автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Системные основы повышения эффективности профессиональной переподготовки специалистов предприятий промышленного производства

На правах рукописи

МИГУНОВА Людмила Геннадьевна

СИСТЕМНЫЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПЕРЕПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» на кафедре «Электрические станции».

Научный руководитель — доктор технических наук, профессбр

Кулаков Павел Алексеевич

Официальные оппоненты — заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Дилигенский Николай Владимирович

Защита состоится «14» декабря 2006 г., в 12 часов на заседании диссертационного совета Д212.217.03 ГОУВПО Самарский государственный технический университет (СамГТУ) по адресу: г. Самара, ул. Галактионовская, 141, корпус 6, ауд. 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: г. Самара, ул. Первомайская, 18

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, СамГТУ, главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д212.217.03; факс: (846)278-44-00, e-mail: d21221703@list.ru

Автореферат разослан «10» ноября 2006 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.217.03,

кандидат технических наук, доцент Погорелова Елена Вадимовна

Ведущая организация

ООО «Управляющая компания «Электрощит» - Самара», г. Самара

кандидат технических наук

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1.1 Актуальность работы

В нооиндустриалытом обществе основной составляющей промышленного производства являются кадры. Прогресс науки и техники на современном этапе развития индустриального общества в значительной мере определяется наличием высококвалифицированных трудовых ресурсов. Опыт промыш-ленно развитых стран свидетельствует, что в периоды структурных преобразований экономики, ликвидации кризисных явлений существенно возрастает актуальность вопросов техучебы и переподготовки кадров, повышения квалификации и переквалификации специалистов промышленного производства.

Внутри профессиональной дисциплины инженерная деятельность предполагает выделение некоторого «ядра знаний», вокруг которого реализуются различные «приложения». Эта процедура также многоэтапная и многоступенчатая.

Для современной промышленности, в которой осуществляется глобальная модернизация, профессиональная переподготовка проводится по многозвенной, многоступенчатой траектории, оценка качества и затрат которой является нетривиальной задачей как для исполнителей, так и для потребителей образовательных услуг. Реализация траекторий может осуществляться на основе интеграции корпоративного и высшего образования.

Переподготовка должна проводиться в управляемой системе, обеспечивающей снижение затрат, быструю перестройку, контроль за качеством.

Оптимизация системы переподготовки специалистов представляет собой сложную проблему в связи с нелинейностью зависимости затраты-качество и наличием существенных ограничений.

Поэтому актуальной областью исследований является системный анализ моделей переподготовки специалистов промышленного производства с учетом функциональных особенностей и затратности используемых траекторий обучения.

Связь темы диссертации с государственными научными программами, темами и грантами

Диссертационная работа выполнялась в рамках научно-исследовательской программы СамГТУ по проблемам высшего профессионального образования на 2000-2005 гг. Министерства образования России.

1.2 Цель работы

Целью диссертационной работы является системный анализ, моделирование, оптимизация, совершенствование управления и принятие решений, обеспечивающих эффективность функционирования системы переподготовки специалистов промышленного производства.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выработать интегральный ресурсозависимый показатель качества профессиональной многозвенной траектории и разработать методики определе-

ния количественных характеристик переподготовки специалистов промышленного производства в развитии интеграции корпоративного и высшего образования.

2. Выделить ограничения и разработать алгоритмы оптимизации повышения эффективности системы переподготовки.

3. Провести анализ возможных многозвенных траекторий переподготовки, выработать методику оптимизации, на базе которой провести синтез траекторий обучения и заложить основы создания активных обучающих систем.

1.3 Методы исследований

Методы исследований базируются на теории систем и системного анализа, критериально-ориентированном тестировании, математической статистике, методе динамического программирования, методе неопределенных множителей Лагранжа, нелинейном преобразовании координат, методе наименьших квадратов.

1.4 Научная новизна диссертационной работы заключается в том что:

1. Предлагается новый метод оценки эффективности отдельных блоков многозвенных траекторий переподготовки специалистов, позволивший в отличие от известных аналогов более полно отразить эмерджентные свойства системы по отношению «качество-затраты».

2. Определены условия достижения глобального максимума для предложенных насыщающихся зависимостей характеристик эквивалентных показателей качества от ресурса.

3. Поставлена и решена задача оптимизации для многозвенной траектории переподготовки, состоящей из последовательных, параллельных блоков, «ядра» и приложений, методами неопределенных множителей Лагранжа и динамического программирования.

4. Найдены граничные значения ресурса, определяющие область использования траекторий обучения с выделением «ядра» знаний и приложений.

1.5 Практическая ценность работы

1. Методика позволяет совершенствовать систему управления переподготовкой специалистов путем использования алгоритмов выбора траекторий переподготовки, идентификации и оптимального распределения ресурса между блоками.

2. Предложены подходы к созданию активных систем повышения профессионального уровня.

1.6 Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Обобщенная оценка блоков функциональной переподготовки, основанная на критериально-ориентированном тестировании.

2. Условия проверки достижимости максимума целевой функции, в качестве которой принят ресурсозависимый интегральный показатель качества — коэффициент освоения.

3. Методика оптимизации распределения ресурса, выделенного на профессиональную переподготовку специалистов, при различном соединении блоков на основе методов Лагранжа и динамического программирования.

4. Методика опенки эффективности и выбора траектории профессиональной переподготовки с ядерной структурой.

1.7 Реализация результатов работы

Методика оптимизации многозвенных траекторий переподготовки и повышения квалификации используется на электротехнических и электроэнергетических предприятиях г. Самары, г. Стерлитамака, г. Актюбинска и при проектировании учебных планов на кафедре «Электрические станции» Самарского государственного технического университета.

1.8 Апробация работы

Основные положения работы и результаты исследований обсуждались на международной конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (г. Санкт-Петербург, 2001), на всероссийской научно-практической конференции «Электропотребление, энергосбережение, электрооборудование» (г. Оренбург, 2001), на всероссийской научно-практической конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность» (г. Екатеринбург, 2001), на международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (г. Таганрог, 2002), на восьмой всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в высшей школе» (г. Краснодар, 2003), на одиннадцатой международной научно-методической конференции «Высокие интеллектуальные технологии и качество образования науки» (г. Санкт-Петербург, 2004), на девятой международной научно-технической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (г. Санкт-Петербург, 2005).

1.9 Публикации

По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ.

1.10 Структура и обьем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений, содержит 111 стр. основного текста, включая 27 рисунков и 5 таблиц, 11 стр. списка использованной литературы из 119 наименований, 24 стр. приложений.

2 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведены результаты анализа профессиональной переподготовки специалистов промышленности, обосновывается актуальность выбранной темы, формулируются основная идея и цель, а также научные и практические задачи диссертациошюй работы. Показаны научная новизна и практическая значимость работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния профессиональной переподготовки специалистов промышленности. Рассмотрены вопросы совершенствования процесса переподготовки специалистов, методологии анализа формирования базы знаний персонала, проектирования образовательного процесса, управления им и оценка качества самого процесса, акту-

альности количественной оценки траектории обучения и оптимизации затрат на реализацию поставленных целей образования.

Для моделирования процессов, характеризующихся устойчивым, стабильным функционированием производства (когда вовлечение новой единицы ресурса приносит эффект, пропорциональный средней производительности имеющихся ресурсов), широко используется производственная функция Коб-ба-Дугласа (Д. Бартоломью, В.Н. Волкова, A.A. Денисов, Н.В. Дилигенский).

Методики оценки вклада персонала с помощью производственных функций показывают высокую чувствительность этой составляющей в результирующем производстве, соизмеримую с капитальными затратами, а в некоторых отраслях - даже превышающую. Например, в отраслях с широким применением компьютеров и программного обеспечения, в частности, в электроэнергетике, имеет место идентифицируемый научно-технический прогресс, так как в этой отрасли наблюдается потребность в квалифицированных кадрах.

В настоящее время необходимость применения системного подхода к решению теоретических и практических проблем переподготовки специалистов, приобретающих комплексный характер, диктуется самой жизнью (В.П. Беспалько, В.Н. Волкова, A.A. Денисов, Ф.И. Перегудов, З.А. Решетова). Процесс обучения представляет собой комплекс взаимосвязанных компонентов, объединенных общей целью функционирования и единством управления. Следовательно, вскрыть действительные условия, факторы эффективности обучения можно только на основе системного анализа взаимодействия преподавателя и обучаемого. При системном подходе обучение рассматривается как двуединая деятельность преподавателя и обучаемого, имеющая системный характер, а предметом анализа является взаимодействие между обучающим и обучаемым. Основной целью обучения является формирование у каждого обучаемого определенной системы знаний, умений и навыков.

В управлении системой переподготовки специалистов промышленного производства следует выделить: функциональное назначение системы - кадровое обеспечение модернизации промышленного производства; элементы — дидактические единицы - разделы программы и курсов переподготовки, предметов; структуру - блочную, многозвенную, с последовательным и параллельным прохождением вопросов, с «ядром» знаний и приложениями; переменные состояния - затраты ресурса на блоки; диагностику - составление тестовых заданий, формирование базы данных по параметрам затратности блоков; эмерджентность - повышение отношения затраты-качество (эффективность); критерий качества - средний балл, карьерный успех, коэффициент освоения; управляющие воздействия — выбор траектории, распределение ресурса, введение обратных связей или создание условий перехода к открытой системе - обучение слушателей основам оптимизации, информационное и техническое обеспечение тестирования, диагностики и справочно-обучающих подсистем; организационное обеспечение — корпоративные учебные и тренажерные центры (КУТЦ), институты и факультеты повышения

квалификации (ИПК, ФПК), целевые программы переподготовки (ЦПП) на кафедрах вузов.

Применение системного подхода позволяет искать решение поставленных задач методом направленного поиска, обеспечивая получение решений, близких к оптимальным, при затратах, значительно меньших, чем при использовании методов генерации идей.

Таким образом, цель диссертационной работы заключается в разработке системных основ оценки и повышения эффективности траекторий профессиональной переподготовки специалистов промышленного производства.

Во второй главе разрабатывается методика оценки качества функционально-ориентированной переподготовки специалистов.

Перспектива развития образовательных систем и технологий их функционирования основывается на применении целенаправленных мультидисци-плинарных образовательных комплексов. Целью этих комплексов должно являться формирование личностных свойств специалиста в виде системных знаний и компонентов профессиональной культуры, навыков и умений.

Управление качеством переподготовки специалистов при этом должно осуществляться через процесс управления проектированием этих комплексов, когда закладываются необходимые уровни показателей качества и разрабатываются методы их обеспечения (В.П. Беспалько, В.Н. Михелькевич). Сложность такого подхода из-за отсутствия теории и практики проектирования мультидисциплинарных образовательных систем очевидна.

Задача контроля и оценки качества учебных занятий осложняется ее мно-гокритериальностью, неравнозначностью частных критериев, субъективным, иногда вербальным характером описания наиболее важных критериев. Для комплексной оценки качества знаний желательно формализовать задачу и сформировать обобщенный критерий, а также трансформировать качественные оценки в количественные.

Проектирование учебного процесса следует вести в общем русле системного подхода, и всех его уровней: микроуровень - построение моделей, макроуровень - преобразование и упрощение схем соединения элементов модели, метауровень — получение и исследование системных функций, то есть получение знаний о системе как о целом, мультиуровень - взаимодействие различных систем - информационных, технических, дидактических.

При оценке достижений обучаемых обычно полагают, что это совокупность знаний, умений, навыков и представлений, освоенных обучаемым. Отсюда возникает определение уровня подготовки, когда обучаемый выполняет правильно то или иное количество заданий по выбранным разделам дисциплины.

В настоящей работе предлагается каждый из блоков характеризовать коэффициентом освоения г(к \т]1к < 1).

где N.

результат, измеряемый в баллах или в количестве тестовых

~ макси-

реальныи

заданий, на которые обучаемый дал правильные ответы; ^идеа,1Ы1Ы(1 мальное значение в баллах или общее число тестовых заданий.

Г

¡реальных

N в<Эеат?&ный

а)

б)

Рисунок 1- Блок профессиональной переподготовки (а), зависимость коэффициента освоения Г} от выделенного ресурса V (б)

При идентификации профессиональной переподготовки специалистов следует исходить из построения моделей высших уровней профессиональной деятельности, характеристики которых следует выделять при тестировании. Тесты составляются для дидактических единиц.

Появляется возможность построения техучебы, в которой тестовые материалы используются не только для контроля, но и для обучения. Это должно быть отражено в содержании теста, которое определяется с опорой на ряд педагогических принципов, например, соответствие содержания теста целям тестирования, системность содержания - когда задания не пересекаются по содержанию и по статистическим показателям между собой, но все имеют положительные корреляции с каким-либо внешним критерием знаний испытуемых и другие.

Оценка качества подготовленного специалиста в связи с отсутствием универсального измерителя осуществляется через совокупность показателей. Среди них используются как педагогические, определяющие уровень успеваемости, так и экономические натуральные и стоимостные показатели.

Значение коэффициента освоения зависит от выделенного ресурса (например, количества учебных часов) на этот блок т]'к - г][{и1^, эта зависимость характеризуется насыщением и в проводимых расчетах была принята в виде однопараметрической вида

■щ

Пк =■

0<77*<1

(2)

ик+А

где ик - выделенный ресурс; А - параметр затратности.

Целесообразность представления коэффициента освоения однопараметрической зависимостью связана с тем, что для получения высокой точности многопараметрических моделей необходимы эксперименты с большим количеством экспериментальных данных, что встречает значительные трудности

в системе переподготовки. При формировании базы данных по параметрам затратности А для проектирования траекторий по переподготовке целесообразно использовать данные из учебного процесса подготовки специалистов с высшим образованием. Очевидно, такой подход может служить одним из «мостиков» по интегрированию корпоративного и высшего образования.

Характеристики т\ = /(и) (рисунок 1,6) можно сравнивать по значениям коэффициента А, то есть, определять, какое значение А требуется для достижения заданного коэффициента освоения при фиксированном ресурсе. Таким образом, А можно интерпретировать как параметр затратности.

Нахождение значения коэффициента А в работе осуществляется методом наименьших квадратов.

Для решения задачи оптимального распределения ресурса формируется комплекс соотношений, включающий наряду с основным выражением, связывающим цель со средствами, соотношения (неравенства), отражающие ограничения. Такая постановка задачи является основой в теории оптимизации и математического программирования, широко используемого для задач планирования. В такой постановке выражение, связывающее цель со средствами, устремляют к максимуму.

Для каждой функциональной специализации имеют место свои различия и особенности в использовании научного базиса, в использовании различных разделов приобретенных знаний и, следовательно, затрат на ее реализацию.

Эквивалентное значение коэффициента освоения зависит от типа соединения блоков. При последовательном соединении изучаемые курсы идут друг за другом. Определенный набор вопросов рассматривается во время профессиональной подготовки последовательно от предмета к предмету. При параллельном соединении блоков вопросы изучаются параллельно по частям, но возможны в разных формах проведения: лекции, курсовое проектирование, лабораторные работы.

Эквивалентный коэффициент освоения для последовательного соединения элементов равен произведению

¿=1

для параллельного соединения эквивалентный коэффициент освоения равен

М

Эквивалентное значение коэффициента освоения вычисляется при условии, что значение ресурса С/0, выделенное на эквивалентный блок, равно сумме ресурсов отдельных элементов

т

(3)

т

(4)

£/0=5>*. (5)

В третьей главе рассмотрены задачи оптимизации для последовательного и параллельного включения блоков функциональной переподготовки специалистов.

Для распределения ресурса между отдельными блоками (предметами), применяется два метода: метод неопределенных множителей Лагранжа и метод динамического программирования.

Аналитический подход по методу Лагранжа позволяет выявить некоторые общие закономерности в распределении ресурса.

Целевая функция характеризует результат в рамках фиксированного значения затрат, то есть число вопросов N, передаваемых через блок, поэтому в качестве целевой функции выбираем эквивалентное значение коэффициента освоения Г!экв.

В этом случае целевая функция для многоканальной схемы подготовки равна

п

Ф^ХД^ -*тах, (6)

где Я; - весовые коэффициенты, отражающие важность каждого блока.

Функция Лагранжа имеет вид

(7)

^/=1 к~ 1 ; где Ф- целевая функция вида (7); X - неопределенный множитель Лагранжа; ик - ресурс, каждого из блоков; и0 - суммарный ресурс.

Условия достижимости максимума выполняются для монотонно возрастающей функции, что определяется по знакам первой и второй производной функции вида (2).

&П(и) А

ЗУ (и + А)

^0, (8)

^--^ЦчО, (9)

Ш1 (и + А)3

где УО^и<и0.

При распределении ресурса между элементами используется аддитивный характер целевой функции, для которой процесс оптимизации можно разбить на отдельные стадии, представляющие собой выделение ресурса на одну структуру и распределение его между блоками из условия максимального значения коэффициента освоения.

Для всех последовательных элементов в ветви, когда эквивалентный коэффициент освоения определяется по выражению (3), должно выполняться условие равенства функций

Это обстоятельство позволяет провести распределение ресурса с помощью прямого и обратного хода и получить эквивалентные зависимости коэффициента освоения структуры от выделенного на эту структуру ресурса при оптимальном распределении между блоками.

Для параллельного соединения блоков, когда эквивалентный коэффициент освоения определяется по выражению (4), должно выполняться условие равенства функций (11)

В работе для разработанных алгоритмов оптимизации методом неопределенных множителей Лагранжа приведена их графическая интерпретация. В соответствии с приведенными критериями оптимальности строим характеристики относительных модифицированных приростов для каждого из блоков. И по ним с помощью прямого хода, исходя из их равенства, строим суммарную характеристику е — /(и0) . Затем построим кривую зависимости коэффициента освоения от затраченного ресурса для каждого блока в отдельности и эквивалентную, где суммарный коэффициент освоения находится как сумма коэффициентов освоения для каждого блока.

Структурированное построение функциональной переподготовки вызывает некоторые противоречия: с одной стороны, увеличивает затраты при последовательном соединении блоков, но в тоже время снижает их при параллельном соединении.

Из полученных выражений следует, что в случае насыщающейся зависимости коэффициента освоения от ресурса при выделении ресурса для элементов ветви следует избегать крайних ситуаций выделения на отдельный элемент очень малого или очень большого ресурса. Для параллельных ветвей следует повышать значение ресурса для ветви с большим весовым коэффициентом.

Сущность метода динамического программирования состоит в замене одной задачи со многими переменными множеством последовательно решаемых задач с существенно уменьшенным числом переменных. Оптимизация многошагового процесса осуществляется с использованием принципа оптимальности Беллмана.

В общем случае задача является целочисленной, так как число блоков — целое число, и нелинейной, поскольку функции нелинейны.

В рассматриваемой задаче принцип оптимальности может быть реализован при нахождении эквивалентной расходной характеристики всей структуры при прямом ходе решения задачи. Эквивалентирование производится пу-

(10)

(И)

тем последовательной замены двух блоков одним эквивалентным. На каждой стадии производится присоединение только одного блока к эквивалентному. Задача оптимизации функций многих переменных сводится к многошаговой задаче оптимизации функций одной переменной £Д

Алгоритм динамического программирования должен быть построен таким образом, чтобы соблюдалось условие, при котором на каждом шаге распределения ресурса внутри ветви коэффициент освоения должен быть максимальным. Для этого проводим нелинейное преобразование координат при последовательном соединении блоков

и получаем, что условием оптимального распределения ресурса является достижение максимума аддитивной целевой функции каждой ветви 1пг\} с выполнением ограничений и0 = ^ иу .

При параллельном соединении блоков исходная функция (4) имеет аддитивный характер и не требует преобразований вида (12).

В рассматриваемой задаче принцип оптимальности может быть реализован при нахождении эквивалентной характеристики всех блоков при прямом ходе решения задачи.

Так, для у блока точки эквивалентной характеристики при последовательном соединении определятся в точках максимального значения произведения коэффициентов освоения у-го блока и эквивалентного (/-1) - го блока

1э, = Ъ (и] ) • 77эу-1 (иэ]_х;} ,или (13)

ln71JUэi) = max{lnт1J(UJ) + lntlэj_x(UЭJ_x)) • (14)

Для ] блока точки эквивалентной характеристики при параллельном соединении определятся в точках максимального значения суммы коэффициентов освоения у-го блока и эквивалентного (/-1) - го блока с весовыми коэффициентами

[ 1

где 77э/ (Vэ1) - эквивалентная характеристика на /'-ой стадии эквиваленти-рования.

На первой стадии рассматривается первый блок. Эквивалентной характеристикой на данной стадии будет его характеристика.

На второй стадии рассматривается группа блоков, состоящая из первого и второго. Производится построение их характеристик.

На третьей стадии определяется эквивалентная характеристика трех блоков путем присоединения к эквивалентному блоку с ресурсом Сэ/, полученному на второй стадии, блока с ресурсом и3 и т.д.

Полное число стадий оптимального распределения равно числу блоков в ветви.

По эквивалентным характеристикам при обратном ходе определяется оптимальный ресурс каждого блока (строятся нагрузочные характеристики). Сначала на «-ой стадии эквивалентирования для заданного ресурса IIо определяется ресурс /7?-го блока и (т-1)-го эквивалентного блока. Затем на (т- 1)-й стадии эквивалентирования по ресурсу, которым является найденный ранее ресурс (т-1)-го эквивалентного блока, определяются ресурсы (т-1)-го блока и (т?7-2)-го эквивалентного блока и т.д.

Получив эквивалентные характеристики всех блоков, используем их в алгоритме упорядоченного перебора вариантов распределения ресурса между блоками.

Из приведенного рассмотрения можно сделать выводы, имеющие качественный характер.

При параллельном соединении блоков больший ресурс следует выделять на блок, который учитывается в целевой функции с большим весовым коэффициентом N1, так как с его увеличением нагрузочная характеристика быстрее насыщается и достигает максимума.

Если блок имеет более крутое нарастание нагрузочной характеристики при меньшем ресурсе, то при однопараметрической аппроксимации это означает, что блок имеет малые значения коэффициента А, таким образом они являются малозатратными.

Рассматривая различные значения весовых коэффициентов блоков необходимо стремиться к такому варианту составления траекторий обучения, чтобы большее число вопросов направлялись для рассмотрения через малозатратные блоки.

Для нахождения зависимости коэффициента освоения от ресурса используется зависимость вида (8), в значение которой входит множитель, обратный коэффициенту освоения, таким образом при последовательном соединении в первую очередь нагрузку следует давать на малозатратный блок (малые значения А) (рисунок 2,а).

Если предмет характеризуется большим значением параметра затратности А, то и требуется большее выделение ресурса на него. Увеличением выделения ресурса можно добиться эффективности затратного канала, при малом значении ресурса достигается большее значение коэффициента освоения 77.

Это справедливо для аддитивной целевой функции, когда влияют только характеристики относительного прироста.

При мультипликативной функции на распределение ресурса оказывает влияние и само значение коэффициента освоения 77. При малых значениях коэффициента освоения 77 функция (10) увеличивается, что приводит к увеличению выделяемого на этот блок ресурса.

а) при последовательном соединении блоков 1 -А^О.1; А2=0,2; А3=0,3; 2-А,=0,3; А2=0,5; А3=0,7 б) при параллельном соединении блоков 1 -А1=0,1, N¡=0,1; А2=0,2, N2=0,3; А3=0,3, N3=0,6; 2-А,=0,3, N¡=0,3, А2=0,5, N¡=0,6, А3=0,7, N¡=0,1 в) для последовательного (2) и параллельного (1) соединения блоков Рисунок 2 - Эквивалентные характеристики коэффициента освоения

В четвертой главе предложено проектировать функционально-ориентированную целевую переподготовку специалистов промышленности состоящей из «ядра» и приложений.

Для целенаправленного формирования у специалистов целостных системных знаний, а также профессионально значимых личностных качеств, проектирование содержания общеинженерной подготовки должно производиться с использованием принципов междисциплинарности и квалиметрической обоснованности на основе системного подхода, заключающегося в системном структурировании и интеграции содержания родственных учебных дисциплин общепрофессионального цикла, обладающих сходством объекта, предмета, целей преподавания и понятийно-терминологического аппарата.

Опыт исторического исследования технической науки предполагает рассмотрение и анализ хода исследований в совокупности различных научных направлений, выявление устанавливающихся между ними взаимосвязей, приводящих к образованию комплекса дисциплин.

Основная идея заключается в расчленении содержания интегрируемых дисциплин на элементарные составляющие и формировании из них учебных тезаурусов (структурированных множеств элементарных составляющих и связей между ними). Далее производится взаимное «наложение» тезаурусов дисциплин, выделение областей их взаимного «перекрытии» и их синтезирование.

С учетом показателей междисциплинарной связанности формируется ин-тегративное «ядро», содержащее элементарные составляющие из области «пересечения» тезаурусов всех дисциплин интегрируемой группы. Вокруг «ядра» расположены составляющие из областей попарных «пересечений» тезаурусов. Наконец, на периферии «ядра» сформированы множества составляющих из «не пересекающихся» областей тезаурусов монодисциплин. Полученная таким образом модель является основой для составления рабочей

программы, разработки междисциплинарного курса лекций и других составляющих структурированного курса.

Для переподготовки специалистов, не имеющих базового электротехнического образования, разработана программа по направлению «Электроэнергетика». В блок дисциплин, посвященных функциональным характеристикам электрооборудования, введен курс «Переходные процессы в электроэнергетических системах». В такой структуре этот курс является системообразующим, его можно рассматривать в качестве ядра фундаментальной переподготовки специалиста. В «Переходных процессах» есть раздел, посвященный расчету токов короткого замыкания, необходимый при изучении всех электротехнических предметов учебного плана, например, при выборе оборудования и электрических аппаратов в курсе «ЭЧС», при выборе и расчете уставок релейной защиты и автоматики в курсах «Релейная защита элементов станции», «Релейная защита энергетических систем», «Автоматические системы управления». Таким образом, все предметы, в которых применяются эти расчеты, можно считать приложениями при фундаментальном предмете «Переходные процессы» (рисунок 3).

Анализ этих структур показывает, что повышения эффективности и качества переподготовки специалистов возможно достичь использованием разветвленного строения (структурирования) каждого из изучаемых курсов и учебного плана в целом.

Ядерная структура позволяет углубить фундаментальные знания, с одной стороны, а с другой, - дает специалисту навыки продолжения совершенствования на базе того ядра, которое заложили, то есть учиться через всю жизнь, а не на всю жизнь. Ядро отражает тенденцию развития науки. Со временем может измениться содержание ядра и приложений, но в ближайшем времени оно видится таким, с точки зрения системности развития знаний (науки). Выделение ядра требует дополнительных затрат, с другой стороны, может быть

?1 сН

а)

б)

а) обычная структура б) с выделением ядерной структуры . Рисунок 3 - Структурная схема профессиональной переподготовки специалиста по программе «Электроэнергетика»

выигрыш не только в долговременном плане (через всю жизнь), айв освоении конкретных образовательных траекторий, будет экономия ресурса. Профессиональную переподготовку без выделения ядра можно представить в виде рисунка 4, а.

Значение коэффициента освоения зависит от выделенного ресурса (например, количества учебных часов) на этот блок т]'к = ^¡[{и'^, эта зависимость характеризуется насыщением и в проводимых расчетах для обычной структуры была принята в виде о дно параметрической зависимости (2)

и*

7с ="

где и* - выделенный ресурс в относительных единицах, £/«, =

и ия

(16)

ия-

базисное значение ресурса.

I

Vк

1Г

II N

N(1-4

Рисунок 4 - Блок профессиональной переподготовки (а) Блоки профессиональной переподготовки с выделением «ядерной» структуры (б)

Профессиональная переподготовка с выделением ядерной структуры и приложений представлена на рисунке 4,6.

Число вопросов, реализуемых через ядерную структуру и приложения, различно, для учета количества вопросов, проходящих через каждую структуру, вводим понятие ресурса, требуемого на один вопрос, а не в целом на блок. В этом случае ресурс, необходимый на блок, равен произведению ресурса на один вопрос на число вопросов, входящих в блок.

Целевая функция для многоканальной схемы переподготовки (рисунок 4,6) равна

Ф = Ъэ = ЛнЛяк + т]н(1-к), (17)

где г]я =

иал + А

(18)

п -4*1--(19)

А /

где Ан„ - параметр затратности приложений, Ан* = ул , приходящийся на

/ "с

А /

один вопрос, Ая„ - параметр затратности «ядра», Ая, = уА , приходящийся

/ "-с

на один вопрос, иб = Ас.

Общий ресурс, выделенный на переподготовку с ядерной структурой на один вопрос

иъ.=и„к + иит(т,як + (\-к)), (20)

где к - доля вопросов, вынесенных в ядро, Vя+к - ресурс, выделяемый на ядерную структуру, инл (\ - к) - ресурс, выделяемый на часть вопросов, проходящих в приложение мимо ящ><х,ин*(г)як)- ресурс, выделяемый на часть

вопросов, проходящих в приложение после прохождения через ядро. Функция Лагранжа имеет вид

¿ = Ф + Я(ия.к + ии.(г!як + (1- к))-и^). (21)

Приравнивая частные производные функции Лагранжа нулю, получаем

(\-к)^ + кт1я^ + Л(г1як + (\-к))~Ъ, (22)

аи^ аин*

Из выражений (20), (22), (23) получаем значения модифицированных относительных приростов

= , (24)

1

-^- . (25)

аии* /„ '" тг \

Используя методику оптимального распределения ресурса между отдельными блоками, определим, при каких параметрах профессиональной переподготовки с ядерной структурой достигается экономический эффект.

При проектировании профессиональной переподготовки с «ядерной» структурой знаний разработан алгоритм, который имеет следующую графическую интерпретацию.

Вначале строятся модифицированные характеристики относительных приростов отдельно для «ядра» /(V(24) и для приложений /2 = f(ин*) (25). Затем, приравнивая эти значения друг другу, получаем значения £ .

Строим суммарную характеристику £ = /(ио*), где суммарный ресурс £/0+ для каждого значения е находим по выражению (20). Это был прямой ход решения. Затем по заданным значениям суммарного ресурса С70+ обратным ходом находим распределение ресурса для «ядра» ии приложений ин+. Эти значения ресурса подставляем в выражения для нахождения коэффициента освоения «ядра» (18) и приложений (19) и по выражению (17) находим зависимость эквивалентного коэффициента освоения многоканальной схемы переподготовки г]э, с выделением ядерной структуры, от суммарного ресурса и0* т]э = /(и0+) (рисунок 5, кривая 1), при различных значениях параметров затратности ядра Ая* , приложений Ан„ и числа вопросов, вынесенных в ядро Ш.

Рисунок 5 - Эквивалентные характеристики коэффициента освоения для траектории с ядерной структурой (1) и обычной траектории (2) при Ая*=2,Ан»=0,5,к=0,5,Ас*=1

Сравнивая полученные по (16) и (17) кривые 7]э = f (и0*(рисунок 5, кривая 1) и г]с = /(и^) (рисунок 5, кривая 2), находим точку их пересечения, определяющую значение суммарного ресурса = , ограничивающее

области, при которых выгодна профессиональная переподготовка с выделением «ядра» и приложений, и области выгодности обычной структуры переподготовки (рисунок 6,а) при обеспечении оптимального распределения ресурса по каждой траектории профессиональной переподготовки для Ан* =0,1-Ю,9. Как следует из расчетов по условию оптимальности, имеется интервал на оси выделенного ресурса, в котором необходимо принять ресурс, выделяемый на «ядро» IIя*, равным нулю. Это означает, что влияние «ядра» исчезает, что не соответствует принятым предположениям, то есть модель в этом случае некорректна. Принимая значение и= 0 в выражении (20), получаем выражение

У'гр-

10

1 2 3 4 5ДЯ' б)

2 3 4 5А„.

а)

I 2 3 4 5 А я*

В)

Рисунок 6 - Определение граничных значений ресурса при использовании траектории с ядерной структурой

Приравнивая выражения (24) и (25) и подставляя (26), можно получить значение и, ограничивающее область применимости ядерной структуры

(рисунок 6,6). Сравнивая полученные значения и'гр* = / (Ая*) и и "р* = f(Ая„) при одинаковых значениях Ан#, получаем область, ограниченную этими кривыми (рисунок 6,в), на рисунке показана область эффективности траектории с ядерной структурой.

Область эффективности ядерной структуры является достаточно узкой. Поэтому необходимо проводить специальные обоснования включения в многозвенную систему профессиональной переподготовки обособленных «ядер» знаний.

Таким образом, получили, что при параметре затратности расходной характеристики «ядра», близком по значению к единице, и при малых значениях Ан» «ядерная» структура наиболее эффективна, а с увеличением параметра затратности ядра Ая+ и приближением величины параметра затратности приложений Ан* к единице ее эффективность уменьшается.

Траектория с ядерной структурой является эффективной в диапазоне выделенного ресурса, составляющем 5(Н85% от показателя затратности «ядра», и в диапазоне показателя затратности приложений 0,3-Ю,7.

Рассмотренная методика может служить основой создания активных обучающих систем, когда обучаемый оценивает для многозвенной траектории обучения соотношение затраты-качество. Очевидно, что для ее реализации необходимо провести обучение слушателей основам оптимизации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе поставлена и решена задача применения системного подхода к повышению эффективности профессиональной переподготовки специалистов промышленного производства.

Основные научные и практические результаты диссертационной па-боты заключаются в следующем:

1. Выделены системные основы оценки многозвенных траекторий профессиональной переподготовки специалистов промышленного производства при последовательном, параллельном освоении вопросов и с выделением «ядра» знаний. Показано, что эквивалентные коэффициенты освоения являются целевыми функциями качества с ограничениями по выделенным ресурсам.

2. Доказано, что для насыщающихся расходных характеристик эквивалентного коэффициента освоения максимум целевых функций достижим во всем диапазоне изменения переменных, что важно при определении условий достижения глобального максимума целевой функции.

3. Установлено, что для параллельного соединения блоков эквивалентный коэффициент освоения представляет собой аддитивную функцию. Нелинейное преобразование переменных приводит к аддитивной функции коэффициента освоения при последовательном соединении блоков, что позволило обосновать выбор в качестве методов оптимизации метода неопределенных множителей Лагранжа и динамического программирования.

4. Обнаружено, что в точке оптимального распределения ресурса при параллельном соединении блоков значения производных расходных характеристик блоков обратно пропорциональны весовым коэффициентам. При последовательном соединении в точке оптимума значения производных расходных характеристик отдельных блоков прямо пропорциональны коэффициентам освоения этих блоков, что служит основой для построения стадий алгоритмов оптимизации.

5. Найдены граничные значения ресурса, определяющие область использования ядерной структуры и зависящие от затратности «ядра» и приложений. Траектория с ядерной структурой является эффективной в диапазоне выделенного ресурса, составляющем 5(Н85% от показателя затратности «ядра» в диапазоне показателя затратности приложений 0,3-Ю,7, что определяет область применения ядерной структуры.

6. Предложенная методика выбора траекторий переподготовки является основой создания активных обучающих систем, когда обучаемый оценивает для многозвенной траектории обучения соотношение затраты-качество.

7. Разработаны алгоритмы выбора траектории, идентификации и оптимального распределен!« ресурса между блоками, функционирующие в системе управления переподготовкой специалистов предприятий промышленного производства.

По теме диссертации опубликованы следующие работы

1. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Качество и эффективность профессиональной подготовки электроэнергетиков: Материалы II Всероссийской научно-технической конференции «Энергосистема: управление, качество, конкуренция, Екатеринбург, Вестник УГТУ-УПИ, №12, 2004. С,-481-483

2. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системный подход к проектированию специализаций профессионального электротехнического образования: Материалы конференции «Системный анализ в проектировании и управлении», Санкт-Петербургский государственный технический университет, 2001.С.-484-485

3. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системные основы электроэнергетики (СОЭ) как фундамент подготовки специалистов: Материалы конференции «Электропотребление, энергосбережение, электрооборудование», Оренбургский государственный университет, 2001.С.-68-69

4. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системные функции и методика профессиональной подготовки электроэнергетиков: Материалы конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность», Уральский государственный технический университет, 2001.С.- 481-483

5. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Оптимальное составление траекторий целевой индивидуальной профессиональной подготовки. Межвузовский сборник научных трудов «Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона», часть 1.// Тольятти, 2000.С.-68-72

6. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системный подход к проектированию специализаций профессионального электротехнического образования: Материалы конференции «Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона», Тольяттинский политехнический институт,2001.С.-128-131

7. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системные основы электроэнергетического образования: Материалы конференции «Системный анализ в проектировании и управлении», Таганрогский государственный радиотехнический университет, 2002.С.-466-467

8. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Оптимальное проектирование профессиональной подготовки инженеров-электроэнергетиков: Материалы XI Международной научно-методической конференции «Высокие интеллектуальные технологии и качество образования науки» Санкт-Петербург, СГ16ГТУ, 2004.С.- 297-298

9. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Профессиональная подготовка с «ядерной» структурой знаний: Труды IX Междунар.науч.-техн. конф. «Системный анализ в проектировании и управлении», СПб. Изд-во Политехнического университета, 2005.С.-496-498

10. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системные основы электроэнергетического образования: Вестник СамГТУ. Сер. Психолого-педагогические науки, 2003, № 18.С.-17-25

11. Мигунова Л.Г. Структурированные курсы - модульный подход к подготовке технических специалистов: Акмеология профессионального образования: Материалы II регион. Науч.-практ. конф.-Екатеринбург: Рос. гос. проф.-пед. ун-т., 2005.С.-238-239

12. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Оптимальное проектирование учебного процесса по показателям надежности. Проектирование, обеспечение и контроль качества образования и образовательных услуг: Материалы Третьей

Всероссийской конференции по качеству образования и Пятой Международной конференции «Развитие через качество»-Москва-Тольятти, 2000.С.-40

13. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г., Приходченко В.И., Шелушенина О.Н. Профессиональные специализации в многопрофильных региональных группах: Материалы межвузовской научно-методической конференции «Актуальные проблемы университетского образования», СамГТУ, 2003.С.-361

14. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Профессиональные специализации в многопрофильных региональных группах: Материалы IX Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в высшей школе», Краснодар, Кубан. Гос.технол.ун-т, 2003.С.-143-144

15. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Оптимальное проектирование образовательного процесса на основе показателей надежности: Материалы VI Всероссийской конференции-семинара "Проектирование, обеспечение и контроль качества продукции и образовательных услуг", Москва-Тольятти-Сызрань, филиал СамГТУ, 2003.С.-162-165

16. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Оптимизация учебного процесса по критериям надежности. Тезисы докладов международной конференции «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте», 4.2. Самара, 1999.С.-222-224

17. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Применение метода динамического программирования при оптимизации учебного процесса. Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции «Электропотребление, энергосбережение, электрооборудование». Оренбург, Оренбургский государственный университет, 1999.С.-136-137

18. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Оптимизация профессиональной инженерной подготовки. Тезисы докладов научно-практической конференции «Актуальные вопросы педагогики и психологии высшей и средней школы», Самара, 2000.С.-186

19. Кулаков П. А., Мигунова Л.Г. Развитие системного мышления в процессе обучения. Материалы и тезисы докладов 3-ей Международной научно-практической конференции «Педагогический процесс как культурная деятельность»-Самара,2000.С.-271-272

20. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системные основы электроэнергетического образования: Материалы и тезисы докладов 4-й Международной научно-практической конференции «Педагогический процесс как культурная деятельность», СИПКРО, 2002. С.-194-195

Личный вклад автора. Все основные положения диссертации разработаны автором лично. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежат: разработка математических моделей, расчетная часть и выводы [2,5,9,16,18-20], постановка задачи, методический подход [1-6,16-18], методическое обеспечение экспериментальных исследований [1-10].

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д212.217.03 ГОУВПО «Самарский государственный технический университет» Протокол № 11 от 8 ноября 2006 г.

Заказ №1582. Формат 60x84 1/16. Бумага тип. №1. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз.

Самарский государственный технический университет. Отдел типографии и оперативной печати 443100, г. Самара, Молодогвардейская ул. 244, Главный корпус

Введение.

1. Системный подход в профессиональной переподготовке специалистов предприятий промышленного производства.

1.1 Роль персонала в повышении эффективности производства.

1.2 Образовательные системы.

1.3 Системный подход к содержанию курсов функциональной переподготовки.

1.4 Цель и задачи диссертации. Выводы.

2. Оценка качества функционально-ориентированной переподготовки специалистов.

2.1 Гносеологический аспект оценки качества переподготовки.

2.2 Стоимостные аспекты оценки качества.

2.3 Коэффициент освоения сложной системы.

2.4 Выводы.

3. Оптимальное распределение ресурса для траекторий с последовательным и параллельным включением блоков функциональной переподготовки специалистов.

3.1 Метод Лагранжа.

3.2 Метод динамического программирования.

3.3 Общие закономерности распределения ресурса между параллельно и последовательно включенными блоками.

3.4 Выводы.

4. Оптимизация профессиональной переподготовки для сложных траекторий обучения.

4.1 Программа обучения с выделением ядра знаний.

4.2 Оптимальное распределение ресурса для систем с ядерной структурой.

4.3 Определение области применения «ядерной» структуры при выборе траекторий профессиональной переподготовки.

4.4 Выводы.

Актуальность работы

В нооиндустриальном обществе основной составляющей промышленного производства являются кадры. Прогресс науки и техники на современном этапе развития индустриального общества в значительной мере определяется наличием высококвалифицированных трудовых ресурсов. Опыт промышленно развитых стран свидетельствует, что в периоды структурных преобразований экономики, ликвидации кризисных явлений существенно возрастает актуальность вопросов техучебы и переподготовки кадров, повышения квалификации и переквалификации специалистов промышленного производства [8,9].

Требования к подготовке специалиста формулируются вне системы образования. Они исходят из общих экономических, общественных целей государства, потребностей частного производства, личности и т.д. Важность образования в экономике страны особенно подчеркнута в теории человеческого капитала, согласно которой ресурсы, затраченные на образование, являются вложением в человеческий капитал [2,4,6,21].

Человек должен учиться и совершенствоваться всю жизнь, ибо сама жизнь сейчас быстро меняется и усложняется. Уровней, видов, форм образования становится все больше, расширяются временные рамки обучения. Учиться сегодня надо основательно, экономно, быстро.

Для формирования стратегической кадровой политики необходимы: определение целей развития производства, разработка системы обеспечения кадрами производственных звеньев, оценка качества подготовки специалистов, организация процесса повышения их квалификации.

По данному вопросу опубликовано значительное число научно-аналитических обзоров, обобщающих и систематизирующих методы и подходы к определению потребности в кадрах [6,8], некоторые из них посвящены математическим методам моделирования кадровых процессов [29,33,37].

Ориентация на формирование системного подхода в образовании, как одного из важнейших требований современной жизни, и его результаты дают ответ на вопрос: чему и как учить в современных условиях [6,10,16,19,20,22].

Для современной промышленности, в которой осуществляется глобальная модернизация, профессиональная переподготовка проводится по многозвенной, многоступенчатой траектории, оценка качества и затрат которой является нетривиальной задачей как для исполнителей, так и для потребителей образовательных услуг. Реализация траекторий может осуществляться на основе интеграции корпоративного и высшего образования.

Многоуровневая система образования - одно из перспективных средств осознанного управления реформами образования. Основными преимуществами многоуровневой структуры высшего образования являются следующие: реализация новой парадигмы образования, заключающейся в фундаментальности, целостности и направленности на личность обучаемого; значительная диверсификация и реагирование на конъюнктуру рынка интеллектуального труда; повышение образованности выпускников, подготовленных к «образованию через всю жизнь» в отличие от «образования на всю жизнь»; свобода выбора «траектории обучения» и отсутствие тупиковой образовательной ситуации; широкие возможности для последипломного образования; возможность интеграции в мировую образовательную систему. Многоуровневая система образования состоит из отдельных блоков, при организации, которых необходимо системно оценивать эффективность затраченных ресурсов на ту или иную траекторию.

Касаясь вопросов совершенствования процесса переподготовки специалистов, следует обратить внимание на то, что творческое становление специалиста требует не только включения в процесс переподготовки системы некоторых установившихся знаний, но и, в первую очередь, методологии анализа получения новых знаний.

Прогнозируя развитие предприятия, следует одновременно прогнозировать и соответствующую организационно-технологическую структуру кадров, а также программы на развитие систем переподготовки и повышения квалификации специалистов, поскольку целенаправленная работа таких систем активно влияет на развитие самого производства. Таким образом, специализация квалифицированного труда, а применительно к условиям и задачам инженерной деятельности - инженерная специализация, перерастает в важную составную часть разработки прогнозов развития производства, а также системы подготовки, переподготовки и повышения квалификации инженерных кадров. В связи с комплексным характером многих инженерных задач и необходимостью обеспечения профессиональной мобильности специалистов особую роль приобретает вопрос о соотношении объемов общенаучной, общепрофессиональной и специальной подготовки инженеров.

Функциональная инженерная специализация обеспечивается более сложными методологическими средствами и организационно-методическими приемами ведения учебного процесса, гибкой модульной системой учебных планов, многовариантным составом и дифференцированным содержанием модуля дисциплин функциональной специализации [4,30].

Переход к модернизированной модели должен осуществляться поэтапно и по нескольким направлениям. Одним из них может стать введение в практику переподготовки специалистов структурированных учебных курсов, под которыми подразумеваются интегративные системы, включающие курс лекций, систему лабораторно-практических занятий, учебное проектирование, имеющие междисциплинарный характер, комплект интегративных тестов, а также специальные средства компьютерной поддержки учебного процесса.

Внутри профессиональной дисциплины инженерная деятельность предполагает выделение некоторого «ядра знаний», вокруг которого реализуются различные «приложения». Эта процедура также многоэтапная и многоступенчатая [119].

Переподготовка должна проводиться в управляемой системе, обеспечивающей снижение затрат, быструю перестройку, контроль за качеством.

Оптимизация системы переподготовки специалистов представляет собой сложную проблему в связи с нелинейностью зависимости затраты-качество и наличием существенных ограничений.

Поэтому актуальной областью исследований является системный анализ моделей переподготовки специалистов промышленного производства с учетом функциональных особенностей и затратности используемых траекторий обучения.

Связь темы диссертации с государственными научными программами, темами и грантами

Диссертационная работа выполнялась в рамках научно-исследовательской программы СамГТУ по проблемам высшего профессионального образования на 2000-2005 г.г. Министерства образования России по теме «Оптимизация показателей качества учебного процесса».

Цель работы

Целью диссертационной работы является системный анализ, моделирование, оптимизация, совершенствование управления и принятие решений, обеспечивающих эффективность функционирования системы переподготовки специалистов промышленного производства.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выработать интегральный ресурсозависимый показатель качества профессиональной многозвенной траектории и разработать методики определения количественных характеристик переподготовки специалистов промышленного производства в развитии интеграции корпоративного и высшего образования.

2. Выделить ограничения и разработать алгоритмы оптимизации повышения эффективности системы переподготовки.

3. Провести анализ возможных многозвенных траекторий переподготовки, выработать методику оптимизации, на базе которой провести синтез траекторий обучения и заложить основы создания активных обучающих систем.

Методы научных исследований

Методы исследований базируются на теории систем и системного анализа, критериально-ориентированном тестировании, математической статистике, методе динамического программирования, методе неопределенных множителей Лагранжа, нелинейном преобразовании координат, методе наименьших квадратов.

Научная новизна диссертационной работы

1. Предлагается новый метод оценки эффективности отдельных блоков многозвенных траекторий переподготовки специалистов, позволивший в отличие от известных аналогов более полно отразить эмерджентные свойства системы по отношению «качество-затраты».

2. Определены условия достижения глобального максимума для предложенных насыщающихся зависимостей характеристик эквивалентных показателей качества от ресурса.

3. Поставлена и решена задача оптимизации для многозвенной траектории переподготовки, состоящей из последовательных, параллельных блоков, «ядра» и приложений, методами неопределенных множителей Лагранжа и динамического программирования.

4. Найдены граничные значения ресурса, определяющие область использования траекторий обучения с выделением «ядра» знаний и приложений.

Практическая ценность работы

1. Методика позволяет совершенствовать систему управления переподготовкой специалистов путем использования алгоритмов выбора траекторий переподготовки, идентификации и оптимального распределения ресурса между блоками.

2. Предложены подходы к созданию активных систем повышения профессионального уровня.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Обобщенная оценка блоков функциональной переподготовки, основанная на критериально-ориентированном тестировании.

2. Условия проверки достижимости максимума целевой функции, в качестве которой принят ресурсозависимый интегральный показатель качества - коэффициент освоения.

3. Методика оптимизации распределения ресурса, выделенного на профессиональную переподготовку специалистов, при различном соединении блоков на основе методов Лагранжа и динамического программирования.

4. Методика оценки эффективности и выбора траектории профессиональной переподготовки с ядерной структурой.

Реализация результатов работы

Методика оптимизации многозвенных траекторий переподготовки и повышения квалификации используется на электротехнических и электроэнергетических предприятиях г. Самары, г. Стерлитамака, г. Актюбинска и при проектировании учебных планов на кафедре «Электрические станции» Самарского государственного технического университета.

Апробация работы

Основные положения работы и результаты исследований обсуждались на международной конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (г. Санкт-Петербург, 2001), на всероссийской научно-практической конференции «Электропотребление, энергосбережение, электрооборудование» (г. Оренбург, 2001), на всероссийской научно-практической конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность» (г. Екатеринбург, 2001), на международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (г. Таганрог, 2002), на восьмой всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в высшей школе» (г. Краснодар, 2003), на одиннадцатой международной научно-методической конференции «Высокие интеллектуальные технологии и качество образования науки» (г. Санкт-Петербург, 2004), на девятой международной научно-технической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (г. Санкт-Петербург, 2005).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в их числе 2 статьи и ряд тезисов международных и всероссийских конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений, содержит 111 стр. основного текста, включая 27 рисунков и 5 таблиц, 11 стр. списка использованной литературы из 119 наименований, 24 стр. приложений.

4.4 Выводы

1. Функционально-ориентированную целевую подготовку специалистов промышленности целесообразно проектировать состоящей из «ядра» и приложений.

2. Получена целевая функция функциональной подготовки, состоящей из «ядра» и приложений, эквивалентная коэффициентам освоения.

3. Поставлена и решена методами Лагранжа и динамического программирования оптимизационная задача по распределению ресурса между «ядром» и приложениями.

4. Найдены граничные значения ресурса, определяющие область использования ядерной структуры, зависящие от затратности «ядра» и приложений. Область эффективности ядерной структуры является достаточно узкой, и ее использование требует специального обоснования.

5. Траектория с ядерной структурой является эффективной в диапазоне выделенного ресурса, составляющем 5СН-85% от показателя затратности «ядра» в диапазоне показателя затратности приложений 0,3-Ю,7.

6. Рассмотренная методика может служить основой создания активных обучающих систем, когда обучаемый оценивает для многозвенной траектории обучения соотношение затраты-качество.

В диссертационной работе поставлена и решена задача применения системного подхода к повышению эффективности многозвенной профессиональной переподготовки специалистов промышленного производства.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Выделены системные основы оценки многозвенных траекторий профессиональной переподготовки специалистов промышленного производства при последовательном, параллельном освоении вопросов и с выделением «ядра» знаний. Показано, что эквивалентные коэффициенты освоения являются целевыми функциями качества с ограничениями по выделенным ресурсам.

2. Доказано, что для насыщающихся расходных характеристик эквивалентного коэффициента освоения максимум целевых функций достижим во всем диапазоне изменения переменных, что важно при определении условий достижения глобального максимума целевой функции.

3. Установлено, что для параллельного соединения блоков эквивалентный коэффициент освоения представляет собой аддитивную функцию. Нелинейное преобразование переменных приводит к аддитивной функции коэффициента освоения при последовательном соединении блоков, что позволило обосновать выбор в качестве методов оптимизации метода неопределенных множителей Лагранжа и динамического программирования.

4. Обнаружено, что в точке оптимального распределения ресурса при параллельном соединении блоков значения производных расходных характеристик блоков обратно пропорциональны весовым коэффициентам. При последовательном соединении в точке оптимума значения производных расходных характеристик отдельных блоков прямо пропорциональны коэффициентам освоения этих блоков, что служит основой для построения стадий алгоритмов оптимизации.

5. Найдены граничные значения ресурса, определяющие область использования ядерной структуры и зависящие от затратности «ядра» и приложений. Траектория с ядерной структурой является эффективной в диапазоне выделенного ресурса, составляющем 5(Н85% от показателя затратности «ядра» в диапазоне показателя затратности приложений 0,3-Ю,7, что определяет область применения ядерной структуры.

6. Предложенная методика выбора траекторий переподготовки является основой создания активных обучающих систем, когда обучаемый оценивает для многозвенной траектории обучения соотношение затраты-качество.

7. Разработаны алгоритмы выбора траектории, идентификации и оптимального распределения ресурса между блоками, функционирующие в системе управления переподготовкой специалистов предприятий промышленного производства.

1. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. М., 1973.

2. Скибицкий Э.Г., Шабанов А.Г. Обобщенная модель процесса обуче-ния//Инновации в образовании, 2004, №1.

3. Кузьмина Н.В. Понятие «педагогическая система» и критерии ее оцен-ки//Методы системного педагогического исследования. М., 1980.

4. Михелькевич В.Н., Кравцов П.Г., Целевая функционально-ориентированная подготовка специалистов в техническом университете. Концепция, технология, реализация. СамГТУ, 2001.

5. Иванов Б.С. Основы педагогической диагностики и мониторинг образовательной деятельности в техническом вузе. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. -120 с.

6. Гутник И.Ю. Педагогическая диагностика образованности школьника (Теория . История . Практика ): Учебное пособие РГПУ им . А .И . Герцена, 2000. 158 с .

7. Дилигенский Н.В., Михайлов B.C. Определение потребности сварочного производства в кадрах специалистов на основе системной методологии. -Киев:ИЭС им. Е.О. Патона, 1992.-40 с.

8. Волкова В.Н., Денисов А.А. Прогнозирование потребности в специалистах на основе количественной оценки потоков перерабатываемой инфор-мации//Решение задач упр.высш.шк. с использ. мат. моделей:Сб.науч.тр.-М.:НИИВШ, 1990.-С.12-24.

9. Ю.Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системные основы электроэнергетического образования: Вестник СамГТУ. Сер. Психолого-педагогические науки, 2003, № 18.С.-17-25

10. П.Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Оптимизация профессиональной инженерной подготовки. Тезисы докладов научно-практической конференции «Актуальные вопросы педагогики и психологии высшей и средней школы».// Самара, 2000.-186 с.

11. Кулаков П. А., Мигунова Л.Г. Развитие системного мышления в процессе обучения. Материалы и тезисы докладов 3-ей международной научно-практической конференции «Педагогический процесс как культурная деятельность»- Самара,2000.С.- 271-272

12. И.Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системные основы электроэнергетического образования: Материалы конференции «Системный анализ в проектировании и управлении», Таганрогский гос. радиотехн. ун-т., 2002.С.- 466-467

13. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Профессиональные специализации в многопрофильных региональных группах: Материалы IX Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в высшей школе», Краснодар, Кубан. гос. технол. ун-т, 2003 .С.-143-144

14. Гусинский Э.Н. Построение теории образования на основе междисциплинарного системного подхода. М.: Школа, 1994.

15. П.Афанасьев В.Г. Системность и общество. М., 1980.

16. Бабанский Ю.К. Оптимизация процесса обучения. М., 1977.

17. Вербицкий А.А. Активное обучение в высшей школе: Контекстный подход. М., 1990.

18. Системный подход в инженерной психологии и психологии труда. Сб. статей. Отв. Ред. В.А. Бодров , М., 1992.

19. Формирование системного мышления в обучении: Учеб. пособие для вузов/Под ред. З.А. Решетовой. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002.

20. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа: Учебник для вузов. Спб.: Изд-во СПбГТУ, 1997.

21. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. М.:Моск.рабочий,1973. 296 с.

22. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ: Учебное пособие. М.:Высш.школа, 1989. 367 с.

23. Флейшман Б.С. Основы системологии. М.:Радио и связь, 1982. 272 с.

24. Льноградский Л. Горизонты системного анализа/ Ист.-эко-культ. ассоциация «Поволжье».- Самара, 200. 244 с.

25. Блауберг И.В., Юдин Э.Г. Становление и сущность системного подхода. М.:Наука, 1973.- 112 с.

26. Боулдинг К. Общая теория систем скелет науки//Исследование по общей теории систем. М.:Прогресс, 1969. С. 106-124.

27. Суббето А.И. Социогенетика.СПб.-М.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 1994. 168 с.

28. Применение системного анализа на разных уровнях управления в высшей школе: Обзорная информация/Под ред. В.Н. Волковой. М.:НИИВШ, 1977. 65 с.

29. Лагоша Б.А., Емельянов А.А. Основы системного анализа. М.:Изд-во МЭСИ, 1998.106 с.

30. Прикладные нечеткие системы/ Под ред. Т. Тэрано, К Асаи, М. Сугэно. М.:Мир, 1993. 368 с.

31. Гохберг Л.М., Кузнецова И.А. Технологические инновации в промышленности и сфере услуг. М., ЦИСН, 2001.

32. Арзамасцев Д.А., Липес А.В., Мызин А.Л. Модели оптимизации развития энергосистем. Учебник для вузов. М.:Высш. шк., 1987.

33. Закон Российской Федерации «Об электроэнергетике» 26.03.03 г., №35-Ф3

34. Постановление Правительства Российской Федерации «О реформировании электроэнергетики Российской Федерации»-11.07.2001 г., №526.

35. Мещеряков С.В. Обеспечение качества профессиональной подготовки персонала электроэнергетических компаний//Энергосбережение и водо-подготовка, 2004, №2.

36. Абраменкова Н.А., Воропай Н.И., Заславская Т.Б. Структурный анализ электроэнергетических систем. (В задачах моделирования и синтеза). Новосибирск: Наука, 1990.

37. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Оптимизация учебного процесса по критериям надежности. Тезисы докладов международной конференции «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте», Ч. 2. Самара, 1999.С.-222-224

38. Системный подход при управлении развитием электроэнергетики./ Отв. ред. Л.С. Беляев, Ю.Н. Гуденко, Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1980. 239 с.

39. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системные основы электроэнергетического образования: Материалы и тезисы докладов 4-й международной научно-практической конференции «Педагогический процесс как культурная деятельность». Самара: СИПКРО, 2002.С.-194-195

40. Системные исследования в энергетике/ Рос. Акад. Наук Сибир. отд-ние Ин-т систем энергетики им. JI.A. Мелентьева. Отв. ред. А.В. Кейко. Иркутск, 2000. 328 с.

41. Синьчугов Ф.И. Расчет надежности схем электрических соединений. М.: Энергия, 1971.

42. Беляев Л.С. и др. Системный подход при управлении развитием электроэнергетики. М.:1980.

43. Лагоша Б.А., Шаркович В.Г. Анализ и синтез в системах отраслевого управления. М.: Наука, 1978.49.0дрин В.М. Метод морфологического анализа технических систем. М.: Изд-во ВНИИПИ, 1989.

44. Карпухин М.Г., Кузьмин A.M., Шалденков С.В. Функционально-стоимостной анализ инженерной деятельности: Учебное пособие. М.: Информэлектро, 1990.

45. Волкова В.Н., Денисов А.А., Темников Ф.Е. Методы формализованного представления систем: Учебное пособие. СПб.:СПбГТУ, 1993. 107 с.

46. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления: Учебное пособие для студентов вузов. Л.: Энергоиздат, 1982. 288 с.

47. Денисов А.А., Волкова В.Н. Иерархические ситемы:Учебное пособие. Л.:ЛПИ,1989. 88 с.

48. Месарович М., Такахара И. Общая теория систем: математические основы. М.:Мир,1978. 311 с.

49. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.488 с.

50. Сигорский В.П. Математический аппарат инженера. Киев:Техника, 1977. 766 с.

51. Системный анализ в экономике и организации производства: Учебник для студентов вузов/ Под ред. С.А. Валуева, В.Н. Волковой. Л.:Политехника, 1991.398 с.

52. Уёмов А.И. Системный подход и общая теория систем. М.:Мысль, 1978. 272 с.

53. Абрамова Н.Т. Целостность и управление. М.:Наука, 1974. 248 с.

54. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. М.:Высш. шк., 2001.208 с.

55. Волкова В.Н., Денисов А.А. Системный анализ и его применение в АСУ. Л.:ЛПИ, 1983. 83 с.

56. Волкова В.Н. Структуризация и анализ целей в системах организационного управления: Учебное пособие. СПб.:СПбГТУ, 1995. 72 с.

57. Самойленко В.И., Пузырев В.А., Грубрин И.В. Техническая кибернетика. М.: Изд-во МАИ, 1994. 280 с.

58. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системные основы электроэнергетики (СОЭ) как фундамент подготовки специалистов: Материалы конференции «Электропотребление, энергосбережение, электрооборудование», Оренбургский государственный университет, 2001. С.- 68-69

59. Вентцель Е.С. Элементы динамического программирования. М. Наука, 1964. 175 с.

60. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Системные функции и методика профессиональной подготовки электроэнергетиков: Материалы конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность», Уральский государственный технический университет, 2001. С.- 481-483

61. Системное программирование и вопросы оптимизации: Сб. тр. Моск. ун-т им. М.В. Ломоносова./ Под ред. Л.Н. Королева, П.С. Краснощекова. МД987. 205 с.

62. Кузин Л.Т. Основы кибернетики. Учеб. пособие, в 2-х т. М.: Энергия, 1979.584 с.

63. Андрющенко А.И. Оптимизация режимов работы и параметров ТЭС. М., 1983.

64. Андрющенко В.А. Теория систем автоматического управления. М., 1990.

65. Понтрягин Л.С. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1983.

66. Дегтярев Ю.И. Методы оптимизации: Учеб. пособие для вузов. М.: Сов. Радио, 1980.

67. Автоматизированные системы управления предприятиями и объединениями/Под ред. В.И. Терещенко. Киев:Техника, 1978. 295 с.

68. Беллман Р. Динамическое программирование. М.: Изд-во ИЛ, 1960.

69. Калихман И.Л., Войтенко М.А. Динамическое программирование в примерах и задачах: Учеб. пособие. М.:Высш. школа, 1979. 125 с.

70. Канторович Л.В. Экономический расчет наилучшего использования ресурсов. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 347 с.

71. Козлов В.Н., Колесников Д.Н., Сиднев А.Г. Решение математического программирования: Учеб. пособие. СПб.:СПбГТУ, 1992. 112 с.

72. Ногин В.Д., протодьяконов И.О., Евлампиев И.И. Основы теории оптимизации: Учеб. пособие. М.:Высш. школа, 1986. 384 с.

73. Подиновский В.И., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. М.:Наука, 1982. 254 с.

74. Дегтярев Ю.И. Системный анализ и исследование операций. М.:Высшая школа, 1996. 335 с.

75. Кукушкин А.А. Теоретические основы автоматизированного управления. Ч 1: Основы анализа и оценки сложных систем. Орел: Изд-во ВИПС, 1998. 254 с.

76. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М Практическая оптимизация. М.:Мир, 1985.

77. Кузнецов А.В., Сакович В.А., Холод Н.И. Высшая математика. Математическое программирование. Минск:Вышэйшая школа, 1994.

78. Сухарев А.Г., Тимохов А.В., Федоров В.В. Курс методов оптимизации. М.-.Наука, 1986.

79. Черепанов B.C. Экспертные оценки в педагогических исследованиях. М.: Педагогика, 1989.

80. Абакумов A.M., Штриков Б.Л. Оценка качества учебных занятий: Вестник СамГТУ. Сер. Психолого-педагогические науки, 2003, № 18.

81. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Оптимальное составление траекторий целевой индивидуальной профессиональной подготовки. Межвузовский сборник научных трудов «Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона». 4.1. Тольятти, 2000. С.-68-72

82. Калмыков А.А. Системный анализ образовательных технологий. Пермь: Изд-во Пермск. ун-та, 2002.

83. Хилл П. Наука и искусство проектирования. М.:Мир,1973. 263 с.

84. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. М.: Машиностроение, 1988.361 с.

85. Потемкин И.С. Методы поиска технических решений/Под ред. В.А. Логинова. М.: Изд-во МЭИ, 1989. 82 с.

86. Потапов А.И. Технология творчества. Ч. I. М.: Радио и связь, 1992. 120 с.

87. Лопухина Е.М., Демина Л.В. Методическое указание по курсу Инженерное проектирование и САПР. Деловая игра по групповому экспортированию. М.: Изд-во МЭИ, 1995. 26 с.

88. Техническое творчество: теория, методология, практика. Энциклопедический словарь-справочник/ Под ред. А.И. Половинкина, В.В. Попова. М.: НПО «Информ-система», 1995. 408 с.

89. Половинкин А.И. Теория проектирования новой техники. М. :Информэлектро, 1990.

90. Теория выбора и принятия решений. Закономерности техники и их применение/ Макаров Н.М. и др. М.: Наука, 1982.

91. Кондирин Ю.В. Автоматизированный многокритериальный выбор альтернатив в инженерном проектировании. М.: Изд-во МЭИ, 1992.

92. Панкова Л.А., Петровский A.M., Шнейдерман М.В. Организация экспертизы и анализ экспертной информации. М.: Наука, 1984.

93. Саати Т., Керне К. Аналитическое планирование и организация систем. М.:Радио и связь, 1991. 224 с.

94. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М.: Статистика, 1980. 263 с.

95. Кукушкин А.А. Теоретические основы автоматизированного управления. Ч 2: Основы управления и построения автоматизированных информационных систем. Орел: Изд-во ВИПС, 1999. 209 с.

96. Корнеев В.В., Гарев А.Ф., Васютин С.В., Райх В.В. Базы данных, интеллектуальная обработка информации. М.:Нолидж, 2000.

97. Основы теории оптимального управления/ Под ред. В.Ф, Кротова. М. .'Высшая школа, 1990.

98. Мелентьев JI.A. Системные исследования в энергетике. М.:Наука,1979, 416 с.

99. Математические модели для оптимизации развития электроэнергетических систем/ Под ред. JI.A. Мелентьева. Иркутск, 1971. 90 с.

100. Беляев JT.C. Решение сложных оптимизационных задач в условиях неопределенности. Новосибирск: Наука, 1978. 128 с.

101. Рапопорт Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределенными параметрами: Учеб. пособие.-М.: Высш. шк., 2003. 299 с.

102. Алексеев В.М., Тихомиров В.М., Фомин С.В. Оптимальное управление М.:Наука, 1979.

103. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования М.: Радиосвязь, 1984.

104. Дахин А.Н. Модели открытой образовательной системы. Теоретическая монография Новосибирск: Изд-во Сиб. отд. РАН,1998.

105. Гузеев В.В. От методик к образовательной технологии // Народное образование, 1998. №7.

106. Неймарк Ю.И. Математика как операционная система и модели // Со-ровский образовательный журнал, 1996. №1.

107. Симоненко О.Д. Электротехническая наука в первой половине XX ве-ка.-М. .-Наука, 1988,с. 144.

108. Мигунова Л.Г. Структурированные курсы модульный подход к подготовке технических специалистов: Акмеология профессионального образования: Материалы II регион, науч.-практ. конф.-Екатеринбург: Рос. Гос. проф.-пед. ун-т., 2005. С.-238-239

109. Кулаков П.А., Мигунова Л.Г. Профессиональная подготовка с «ядерной» структурой знаний: Труды IX междунар.науч.-техн. конф. «Системный анализ в проектировании и управлении». СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2005. С.- 496-498