Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Использование традиционных методов проектирования оправдано при разработке тренажеров с небольшим уровнем сложности. Для тренажеров по сложным ситуациям актуальны разработки, основанные на принципах системного подхода, методах системного анализа и системотехники, соответствующей информационно-компьютерной поддержке моделирования, достижениях в области экспертных систем и искусственного интеллекта, способах машинного представления знаний, включая нечеткие технологии. Сказанное обуславливает актуальность создания качественно нового типа систем -интеллектуально-компьютерных комплексов для тренажа и моделирования сложных ситуаций (ИКК ТМСС).
Работа выполнялась в соответствии с Грантом ИНФ-14 по разделу "Информатика" (тема "Создание инструментальной среды системотехнического обслуживания сложных объектов") на период 1992-93 гг.; Программой "Технические университеты" (тема "Внутреннее проектирование инструментальной среды системотехнического обслуживания сложных объектов" на период 1994-95 гг. и "Моделирование и поддержка инструментальной среды системотехнического обслуживаши сложных объектов" на период 1995-97 гг.)
Цель диссертационной работы - разработка интеллектуального компьютерного комплекса для тренажа и моделирования сложных ситуаций в социо-организационных структурах.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
моделирование и исследование системы знаний (СЗ) по сложным ситуациям;
формализация процесса тренажа;
моделирование интеллектуального компьютерно-тренажерного комплекса;
разработка и апробация интеллектуального компьютерно-тренажерного комплекса.
Методы исследования. Проведенные в работе исследования и разработки базируются на использовании достижений системологии, системотехники, теории моделирования, теории управления, информатики, дискретной математики, искусственного интеллекта.
Научная новизна
L Проведен обзор и анализ литературных источников по сферам применения и уровням реализации тренажеров, специфике способов исследования и моделирования сложных ситуаций, способам представления системных знаний, недостаткам существующих технологий разработки тренажеров.
2. Предложена концептуальная модель системы знаний для сложной
ситуации. Синтезированы модели сложного тезауруса и гипертекстового
тезауруса системных знаний. Введены доопределения семантического
графа и,гиперграфа, их простых и сложных сечений. Определены условия
применимости к ним существующих постановок задач оптимизации.
Введено понятие гиперграфовой системы.
-
Выявлена проблематика современной образовательной среды, доопределены составляющие процесса компьютерного обучения, предложена кортежная модель тренажа, синтезирована простая рабочая модель образовательной системы.
-
Предложена общая концептуальная модель тренажерного и моделирующего комплекса по основам системологии и системотехники. Разработана базовая модель данных для информационного банка комплекса. Синтезированы функционально-структурные модели простого действующего прототипа ИКК ТМСС.
5. Сформирована, проанализирована и дополнена иерархия технологий разработки тренажеров. Для разрешения сложной ситуации дана формализация проблемы перевода сложного объекта в повое качество (ПНК), разработан алгоритм работы с оболочкой ИКК ТМСС и встроенной в нее системой знаний ПНК.
Практическая ценность и результаты реализации
-
Предложен способ построения тезауруса системных знаний, необходимый при непосредственной практической разработке ИКК ТМСС.
-
Разработана технология создания ИКК ТМСС, позволяющая объединить возможности гипертекстовых, мультимедийных и интеллектуальных систем. Дан анализ вариантов реализации ИКК ТМСС и определена структура его программного обеспечения.
3. Разработаны следующие программные оболочки и тренажерные
комплексы:
- многотерминальная тестирующая оболочка для проведения
психологических опросов на базе комплекса "Диалог", которая
используется в учебном процессе сотрудниками Центра технических
средств технологий обучения и кафедрой психологии УГТУ;
электронный учебник "Введение в системологию и системотехнику", используемый кафедрой вычислительной техники для подготовки студентов физико-технического факультета по специальности 22.01 и учителей в Институте развития регионального образования;
- системные интеллектуальные подсказчики для УВД г. Екате
ринбурга;
учебники-экзаменаторы-тренажеры для патрульно-постовой службы УВД г. Екатеринбурга и по правилам дорожного движения для ГАИ;
- первая версия (действующий прототип) ИКК ТМСС со встроенной
в него системой знаний ПНК, используемая в образовании
(Политехническая гимназия г. Нижнего Тагила) и здравоохранении (Медицинский республиканский научно-практический центр "Бонум"). На зашиту выносятся:
1. Концептуальная модель представления системы знаний, модели
сложного тезауруса и гипертекстового тезауруса системных знаний,
структурные модели для решения оптимизационных задач на
семантических графах и гиперграфах, алгоритм (способ) построения
системы знаний.
-
Результаты моделирования процесса тренажа: компоненты современной образовательной среды, составляющие процесса компьютерного обучения и тренажа.
-
Результаты моделирования ИКК ТМСС: общая концепция тренажерного и моделирующего комплекса по основам системологии и системотехники, базовая модель данных для информационного банка комплекса, функционально-структурные модели простейшего прототипа ИКК ТМСС, формализация проблемы перевода сложного объекта в новое качество.
4. Результаты традиционного проектирования ИКК ТМСС:
расширенная иерархия технологий разработки тренажерных и
моделирующих комплексов, вариант реализации ИКК ТМСС, структура
программного обеспечения, компоненты и возможности первой версии
оболочки ИКК ТМСС. Результат апробации первой версии ИКК ТМСС -
алгоритм работы с оболочкой ИКК ТМСС и системой знаний ПНК.
Апробация работы. Результаты исследований и разработок были представлены и обсуждены на научной конференции "Методы разработки и применения САПР электронно-вычислительной аппаратуры" (Свердловск, 1989); на Втором Всесоюзном совещании по автоматизированному проектированию программного обеспечения систем управления (Харьков, 1989); на научно-практическом семинаре "Технические средства и информационные технологии в образовании"
7 (Челябинск, 1993); на Республиканской научно-практической конференции "Региональные проблемы информатизации образования" (Пермь, 1993); на научно-практической конференции "Информатизация образования" (Екатеринбург, 1994); на Уральской региональной конференции по искусственному интеллекту (Екатеринбург, 1994); на 1-й региональной конференции "Интеллектуальные информационные технологии и стратегии в системной информатизации Уральского региона" (Челябинск, 1994); на презентациях "Системные интеллектуальные подсказчики по переводу организационно-управ-. ленческих структур в новое качество" (Екатеринбург, 1995); на межрегиональной конференции "Проблемы информатизации региона" (Красноярск, 1995); на международной конференции "Образовательные стандарты и развитие личности" (Омск, 1995); на Всесоюзной конференции "Новые информационные технологии в исследовании дискретных структур" (Екатеринбург, 1996); на международной конференции EWHCI-96 по человеко-машинным интерфейсам (Москва, 1996).
Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 23 научных работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 205 наименований. Общий объем работы - 159 стр., из них - 137 стр. основного текста, 24 стр. с рисунками и таблицами. : Введенные и используемые сокращения и определения: