автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Система аналитической поддержки управления информационно-образовательным фондом вуза

ПОПКОВА АЛЛА АЛЕКСЕЕВНА

СИСТЕМА АНАЛИТИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМ

ФОНДОМ ВУЗА

Специальность 05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации (в социальной сфере)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 СЕН 2011

4854848

На правах рукописи

ПОПКОВА АЛЛА АЛЕКСЕЕВНА

СИСТЕМА АНАЛИТИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМ

ФОНДОМ ВУЗА

Специальность 05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации (в социальной сфере)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Норильский индустриальный институт», г. Норильск.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Фомичева Светлана Григорьевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Фомин Станислав Яковлевич, доктор технических наук, профессор Жуков Дмитрий Олегович

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

университет аэрокосмического приборостроения, г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится «11» ноября 2011 года в 1530 часов на заседании диссертационного совета Д 212.132.10 в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» по адресу: 105318, г. Москва, Измайловское шоссе, д.4, Институт качества высшего образования.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС

Автореферат разослан «14» сентября 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.Б. Моргунов

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Реформирование системы образования РФ в настоящее время приводит к необходимости совершенствования целой совокупности взаимосвязанных процессов оперативного и стратегического управления вузом и сопровождения образовательной деятельности. Систематизация и формализация данных процессов в современном вузе, являясь сложной научно-технической задачей, при правильных решениях реализуется в виде эффективно функционирующей системы качества образовательного учреждения. Для выявления существенных связей между показателями образовательной деятельности и создания системы их внутреннего аудита, являющейся неотъемлемой частью системы качества образовательного учреждения, требуется проведение детального системного анализа управленческих, вспомогательных и бизнес-процессов образовательного учреждения с использованием новейших достижений в области квалиметрии образования, в частности, с использованием теории квалиметрических шкал, теории свертывания, экспертной и индексной квалиметрии. Существенный научный вклад в создание и развитие данных направлений получен Г.Г. Азгальдовым, H.A. Селезневой, А.И. Субетто, И.А. Зимней, А.Г. Варжапетяном, И.А. Гундаревым, А. В. Гличевым, Э. П. Райхманом, Я. Б. Шором, Е. Г. Нахапетяном, И. Б. Погожевым, A.B. Титовым и др.

Следует отметить, что в современном вузе доля электронных изданий по отношению к традиционным изданиям существенно возрастает из года в год, а механизмы их учета и контроля либо не автоматизированы, либо не интегрированы с системой качества образовательного учреждения, что отмечено в работах Борисова В.В., Бочарова Б.П., Васильченко Н.П., Волковой Л.Ф., Григорьева Ю.В., Гусевой Т.Н., Деева A.C., Ерахторина М.В., Заботнева М.С., Зорина С.Ю. и др. Поэтому становится актуальной задача эффективного управления и непрерывного мониторинга уровня информационно-образовательного обеспечения учебного процесса и обоснованности рационального использования аппаратно-программных и людских ресурсов вуза на комплектование соответствующих фондов, включая и электронные издания.

Задачи оценивания показателей деятельности библиотеки вуза относятся к слабо формализуемым, решение которых зависит, во-первых, от меняющихся требований Министерства образования и науки и, во-вторых, от субъективных критериев оценки эффективности деятельности библиотеки вуза. Решение данных задач требует привлечения соответствующего аппарата нечёткой логики и теории нейронных сетей, базирующихся на работах JI.A. Заде, P.M. Larsen,

У. Тэикатс^о, Е. Н. Матс1аш, Т. Та£аЫ, Д. Рутковской, М. Пилиньского и др. Таким образом, актуальна научная проблема, которая заключается в создании интеллектуальных методов и моделей оценки показателей и эффективности деятельности библиотеки в контексте задач системы качества образовательного учреждения на основе применения аппарата нечёткой логики, теории нейронных сетей и технологий оперативной аналитической обработки данных. Следовательно, тема диссертационного исследования является актуальной.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются высшие образовательные учреждения Российской Федерации и их системы качества. Предметом исследования являются процессы, структуры данных, методы и модели управления информационно-образовательным фондом вуза и методы их интеграции с системой качества вуза.

Цель работы. Разработка структур данных, методов, моделей и алгоритмов интеллектуальной поддержки процессов оценки состояния информационно-образовательных фондов вуза в рамках задач системы качества образовательного учреждения.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи:

• проведен системный анализ и экспертная оценка результатов исследования процессов управления и сопровождения образовательной деятельности вуза в рамках системы качества образовательного учреждения, с целью определения базиса основных и дополнительных критериев оценки состояния информационно-образовательных фондов вуза и оценки эффективности деятельности библиотеки вуза;

• предложены методики расчёта нормативных показателей с целью адекватного учета как бумажных, так и электронных изданий;

• разработана математическая модель для оперативной оценки состояния информационно-образовательного фонда вуза и соответствия его требованиям Министерства образования и науки РФ;

• разработана математическая модель оценки эффективности деятельности библиотеки вуза в рамках системы качества;

• разработана архитектура хранилища данных для оперативного многомерного анализа информационно-образовательных фондов вуза;

• разработана методика оценки степени агрегации данных в хранилище и априорного формирования процедур агрегации;

• разработано алгоритмическое и программно-методическое обеспечение для реализации модели оценивания нормативных и

дополнительных показателей эффективности деятельности библиотеки вуза в рамках системы качества образовательного учреждения.

Методы исследований: теория систем и системного анализа, теория информации, теория квалиметрических шкал, теория свертывания, экспертная и индексная квалиметрии, теория множеств, теория графов, нечеткая квалиметрия, теория нейронных сетей, методы нечеткой логики, теория принятия решений и технологии хранилищ данных.

Положения, выносимые на защиту:

1) Научно-теоретическое обоснование значимых показателей деятельности библиотеки вуза.

2) Архитектура системы аналитической поддержки управления информационно-образовательным фондом вуза, которая существенно ускоряет генерацию аналитической отчётности.

3) Методика оценки степени агрегации данных гиперкуба с вложенными иерархиями.

4) Нейро-нечёткая модель для оценки соответствия состояния информационно-образовательного фонда вуза нормативным показателям.

5) Гибридная нейро-нечёткая сеть для оценки эффективности деятельности библиотеки вуза.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• разработана нейро-нечёткая модель для оценки соответствия состояния информационно-образовательного фонда вуза нормативным показателям;

• разработана гибридная нейро-нечеткая модель для оценки эффективности деятельности библиотеки вуза;

• предложена методика оценки степени агрегации данных для гиперкуба с вложенными иерархиями;

• по результатам системного анализа модифицирован ряд основных и дополнительных критериев для оценки состояния учебно-методического и информационного обеспечения библиотеки вуза в контексте задач системы качества образовательного учреждения.

Практическая значимость исследования заключается в существенном повышении оперативности и качества мониторинга состояния информационно-образовательных фондов вуза, учитывая особенности работы с электронными изданиями, и в повышении эффективности управления деятельностью библиотеки образовательного учреждения в рамках системы качества при меняющихся требований ЛПР или иных факторов. Практическая ценность подтверждается

5

отчетами о НИОКР «Исследование проблем создания и разработка гетерогенной информационно-аналитической среды для высших учебных заведений Крайнего Севера» (код ВНТИЦ №0120.0 8002517, Инв. 0220.0 801791) и «Исследование и моделирование процессов сопровождения педагогической деятельности в ВУЗе с использованием СА8Е-технологий» (код ВНТИЦ №0120.0 8002515, Инв. 0220.0 801720) и «Разработка основных принципов стратегического управления образовательным пространством НПР и сопряженных с ними инженерных и экономических проблем развития территориального производственного комплекса» (код ВНТИЦ №0203023290303, Инв. 02201000236.

На программный комплекс «Экспертная система мониторинга и управления информационно-библиотечным фондом вуза» получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010611928 от 12.03.2010 и свидетельство о регистрации электронного ресурса «Генетический алгоритм обучения нейро-нечёткой сети «Управление ИБФ вуза» № 15269 от 27.01.2010.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается результатами системного анализа предмета исследования, обоснованием постановки задач диссертационной работы, корректным использованием математического аппарата, а также результатами успешного и эффективного применения предложенных моделей, методов, алгоритмов и подходов.

Использование результатов исследования осуществляется в учебной и производственной деятельностях Норильского индустриального института, Норильского Политехнического колледжа, филиала НОУ ВПО «Московский институт предпринимательства и права» в г. Норильске и подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной НМК «Информационные технологии в образовательной среде современного вуза» (Белгород, 2004 г.); Всероссийской НПК «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2003 г.); на VII Всероссийской НПК молодых ученных «Молодёжь и современные информационные технологии» (г. Томск, 2009 г.), на XII Международной НТК «Информационная среда вуза» (г. Иваново, 2005), на V Всероссийской НМК в Центре тестирования Министерства образования (Москва, 2003 г.), I и II Всероссийской НПК «Исследование социально-экономических и политических институтов и

процессов» (г. Киров, 2008 и 2009), на VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученных «Молодёжь и современные информационные технологии» в г. Томск, на НПК «Информационная безопасность в открытом образовании» (г. Магнитогорск, 2007), на Международной научно-технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (г. Пенза, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 32 печатные работы (четыре статьи опубликованы в журналах перечня ВАК), на программный комплекс получены отраслевое № 15269 и государственное № 2010611928 свидетельства регистрации.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 124 наименований и четырех приложений. Объём работы, изложенный на 212 страницах машинописного текста, включает 22 таблицы, 71 рисунок и 171 формулу. Объём приложений составляет 30 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы, кратко освещено современное состояние вопроса, сформулированы цель диссертационной работы, задачи исследования, положения, выносимые на защиту, научная новизна, практическое значение работы.

В ГЛАВЕ 1 обозначены научно-математические проблемы, возникающие при непрерывном мониторинге информационно-образовательных фондов вуза.

Проведен аналитический обзор автоматизированных информационно-библиотечных систем, эксплуатируемых в более чем 1300 образовательных учреждениях РФ, определены их функции и возможность их интеграции в системы качества образовательного учреждения (ОУ). Показано, что большинство автоматизированных информационно-библиотечных систем (АИБС) имеют OLTP-источники данных (On-Line Transaction Processing - технология оперативной транзакционной обработки данных), которые не адаптированы для их интеграции в системы поддержки принятия решений. Поскольку большинство АИБС в вузах РФ работают автономно, либо слабо связаны с системами качества (СК) ОУ обосновывается необходимость разработки системы оперативного многомерного анализа (мониторинга) информационно-образовательного фонда вуза с использованием OLAP-технологий.

С целью определения взаимосвязей процессов деятельности библиотек с управленческими, вспомогательными и бизнес-процессами вуза проведён системный анализ процессов управления вузом и сопровождения образовательной деятельности в контексте задач системы качества вуза. Определены качественные и количественные векторные критерии для оценки состояния информационно-библиотечных фондов (ИБФ) вуза. В результате системного анализа и проведенной независимой экспертной оценки были выделены 13 (из предложенных 38) значимых с точки зрения СК ОУ векторных показателей деятельности библиотеки, сгруппированных в четыре

интегральных показателя х , каждый из которых, в свою очередь,

i

является вектором входных значений системы по оценке состояния и эффективности управления ИБФ вуза -7 в соответствии с целевой функцией:

Y — fy{xvx2,x3,х4), (1)

где х - «Показатель обращаемости изданий», х^ - «Уровень материально-технической базы», х^ - «Требования Федерального агентства по образованию», х^ - «Удовлетворённость потребителей ИБФ вуза».

Показатель «Уровень материально-технической базы» современной библиотеки вуза зависит от степени компьютеризации библиотечных процессов, и задан следующим функционалом:

Х2 — fj2 (Х2 j, Х2 2 j *2.3' Х2А > Х2.5 ) > (2)

где х - «Степень доступа к информационным ресурсам Internet и

библиотеки», х^ - «Полнота электронного каталога изданий», х

«Полнота электронной картотеки читателей», х - «Степень

2.4

автоматизированного комплектования и обработки изданий», х

«Степень доступа к электронным изданиям и полнотекстовым БД».

Минимальные требования Министерства образования и науки РФ задаются четырьмя базовыми векторными критериями х — х и описаны

5 8

функционалом

где х^ - «Объём учебного фонда, дополненный электронными внешними

или внутривузовскими изданиями», х - «Коэффициент

б

книгообеспеченности», х^ - «Наличие учебных изданий, имеющих гриф»,

х -«Коэффициент устареваемости». 8

Используя методы нечеткой квалиметрии, для выделенных выше качественных и фаззифицированных количественных векторных критериев обозначен предварительный вид и значения параметров функций принадлежности соответствующих лингвистических переменных.

В ГЛАВЕ 2 с помощью теории квалиметрических шкал, теории множеств и теории свертывания формализованы выделенные векторные критерии и модифицирован ряд параметров для их корректного использования в СК ОУ, учитывая особенности работы с электронными библиографическими источниками и каталогами.

В частности, можно рассмотреть векторный показатель обращаемости книги - 5с , который в соответствии с нормативными

документами определяется как отношение количества взятых книг по определённому параметру (дисциплине, циклу дисциплин, группе, факультету, семестру и форме обучения и т.д.) к количеству имеющихся экземпляров книг в учебном фонде вуза, не достаточно точно отображает обращаемость книги при изменении в ту или иную сторону контингента студентов, что широко обсуждается среди библиографов. В представленной диссертации предлагается модифицированный способ расчёта показателя обращаемости книги с учётом движения контингента

студентов. Приведём показатель обращаемости книги х , с помощью

которого будем учитывать и тем самым оценивать актуальность и востребованность не только традиционных изданий, но и электронных ресурсов (в том числе удалённых источников) библиотеки вуза в образовательном процессе. При новом расчёте показателя обращаемости

книги х используем показатель информатизации библиотеки -

х

(О

г-тыи элемент вектора

показателей обращаемости изданий;

имеющийся в наличии только в твердой копии из учебного фонда Хуч библиотеки вуза, х - «Уровень материально-технической базы

2>т к=\ хГ.Х 1 7=1 I"« У

N 1 м ,

библиотеки»;

ыс,( я,

III

.(,) 11 М \ ¡=1

Л

коэффициент,

I 1>А

учитывающий обращаемость электронной литературы по /-тому параметру, присутствующей в учебном фонде электронных документов

(3)

Х^; XV и = 1, если Аг-тый электронный ресурс был востребован /-тым

(з)

студентом группы , иначе - М! а - 0, N - количество наименований изданий, присутствующих в фонде только в бумажном виде на анализируемом уровне иерархий, Иэл - количество наименований

(1 )уч

электронных изданий на анализируемом уровне иерархий, х

к

количество экземпляров ¿-той литературы, которая присутствует в фонде только в бумажном виде, - - количество подмножеств

студентов,

- количество студентов в у'-том множестве

О,:*

V

величина, показывающая принадлежность ¿-той книги Г, -тому списку литературы для у-того подмножества студентов б , XV =1, если к-тьи\

кI

ресурс был востребован /-тым студентом подмножества С], иначе -=0.

и

*

Отметим, что векторный показатель обращаемости литературы 5с в данном случае становится качественным, так как позволяет учитывать

не только актуальность электронного ресурса и его доступность в определённый момент, а также его значимость в учебном процессе.

Существующий нормативный коэффициент книгообеспеченности не учитывает приоритеты при распределении изданий среди учащихся, а также особенности учета электронных изданий. Поэтому автором модифицировано выражение для расчета книгообеспеченности с учетом указанных недостатков, оставив в системе принятия решений возможность переключения между авторским и нормативным выражением. Отметим, что авторский вариант является ужесточающим требованием и предназначен для реализации механизмов стимулирования в работе ИБФ с современными технологиями в рамках новой системы оплаты труда РФ.

При распределении среди студентов литературы, имеющейся в электронном виде, отмечены два аспекта. Первый аспект, для литературы учебного фонда книжные издания могут быть дополнены электронными экземплярами для распределения среди студентов

X . Второй аспект, издания, которые присутствуют в учебном

фонде только в электронном виде , распределяются среди

студентов в количестве экземпляров, равным контингенту студентов. Издания, присутствующие в учебном фонде только в бумажном виде -

распределяются среди студентов с учётом количества имеющихся экземпляров данного изданий. Тогда, расчёт показателя

книгообеспеченности х будет определяться выражением х = (к,^),

6 6

- ( (1) (2) (/) (»П — ( (I) (2) (0 (и)Л

где К = \ К ,К ,...,К ,...,К иЧНТ -

векторы параметров, реализующих расчёт значений в бумажном и электронном фондах соответственно;

•"1 £

/ ( V!

тш *Г-Е* А

V ^ » ))

коэффициент

I 2л к

>=1VА=1 )

книгообеспеченности литературы по г'-тому параметру, которая имеется

в учебном фонде Х^У только в бумажном виде, Л^ — количество

наименований изданий, присутствующих в фонде только в бумажном

с«

виде на анализируемом уровне иерархии.

а ч4У\с

М

V £

»Г» Л

I

м

Я

по г-тому параметру определяет долю электронных издании от всего списка рекомендуемой литературы для подмножества студентов 0}.

Учитывая специфику использования учебного фонда библиотеки, автором предлагается ужесточить расчёт показателей устареваемости учебной литературы. В частности, предлагается для дисциплин специализации ввести собственные шкалы, оценивающие устареваемость издания, учесть фонд электронных документов при расчёте книгообеспеченности и объёма учебного фонда вуза.

Интегральные и остальные качественные показатели подробно

рассмотрены в диссертационной работе. Отметим, что входная и выходная информация

рассматриваемой системы

является разнокачественной, границы системы и отдельных её составляющих являются

нечёткими, поэтому для решения задачи управления

эффективностью управления ИБФ вуза предлагается использовать гибридную нейро-нечеткую систему, укрупнённая структурная схема которой представлена на рис. 1 и описывается в разделе 4.

В ГЛАВЕ 3 рассмотрена система аналитической поддержки управления информационно-образовательным фондом,

предложена методика оценки степени агрегации данных, а также методы предобработки

Рисунок 1 - Структурная схема гибридной нейро-нечёткой сети

данных, которые позволяют обеспечить ускорение формирования сводных отчетов и материализованных просмотров при ограничениях на дисковое пространство.

Для реализации задач мягкого мониторинга состояния информационно-библиотечного фонда, определяемого совокупностью векторных параметров, выделенных и формализованных в предыдущих главах, разработана система аналитической обработки данных и многомерная структура БД на базе ОЬАР-технологий, которая интегрирована в систему качества образовательного учреждения, в ее составе разработана единая структура витрины данных, содержащей 16 таблиц измерений и 5 таблиц фактов. На основе данной витрины «ИБФ вуза» были построены пять ОЬАР-кубов, обеспечивающие оперативный аналитический учёт по выделенным фактам.

Заблаговременное формирование и сохранение агрегатов обеспечивает уменьшение времени отклика на пользовательский запрос и является основным свойством систем поддержки оперативного анализа. При этом возникает необходимость в контроле степени агрегации данных - а многомерного хранилища, превышение некоторого порогового значения аь которого приводит к лавинному увеличению занимаемого агрегатами дискового пространства. Степень

агрегации может быть вычислена как а = , причём выражение для

а *

расчёта полного числа агрегатов ОЬАР-куба представляется как сумма всевозможных неповторяющихся произведений количества меток по всем измерениям гиперкуба, включая иерархии, с последующим исключением исходных данных:

уровне иерархии, I* - количество уровней иерархии г -того измерения. Реальное количество агрегированных значений показателей (мер) зависит от архитектуры конкретного хранилища (витрины данных) и

вуза» составляет - а = 5,1-КГ16 и в данной конфигурации далека от

1=1 У •='

где к¡. - количество меток г -того измерения, расположенного на / -том

определяется выражением

гиперкуба «ИБФ

= 0,25, где 5 - размер одной

порогового значения ОСкг =

^ + як • п

ячейки куба в байтах, - размер ключевого атрибута в таблице фактов

в байтах, п - количество упорядоченных измерений гиперкуба. Данная ситуация позволяет в случае необходимости добавлять новые вычисляемые меры на уровне гиперкуба, что будет гарантировать максимальную скорость выполнения запросов для формирования новых сводных отчётов при фиксированных объёмах дискового пространства. Предлагается методика априорного формирования оптимизированных процедур формирования аналитических фактов, основанная на изоморфном отображении структуры многомерных кубов в ориентированные графы, и определении их минимальных критических путей. Вычислительные затраты С, связанные с формированием агрегатов априорно могут быть определены по формуле (6). При вычислении факта гиперкуба в разрезе некоторого измерения многомерного куба требуется для каждой результирующей строки ?-той таблицы фактов вычислить агрегатные значения по обозначенному г-тому измерению, то есть

Здесь, М1 - мощность /-той таблицы фактов, £ = 1 ,т и т< 5 . количество агрегированных узлов ориентированного графа для

количество элементарных операций, затрачиваемых на агрегирование данных для каждой записи /-той таблицы фактов, где к( . ( - размерность

/-того измерения /-того уровня иерархии, используемого при агрегировании данных в ¿-той таблице фактов, п - количество измерений гиперкуба.

В табл. 1 приведена сравнительная характеристика времени генерации основных сводных отчётов в режимах ОЬТР и МОЬАР, формируемых в ИС «ИБФ вуза». С помощью выражений (5) и (6) были априорно выявлены рациональные процедуры агрегирования данных, причем затраты на агрегирование данных снижаются на несколько порядков (рис. 2). Предварительно сформированные по выше описанной методике агрегированные значения показателей, во-первых,

т

(6)

конкретного аналитического

минимизируют вычислительные затраты и время на оперативное формирование агрегатов и, во-вторых, обеспечивают максимальную скорость выполнения запросов при фиксированном объёме дискового пространства, занимаемого агрегатами, и при ограничении времени выполнения сводных отчётов.

Таблица 1

Сравнительная характеристика производительности запросов

Время выполнения

№ Название сводного отчёта запросов, мин.

01ЛР МОЬАР

1 Книгообеспеченность кафедры ~2 мин ~ 0,25 мин

2 Общая книгообеспеченность дисциплины ~ 2 мин ~ 0,25 мин

3 Книгообеспеченность специальности ~ 3 мин ~ 0,4 мин

5 Книгообеспеченность кафедры по семестрам ~ 4 мин ~ 0,6 мин

6 Книгообеспеченность вуза, цикл ЕСН = 11 мин ~ 1,5 мин

7 Книгообеспеченность вуза, цикл ГСЭ ~ 17 мин ~ 4,5 мин

8 Книгообеспеченность вуза, цикл ОПД — 17 мин = 4,5 мин

Рисунок 2. Вычислительные затраты, связанные с формированием множества агрегатов в режимах хранения данных НОЬАР и МОЬАР

При этом параллельно необходимо отслеживать увеличение степени агрегации данных многомерного куба (с помощью предлагаемых в работе решений), анализирующего совокупные данные рассматриваемой аналитической системы вуза, и если она будет превышать пороговые значения акг, тогда необходимо решать задачу выделения дополнительного дискового пространства и переопределения

различных режимов хранения данных в секциях хранилища данных в зависимости от частоты их использования.

В ГЛАВЕ 4 рассмотрена математическая модель работы модуля поддержки принятия решений о соответствии совокупности агрегированных на различных иерархических уровнях данных о состоянии ИБФ нормативным показателям и модель управления эффективностью ИБФ на базе нейро-нечёткой сети. Агрегированные в хранилище данных показатели передаются в модуль принятия решений, при разработке которого с целью сокращения числа нечётких правил для покрытия пространства входных переменных выполнена декомпозиция входных переменных на модели с меньшим числом входных переменных в базе правил с последующим их объединением в многослойную структуру (рис.1). Выходом данной нейро-нечёткой сети типа ANFIS является Y - «Показатель эффективности деятельности библиотеки».

В результате обучения гибридной сети на основе самоорганизации (statistical clustering) скорректирована первоначальная база правил нечёткого вывода (база правил ^, где количество правил равно 162) для

критерия «Уровень материально-технической базы библиотеки» - х , в

2

качестве алгоритма нечёткого вывода которой использован адаптированный алгоритм Цукамото. Критерии, использующиеся для оценки учебных заведений при их лицензировании, аккредитации и аттестации х , х , х их объединены в Базу правил Y2, в качестве

5 6 7 8

алгоритма нечёткого вывода используется адаптированный алгоритм Мамдани. Показатели эффективности работы библиотеки - критерии -х , х^, х^ и х^ задействованы при формировании Базы правил Fj. В

этом случае выход (5с ) одной базы правил (У?, где количество правил

равно 36) является входом другой (Y3, где количество правил равно 96). Все нечёткие функции принадлежности входных и выходных параметров базы правил Ys являются функциями сигмоидального и гауссовского типа и в качестве алгоритма нечёткого вывода используется адаптированный алгоритм Цукамото.

Для корректной настройки параметров функций принадлежности входов и выхода сети, проведено обучение модуля нейро-нечёткой сети с Базой правил Yj с помощью конкурентного алгоритма, с Базой правил Yj с помощью эволюционного алгоритма, с Базой правил Y3 с помощью

градиентного алгоритма, которые дают минимальную ошибку классификации для своих модулей.

Для решения задач оценки устойчивости нейронно-сетевой модели и её обобщающей способности был применён вероятностных подход. Наиболее оптимальный набор параметров сети был получен при использовании турнирного метода обучения с толерантной точностью 0,0006.

В результате получена пятислойная гибридная система с нейро-нечётким управлением для непрерывного мониторинга состояния учебно-методического и информационного обеспечения библиотеки учебного заведения, выполнена оценка ее адекватности. Представленная структура управленческого решения реализована в отдельном программном модуле и интегрирована с гиперкубом и реляционной БД на базе MS SQL Server 2008 и MS Analyzer Server 2008.

В заключении подводятся итоги диссертационного исследования и делаются обобщающие выводы.

Основные результаты работы

1) Предложены модифицированные выражения расчёта нормативных показателей (объем фонда, книгообеспеченность, обращаемость, устареваемость и учебная литература с грифом), учитывающие в фонде библиотеки вуза, как бумажные, так и электронные издания.

2) Разработана методика оценки степени агрегации данных в хранилище, обобщенная на уровень гиперкуба и обеспечивающая высокую производительность аналитической системы.

3) Разработана математическая модель оперативной оценки состояния информационно-образовательного фонда вуза и соответствия его требованиям Министерства образования и науки РФ.

4) Разработана математическая модель оценки эффективности деятельности библиотеки вуза в рамках системы качества, позволяющая объективно оценивать качество исполнения информационно-библиотечных процессов и оперативно реагировать на изменения условий и требований окружающей среды.

5) На основе предложенных математических моделей, модифицированных выражений расчёта нормативных показателей и хранилища данных разработано и внедрено программное обеспечение, реализующее систему аналитической поддержки управления информационно-образовательным фондом вуза в рамках СК ОУ.

Разработанная система аналитической поддержки информационно-образовательных фондов вуза позволяет существенно повысить эффективность управления, как

17

библиотекой вузов, так и CK ОУ. Полученные результаты диссертационной работы могут быть применены при проектировании и разработке полноценной автоматизированной системы качества образовательного учреждения, включающей как системы внутреннего аудита, так и взаимодействующей с системами внешнего аудита, позволяющей выполнять задачи оперативного и стратегического уровней управления ОУ при проектировании как вузовских, так и территориальных единых информационно-образовательных пространств.

Публикации по теме работы

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1) Попкова, А. А. Система мониторинга информационно-библиотечного фонда вуза [Текст] / А. А. Попкова, В. JI. Куровский, С. Г. Фомичева // «Известия ОрёлГТУ. Информационные системы и технологии»: научный журнал. - Орел, 2009. - №2/52 (563). -С. 41 -54.

2) Попкова, А. А. Коэффициент книгообеспеченности как критерий многомерного анализа обеспеченности учебного процесса [Текст] /

A. А. Попкова, С. Г.Фомичева // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2009. -№6,- С. 206-219.

3) Попкова, А. А. Управление качеством информационной обеспеченности вузовской библиотеки [Текст] / А. А. Попкова,

B. J1. Куровский // Научно-методический журнал «Педагогическое образование и наука». - М.: Изд-во «Ремдер», 2009. - №3. - С. 38 -42.

4) Попкова, А. А. Методы априорной оценки степени агрегации и производительности запросов в хранилищах данных [Текст] / А. А. Попкова, С. Г.Фомичева // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2010. - №3(101).- С. 182- 192.

Коллективная монография 1) Попкова, А. А. Мягкий многомерный анализ информационных ресурсов ВУЗа [Текст] / A.A. Попкова, B.JI. Куровский,

C.Г. Фомичёва. - В кн.: Моделирование развития информационно-телекоммуникационных систем / Под ред. канд. техн. наук, д-ра экон. наук, проф. А. В. Бабкина. - СПб.: Изд-во «Синтез Бук», 2009. -С. 327-358.

Статьи и материалы конференций

1) Попкова, А. А. Нейро-нечёткий модуль мониторинга информационно-библиотечного фонда вуза [Электронный ресурс] / A.A. Попкова, С.Г. Фомичева // МИТС-НАУКА: международный научный вестник: сетевое электронное научное издание. - Ростов-на-Дону: РГУ, 2008. - №1. URL: http://www.nauka.reos.ru/2008/1/2 статья.рсИ'.

2) Попкова, А. А. Аналитическая поддержка управления информационно-образовательным фондом вуза [Текст] / А. А. Попкова, С.Г. Фомичева // Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании: сборник статей XXVI Международной научно-технической конференции. - Пенза: Приволжский дом знаний, 2010. -С. 124- 128.

3) Попкова, А. А. Оценка эффективности и сравнение моделей бизнес-аналитических проектов с применением Data Mining [Текст] /

A. А. Попкова, С.Г. Фомичева // Инновационная экономика и промышленная политика региона (ЭКОПРОМ-2010) / под ред. д-ра экон. наук, проф. A.B. Бабкина: труды Международной научно-практической конференции. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. -Т. 2. - С. 478 - 500.

4) Попкова, А. А. Методы интеграции региональных информационно-образовательных программ [Текст] / А. А. Попкова // Экономика и инновации промышленности / под ред. д-ра экон. наук, проф. A.B. Бабкина, д-ра экон. наук проф. В.В. Кобзева: труды конф. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. - С. 366 - 397.

5) Попкова, А. А. Значимость комплексного подхода к преподаванию цикла специальных дисциплин [Текст] / А. А. Попкова, С.Г. Фомичева // Образовательная и социокультурная среда региона: сборник науч. трудов; Норильский индустр. ин-т. - Норильск: НИИ, 2010.-С. 171 -175.

6) Попкова, А. А. Мониторинг состояния информационно-образовательных фондов вуза [Текст] / А. А. Попкова,

B. J1. Куровский, С. Г. Фомичева // Проблемы качества образования. Материалы круглого стола II Всероссийской научно-практической конференции «Инновации и информационные технологии в образовании». - Липецк: ЛГПУ, 2009. - С. 36 - 40. - ISBN 978-588526-428-0.

7) Попкова, А. А. «Мягкий» мониторинг состояния информационно-образовательных фондов вуза [Текст] / А. А. Попкова,

С.Г. Фомичева // Молодёжь и современные информационные технологии. Сборник трудов VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учённых «Молодёжь и современные информационные технологии».

- Ч. 1. - Томск: Изд-во СПБ Графике, 2009. - С. 315, 316.

8) Попкова, А. А. OLAP-представление информационно-образовательных фондов вуза [Текст] / А. А. Попкова, С. Г. Фомичева // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XV Бенардосовские чтения). - II том; ИГЭУ. -Иваново, 2009.-С. 219.

9) Попкова, А. А. Мониторинг состояния информационно-образовательных фондов вуза с использованием АИБС "МАРК-SQL" [Текст] / А. А. Попкова, С. Г. Фомичева // Исследование социально-экономических и политических институтов и процессов: материалы второй Всероссийской заочной научной конференции студентов и молодых исследователей. - Киров: Изд-во ВятГГУ, 2009.-С. 214-219.

10) Попкова, А. А. Нейро-нечёткий мониторинг уровня информационного обеспечения вуза [Текст] / А. А. Попкова, А. В. Мезенцев // Современные проблемы науки: Сборник материалов 1-й международной научно-практической конференции: 27-28 марта 2008 г. - Тамбов: Изд-во Тамбовпринт, 2008. - С. 278284.

11) Попкова, А. А. Нейро-нечёткий модуль аттестации библиотеки вуза [Текст] / А. А. Попкова // Исследование социально-экономических и политических институтов и процессов: материалы всероссийской заочной научной конференции студентов и молодых исследователей.

- Киров: Изд-во ВятГГУ, 2008. - С. 452 - 458.

12) Попкова, А. А. «Мягкий» мониторинг состояния информационно-образовательных фондов вуза [Текст] / А. А. Попкова, С.Г. Фомичева // Информационная безопасность в открытом образовании : сборник материалов научно-практической конференции / под ред. Е. В. Зеркиной, Г. Н. Чусавитиной. -Магнитогорск: МаГУ, 2007. - С. 94 - 96.

13) Попкова, А. А. Качество дистанционной формы обучения в вузе [Текст] / А. А. Попкова, С. Г. Фомичева // Проблемы образования в Норильском промышленном районе: сборник науч.-метод. статей; Норильский индустр. ин-т. - Норильск: НИИ, 2006. - С. 108 -112.

14) Попкова, А. А. Информационно-аналитическая тестирующая система [Текст] / А. А. Попкова, О. Ю. Горемыкина, А. Н. Ладин // Информационная среда вуза: материалы XII Междунар. науч.-техн. конф./ Иван. Гос. архит.-строит, акад. - Иваново, 2005. - С. 75 - 79.

15) Попкова, А. А. Информационно-аналитическая тестирующая система «Тест-аналитик» [Текст] / А. А. Попкова, О. Ю. Горемыкина, А. Н. Ладин // Социально-экономические проблемы в научных исследованиях и образовательном процессе: [сб. науч. тр.], / НИИ - Норильск, 2005. - С. 147 - 151.

16) Попкова, А. А. Модель нечёткого оценивания знаний тестируемого [Текст] / А.А.Попкова, С.Г.Фомичева // Информационные технологии в образовательной среде современного вуза: Сб. докл. Международной научно-методической Интернет-конференции. -Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004. - С. 136 - 140.

17) Маслова, A.A. (Попкова A.A.) Аналитический обзор классических методов оценки уровня знаний и качества обучения при проведении компьютерного тестирования [Текст] / А. А. Маслова, С.Г. Фомичева, В. Л. Куровский // Социально-экономическое развитие Норильского промышленного района и Таймыра: Материалы региональной научно-практической конференции (20-22 апреля 2004 г.); Норильский индустр. ин-т. - Норильск, 2004. - С. 98 - 101.

18) Маслова, A.A. (Попкова A.A.) Формирование тестов различной меры трудности и различающей способности [Текст] / A.A. Маслова // Экономика и управление: Сборник статей; Норильский индустр. ин-т. - Норильск, 2004. - С. 133 -140.

19) Маслова, A.A. (Попкова A.A.) Особенности использования программного комплекса «1С» в производственной и учебной деятельности [Текст] / А. А. Маслова, С.Г. Фомичева // Проблемы современного образования в специфических региональных условиях: Материалы региональной научно-практической конференции (22-25 апреля 2003 г.); Норильский индустр. ин-т. - Норильск, 2003. - С. 249 - 252.

20) Маслова, А. А. (Попкова A.A.) Матричный подход к вычислению непараметрической оценки сложности тестового задания [Текст] / А. А. Маслова, С. Г. Фомичева // Достижения науки и техники -развитию сибирских регионов; Материалы Всероссийской научно-практической конференции: В 3 ч. Ч. 2. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003.-С. 170-171.

21) Маслова, A.A. (Попкова A.A.) Применение программно-дидактических тестов в образовании [Текст] / А. А. Маслова,

С. Г. Фомичева // Проблемы федерально-региональной политики в науке и образовании (15 октября 2003 г.); Материалы конференции: Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина. -Тамбов, 2003.

22) Маслова, А. А. (Попкова A.A.) Применение программно-дидактических тестов в образовании [Текст] / А. А. Маслова, С. Г. Фомичева, В. Л. Куровский // Развитие тестовых технологий в России. Тезисы докладов V Всероссийской научно-методической конференции / Под ред. Л.С. Гребнева. - М.: Центр тестирования Министерства образования РФ, 2003.

23) Маслова, А. А. (Попкова A.A.) Формы представления программно-дидактических тестовых заданий и тестовая культура [Текст] / А. А. Маслова // Проблемы современного образования в специфических региональных условиях: Материалы региональной научно-практической конференции; Норильский индустр. ин-т. -Норильск, 2003. - С. 147 - 150.

24) Маслова, А. А. (Попкова A.A.) Применение адаптивной системы тестирования для проверки уровня учебных достижений [Текст] / А. А. Маслова // Проблемы современного образования в специфических региональных условиях: Материалы региональной научно-практической конференции (22-25 апреля 2003 г.); Норильский индустр. ин-т. - Норильск, 2003. - С. 194 - 197.

25) Маслова, А. А. (Попкова A.A.) Рейтинг как система контроля учебной деятельности студентов [Текст] / А. А. Маслова // Рейтинговая система оценки успеваемости студентов. Проблемы и перспективы: Материалы семинара. (Владивосток, 17-20 сент. 2003 г.). - Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2003. -С. 16- 77.

26) Маслова, А. А. Классификация тестов [Текст] / А. А. Маслова // Информационная среда вуза: Материалы X Междунар. науч.-техн. конф.; Иван. гос. архит.-строит, акад. - Иваново, 2003. - С. 114 -115.

27) Маслова, А. А. (Попкова A.A.) Классификация программно -дидактических тестов [Текст] / А. А. Маслова // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии». (XI Бенардосовские чтения, 4-6 июня 2003 г.). 1 т.; Ивановский государственный энергетический университет. - Иваново, 2003. - С. 72.

Авторские свидетельства

1) Свидетельство о регистрации электронного ресурса № 15269. «Генетический алгоритм обучения нейро-нечёткой сети «Управление ИБФ вуза» / A.A. Попкова, - М.: ОФЭРНиО, 2010.

2) Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2010611928. «Экспертная система мониторинга и управления информационно-библиотечным фондом вуза» / A.A. Попкова, С.Г. Фомичева - М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 2010.

Акты о внедрении

1) Акт о внедрении № 01-12.09. «Экспертная система мониторинга и управления информационно-библиотечным фондом вуза» / A.A. Попкова. - ГОУ ВПО «Норильский индустриальный институт». - Норильск, 2009.

2) Акт о внедрении № 10-05.11. «Экспертная система мониторинга и управления информационно-библиотечным фондом вуза» / A.A. Попкова. - Филиал НОУ ВПО «Московский институт предпринимательства и права» в г. Норильске. - Норильск, 2011.

На правах рукописи

Попкова Алла Алексеевна

Система аналитической поддержки управления информационно-образовательным фондом вуза

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать «13» сентября 2011 г. Бумага SvetoCopy. Формат 60x84/16. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 777.

Издательство: Институт качества высшего образования НИТУ «МИСиС» 105318, Москва, Измайловское шоссе, 4. Тел. (499) 369-42-83, e-mail: rc@rc.edu.ru

Введение.

1. Глава 1. Анализ проблемы эффективного управления информационно-образовательным фондом вуза.

1.1 Системный анализ процессов деятельности образовательного учреждения в контексте системы качества.

1.2. Анализ документооборота деятельности образовательного учреждения.

1.3. Определение базиса количественных и качественных критериев системы аналитической поддержки управления информационно-библиотечным фондом вуза и их экспертная оценка.

1.4. Постановка задач диссертационной работы.

1.5. Выводы по главе 1.

2. Глава 2. Формализация параметров процесса управления современной библиотекой вуза.

2.1. Целевая функция системы поддержки принятия решений по оценке состояния и эффективности управления информационно-библиотечным фондом вуза.

2.2. Модификация показателя объёма учебного фонда библиотеки.

2.3. Модификация коэффициента книгообеспеченности при комплектовании учебного фонда библиотеки.

2.4. Модификация показателя объёма учебного фонда литературы, имеющей гриф.

2.5. Модификация показателя устареваемости изданий учебного основного фонда библиотеки вуза.

2.6. Модификация показателя обращаемости изданий библиотечного фонда вуза.

2.7. Иерархическая структура нормативных показателей информационно-образовательных фондов вуза.

2.8. Формализация качественных и интегральных показателей информационно-образовательных фондов вуза.

2.9. Выводы по главе 2.

3. Глава 3. Система аналитической поддержки управления информационно-образовательным фондом вуза и её связь с системой качества образовательного учреждения.:.

3.1. Использование. бизнес-аналитики для проведения непрерывного, мониторинга информационно-образовательных фондов вуза.

3.2. Принципы проектирования хранилищ данных информационно-образовательных фондов в вузе.

3.3. Проектирование многомерной структуры данных.

3.4. Оценка степени агрегации данных в гиперкубе.

3.5. Оптимизация процедур формирования агрегатов.

3.6 Методика априорной оценки вычислительных затрат на агрегирование данных.

3.7 Визуализация ОЬАР-представлений.

3.8. Выводы по главе 3.

4. Глава 4. Модели оценивания состояния информационно-образовательных фондов вуза с применением нейро-нечёткой сети.

4. 1. Построение конфигурации гибридной нейро-нечёткой сети.

4.2. Конфигурация модуля оценки состояния информационно-образовательного фонда вуза.

4.3. Конфигурация модуля оценки эффективности деятельности библиотеки вуза в рамках системы качества.

4.4. Обучение нечёткой продукционной сети А№Т8 для коррекции показателей состояния информационно-образовательного фонда вуза.

4.5. Обучение нечёткой продукционной сети А№18 для коррекции показателей эффективности деятельности библиотеки вуза в рамках системы качества.

4.6. Оценка адекватности гибридной нейро-нечеткой сети.

4.7. Выводы по главе 4.

Актуальность работы. Реформирование системы образования РФ в настоящее время приводит к необходимости совершенствования целой совокупности взаимосвязанных процессов оперативного и стратегического управления вузом и сопровождения образовательной деятельности. Систематизация и формализация данных процессов в современном вузе, являясь сложной научно-технической задачей, при правильных решениях реализуется в виде эффективно функционирующей системы качества образовательного учреждения. Для выявления существенных связей между показателями образовательной деятельности и создания системы их внутреннего аудита, являющейся неотъемлемой частью системы качества образовательного учреждения, требуется проведение детального системного анализа управленческих, вспомогательных и бизнес-процессов образовательного учреждения с использованием новейших достижений в области квалиметрии образования, в частности, с использованием теории квалиметрических шкал, теории свертывания, экспертной и индексной квалиметрии. Существенный научный вклад в создание и развитие данных направлений получен Г.Г. Азгальдовым, H.A. Селезневой, А.И. Субетто, И.А. Зимней, А.Г. Варжапетяном, И.А. Гундаревым, А. В. Гличевым, Э. П. Райхманом, Я. Б. Шором, Е. Г. Нахапетяном, И. Б. Погожевым, A.B. Титовым и др.

Следует отметить, что в современном вузе доля электронных изданий по отношению к традиционным изданиям существенно возрастает из года в год, а механизмы их учета и контроля либо не автоматизированы, либо не интегрированы с системой качества образовательного учреждения, что отмечено в работах Борисова В.В., Бочарова Б.П., Васильченко Н.П., Волковой Л.Ф., Григорьева Ю.В., Гусевой Т.И., Деева A.C., Ерахторина М.В., Заботнева М.С., Зорина С.Ю. и др. Поэтому становится актуальной задача эффективного управления и непрерывного мониторинга уровня информационно-образовательного обеспечения учебного процесса и обоснованности рационального использования аппаратно-программных и людских ресурсов вуза на комплектование соответствующих фондов, включая и электронные издания.

Задачи оценивания показателей деятельности библиотеки вуза относятся к слабо формализуемым, решение которых зависит, во-первых, от меняющихся требований Министерства образования и науки РФ и, во-вторых, от субъективных критериев оценки эффективности деятельности библиотеки вуза. Решение данных задач требует привлечения соответствующего аппарата нечёткой логики и теории нейронных сетей, базирующихся на работах JI.A. Заде, P.M. Larsen, Y. Tsukamoto, E. H. Mamdani, T. Tagaki, Д. Рутковской, M. Пилиньского и др. Таким образом, актуальна научная проблема, которая заключается в создании интеллектуальных методов и моделей оценки показателей и эффективности деятельности библиотеки в контексте задач системы качества образовательного учреждения на основе применения аппарата нечёткой логики, теории нейронных сетей и технологий оперативной аналитической обработки данных. Следовательно, тема диссертационного исследования является актуальной.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются высшие образовательные учреждения Российской Федерации и их системы качества. Предметом исследования являются процессы, структуры данных, методы и модели управления информационно-образовательным фондом вуза и методы:их интеграции с системой качества вуза.

Цель работы. Разработка методов, моделей и алгоритмов интеллектуальной поддержки процессов оценки состояния информационно-образовательных фондов вуза в рамках задач системы качества образовательного учреждения.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи:

• проведен системный анализ и экспертная оценка результатов исследования процессов управления и сопровождения образовательной деятельности вуза в рамках системы качества образовательного учреждения, с целью определения базиса основных и дополнительных критериев оценки состояния информационно-образовательных фондов вуза и оценки эффективности деятельности библиотеки вуза;

• предложены методики расчёта нормативных показателей с целью адекватного учета как бумажных, так и электронных изданий;

• разработана математическая модель для оперативной оценки состояния информационно-образовательного фонда вуза и соответствия его требованиям Министерства образования и науки РФ;

• разработана математическая модель оценки эффективности деятельности библиотеки вуза в рамках системы качества;

• разработана архитектура хранилища данных для оперативного многомерного анализа информационно-образовательных фондов вуза;

• разработана методика оценки степени агрегации данных в хранилище и априорного формирования процедур агрегации;

• разработано алгоритмическое и программно-методическое обеспечение для реализации модели оценивания нормативных и дополнительных показателей эффективности деятельности библиотеки вуза в рамках системы качества образовательного учреждения.

Методы исследований: теория систем и системного анализа, теория информации, теория квалиметрических шкал, теория свертывания, экспертная и индексная квалиметрии, теория множеств, теория графов, нечеткая квалиметрия, теория нейронных сетей, методы нечеткой логики, теория принятия решений и технологии хранилищ данных.

Положения, выносимые на защиту:

1) Научно-теоретическое обоснование значимых показателей деятельности библиотеки вуза.

2) Архитектура системы аналитической поддержки управления информационно-образовательным фондом вуза, которая существенно ускоряет генерацию аналитической отчётности.

3) Методика оценки степени агрегации данных гиперкуба с вложенными иерархиями.

4) Нейро-нечёткая модель для оценки соответствия состояния информационно-образовательного фонда вуза нормативным показателям.

5) Гибридная нейро-нечёткая сеть для оценки эффективности деятельности библиотеки вуза.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• разработана нейро-нечёткая модель для оценки соответствия состояния информационно-образовательного фонда вуза нормативным показателям;

• разработана гибридная нейро-нечеткая модель для оценки эффективности деятельности библиотеки вуза;

• предложена методика оценки степени агрегации данных для гиперкуба с вложенными иерархиями;

• по результатам системного анализа модифицирован ряд основных и дополнительных критериев для оценки состояния учебно-методического и информационного обеспечения библиотеки вуза в контексте задач системы качества образовательного учреждения.

Практическая значимость исследования заключается в существенном повышении оперативности и качества мониторинга состояния информационно-образовательных фондов вуза, учитывая особенности работы с электронными изданиями, и в повышении эффективности управления деятельностью библиотеки образовательного учреждения в рамках системы качества при меняющихся требований ЛПР или иных факторов. Практическая ценность подтверждается отчетами о НИОКР «Исследование проблем создания и разработка гетерогенной информационно-аналитической среды для высших учебных заведений Крайнего Севера» (код ВНТИЦ №0120.0 8002517, Инв. 0220.0 801791) и «Исследование и моделирование процессов сопровождения педагогической деятельности в ВУЗе с использованием САБЕ-технологий» (код ВНТИЦ №0120.0 8002515, Инв. 0220.0 801720) и «Разработка основных принципов стратегического управления образовательным пространством НПР и сопряженных с ними инженерных и экономических проблем развития территориального производственного комплекса» (код ВНТИЦ № №0203023290303, Инв. 02201000236.

На программный комплекс «Экспертная система мониторинга и управления информационно-библиотечным фондом вуза» получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010611928 от 12.03.2010 и свидетельство о регистрации электронного ресурса «Генетический алгоритм обучения нейро-нечёткой сети «Управление ИБФ вуза» № 15269 от 27.01.2010.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается результатами системного анализа предмета исследования, обоснованием постановки задач диссертационной работы, корректным использованием математического аппарата, а также результатами успешного и эффективного применения предложенных моделей, методов, алгоритмов и подходов.

Использование результатов исследования осуществляется в учебной и производственной деятельностях Норильского индустриального института, Норильского Политехнического колледжа, филиала НОУ ВПО «Московский институт предпринимательства и права» в г. Норильске и подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной НМК «Информационные технологии в образовательной среде современного вуза» (Белгород, 2004 г.); Всероссийской НПК «Достижения науки и техники — развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2003 г.); на VII Всероссийской НПК молодых ученных «Молодёжь и современные информационные технологии» (г. Томск, 2009 г.), на XII Международной НТК «Информационная среда вуза» (г. Иваново, 2005), на V Всероссийской НМК в Центре тестирования Министерства образования (Москва, 2003 г.), I и II

Всероссийской НПК «Исследование социально-экономических и политических институтов и процессов» (г. Киров, 2008 и 2009), на VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученных «Молодёжь и современные информационные технологии» в г. Томск, на НПК «Информационная безопасность в открытом образовании» (г. Магнитогорск, 2007), на Международной научно-технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (г. Пенза, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 32 печатные работы (четыре статьи опубликованы в журналах перечня ВАК), на программный комплекс получены отраслевое № 15269 и государственное №2010611928 свидетельства регистрации.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 124 наименований и четырех приложений. Объём работы, изложенный на 212 страницах машинописного текста, включает 22 таблицы, 71 рисунок и 171 формулу. Объём приложений составляет 30 страниц.

1.5. Выводы по главе 1

В результате системного анализа был определён список качественных и количественных критериев, которые являются значимыми в процессе мониторинга информационно-образовательных фондов вуза в рамках возможности приобретения студентом необходимых компетенций для подготовки выпускников уровня бакалавра, специалиста, магистра или докторанта. Базис основных критериев дополнен списком дополнительных критериев, существенно влияющих на эффективность управления ИБФ вуза в контексте СК ОУ. Определено, что существующие выражения для расчета показателей состояния информационно-библиотечного фонда не позволяют адекватно учесть распределенные электронные издания, а также один из нормативных базисных критериев «Критерий устареваемости основных учебных изданий из учебного фонда» требует ужесточения с целью наиболее адекватной оценки эффективности процессов библиотеки. Обоснована необходимость в формализации и модификации выделенных критериев.

Проведен сравнительный анализ автоматизированных информационно-библиотечных систем, используемых в вузах РФ. Отмечено, что все они представляют собой ОЬТР-системы, структура данных которых не оптимизирована для решения задач оперативного анализа и стратегического управления. Поэтому становится актуальной задача проектирования многомерной структуры данных ИБФ на базе ОЬАР-технологий и системы аналитической поддержки оперативного управления информационно-библиотечного фонда вуза. На основе модели потоков данных были определены электронные накопители и справочники, которым будут соответствовать таблицы измерений и таблицы фактов на инфологическом уровне проектирования многомерной модели данных.

Обоснована необходимость разработки математической модели для оперативной оценки состояния информационно-образовательного фонда вуза и соответствия его требованиям Министерства образования и науки РФ и математической модели оценки эффективности деятельности библиотеки вуза в рамках системы качества. Для этого в результате экспертной оценки выделенных показателей с использованием шкал предпочтений для системы аналитической поддержки, был обозначен список существенных количественных и качественных критериев в соответствии с целевой функцией, полученной на основе матрицы связей, и ограничениями на её параметры. С использованием метода косвенной экспертной оценки был обозначен предварительный вид и значения параметров функций принадлежности.

Проведённый анализ предметной области, обзор научных публикаций и программных продуктов показал актуальность исследования и позволил обосновать цель и задачи диссертации.

Глава 2. Формализация параметров процесса управления современной библиотекой вуза

2.1i Целевая функция системы поддержки принятия решений по оценке состояния и эффективности управления информационно-библиотечным фондом вуза

В настоящее время стал очевидным тот факт, что для повышения5 качества обслуживания университетские и другие научные библиотеки во всем мире нуждаются в разработке инструментария для эффективного управления своей* работой. В этих условиях особую* важность приобретает автоматизация управления современной университетской библиотекой. В международной практике- университетская библиотека рассматривается как многоцелевая^ система [13], и в настоящее время управление библиотекой считается многокритериальной задачей [22].

Важной проблемой, является определение^ множества критериев, адекватно оценивающих качество работы библиотеки. В настоящее время нет единого мнения о том, какими критериями должна оцениваться работа библиотеки. В работах [13, 23] проанализировано более ста различных критериев (их также называют индикаторами качества), описанных в научной литературе и международных стандартах. В данной работе предлагается подход, заключающийся в использовании метода «сбалансированных ведомостей» BSE для определения* векторного критерия, используемого для решения задачи поддержки принятия^ решений при автоматизированном управлении современной университетской библиотекой.

Для автоматизированного управления информационно-библиотечными процессами разработана модель поддержки принятия решений, учитывающая особенности функционирования библиотеки ВУЗа, которая в отличие от существующих предусматривает многокритериальный выбор аналитических решений. В первой главе данной диссертации в результате проведения системного анализа определено множество наиболее значимых критериев» в контексте системы качества вуза, векторный критерий «эффективность управления ИБФ вуза» предложен как интегральный на множестве критериев.

С целью разработки системы, которая автоматизирует основные этапы принятия решений при управлении библиотекой ВУЗа, следует формализовать выделенные критерии, модифицировать ряд параметров для их корректного использования в системе качества вуза, учитывая при этом особенности работы с электронными библиографическими источниками и каталогами.

В результате системного анализа и проведенной экспертной оценки ранее были выделены 13 значимых показателей деятельности библиотеки. Для выявления важности различных логических связей между обозначенными показателями была применена матрица связей (таблица качества), анализ которой показал, что входные параметры аналитической системы являются векторами и имеют, во-первых, ярко выраженную многомерную иерархическую структуру, и, во-вторых:

• векторные критерии х4 - «Удовлетворённость потребителей» и xl -«показатель обращаемости изданий» являются сильно независимыми и поэтому являются отдельными входами в систему, и при этом для них показано высокое значение уровня связности по отношению к выходу модели у - «Показатель эффективности деятельности библиотеки вуза»;

• векторные критерии х5 - «Объём фонда», хб — «Коэффициент книгообеспеченности», х7 - «Издания с грифом» и х8 - «Критерий устареваемости» формируют векторный групповой фактор, являющийся несвязанным от остальных входных факторов, а также демонстрируют высокий уровень зависимости от у;

• группа векторных критериев (факторов) (х2.1 — «Степень доступа к информационным ресурсам сети Internet и библиотеки», х2.2 — «Полнота электронного каталога изданий», х2.3 — «Полнота электронной картотеки читателей», х2.4 — «Степень автоматизированного комплектования и обработки изданий» и х2.5 — «Степень доступа к электронным изданиям и полнотекстовым БД») является несвязанной с остальными факторами, и показывает высокий уровень связности для параметров х2 — «Уровень материально-технической базы библиотеки» и высокую связность группы критериев от у.

Итак, на основе построенной группой экспертов матрицы: связей были сгруппированы в четыре интегральных показателя х,-, каждый из которых , является? вектором входных значений системы поддержки принятия решений! (СТТПР) по оценке состояния и эффективности управления ИБФ вуза - Y в соответствии с целевой функцией (2.1):

Y — /у{хх,х2,хъ,х4) (2.1) где xi - «Показатель обращаемости изданий», х2 - «Уровень материально-технической базы», хз - «Требования Федерального агентства по образованию», Х4 - «Удовлетворённость потребителей ИБФ вуза».

Показатель «Уровень материально-технической базы» современной библиотеки вуза зависит от степени компьютеризации библиотечных процессов, и в свою очередь может быть задан следующим функционалом:

Х2 = /^2(Х2Л,Х2.2,Х23,Х2Л,Х2.5) (2-2)

Здесь, показатель Х2.1 - «Степень доступа к информационным ресурсам Internet и библиотеки», показатель хгз - «Полнота электронного каталога изданий», показатель Х2.з - «Полнота электронной картотеки' читателей», показатель Х2.4 - «Степень автоматизированного комплектования и обработки изданий», показатель хг;5 - «Наличие доступа к электронным Изданиям и полнотекстовым БД».

Минимальные: требования Министерства образования и науки РФ задаются четырьмя базовыми критериями х5 -xg и могут первоначально быть описаны функционалом

3=4ДХ5,Х6'Х7'Х8) (2-3).

Здесь, показатель xs - «Объём учебного фонда, дополненный электронными внешними или внутривузовскими изданиями», показатель хе - «Коэффициент книгообеспеченности», показатель хп - «Наличие учебных изданий, имеющих гриф», показатель - «Критерий устареваемости основных учебных изданий из учебного фонда.

Формализуем ограничения на хСначала рассмотрим группу показателей, которые отражают минимальные требования Министерства образования и науки РФ.

2.2. Модификация показателя объёма учебного фонда библиотеки

Формализуем понятия общего и учебного фондов библиотеки вуза. Пусть Х° = {х?,1 = 1,^} - множество наименований литературы общего библиотечного бумажного фонда, где.ЛГЛ„ - количество наименований изданий. общего библиотечного» бумажного фонда, а 1° = ^ - вектор, определяющий количество экземпляров книг каждого наименования общего библиотечного бумажного фонда вуза. Обратим внимание, что данный библиотечный фонд сейчас рассматривается только в традиционном (бумажном) виде.

Будем считать, что Х° = Х>" и Х')о", (2.4) где Х>ч - множество наименований книг, имеющихся в учебном фонде, Хдо" -множество наименований книг, имеющихся в дополнительном общем фонде библиотеки вуза. Тогда количество экземпляров общего библиотечного фонда равно: , г| = рч|+|хй0Я| = ]Г<, (2.5) где |х°| - мощность множества общего библиотечного фонда вуза (количество экземпляров литературы всего библиотечного фонда),

ХУ< -(х^,.,^^.) - вектор, определяющий количество экземпляров книг, имеющихся в учебном фонде, нх1Я - количество наименований литературы учебного фонда библиотеки вуза, а |х>ч| - мощность множества учебного фонда вуза (общее количество экземпляров учебной литературы),

Хдоп = ) - вектор, определяющий количество экземпляров книг, имеющихся в дополнительном общем фонде библиотеки вуза, ыхдоп - количество наименований литературы дополнительного общего фонда библиотеки вуза, а - мощность множества дополнительного фонда вуза (общее количество экземпляров дополнительной литературы).

Достаточно очевидно, что х° = х^ + > О, х>у > О, х?"" > 0. С учётом действующих на текущий момент нормативных показателей, устанавливаемых Министерством образования и науки РФ, отметим следующее ограничение на объём учебного фонда библиотеки, который должен составлять более 60% от общего библиотечного фонда (по количеству экземпляров):

Х5 = \х| = 2]хГ > 0,6 -\х0\ = 0,6 ■ 2>,° • (2.6)

1 1=1

В тоже время, фонд учебной литературы включает основную (х>ч-ос") и дополнительную (Х1Ч-Л"') учебную литературу. Учтём также и множество книг - , которые необходимо докупить, то есть х>ч| = |х>ч-ос"|+|х>ч-')ои|)+|х+|. (2.7)

Обратим внимание, что общий фонд библиотеки вуза разбивается на непересекающиеся подмножества списков литературы определённого заглавия книг (Р1), дат (года) издания литературы (Р2), типов литературы (РЗ), издательств (Р4'), городов издания (Р5) и подмножества авторов литературы (Рб). Поэтому, для данного случая, справедливо следующее равенство (2.8):

NP^ N,,2 Л'м Л'рз ЫРЬ х° = 1К> = = 1Мз = 1И,4 = 1И,5 = 1Кб (2.8)

У1=1 72=1 уЗ=1 JA=\ у 5=1 ./6=1

И Ук,1;кФ1:Р\кГ\Р1,=0, Р2кГ\Р2,=0, РЗкГ\РЗ,=0, РАкГ\Р4,=0, Р5кПР5,=0,

Р6кГ)Р61=0.

Здесь, - количество подмножеств (заглавий изданий) в фонде, ЫР2 -количество различных дат (года) издания литературы, Ып - количество различных типов литературы, Агг4 - количество различных наименований издательств, ЫР5 - количество наименований городов издания литературы, количество наименований авторов литературы.

Соответственно, из формулы (2.8) получаем следующее очевидное утверждение, что объём фонда библиотеки вуза в фиксированный момент времени, рассматриваемый в различных срезах, остаётся неизменным:

Х°\ = |Р1| = \Р2\ = \РЗ\ = |Р4| = |Р5| = |Рб| > 0 . (2.9)

На основании формул (2.4), (2.7) и (2.8) видно, что подмножество типов литературы - РЗ содержит совокупность наименований литературы, тип которой можно отнести как часть учебного основного и учебного дополнительного фондов библиотеки:

NPЗ

Х° = Х>Ч ихд0п =(хуч-осн 1)Х}Ч-д0" их+)ихй0" = и^РЗуз (2.

10)

7 3=1