Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблемы и постановка задач исследования 13
1.1. Анализ информационных технологий автоматизированных систем управления 13
1.1.1. Особенности автоматизированных систем управления 13
1.1.2. Классификация автоматизированных систем управления 15
1.2. Особенности деятельности оператора в автоматизированных системах управления 19
1.2.1. Специфика деятельности оператора в автоматизированных системах управления 19
1.2.2. Структура деятельности оператора 21
1.2.3. Факторы, влияющие на деятельность оператора 24
1.3. Особенности автоматизированных систем управления 26
1.3.1. Интерфейс 26
1.3.2. Оценка степени влияния интерфейса на деятельность оператора 31
1.3.3. Анализ влияния напряжённости на деятельность оператора 32
1.4. Оценка качества дискретной деятельности оператора 35
1.4.1. Анализ методов оценки качества операторской деятельности... 36
1.4.2. Анализ методов описания операторской деятельности 38
1.5. Постановка задач исследования 48
1.6. Результаты и выводы по главе 1 50
Глава 2. Модели и метод оценки эффективности решения задач при изменении характеристик выполнения отдельных операций 51
2.1. Оценка вероятностей исходов решения задачи для основных ти повых структур 51
2.1.1. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования без ограничения на количество циклов"... 51
2.1.2. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования с ограничением на количество циклов"... 55
2.1.3. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования, доработкой и повторением рабочей операции без ограничения на количество циклов" 58
2.1.4. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования, доработкой и повторением рабочей операции с ограничением на количество циклов" 60
2.1.5. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования, исправлениями и последующими контролями без ограничений на количество циклов" 63
2.1.6. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования, исправлениями и последующими контролями с ограничением на количество циклов" 65
2.2. Модели и алгоритмы оценки времени выполнения задачи при изменении характеристик деятельности оператора 69
2.2.1. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования без ограничения на количество циклов"... 71
2.2.2. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования с ограничения на количество циклов" 75
2.2.3. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования, доработкой и повторением рабочей операции без ограничения на количество циклов" 76
2.2.4. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования, доработкой и повторением рабочей операции с ограничением на количество циклов" 78
2.2.5. Типовая функциональная структура " Рабочая операция с контролем функционирования, доработкой и повторением контроля без ограничения на количество циклов " 79
2.2.6. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования, доработкой и повторением контроля с ограничения на количество циклов" 81
2.3. Модели и метод оценки напряженности дискретной деятельности оператор 82
2.3.1. Оценка напряженности 83
2.3.2. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования без ограничения на количество циклов"... 87
2.3.3. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования и ограничением на количество циклов"... 92
2.3.4. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования, доработкой и повторением рабочей операции без ограничения на количество циклов" 93
2.3.5. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования, доработкой и повторением рабочей операции с ограничения на количество циклов" 96
2.3.6. Типовая функциональная структура " Рабочая операция с контролем функционирования, доработкой и повторением контроля без ограничения на количество циклов " 97
2.3.7. Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования, доработкой и повторением контроля с ограничением на количество циклов" 99
2.4. Результаты и выводы по главе 2 101
Глава 3. Автоматизированный модуль оценки напряженности деятельности оператора 103
3.1. Реализация модуля автоматизированной оценки напряженности.. 103
3.1.1. Основные требования к средству автоматизированной оценки напряженности 104
3.1.2. Разработка опросника 105
3.1.3. Определение частоты предъявления опросника модуля автоматизированной оценки напряженности 107
3.2. Укрупненный алгоритм работы модуля автоматизированной оценки напряженности 110
3.3. Алгоритмы модуля автоматизированной оценки напряженности.. 115
3.3.1. Алгоритмы выполнения основной задачи модуля автоматизированной оценки напряженности 115
3.3.2. Представление результатов модуля автоматизированной оценки напряженности 118
3.4. Результаты и выводы по главе 3 120
Глава 4. Экспериментальная проверка работоспособности модуля автоматизированной оценки напряженности 121
4.1. Обоснование и выбор предметной области 121
4.2. Анализ представления учебных материалов в дистанционном обучении 123
4.3. Выбор группы испытуемых и экспериментального материала 127
4.4. Описание эксперимента 128
4.5. Результаты эксперимента по группе (А) 130
4.6. Результаты эксперимента по группе (Б) 138
4.7. Результаты и выводы по главе 4 145
Заключение 147
Список литературы 150
- Классификация автоматизированных систем управления
- Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования без ограничения на количество циклов"...
- Определение частоты предъявления опросника модуля автоматизированной оценки напряженности
- Анализ представления учебных материалов в дистанционном обучении
Введение к работе
Актуальность темы. Необходимость автоматизации управления привела к появлению широкого класса человеко-машинных АСУ различного назначения, без которых невозможно представить современную организацию управления. Дальнейшее повышение организационной и технической гибкости управления различными технологическими процессами при решении конкретных задач связано с возрастанием роли человека в современных системах, что обуславливается интеллектуализацией АСУ ТП и возрастанием сложности решаемых задач.
Исследования различных происшествий на объектах энергетики, в том числе на атомных станциях, анализ аварий на воздушном и морском транспорте, анализ брака в процессе изготовления различной продукции, недвусмысленно указывают на основной источник - человека. По атомным станциям - оператор является источником от 70 до 80% нештатных ситуаций, по авариям на воздушном и морском транспорте - причиной до 90% аварий является человеческий фактор, тем или иным образом задействованный в управлении.
Зачастую более конкретной причиной служит тот факт, что оператор, управляющий соответствующим технологическим процессом, не доверяет информации, предоставляемой ему на информационной модели, в том числе, показаниям приборов. Особенно это видно на примере опубликованных в газетах анализов причин недавних катастроф самолетов и вертолетов (низкая облачность и беспричинное снижение, не учет рельефа местности и др.).
По мере роста автоматизации роль оператора постепенно сводится к контролю и управлению в сложных ситуациях. Усложнение технологических процессов приводит к тому, что квалификация оператора должна быть очень высокой в соответствии с уровнем автоматизации всех процессов производства. Одним из главных преимуществ человека является возможность совместить в своих действиях запрограммированность операций в реальном времени с выработкой решений при возникновении нестандартных ситуаций. Человеку свойственно представление о цели деятельности, он способен к построению модели динамического образа управляемого объекта, являющейся психическим новообразованием, синтезированным на основе информационной модели, накопленного опыта и т.д.
Автоматизация производства и управления с использованием ЭВМ выдвинула на передний план проблему организации эффективного взаимодействия машины и человека с учетом особенностей человека как звена системы управления и создания наилучших условий работы.
Структура взаимодействия оператора и ЭВМ при решении задач оперативного управления может быть достаточно гибкой. В простых случаях ЭВМ снабжает оператора информацией для принятия решения и исполняет функции, осуществляя трансформацию и передачу решений, принятых оператором. В более сложных ситуациях машина выступает еще и в роли советчика. На более высоких уровнях автоматизации оператор может задавать машине определенную стратегию контроля, которую та выполняет в соответствии с реальной обстановкой. Человек может адаптироваться к различным условиям, полагаясь на интуицию он способен быстро принимать решения не имея выбора вариантов. Но человек очень быстро утомляется при выполнении однообразных действий. Он подвержен внешним и внутренним воздействиям, его характеристики зависят от психического состояния, он способен к деквалификации при длительном бездействии.
PDF created with pdfFactory trial version
Многие из недостатков человека могут быть скомпенсированы автоматическими устройствами при рациональном распределении функций между человеком и автоматическими устройствами.
Основными характеристиками работы оператора в ЧМС являются безошибочность, быстродействие, точность, надежность. Оценкой быстродействия работы оператора является время решения задачи, которое, вместе с аналогичными показателями информационно-программно-технической части определяет быстродействие всей АСУ ТП.
Эффективность работы всей системы зависит от того, как будет организовано участие человека в процессе управления.
В современных АСУ ТП одними из наиболее важных и наименее проработанных вопросов являются вопросы организации диалога, в том числе представления необходимой оператору информации в удобной форме. Это обусловлено тем, что в диалоговом режиме опыт, знания, интуиция пользователя и его способности к неформальному решению задач удачно сочетаются с возможностями современных ЭВМ по поиску, хранению и обработке информации. АСУ ТП, благодаря человеку могут функционировать в очень сложных и напряженных ситуациях.
Таким образом, получается, что интерфейс значительно влияет на эффективность управления различными технологическими процессами.
Психическое состояние оператора имеет огромное влияние на изменение эффективности функционирования АСУ, поскольку существенно определяет характер деятельности оператора. Состояние напряжённости возникает при работе с неудобным интерфейсом, при выполнении оператором деятельности в трудных условиях. Характер влияния напряженности определяется как ситуацией, так и особенностями личности оператора, мотивацией и т.д.
Данное диссертационное исследование, посвящено решению научно-технической задачи разработки моделей, способов и инструментария для оценки влияния интерфейса и организации деятельности оператора на напряженность и эффективность выполнения дискретных алгоритмов в АСУ ТП, и непосредственно базируется на результатах исследований следующих ученых:
в области информационных технологий и автоматизированных систем управления: Биденко СИ., Кобзев В. В., Песиков Э. Б., Печников А.Н., Советов Б. Я., Цехановский В. В., Яковлев С. А., Яшин А.И. и др.
в области оценки влияния деятельности оператора на качество и эффективность сложных систем: Анохин А. Н., Ашеров А. Т., Губинский А. П., Евграфов В. Г., Зараковский Г. М., Львов В. М., Падерно П. П., Сухо дольский Г. В., Цой Е. Б. и др.
Объектом исследования является деятельность оператора АСУ ТП.
Предметом исследования является оценка влияния интерфейса и организации деятельности оператора на напряженность и эффективность выполнения дискретных алгоритмов.
Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы является повышение качества проектирования и организации функционирования АСУ ТП за счет всестороннего учета влияния напряженности и изменений характеристик деятельности оператора на эффективность решения поставленных задач.
PDF created with pdfFactory trial version
Для всестороннего учета влияния интерфейса, организации деятельности и других факторов на напряженность деятельности оператора и, следовательно, на эффективность выполнения им дискретных алгоритмов деятельности необходимо решить следующие задачи:
Разработать комплекс моделей описания и способ получения аналитических оценок зависимостей безошибочности и своевременности выполнения алгоритмов дискретной деятельности от изменения значений показателей выполнения предписанных функций и операций (для различных структур алгоритмов деятельности и различных зависимостей изменения показателей).
Разработать комплекс формальных моделей описания и метод оценки напряженности дискретной деятельности оператора.
Разработать требования к информационно-программному модулю автоматизированной оценки напряженности деятельности оператора, теоретически обосновать и реализовать комплекс методик оценки и реализующих их алгоритмов.
Создать инструмент (информационно-программный модуль) для автоматизированной оценки напряженности деятельности оператора.
Провести проверку адекватности созданных методик, алгоритмов и работоспособности разработанного информационно-программного модуля путем экспериментальной автоматизированной оценки напряженности деятельности пользователей, решающих конкретные задачи.
Методы исследования. В работе использованы методы теории систем и системного анализа, эргономики и инженерной психологии, методы теории вероятностей, экспертных оценок и математической статистики.
Основные положения, выносимые на защиту:
Комплекс моделей для оценки показателей безошибочности и быстродействия
выполнения задачи при изменении характеристик дискретной деятельности
оператора.
Модели и метод оценки напряженности деятельности оператора.
Автоматизированный информационно-программный модуль оценки напря
женности деятельности оператора.
Новизна первого научного результата
Комплекс моделей отличается от известных возможностью учета изменений показателей безошибочности и быстродействия отдельных операций, входящих в алгоритм, на основе полученных аналитических зависимостей.
Новизна второго научного результата
Отличие от известных подходов и способов состоит в формализованном определении напряженности и возможности получения аналитических оценок средней напряженности деятельности оператора для ряда типовых структур алгоритмов дискретной деятельности при ее различных проявлениях (оператор нервничает, торопится и др.) и видах закономерностей изменения напряженности деятельности.
Новизна третьего результата
Разработанный модуль, реализованный в виде автоматизированного опросника, отличается возможностью оценки напряженности деятельности в зависимости от качества интерфейса, организации деятельности, личностных особенностей оператора.
PDF created with pdfFactory trial version
Научная и практическая ценность диссертационной работы заключаются в том, что разработанные комплексы моделей и способы получения аналитических зависимостей можно рассматривать как единую технологию исследования и оценки влияния напряженности деятельности оператора на эффективность функционирования АСУ ТП в целом, являющуюся продолжением идей обобщенной функционально-структурной теории. Разработанный модуль оценки напряженности деятельности оператора может быть использован для:
оценки качества разрабатываемых информационно-программных средств (ИПС) и технологий на этапах проектирования на основе оценки напряженности деятельности оператора;
оценки удобства и совершенствование создаваемых ИПС, предназначенных для обеспечения эффективной работы оператора (интерфейса, тренажеров, электронных учебников, учебных пособий и др. материалов).
Результаты внедрены в учебный процесс СПбГЭТУ /ЛЭТИ/ и Дальневосточного государственного университета путей сообщения, а программный модуль зарегистрирован в федеральной службе по интеллектуальной собственности патентам и товарным знакам «РОСПАТЕНТ», и используется в ООО «ЭргоАйТи» при анализе интерфейсов, о чем имеются соответствующие документы.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
Ежегодных научно-технических конференциях профессорско - преподавательского состава СПбГЭТУ /ЛЭТИ/ (2007 - 2009 гг.);
5-й и 7-й международных конференциях «Психология и эргономика. Единство теории и практики», 2007г., 2009г. (г. Тверь);
XIII, XIV и XV Международных конференпях «Современное образование: содержание, технологии, качество» СПбГЭТУ /ЛЭТИ/ (2007 - 2009 гг.);
VI Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО 2009г.
Тринадцатой всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: экология, надежность, безопасность», 2007г. (г. Томск).
XXXIV и XXXV Международных молодежных научных конференциях «Га-гаринские чтения», РГТУ /МАТИ/, 2008г., 2009г. (г. Москва).
Шестой международный аэрокосмический конгресс «ІАС09», 2009г. (г. Москва).
Публикации: По теме диссертации опубликована 24 научные работы, из них - 9 статей (в т.ч. в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК - 4 статьи), 14 работ - в материалах международных и всероссийских научно-технических конференций, и одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав с выводами, заключения, списка использованной литературы, включающего 91 наименований, и 3-х приложений. Основная часть диссертации изложена на 157 страницах машинописного текста. Работа содержит 42 рисунка и 12 таблиц.
PDF created with pdfFactory trial version
Классификация автоматизированных систем управления
Поэтому следует говорить не о вытеснении человека из контура управления сложными системами, а о рациональном распределении функций управления между человеком-оператором и информационно-программно-техническими средствами [22, 23, 29, 42], освобождающем человека от решения рутинных задач и возлагающем на него задачи, решение которых требует нестандартного подхода.
Существенными признаками современных АСУ является наличие больших потоков информации, сложной информационной структуры, достаточно сложных алгоритмов переработки информации. Общими свойствами и отличительными особенностями современных АСУ, как сложных человеко-машинных систем различного назначения, являются следующие: наличие большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, причём изменение в характере функционирования какого-либо из элементов может отразиться как на характере функционирования другого элемента, так и на функционировании всей системы в целом; система и входящие в неё разнообразные элементы в подавляющем большинстве являются многофункциональными; взаимодействие элементов в системе может происходить по каналам обмена информацией и др.; наличие у всей системы общей цели, общего назначения, определяющего единство сложности и организованности, несмотря на всё разнообразие входящих в неё элементов; переменность структуры (связей и состава системы), обеспечивающей многорежимный характер функционирования; взаимодействие элементов в системе и с внешней средой в большинстве случаев носит стохастический характер; широкое применение средств автоматики и вычислительной техники для гибкого управления и механизации умственного и ручного труда человека, работающего в системе; управление в подавляющем большинстве систем носит иерархический характер, предусматривающий сочетание централизованного управления или контроля с автономностью её частей. Классификация АСУ может проводиться по различным классификационным признакам: уровень управления, характер объектов управления, характер решаемых задач, структуру, выполняемые функции, степень использования выходных результатов, характер производства. Детальная классификация АСУ приведена в [36]. По виду объекта управления АСУ делятся на: АСУ технологическими процессами (АСУ ТП) и АСУ производственной деятельностью. Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) — комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием при решении конкретных задач. Под АСУ ТП обычно понимается комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных технологических операций на производстве (объекте управления) в целом или каком-то его участке, выпускающем относительно завершенный продукт. АСУ ТП по виду управляемого процесса делятся на АСУ непрерывным и АСУ дискретным технологическим процессом. ГОСТ определяет АСУ как систему «человек — машина», обеспечивающую эффективное функционирование объекта, в которой сбор и переработка информации, необходимой для реализации функций управления, осуществляется с применением средств автоматизации и вычислительной техники [1]. В зависимости от роли человека в процессе управления, форм связи и функционирования звена «человек-машина», распределении функций между оператором и ЭВМ, между ЭВМ и средствами контроля и управления все системы можно разделить на два основных класса [20, 29, 34, 56, 63]: 1. Информационные системы, обеспечивающие сбор и выдачу в удобном виде информацию о ходе управляемого (технологического или производственного) процесса. В результате соответствующих расчётов определяют, какие управляющие воздействия следует произвести, чтобы управляемый процесс протекал наилучшим образом. Основная роль принадлежит человеку, а машина играет вспомогательную роль, выдавая для него необходимую информацию. 2. Управляющие системы, обеспечивающие наряду со сбором информации выдачу непосредственно команд исполнителям или исполнительным механизмам. Управляющие системы работают обычно в реальном масштабе времени, т.е. в темпе технологических или производственных операций. В управляющих системах важнейшая роль принадлежит информационно-программно-техническому комплексу, а человек контролирует и решает наиболее сложные вопросы, которые по тем или иным причинам не могут решить вычислительные средства системы. Целью информационных систем является получение и предоставление оператору информации высокой степени достоверности и в удобном для него виде для эффективного принятия решений. Характерной особенностью информационных систем является работа ЭВМ в разомкнутой схеме управления, при этом информационные системы могут находиться на различных уровнях. Информационные системы должны, с одной стороны, представлять отчёты о нормальном ходе некоторого процесса и, с другой стороны, информацию о ситуациях, вызванных любыми отклонениями от нормального протекания процесса. Различают два вида информационных систем: информационно-справочные (пассивные), которые поставляют информацию оператору после его связи с системой по соответствующему запросу, и информационно-советующие (активные), которые сами периодически выдают оператору предназначенную для него информацию. В информационно-справочных системах компьютер необходим только для сбора и обработки информации об управляемом объекте. На основе информации, переработанной в ЭВМ и представленной в удобной для восприятия форме, оператор принимает решения относительно определения способа (стратегии, тактики) управления объектом. Системы сбора и обработки данных выполняют в основном те же функции, что и системы централизованного контроля и являются более высокой ступенью их организации. Отличия носят преимущественно качественный характер. В информационно-советующих системах наряду со сбором и обработкой информации выполняются следующие функции: 1 определение рационального технологического режима функционирования по отдельным технологическим параметрам процесса.
Типовая функциональная структура "Рабочая операция с контролем функционирования без ограничения на количество циклов"...
Алгебраические системы предназначены для получения количественной оценки ПФ ЧМС. Так, например, в полумарковских процессах исходная информация в виде вложенной матрицы переходных вероятностей и матрицы условных законов распределения времени пребывания позволяет учесть, как элемент случайности в выборе поведения (при принятии решения, вследствие ошибок исполнения и т.д.) (за счет вложенной матрицы вероятностей), так и элемент случайности в продолжительности выполнения операций (за счет матрицы условных законов распределения). Однако, аппарат полумарковских процессов не позволяет моделировать все возможные выполняемые операции, конечное число повторений операций, изменение законов распределения и т.д. Поэтому алгебраические системы удовлетворяют требованиям оцениваемости ПФ ЧМС, но не способны адекватно отображать логику этого процесса.
Языковые формальные системы позволяют описывать ПФ ЧМС, но не имеют средств для его количественной оценки. Так, например, класс сетей Петри (обычные сети Петри, приоритетные сети, сети Мерлина, временные сети Петри, іі-сети) часто используется для описания вычислительных систем, параллельных процессов функционирования и т.д., но для оценки количественных показателей требует использования дополнительных средств моделирования (статистических или других имитационных моделей), так как не имеет аналитических методов оценки. В частности, в [19] приведена методика перехода от іі-сети к имитационной модели на основе использования системы моделирования GPSS для определения показателей работоспособности и времени функционирования. При этом для каждого класса задач требуется построение своей индивидуальной системы имитационного моделирования.
Достоинством формальных грамматик [19] является наглядность описания, недостатком — отсутствие памяти, учета временных задержек.
Просты в применении логические схемы алгоритмов (ЛСА) Ляпунова и изоморфные им граф - схемы алгоритмов (ГСА) [7, 19]. Их недостатком являются ограничения в реализации ряда функций алгебры логики.
Автоматные модели, определяемые множествами состояний, входов, выходов, функций переходов и выходов, обладают таким достоинством, как наличие памяти. Появляется также оценка в виде числа циклов (шагов) функционирования. Реализация автоматных моделей в ЭВМ позволяет воспроизводить динамику изменения состояния, как различных подсистем, так и состояния оператора в целом, например смену эмоциональных состояний [48]. К недостаткам автоматных моделей можно отнести потерю наглядность в описании ПФ и ограниченные возможности учета логических функций.
К языковым формальным системам относятся и семантические модели. В [49] все языки описания процессов функционирования предлагается разделить на три класса: языки логических исчислений, языки сетевого типа и реляционные языки.
Языки логических исчислений, наибольшую популярность среди которых завоевал язык исчисления предикатов первого порядка, позволяют отражать логические связи между объектами и обеспечивают эффективные процедуры логического вывода. Но с помощью этих языков трудно описывать иерархические системы, а также процессы обучения и адаптации.
Языки сетевого типа, к которым относится язык «И-ИЛИ» графов Ниль-сона и др., позволяют отражать функциональные зависимости между объектами и легко представлять иерархичность системы. Но громоздкость моделей в ряде случаев ограничивает их применение.
В реляционных языках, к которым относятся алгебра Кодда, логика Ми-хальского и др., вводится система бинарных (а иногда и я-арных) отношений между объектами. Эти языки удобны для описания иерархических систем, но в них нет процедур эффективного вывода.
В [49] предлагается выделить более общий класс логико- лингвистических моделей, частным случаем которых являются модели ситуационного управления. Математической формализацией этого подхода стало понятие семиотической системы. Оно заключается в следующем: вводится набор правил, отражающих адаптацию формальной системы к окружающей среде для изменения синтаксиса и семантики формальной системы. На этой основе реализуется ряд систем искусственного интеллекта, причем в качестве формальной системы берется формальная система первого порядка — прикладное исчисление предикатов первого порядка. Такой подход представляет исследуемый ПФ в виде, который обеспечивает автоматизацию моделирования процессов функционирования ЧМС и дает возможность эффективного перехода к языкам программирования высокого уровня.
Таким образом, языковые системы, обеспечивая описание ПФ ЧМС, самостоятельно не обеспечивают его количественной оценки и требуют привлечения дополнительных средств, что и затрудняет их применение.
Языково-алгебраические модели в отличие алгебраических и языковых систем обладают хорошим сочетанием свойств описательности и оцениваемости процессов функционирования. Наибольшее распространение получили следующие виды моделей этого класса [6]: графики по методу критического пути (МКП), сети предшествования, сети PERTu GERT.
Общим для сетей МКП, сетей предшествования и PERT является требование законченности всех предшествующих операций, и оценка процесса функционирования только по времени выполнения всей совокупности операций. Метод МКП и сети предшествования целесообразнее использовать в системах, в которых операции имеют детерминированную длительность. Если же длительность операций имеет случайный характер, то более эффективными являются методы PERT и GERT. МКП характеризуется неудовлетворительной логикой взаимосвязи операций: все выходящие из одной вершины дуги обязательно реализуются в соответствии с логической функцией «И». Связь между операциями осуществляется с помощью введения «фиктивных» работ, имеющих нулевую длительность.
Сети предшествования эффективнее МКП, так как моделируют повторяющиеся и параллельно выполняемые работы. Их применение исключает необходимость введения фиктивных операций, и упрощает диаграмму сети в моделях, в которых повторяющиеся работы и операции перекрываются.
Метод PERT имеет меньше логических возможностей: моделируется только однократное выполнение операций, не допускаются циклы, на вершинах по входу и выходу реализуется только логическая функция «И». Стохас-тичность для каждой операции определяется введением трех оценок ее длительности: оптимистической, пессимистической и наиболее вероятной, а также дисперсии и стандартного отклонения этих оценок. Длительность выполнения всех операций, составляющих ПФ, и критический путь рассчитываются для каждой реализованной совокупности операций. Моделирование повторяется на ЭВМ с регистрацией критических операций в каждом цикле.
Определение частоты предъявления опросника модуля автоматизированной оценки напряженности
Проведено исследование влияния изменения показателей выполнения отдельных операций на эффективность выполнения всей задачи в целом.
Разработан комплекс моделей для оценки вероятностей решения задачи в целом, в зависимости от изменения вероятностей выполнения отдельных операций (для различных законов изменения). Получен ряд аналитических зависимостей для оценки вероятностей выполнения задачи в зависимости от построения (организации) алгоритма деятельности (для 6 типовых алгоритмов). Комплекс моделей отличается от известных возможностью учета влияния изменения вероятностей выполнения операций, входящих в алгоритм, на вероятности правильного и своевременного решения задачи в целом. 3. Разработан комплекс моделей для оценки времени решения задачи в целом, в зависимости от изменения времени выполнения отдельных операций (для различных законов изменения). Получен ряд аналитических зависимостей для оценки средней продолжительности (среднего времени) выполнения задачи в зависимости от построения (организации) алгоритма дискретной деятельности (для 6 типовых алгоритмов). Комплекс моделей отличается от известных возможностью учета влияния изменения времени выполнения операций на длительность выполнения алгоритма в целом на основе полученных аналитических зависимостей. 4. Разработан комплекс моделей и способ оценки напряженности дискретной деятельности оператора. Получена аналитическая оценка средней напряженности для комплекса типовых структур алгоритмов дискретной деятельности при различных проявлениях напряженности деятельности оператора (нервничает, торопится и др.) и двух видах закономерностей изменения значения напряженности. Комплекс моделей отличается от известных подходов и способов возможностью получения аналитических зависимостей для оценки средней напряженности деятельности оператора. Выводы 1. Разработанный комплекс моделей и метод получения аналитических зависимостей можно рассматривать как единую технологию исследования и оценки влияния изменений деятельности оператора на эффективность функ-ционирования АСУ ТП в целом, являющуюся продолжением идей обобщенной функционально-структурной теории. 2. Для реализации разработанных моделей и метода (технологии) получения аналитических оценок эффективности выполнения алгоритмов дискретной деятельности на этапе проектирования АСУ ТП необходимо использование исходных данных о влиянии интерфейса (напряженности) деятельности оператора на своевременность время и безошибочность этой деятельности, для чего следует: разработать простой и надежный способ получения необходимых исходных характеристик, не зависящий от специфики деятельности оператора; разработать автоматизированный информационно-программный модуль, позволяющий оценить влияние интерфейса и организации деятельности оператора на напряженность его деятельности провести испытания разработанного автоматизированного информационно-программного модуля на конкретных информационно-программных продуктах. Неэффективность деятельности оператора в ряде случаев обусловлена не только ее информационным наполнением, но и видом и способом предъявления информации, т. е. во многом зависит от интерфейса. Возникающая при практически любой работе оператора напряженность деятельности может быть зарегистрирована по изменению кожногальваниче-ской реакции, частоте пульса и др. показателям [29, 45]. Для получения объективной оценки различных составляющих напряженности необходим комплекс датчиков для регистрации отдельных показателей, а также обрабатывающий информационно-программный модуль, позволяющий корректно сворачивать эти показатели к интегральному показателю. Однако имеется ряд технических и методических трудностей, обусловленных не только особенностями регистрации, первичной обработки и передачи информации, но и отсутствием достаточно апробированных и адекватных моделей зависимости комплексного показателя (напряженности) от единичных показателей. Кроме того, имеются методы окулографии [29, 45], которые, по результатам анализа движения глаз оператора, позволяют прогнозировать его состояние. Общим недостатком всех этих подходов является то, что они ориентированы на некоторого среднего оператора и не способны учитывать индивидуальные особенности оператора, т.к., в подавляющем большинстве случаев, отсутствует информация о том, какие значения показателей для конкретного оператора (пользователя) являются нормой. Поэтому целесообразно оценивать напряэюенностъ деятельности оператора, опираясь на его субъективные оценки своего состояния. В тех случаях, когда речь идет о влиянии изменения напряженности деятельности оператора на результативность его деятельности и на её привлекательность следует, использовать субъективную оценку оператором напряженности его деятельности [А10, А23]. Хотя истинное значение напряженности деятельности неизвестно, но её субъективная оценка оператором в конкретные моменты времени может быть как пессимистической, так и оптимистической (рис. З.1.), т. е. зависит от некоторых предпочтений оператора.
Анализ представления учебных материалов в дистанционном обучении
При создании учебно-методического обеспечения дистанционного обучения важную роль играет представление учебных материалов в различных видах и на различных носителях, предварительное проектирование полного комплекта учебных материалов по каждой дисциплине, входящей в образовательную программу.
Учебные материалы могут играть различную роль в учебном процессе (основные и дополнительные), иметь различный способ доступа (локальные и сетевые), отличаться способом выполнения (полиграфическое, аналоговая магнитная запись, цифровая запись на компьютерных носителях), характером информации (текст, статическая и динамическая графика, аудио, видео, мультимедиа) [2, 37].
Так как при дистанционном обучении усвоение учебного материала происходит при использовании множества индивидуальных форм работы — от видеолекций, самостоятельного изучения специально разработанных учебников, углубления знаний с помощью обучающих компьютерных программ с обратной связью до различных активных методов обучения (деловых и операционных игр, дискуссий и пр.), необходимо определить, в какой форме учебная информация будет усваиваться наиболее эффективно. Компьютерные обучающие программы используются в образовании как дополнительные учебные средства достаточно давно. Однако в дистанционном обучении вместо разрозненных обучающих программ нужен цельный интерактивный курс, и компьютер становится основным дидактическим инструментом. В настоящее время программно-аппаратное обеспечение компьютера позволяет создавать электронные дидактические средства, основанные на мультимедийном представлении материала [18]. Благодаря комплексному воздействию на обучающихся, они дают наиболее полное представление учебной информации, а также облегчают осуществление обратной связи между преподавателем и учащимися. Однако это не исключает печатные материалы или другие формы представления учебной информации, зафиксированные на любом носителе. Методическое обеспечение дистанционного обучения включает также видеоматериалы, аудиоматериалы, лабораторные тренажеры, ресурсы сети Интернет, печатные текстовые материалы и т.д. Использование компьютера для работы с учебным материалом целесообразно только тогда, когда материал интерактивен и адаптивен к индивидуальным особенностям обучаемого. Такие свойства учебного материала могут быть обеспечены за счет использования технологий гипертекста и мультимедиа. Технология гипертекста позволяет превратить слабо структурированный линейный текст в структурно организованный, при этом переход от одной структурной единицы к другой происходит по инициативе студента (хотя сама структура задается преподавателем). Технологии мультимедиа позволяют представить учебный материал в форме, способствующей наиболее эффективному усвоению и учитывающей наличие различных типов восприятия. Разработка учебно-методического обеспечения образовательных программ для дистанционного обучения предполагает создание учебно-методических комплексов (УМК) по каждой учебной дисциплине [2]. Каждый УМК предназначен для оказания помощи в изучении и систематизации теоретических знаний, формирования практических навыков работы. УМК содержит не только теоретический материал, по и практические примеры, тесты, дающие возможность осуществления самоконтроля, и т.п. Методическую основу дистанционного обучения составляют мультимедийные курсы. По существу, мультимедийные курсы и представляют собой учебно-методические комплексы. Мультимедийный курс - это комплекс логически связанных структурированных дидактических единиц, представленных в цифровой или аналоговой форме, содержащий все компоненты учебного процесса [18, 38]. Современный учебный мультимедиакурс — это не просто интерактивный текстовый (или даже гипертекстовый) материал, дополненный видео- и аудио-материалами и представленный в электронном виде. Для того, чтобы обеспечить максимальный эффект обучения, необходимо, чтобы учебная информация была представлена в различных формах и на различных носителях. В комплект курса рекомендуется включать видео- и аудио-кассеты, а также печатные материалы. Это обусловлено техническими и экономическими соображениями (оцифрованное «живое» видео требует весьма больших объемов памяти, видеомагнитофон гораздо доступнее по цене, чем мультимедиа-компьютер, работа с печатным материалом более привычна для учащихся), а также соображениями психологического характера: одни обучающиеся легче усваивают видеоинформацию (визуалы), для других важную роль играет звук (аудиалы), третьим для закрепления информации необходима мышечная активность (ки-нестетики). Мультимедийный курс, предназначенный для дистанционного обучения, является авторским курсом по определению и рассчитан на авторское сопровождение. Именно авторское сопровождение позволяет обеспечить высокое качество дистанционного обучения. Хотя отдельные компоненты компьютерного курса могут использоваться как независимые учебные модули другими подавателями, а также при самостоятельном изучении. Все тексты, аудио- и видео-материалы, программные и инструментальные среды, использованные при создании курса, образуют банк знаний вуза и могут быть использованы преподавателями для создания своих курсов [37]. Мультимедиакурс является средством комплексного воздействия на обучающегося путем сочетания концептуальной, иллюстративной, справочной, тренажерной и контролирующей частей. Структура и пользовательский интерфейс этих частей курса должны обеспечить эффективную помощь при изучении материала. Исследуем структуру учебно-методических комплексов, подготовка которых является для преподавателя наиболее важной задачей в системе дистанционного обучения. Основой УМК (мультимедиакурса) является его интерактивная часть, которая может быть реализована только на компьютере. В нее входят: электронный учебник; электронный справочник; тренажерный комплекс (компьютерные модели, конструкторы тренажеры); задачник; электронный лабораторный практикум; компьютерная тестирующая система [17, 18, 37, 38].
Электронный учебник может также содержать энциклопедии, карты, атласы," указания по проведению учебного эксперимента, указания к курсовому и дипломному проектированию и т.д. Электронный учебник построен на гипертекстовой основе и содержит учебный материал, предоставляемый обучаемому в виде последовательности интерактивных кадров.
Гипертекстовая структура позволяет обучающемуся определить не только оптимальную траекторию изучения материала, но и удобный темп работы, а также способ изучения материала, соответствующий психофизиологическим особенностям его восприятия [2,17, 37].
К основным функциям электронного учебника можно отнести: регистрацию обучающихся; защиту данных; навигацию; определение обучающей траектории; предъявление учебной информации; обучение, ведение диалога и оказание помощи; контроль знаний; тестирование; регистрацию, хранение и обработку результатов учебной деятельности (статистический учет).
