yu., Senichenkov Yu., Bogotushin Yu. The modeling of synergetic interaction in Theoretical biology. / Tools for mathematical modelling. St. Petersburg, 1999, p.71-73.

93. Kolesov Y., Senichenkov Y. A composition of open hybrid automata. Proceedings of IEEE Region 8 International Conference «Computer as a tool», Ljubljana, Slovenia, Sep.22-24,. 2003, v.2, pp. 327-331.

94. Koppen, M. Extracting human expertise for constructing knowledge spaces: an algorithm. Journal of Mathematical Psychology, 37, 1993. 1-20.

95. Ledin J. Simulation Engineering. CMP Books, Lawrence, Kansas, 2001.

96. Mattsson S.E., Elmqvist H., Otter M., Olsson H. Initialization of hybrid differential-algebraic equations in Modelica 2.0. 2nd International Modelica Conference, March 18-19 2002, Proceedings, pp. 9-15.

97. Modelica A Unified Object-Oriented Language for Physical Systems Modeling. Language Specification. Version 2.0, July 10, 2002.

98. Modelica A Unified Object-Oriented Language for Physical Systems Modeling. Tutorial. Version 2.0, July 10, 2002.

99. Otter M., Elmqvist H., Mattsson S.E. Hybrid modeling in Modelica based on the synchronous data flow principle. In Proceeding of the 1999 IEEE Symposium on Computer-Aided Control System Design, CACSD'99, Hawai,USA, August 1999.