Содержание к диссертации
Введение 5
0.1 Общие положения. Актуальность 5
0.2 Требования, предъявляемые к современным ремням и их реализация 12
0.3 Основные положения классической теории 22
04. Большие прогибы упругих стержней. Задача эластики 27
^ 04.1 Основные дифференциальные уравнения 28
04.2 Вариационные методы решения задач эластики 31
5. Анализ нормативной документации 38
6. Выводы 48
7. Основные концепции разрабатываемой теории 49
8. Цели и задачи исследования 50
1. Теория деформирования гибкого стержня 52
1.1 Результаты вариационного решения 52
1.2 Фазовый портрет. Солитон Эйлера 54
1.3 «Чистый» изгиб в задачах эластики 61
ф 1.4 О сопряжении в граничной точке 68
1.5 Начальная кривизна и ее оценка 72
1.6 Деформирование упругого кольца на плоские шаблоны 79
1.7 Силовые соотношения 84
2. Анализ сжатия матрицы ремня на шкивах 91
2.1 Расчетная модель 91
2.2 Теоретическое решение 93
2.3 Углы входа (выхода) 96
2.4 «Прокаточный» эффект 103
га 3. О роли ветвей в передачах трением гибкой связью 106
3.1 Принятые допущения 106
3.2 Граничные условия 108
3.3 Особенности в клиноременных передачах 114
3.4 Корректировка уравнения Понселе 121
3.5 Предельные характеристики 128
3.6 Отражение результатов в нормативной документации 135
4. Напряженное состояние клиновых ремней 139
4.1 Основные уравнения 139
4.2 Приложения 149
4.2.1 Выбор углов клина шкивов клиноременных вариаторов 149
4.2.2 Влияние зубьев на изгибную жесткость ремня 155
4.2.3 Устойчивость ремня при сжатии в канавках шкивов... 156
4.2.4 Выбор сечения вариаторного ремня 168
4.2.4.1 Зарубежный опыт 168
4.2.4.2 Отражение в отечественной документации 174
5. Анализ влияния конструкции передачи на её работу 178
5.1 Передачи с постоянным межосевым расстоянием 178
5.2 Передачи с постоянным начальным натяжением 179
5.3 Клиноременные вариаторы 185
6. Гибкая связь в вариаторе 188
6.1 Общие положения 188
6.2 Геометрический анализ контура вариатора 191
6.2.1.Терминология и определения 191
6.2.2. Геометрические расчеты в нормативной документации 193
6.2.3.Предельные возможности 195
6.2.4. Расчетные диаметры 198
6.3. Влияние деформированности ремня и деталей на искажение геометрии контура вариатора 202
6.4 Совместная жесткость ремня и нажимных устройств в геометрических расчетах вариатора 208
7. Экспериментальные исследования 212
7.1 Физико-механические характеристики ремней 212
7.2 Замечания по конструкции испытательных стендов 228
7.3 Переходные процессы 233
7.4 Конструкции испытательных стендов 237
7.4.1 Стенд ЭНИМС 237
7.4.2 Стенды АПОМ и МАМИ 250
7.5 Анализ результатов экспериментальных исследований 253
7.5.1 Тяговая способность передач при постоянном межосевом расстоянии ременной передачи 258
7.5.2 Тяговая способность передач при постоянстве силы начального натяжения 267
Основные результаты и выводы 279
Библиографический список 282
Введение к работе
Развитие системы управления кадрами промышленных предприятий невозможно без широкомасштабного внедрения информационных технологий в процесс подготовки, повышения квалификации и аттестации кадров. Использование современных информационных технологий в процессе обучения требует модернизации процессов подготовки за счет использования мощной аппаратной и программной базы. Не вызывает сомнения необходимость индивидуализации обучения, что естественным образом сокращает сроки и повышает качество подготовки специалистов.
Совершенствование технологии обслуживания сложной и дорогостоящей техники, внедрение новых методов управления персоналом диктуют необходимость динамичного изменения учебных планов и программ подготовки персонала, рассчитанных на различные возрастные категории и различный уровень начальной подготовки. В настоящее время начинают внедряться методы формирования индивидуальных учебных планов и программ. Значительное количество работ посвящено частным задачам автоматизации формирования учебных планов, процедур тестового контроля, мультимедийных обучающих программ. Однако всей проблеме в целом от разработки мультимедийных обучающих программ по отдельным дисциплинам до моделирования всего процесса подготовки на базе создания интегрированного программно-моделирущего комплекса, позволяющего в автоматическом режиме генерировать индивидуальную образовательную траекторию, уделяется недостаточно внимания.
Основу организационно-методической системы подготовки индивидуальных учебных планов и программ должно составлять формализованное структурированное представление учебного материала. Основу самой методики формирования индивидуальной образовательной траектории и ее динамической корректировки должны составлять формализованные модели процедур тестового контроля. Кроме того, необходимо создание системы комбинированных форм обучения, включающей локальные, сетевые и WEB технологии. Только интеграция структурированных методических материалов, соответствующих тестовых заданий и разработка процедур синхронизация взаимодействия пользователей в различных режимах позволит создать адаптивную систему подготовки кадров. Именно этим обоснована актуальность проводимых в диссертационной работе исследований.
Предметом исследования являются методы и модели формализованного описания процессов обучения и тестового контроля в системе аттестации и подготовки кадров предприятий промышленности и транспортного комплекса.
Основная цель работы - комплексная автоматизация процессов аттестации, подготовки и переподготовки кадров на базе формализованных методов и моделей процессов обучения и тестового контроля, а также создание интегрированной адаптивной среды и соответствующего программно-моделирующего комплекса.
Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:
• системный анализ задач аттестации, подготовки и переподготовки рабочих и служащих предприятий, методов и моделей структуризации учебных материалов, методов и моделей организации процедур компьютерного тестового контроля в системе аттестации, а также принципов индивидуализации обучения;
• разработка концепции создания многофункциональной интегрированной среды на базе формализованного описания процессов обучения и тестового контроля, формальная декомпозиция программно-моделирующего комплекса системы аттестации и подготовки на множество открытых приложений;
• формирование принципов структуризации учебных материалов на основе понятий входных и выходных термов, методов и моделей анализа связности учебных материалов;
• разработка вероятностной и лингвистической сетевой модели учебного плана как параллельно-последовательного процесса изучения связного комплекса модулей с учетом моделей динамики забывания учебной информации на всем периоде подготовки;
• обоснование критериев эффективности учебного плана с учетом начальной подготовки обучаемых и алгоритмов статической оптимизации учебного плана;
• разработка формальных методов и моделей описания процессов тестового контроля в условиях вероятностной и лингвистической неопределенности;
• разработка адаптивных механизмов формирования тестовых заданий с учетом временных факторов и требований к программной инструментальной среде;
• обоснование методик корректировки сложности тестовых заданий на основании статистики ответов испытуемых с учетом семантической сети знаний и механизмов предъявления тестовых заданий для непрерывной оценочной шкалы;
• разработка методов и алгоритмов автоматизации процессов генерации индивидуальной траектории на базе формализованных моделей связности учебного материала и результатов тестового контроля;
• разработка структуры и макета интегрированной адаптивной среды аттестации и подготовки кадров с комбинированными формами локального, сетевого и WEB вариантов обучения и аттестации;
При обосновании формальных моделей компонентов системы аттестации, подготовки и переподготовки кадров в диссертации использовались методы теории систем, случайных процессов, стохастической аппроксимации, методы шкалирования, экспертного оценивания и др. Анализ эффективности разработанных методов и моделей выполнен с применением методов корреляционного, дискриминантного, методов многомерного статистического анализа, с привлечением математических пакетов Statistica и MathCad.
Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, методик и алгоритмов.
В первой главе проведен анализ проблем кадрового обеспечения предприятий промышленного и транспортного комплекса, а также системный анализ методов и моделей организации системы аттестации, подготовки и переподготовки кадров в условиях широкого внедрения новых информационных технологий. Рассмотрены педагогические принципы построения системы подготовки кадров, основные психофизические характеристики обучаемого как личности. Проведен сравнительный анализ методов и средств обучения. Определено место компьютерного тестового контроля и диагностики в системе подготовки для реализации методики индивидуализации учебных планов и программ. Выделены математические методы и модели, необходимые для формирования интегрированной адаптивной среды системы аттестации, подготовки и переподготовки кадров.
Во второй главе диссертации на основе проведенного анализа педагогических и дидактических принципов организации обучения, методов контроля и диагностики уровня знаний формируется концепция автоматизации управления системой аттестации, подготовки и переподготовки кадров. В результате формируются технические требования для реализации программной среды, обеспечивающей функциональную полноту системы подготовки в целях индивидуализации обучения с использованием комбинированных технологий. Концепция направлена на достижение трех основных целей. Первая - наглядность представления учебных материалов, которая достигается на основе использования современных мультимедийных технологий. Вторая - индивидуализация образовательной траектории за счет использования формализованных математических методов и моделей. Третья - технологическая прозрачность для обучаемого использования локальной, сетевой или WEB-технологий.
В третьей главе диссертации в целях реализации предложенной концепции подготовки кадров разработана формализованная модель связности учебно-методических материалов. Основой разработки является введение понятия входных и выходных термов по всему комплексу дисциплин. В результате учебный план представляется в виде однородной структуры модулей, связанных через отношения входных и выходных термов. Для моделирования процессов забывания термов в работе предлагается использовать модели процесс авторегрессии второго порядка. Разработана сетевая вероятностная модель учебного плана, позволяющая индивидуализировать процесс переподготовки и повышения квалификации персонала без отрыва от производства, а также получить информацию об индивидуальных особенностях сотрудников с целью его дальнейшего профессионального роста.
В четвертой главе ставятся и решаются задачи построения адаптивных процедур тестового контроля. Строится формализованные модели основных понятий тестового контроля на базе теории нечетких множеств. Для задачи классификации и оценки коррелированности результатов ответов построена формальная модель дискриминантного анализа. Сформулированы критерии оптимальности тестового контроля. Решается задача оптимального распределения тестовых заданий по уровню «сложности» при общем ограничении на длину теста. Разработана имитационная модель оценки эффективности тестов. Сформирована концепция построения адаптивных механизмов тестирования. Разработаны методы и модели адаптивных механизмов предъявления тестовых заданий. Разработана модификация алгоритма стохастической аппроксимации и получены оценки скорости сходимости алгоритмов, которые показа эффективность разработанных методов и процедур.
В пятой главе диссертации выполнена реализация различных механизмов адаптивности. В работе введено четыре типа адаптивности: структурная, функциональная, методическая, технологическая. Основной упор сделан на разработку методов и алгоритмов генерации индивидуальной образовательной траектории. Основу составляет формализованное представление учебного материала, разработанное в главе 3 и адаптивные алгоритмы тестового контроля, разработанные в главе 4.
В шестой главе диссертации рассматриваются вопросы построения программно-моделирующего комплекса интегрированной адаптивной среды аттестации, подготовки и переподготовки кадров предприятий промышленного и транспортного комплекса. Разработана структура системы баз данных, интегрирующая учебный план, тестовые задания, результаты учебных достижений и др. Приведен список программных пользовательских приложений и их основных функциональных возможностей. Разработаны и реализованы принципы создания адаптивного пользовательского интерфейса. На основании результатов моделирования предложены варианты реорганизации учебного плана для ряда учебных центров промышленных предприятий.
В заключении представлены основные результаты работы.
В приложении приводятся акты внедрения результатов диссертационной работы.
Научную новизну работы составляют:
• структурная декомпозиция функциональных приложений программно-моделирующего комплекса интегрированной адаптивной среды;
• процессно-орентированная концепция аттестации, подготовки и переподготовки кадров;
• формализованное представление методических материалов в рамках единого информационного пространства на основе понятий входных и выходных термов и обоснование количественных характеристик методической связности учебных материалов;
• вероятностная сетевая модель учебного плана как параллельно-последовательный процесс изучения связного комплекса модулей;
• динамическая модель забывания термов и многокритериальная постановка задачи оценки эффективности учебного плана на основе функций забывания всех термов;
• модель логистического преобразования лингвистической переменной уровня знаний в лингвистическую переменную вероятности ответа;
• методика выбора весовых коэффициентов тестовых заданий различного уровня сложности, и разделяющей константы на базе процедуры дискриминантного анализа;
• формализованное описание процесса адаптивного тестового контроля марковской цепью и аналитические выражения стационарных характеристик состояний марковской цепи;
• алгоритмы предъявления тестовых заданий, основанные на процедурах стохастической аппроксимации;
• методика переоценки сложности тестовых заданий на основе формализации экспертной оценки сложности в виде бинарного отношения;
• метод автоматической генерации образовательной траектории на базе нечеткого отношения терм-анализа связности учебных модулей и тестовых заданий.
Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием современных математических методов и моделей, согласованностью результатов аналитических и имитационных моделей процессов обучения и компьютерного тестового контроля. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения работы в ряде крупных предприятий.
Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования в системе аттестации, подготовки и переподготовки кадров предприятий промышленности и транспортного комплекса.
Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в системе переподготовки на предприятиях «Мосгортранс», учебных центрах Минтруда РФ, а также используются при организации учебного процесса на кафедре АСУ МАДИ(ГТУ) и СОИУ МГТУ им.Н.Э.Баумана.
Содержание разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:
• на Российских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (1984-2004 гг.);
• на заседаниях кафедры АСУ МАДИ (ГТУ).
Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации образовательного процесса составляет новое направление в области теоретических и практических методов принятия решений и выбора стратегий формирования индивидуальной образовательной траектории в системе аттестации, подготовки и переподготовки кадров предприятий различных форм собственности и отраслевой принадлежности.
По результатам выполненных исследований опубликовано около 50 печатных работ.
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения, опубликованных на 377 страницах машинописного текста, содержит 105 рисунков, 25 таблиц, список литературы из 139 наименований и приложения
