Содержание к диссертации
Введение
1 . Развитие компьютерных систем управления вузом и пути повышения неэффективности 7
1.1 Структура управления вузом на базе компьютерных систем 8
1.2. Компьютерные системы: виды и типы. Классификация компьютерных систем в социальной сфере 14
1.3. Компьютерные системы образования и технологии их реализации 22
Основные результаты 40
2. Построение интегрированной экспертно-обучащей системы и методы формального описания предметной области обучения 42
2.1. Структура интегрированной экспертно-обучающей системы 42
2.2. Формирование системы базовых и производных понятий предметной области 50
2.3. Методы формирования семантического пространства знаний и их формализация 61
2.4. Методы автоматизированного формирования семантического графа как фрагмента предметной области 74
2.5. Модели оптимального принятия решений при управлении процессом автоматизированного обучения 81
2.6. Построение функциональной семантической сети усвоения понятий предметной области 93
Основные результаты 99
3 Формирование структуры управления обучающей системы 100
3.1. Корпоративная информационная система 103
3.2. Автоматизация управления финансово-хозяйственной деятельностью вуза 106
3.3. Технологии реализации компьютерных систем управления вузом 111
3.4. Иерархическая структура развивающейся телекоммуникационной сети вуза 127
Основные результаты 140
4. Синтез подсистемы управления качеством обучения 141
4.1. Разработка библиотеки типовых элементов знаний в соответствии с содержанием обучения 144
4.2. Разработка алгоритма ввода и проведение информационного анализа 161
4.3. Разработка диалоговых процедур системы автоматизированного проектирования 168
4.4 Формирование примера на основе разработанных диалоговых процедур системы проектирования содержания обучения 175
Основные результаты 182
Заключение 183
Список литературы 185
- Компьютерные системы: виды и типы. Классификация компьютерных систем в социальной сфере
- Структура интегрированной экспертно-обучающей системы
- Модели оптимального принятия решений при управлении процессом автоматизированного обучения
- Автоматизация управления финансово-хозяйственной деятельностью вуза
Введение к работе
Управленческие решения и их реализация проводятся в сложной активной среде, состоящей из следующих компонент: социально-политической, экономической и информационной. Становление информационного общества требует качественного повышения интеллектуального потенциала и тем самым выдвигает сферу образования на передний план общественного развития.
Характерная особенность управления современной образовательной системой заключается в развитии принципа автономности учебных заведений. Устанавливаются новые взаимоотношения между органами управления образованием различных уровней и образовательными учреждениями. В этих условиях проблема целенаправленного воздействия субъекта управления на объект управления и совершенствования процесса управления и управленческой деятельности приобретает особую остроту.
Таким образом, актуальность темы исследования определяется, с одной стороны, потребностью решения фундаментальной проблемы управления процессами взаимодействия в сложной активной среде, а, с другой стороны, необходимостью повышения эффективности управления в сфере образования и ее отдельных учреждениях. Оба вопроса не могут быть решены без создания научно-образовательной среды и без средств коммуникационных компьютерных сетей.
Средства телекоммуникации являются центральным звеном научно-образовательной информационной среды. В России работы по развитию , телематических систем ведутся по следующим направлениям: телекоммуникации для передачи данных; информационное наполнение; спутниковое учебное телевидение (в особенности для экспорта); технологии и методики дистанционного обучения; электронные учебники; мультимедиа технологии; информационные системы управления.
В совокупности эти направления работ обеспечивают решение с помощью телематики следующих задач: поддержка, совершенствование и развитие новых форм учебного процесса; информационная интеграция вузов России между собой и в мировую систему; экспорт образования; поддержка науки как средства, способствующего росту образовательного потенциала; информационное обеспечение управления системой высшей школы.
Основные требования к услугам компьютерных сетей со стороны высшего образования: электронная почта; дистанционный доступ к библиотечным каталогам и файлам электронных библиотек; получение электронных периодических изданий по избранной тематике; дистанционный доступ к пользовательским файлам; дистанционное использование вычислительных ресурсов; обмен учебными программами, курсами лекций, обучающими системами; дистанционное получение образовательных услуг и др.
В настоящее время в Службе речного флота Министерства Транспорта России принята Программа создания информационного комплекса телекоммуникационной сети учебных заведений отрасли, в рамках которой проводились настоящие исследования.
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является построение обучающих информационных систем, создаваемых по принципу экспертных и включенных в общую корпоративную вузовскую сеть.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи: провести анализ развития компьютерных систем управления вузом; предложить структуру экспертно-обучающей системы (ЭОС) из класса автоматических обучающих систем; организовать базу знаний ЭОС на основе семантических сетей, позволяющих осуществить моделирование и воздействовать на объект управления в соответствии с целями обучения; реализовать с системных позиций организацию применения информационных технологий и компьютерных сетей для эффективного управления вузом, как замкнутой саморегулирующейся системой; выделить основные уровни представления знаний и автома-тизированно составлять содержание обучения; создать информационно грифовую модель учебного задания, аналитические оценки объема заданий и алгоритмы формирования квалификационных заданий.
Методы исследования. При выполнении работы использована теория систем, теория управления, теория графов, теория экспертных систем, теория семантических сетей, теория информационно-вычислительных сетей, алгебра логики.
Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:
а) информационная компонента управления вузом представлена как многоуровневая телекоммуникационная сеть, позволяющая реализовать передачу, обработку и хранение информации;
б) структура экспертно-обучающей системы (из класса автоматизированных обучающих систем), содержащей базу знаний, модель обучаемого, организацию диалога и лингвистический процессор, при обретение знаний и анализ их непротиворечивости, управление процессом обучения;
в) для организации баз знаний в ЭОС выделены классы понятий, как учебное средство достижения цели и для последующего моделирования системы понятий. Осуществлено представление ЭОС как системы управления целями обучения и алгоритмами воздействия на объект управления;
г) предложена процедура формирования семантического пространства знаний с созданием графологической системы учебно-педагогических средств;
д) сетевая инфраструктура вуза как технологическая база иерархической структуры развивающейся телекоммуникационной сети вуза;
е) выделено пять основных уровней представления знаний на основе анализа квалификационных характеристик;
. ж) предложена информационно-графовая модель задания в виде семантического графа и аналитические оценки объема задания.
Практическая ценность работы заключается в следующем: разработаны структурные решения обучающих систем, позволяющих управлять процессом обучения в соответствии с целями обучения; предложены алгоритмы формирования квалификационных заданий, типовых учебных планов по специальностям; рассмотренная технология позволила реализовать синтез различных организационных структур для реализации управленческих решений.
Реализация работы. Основные результаты работы получены при подготовке Программы работ в рамках Службы речного флота Министерства транспорта России по созданию отраслевого Информационного комплекса телекоммуникационной сети учебных заведений.
Разработанные в диссертации методические положения, алгоритмы построения базы знаний, программы функционирования информационных систем были использованы при выполнении научно-исследовательских работ и внедрены в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: Международной научно-технической конференции "ТРАНСКОМ-99" (октябрь, Санкт-Петербург, 1999г.); Юбилейной научно-методической конференции, посвященной 190-летию транспортного образования (декабрь, Санкт-Петербург, 1999г.); кафедральные семинары "Контроль и диагностика транспортных систем" (1998-2000 г.г., Санкт-Петербург, СПГУВК).
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Содержит 190 стр. текста, 28 рисунков и 7 таблиц.
Компьютерные системы: виды и типы. Классификация компьютерных систем в социальной сфере
В органе управления на основе взаимодействий внешней среды и информации о состоянии объекта вырабатывается, с учетом целей, управляющая информация. Информация о состоянии объекта (материального процесса) поступает в орган управления, а некоторые данные о состоянии системы передаются во внешнюю среду.
Различают автоматизированную часть системы управления и неавтоматизированную, в которой управленческие процессы реализуются без применения средств и методов автоматизации.
Как правило, система автоматизированного управления внедряется на объекте поочередно, на каждом из этапов автоматизированными операциями охватываются новые области административно-управленческой деятельности, решаются новые комплексы задач. Это приводит к постепенному уменьшению сферы неавтоматизированной части системы управления объектом [25, 45, 19].
Понятие "информационная система объекта управления" применяется при изучении и проведении степени автоматизации, точности и достоверности передачи информации, объемов и состава информационных потоков, технического уровня системы, способов функционирования и т. д. На практике при решении задач управления, имеющих одинаковые наименования и назначение, формируется разная выходная информация. Установить критерии по определению границ задач затруднительно, так как задача в нашем понимании может быть представлена как часть другой задачи и сама, в свою очередь, может содержать некоторую совокупность других задач. Задачи могут быть также объединены, укрупнены, последовательно охватывая область, соответствующую полному комплексу задач, решаемых в системе управления. В связи с этим правомерно условное выделение некоторой "элементарной" задачи. Для возможности сравнения составов задач, решаемых в различных системах управления, устанавливается перечень (номенклатура) их наименований по каждой функции управления (подсистеме). При отборе типового перечня задач, решаемых в системе управления вузом, возникает проблема установления глубины их идентификации. Идентификация проводится по следующим признакам: наименование задачи; назначение задачи; состав основных показателей для решения; состав основных показателей, формируемых в результате решения. Высшее учебное заведение как объект управления представляет собой большую динамическую систему, состоящую из множества взаимосвязанных " и изменяющихся во времени элементов. Каждое подразделение вуза специализировано по определенному роду деятельности для достижения частных целей учебно-научной и административно-управленческой деятельности. Это предопределяет сложность информационных преобразований в его коммуникационных сетях, состав и содержание информационной системы объекта управления. С целью ее усовершенствования устанавливается, какие сведения из формируемых (традиционно и стихийно) действительно нужны персоналу конкретного подразделения, выполняющего определенную функцию управления для достижения частных целей деятельности вуза [77-80]. Изучение сложных систем предполагает их условное разделение на части - подсистемы. Выбор признаков для разбивки управленческой системы на подсистемы не имеет принципиального значения. Однако важно учесть следующие требования: границы задач, входящих в подсистемы, не должны пересекаться между собой; решаемые задачи должны быть тесно связаны между собой в информационном плане, т.е. при их реализации следует использовать единую входную информацию, а результаты решения одних задач применять для решения других; результаты решения задач должны использоваться персоналом для конкретной функции управления объектом. Компьютерную систему управления вузом в первом приближении можно рассматривать как систему, состоящую из подсистем трех типов (рис. 1.2.): структурных (1-го, 2-го и т.д. уровней), функциональных (административного, материально-финансового управления и др.), обеспечивающих (информационного обеспечения, технического, программного и т. д.). Под информационным обеспечением понимается совокупность средств (систем документации и видов информации) и методов подготовки информации для реализации функций управления в компьютерной системе управления.
Совокупность сведений, содержащихся в документации и массивах информации, составляет информационную базу (ИБ) системы управления объектом. Она содержит сведения о различных фактах, событиях, процессах, явлениях, используемые персоналом объекта при выполнении управленческих функций. В зависимости от вида физических носителей сведений и их назначения различают две составные части ИБ: внемашинную информационную базу - совокупность документированных сведений (данных) и сообщений, применяемых в компьютерной системе управления (ИБд), и внутримашинную - совокупность данных на машинных носителях, сгруппированных по определенным признакам (ИБм).
Структура интегрированной экспертно-обучающей системы
Речь идет о способе обмена видеоизображениями, звуком и данными между двумя или более точками, оборудованными соответствующими аппаратно-программными комплексами. Участники видеоконференции могут видеть и слышать друг друга в реальном времени, а также обмениваться данными и совместно их обрабатывать. Подобная система способна значительно повысить продуктивность работы удаленных друг от друга пользователей, обеспечивая им такие возможности, как личное общение без затрат на переезды, своевременный обмен необходимой информацией и совместную работу над какой-либо задачей. Все это делает незаменимым использование таких систем в процессе дистанционного обучения.
Сегодня работать со средствами видеоконференцсвязи персонального и даже группового уровня ненамного сложнее, чем с оконной операционной системой, и затраты на них вполне приемлемы для вузов, имеющих филиалы. Все это стало возможным благодаря появлению кодеков, широкому внедрению технологий скоростной передачи данных, в том числе ISDN и активной работе по стандартизации необходимого аппаратного и программного обеспечения. Кодек (средство кодирования/декодирования сигналов) - основной элемент современной системы видеконференций - представляет собой программу или устройство, которое выполняет сжатие/декомпрессию аудио- и видеосигналов, позволяя передавать их по средне- и низкоскоростным каналам связи, т.е. по стандартным сетям. Одновременно с внедрением кодеков все более широкое распространение получали различные сетевые технологии. Особенно стимулировало развитие рынка систем видеоконференций активное развертывание цифровых сетей с интеграцией услуг (ISDN). Объединение шести базовых каналов ISDN (общая пропускная способность - 384 Кбит/с) позволяет добиться передачи видеоизображений с высокой частотой смены кадров (до 30 кадров/с) и обеспечить вполне приемлемое качество воспроизведения на дисплее ПК.
Большая часть существующих на сегодняшний день систем видеоконференций - это либо аппаратные решения, либо системы, объединяющие аппаратные и программные компоненты. Их можно разбить на три основные группы.
Студийные видеоконференции - системы высшего класса, реализованные преимущественно аппаратными средствами. Обычно такая система объединяет одного выступающего с большой аудиторией, что предопределяет ее использование в системах дистанционного обучения для проведения лекционных занятий.
Групповые видеоконференции обеспечивают одновременную связь между группами участников. Применяются как аппаратные, так и программно-аппаратные решения, которые, как правило, требуют специального оборудования и наличия линии ISDN. Чаще всего используются в диалоговых процессах (обеспечение консультационных, дискуссионных мероприятий, различного рода совещаний между иногородними филиалами вузов, а также процессов административного взаимодействия в системах дистанционного обучения).
Персональные видеоконференции - обычно системы программно-аппаратного типа, поддерживающие диалог двух или более участников. Для проведения конференции необходим ПК с мультимедийными возможностями и канал связи (например, локальная сеть). Применимы в процессе взаимодействия обучаемого и преподавателя, обучающегося и администратора вуза.
Персональные видеоконференции обеспечивают диалог двух или более (в многоточечном режиме) пользователей с помощью обычного ПК. Комплект такой системы включает в себя кодек (может быть реализован как аппаратно, так и программно), видеокамеру (монтируется на ПК), наушники и микрофоны для аудиосвязи, средства подключения к сети, программное обеспечение управления видеоконференцией и прикладные средства для поддержки совместной работы с данными. Требуется ПК с мощным процессором, достаточным объемом оперативной и внешней памяти и, как правило, операционной системой MS Windows. Когда у экрана сидят несколько участников, возможности разделения данных могут оказаться не столь актуальными, как в случае диалога двух пользователей, однако ведущие системы этого уровня включают в себя подобные средства. Необходимым условием для проведения видеоконференции, естественно, является наличие каналов связи. Как правило, каналы обеспечивают сети ISDN, ЛС или обычные телефонные линии.
Обеспечивая личное общение, возможность сотрудничества на расстоянии, персональные видеоконференции позволяют эффективно организовывать ""решение текущих задач, соединяя, например, разработчиков совместного проекта - сотрудников научного центра из разных филиалов, или участников сеанса дистанционного обучения.
Во время ответственных переговоров, сеансов дистанционного обучения, медицинских консилиумов в режиме удаленного доступа требуется соответствующее качество звука и изображения на экране. С этой целью в групповых видеоконференциях используются высококачественные видеокамеры и устройства аудиосвязи, обеспечивающие HiFi-качество звука и полноэкранное видео.
Модели оптимального принятия решений при управлении процессом автоматизированного обучения
Рассмотрим процесс управления функционированием ИЭОС с моделью обучаемого и способы выработки оптимальных управляющих воздействий, направленных на повышение уровня усвоения материала обучаемым.
Приведенные в [8,16,54,70] модели автоматизированного обучения либо ориентированы на жестко заданный алгоритм обучения, либо допускают выбор из ограниченного множества вариантов. К тому же в этих моделях используется в качестве критерия оптимизации скалярная величина, содержащая свертку ряда критериев, что привносит субъективизм в управление процессом обучения и затрудняет выработку эффективных управляющих воздействий. Кроме того, такие модели не учитывают особенности представления учебных знаний в системе и не могут быть перенесены в ИЭОС. Наиболее важной причиной, приводящей к необходимости разработки иной модели управления процессом обучения в ИЭОС, следует считать то, что такие системы являются целеустремленными [1,22], содержат компоненты экспертных систем, используют экспертные знания и, по своей сути, могут выполнять функции систем поддержки принятия решений или экспертных систем управления [10,23,36]. К тому же выбор адекватной модели управления процессами обучения продиктован и тем, что процессы принятия решений или целенаправленного выбора альтернатив включены в любую деятельность человека, обеспечивая ее на всех уровнях - от постановки целей и обоснования способов их реализации до выполнения отдельных действий [37].
Известные методы выработки решений в экспертных системах управления [10,23] имеют ряд недостатков, существенно ограничивающих их эффективность и возможность практического применения. Во-первых, они ориентированы на изменение в каждом отдельном случае значения только одной какой-либо характеристики объекта управления. Если же за пределами допустимых диапазонов одновременно оказываются несколько характеристик, то возврат объекта управления в нормальное состояние осуществляется путем поочередного изменения значений каждого из них. В силу этого обстоятельства данная процедура может стать расходящейся и решение не будет найдено, даже если оно объективно существует. Во-вторых, для отыскания требуемого управляющего воздействия используются громоздкие эвристические алгоритмы, основанные, как правило, на доказательстве совместимости системы дизъюнктов, формируемой в результате преобразования предикатных выражений логико-лингвистической модели управления. Эти факторы обусловили необходимость выработки решений в процессе обучения с помощью ИЭОС на строгой математической основе с учетом индивидуальных особенностей обучаемых, тем более что такой процесс носит комбинаторный характер [60,71,72,76].
Рассмотрим иной аспект функционирования ИЭОС. Для решения основных задач автоматизированного обучения, управления процессом обучения, ИЭОС может быть определена как система с целью. Системы, функционирование которых направлено на достижение цели, являются семантическими системами SS и формально определяются кортежем вида где Goal - множество основных, промежуточных и вспомогательных целей, ориентированных на достижение заданного уровня знаний в выделенной предметной области (приведены в табл. 1.1); Str -структура обучающей системы, организованная таким образом, чтобы способствовать достижению целей; Met комплекс методов теоретического и практического характера для достижения основной цели через вспомогательные и промежуточные; Fac -применение различных средств для достижения целей: технических, программных, информационных, математических, лингвистических, учебно-методических, психолого-педагогических, организационных; Sem SI -обработка семантической информации, связанная с достижением целей; Cond - условия, способствующие достижению основной цели; - время для достижения основной цели - определяется как сумма интервалов времени для достижения цели.
В такой постановке система управления целями обучения будет иметь вид, показанный на рис. 2.10. Объектом управления является база учебных знаний, в которой, при подаче управляющего воздействия согласно выработанной стратегии обучения и заданных целей обучения, генерируются учебные задания с требуемыми дидактическими параметрами - значимостью, специфичностью, сложностью. В зависимости от ответов обучаемого производится перестройка иерархической модели обучаемого и корректировка управляющих воздействий.
Автоматизация управления финансово-хозяйственной деятельностью вуза
Повышение эффективности управления вузом приобретает исключительную значимость, и одним из важнейших шагов, который предстоит сделать в этом направлении, является создание интегрированной системы управления финансово- хозяйственной деятельностью (ФХД) [50].
Проблемы и пути их решения. Сопоставление проблем и путей их решения позволяет представить контуры интегрированной системы управления ФХД и определить набор требований к ней. Проблемы. 1. Необходимость повышения гибкости системы управления. Пути решения. Система поддержки принятия управленческих решений: объединение информационных систем всех отделов и подразделений в единую информационную систему; автоматизация работы руководителей, сотрудников бухгалтерии, планово-финансового отделов; представление информации в форме, необходимой конкретному сотруднику; инструментарий для экономического анализа, прогноза. 2. Недостаток денежных средств. Пути решения: оптимизация учетной политики; оптимизация налогообложения; полный контроль над движением денежных средств, а также над расчетами с поставщиками и потребителями. 3. Потери из-за неэффективного использования материальных ресурсов. Пути решения: автоматизация учета материальных ценностей; автоматизация расчета потребности в материалах, учета материальных запасов, неликвидов; автоматизация контроля за движением материальных потоков; автоматический контроль за действиями работников, исключающий возможность злоупотреблений и ошибок; автоматизация контроля качества выполнения работы. Обозначив проблемы и пути их решения, можно определить цели и задачи интегрированной системы управления ФХД вуза. Цели и задачи. Стратегической целью проекта по внедрению интегрированной системы управления ФХД вуза следует обозначить повышение эффективности управления вуза и получение экономического эффекта от внедрения. Среди решаемых задач выделяются следующие: оптимизация учетной политики, оптимизация налогообложения, совершенствование планирования и экономического анализа; повышение согласованности действий между администрацией и подразделениями (в т.ч. упорядочивание взаиморасчетов, учета и распределения ресурсов); устранение потерь, возникающих в результате ошибок работников путем контроля с помощью автоматизированной системы; повышение эффективности управления оборотными средствами, в т.ч. оперативное маневрирование денежными средствами; увеличение гибкости управления (за счет повышения скорости управленческой реакции); адаптируемость вуза к быстро меняющимся экономической и законодательной базам (в том числе к изменению налогового законодательства); снижение трудоемкости рутинных операций руководителей и специалистов, высвобождение времени для аналитической работы; снижение количества ошибок; обеспечение достоверности, полноты, своевременности поступающей руководству информации; повышение надежности хранения коммерческой тайны. Составив список задач, которые решает интегрированная система управления ФХД вуза, определяются критерии выбора системы, которые помогут уберечься от главной ошибки - "автоматизация ради автоматизации" и организовать работу в русле достижения положительного экономического эффекта. Стратегия реализации проекта совершенствования интегрированной системы управления финансово-хозяйственной деятельностью вуза. Для успешного создания интегрированной системы управления ФХД вуза необходимы разработка оптимальной модели финансово-хозяйственных процессов вуза, а также адекватный выбор программного обеспечения и аппаратной платформы. Все мероприятия по реализации проекта следует разделить на четыре основных этапа [4]. 1 этап. "Общее обследование ФХД вуза". Проводится полное обследование вуза для обработки и последующего анализа полученных данных с целью оптимизации налогообложения, документооборота, контроля за движением денежных и материальных потоков, уменьшения дебиторской и кредиторской задолженностей, разработки управленческого учета, подготовки бухгалтерского, финансового и планового учетов к работе в рамках интегрированной системы управления ФХД и разработки организационного плана подготовки сотрудников и самого вуза к созданию интегрированной системы управления ФХД. Сам по себе первый этап - наибольший по объему, поэтому для удобства организации работ и промежуточного контроля разбивается на несколько шагов. создание рабочих групп смешанного состава; анализ организационной структуры вуза; анализ финансово-хозяйственной деятельности вуза; анализ общих механизмов управления в вузе; выявление проблем текущего и стратегического характера. Результатами проведенного анализа являются следующие материалы: обобщенное описание реальной ФХД вуза; обобщенное описание оптимальной схемы ФХД вуза. описание стратегии развития вуза; разработка общей концепции интегрированной системы управления ФХД вуза. Переходить ко второму этапу следует после проведения всех предложенных выше мероприятий и получения необходимых материалов. Суть второго этапа состоит в конкретизации результатов первого этапа и углубленного исследования источников проблем. 2 этап. «Подробный анализ ФХД вуза». Такой анализ позволяет . четко и полно нарисовать картину деятельности исследуемого вуза. Если первый этап дает лишь общее представление, то второй этап позволяет полностью составить картину финансово-хозяйственной и управленческой деятельности в вузе. Результаты этого этапа служат исходными данными при проектировании интегрированной системы управления ФХД вуза.
