WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Матвеев Алексей Вадимович АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ НАУЧНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ НА ОСНОВЕ ТЕЗАУРУСНОЙ СИСТЕМЫ ЗНАНИЙ 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (образование)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии образования «Институт информатизации образования», в лаборатории проблем информатизации профессионального образования

Научный консультант: доктор педагогических наук, кандидат технических наук, профессор Козлов Олег Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Бубнов Владимир Алексеевич доктор педагогических наук, кандидат технических наук, профессор Ин Александр Харитонович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления»

Защита состоится «25» сентября 2009 г. в 14 ч. на заседании диссертационного совета ДМ008.004.02 при Учреждении Российской академии образования «Институт информатизации образования» по адресу: 119121, г. Москва, ул. Погодинская, д. 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке учреждения Российской академии образования «Институт информатизации образования», автореферат размещен на сайте http://www.iiorao.ru

Автореферат разослан «24» августа 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, О.А. Козлов доктор педагогических наук, кандидат технических наук, профессор 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В условиях постиндустриального общества с усилением процессов глобализации и интеграции возрастают требования к качеству высшего профессионального образования. Новая парадигма образования «образование через всю жизнь» выражает социальный заказ общества на мобильный, быстро адаптирующийся к перманентным изменениям на рынке труда человеческий капитал, способный осваивать и создавать новые высокие технологии.

Последнее невозможно без опоры высшего профессионального образования на инновационные, наукоемкие образовательные технологии. Сегодня невозможно получение требуемого от вуза конечного результата – профессиональной компетентности выпускников – без раннего привлечения студентов к исследовательской деятельности.

В связи с переходом к многоуровневому высшему образованию (бакалавр – специалист – магистр) масштабы научных исследований в вузе возрастают. В условиях интенсивной информатизации всех сфер общественной деятельности требуются новые подходы к технологиям научных исследований.

Разработка современных автоматизированных систем научных исследований (АСНИ) становится одним из приоритетных направлений в обслуживании научной деятельности вообще и, особенно, в обеспечение качества научных исследований в вузе. Общие подходы к построению и функционированию автоматизированных систем рассмотрены в работах Денисова А.А., Кукушкина А.А., Мартина Д., Мясникова В.А., Титоренко Г.А., Якубайтис Э.А. и др. Проблемы разработки автоматизированных систем в вузе освещены в работах Баданова А.Г., Берегового В.И., Богдановой С.В., Богомолова А.В., Ваграменко Я.А., Данилюка С.Г., Каракозова С.Д., Лысогорского В.С., Павлова А.А., Романенко Ю.А., Царькова А.Н. и др.

Выявление новых эффектов становится возможным благодаря повышенным требованиям к временным, точностным характеристикам систем, способности их функционирования в реальном масштабе времени, многоканальности и т.п., что достигается как за счет использования современных аппаратных и программных средств автоматизации, так и за счет их грамотной системной интеграции и применения.

Получение необходимых результатов исследований требует функционирования АСНИ на пределе своих возможностей. Для достижения этих целей разработчикам систем необходимо принимать целый комплекс решений высокого качества, что становится возможным только при наличии у них широчайшего круга знаний, практического опыта и умения систематизировать и структурировать возникающие проблемы, на каких бы уровнях это не происходило. Сочетание этих качеств в творческом многопрофильном коллективе (предметники, электроники, программисты, механики и т.д.) зачастую достаточно проблематично и, в конечном итоге, приводит к возникновению проблемной ситуации.

Одно из возможных решений выхода из неё - создание системы интеллектуально-информационной поддержки принятия решений при разработке автоматизированных систем, которая включает в себя развитие методологических основ организации и планирования научных исследований, разработку методик анализа объектов автоматизации, развитие методов анализа и синтеза структур автомати зированных систем, обеспечивающих различные режимы их функционирования, разработку формализованных процедур выполнения работ.

При этом под научной работой студентов в рамках данной работы понимается как создание АСНИ, так и их применение в физическом эксперименте.

На основе вышесказанного можно сформулировать противоречие: с одной стороны, гипотетически возможно и реально необходимо создание информационных средств поддержки принятия решений при разработке АСНИ в условиях вуза, с другой стороны, существующие средства автоматизации разработки АСНИ, не обладая свойствами интеллектуальности, не позволяют создавать необходимые системы силами многопрофильного коллектива разработчиков – сотрудников и студентов вуза.

Таким образом, можно сделать вывод об актуальности темы диссертационного исследования, которое посвящено решению научной задачи создания информационных средств поддержки принятия решений при разработке АСНИ в условиях вуза.

Объект исследования – процесс автоматизации научной работы студентов по проведению экспериментов в лабораторных условиях в вузе.

Предмет исследования – тезаурусная система знаний как интеллектуальное средство автоматизации разработки АСНИ для вуза и процесс формирования на ее основе систем с повышенными требованиями к временным и точностным характеристикам.

Цель исследования – разработка алгоритмического обеспечения автоматизации научной работы студентов: тезаурусной системы знаний, системы поддержки принятия решений в ее составе, и, на их основе, АСНИ с повышенными требованиями к временным и точностным характеристикам для различных вузов.

Задачи исследования 1. На основе анализа научно-методических информационных источников выявить аналоги и прототип средств автоматизации разработки АСНИ, на концептуальном уровне определить специфику их применения в условиях вуза.

2. Сформировать элементы тезаурусной системы знаний, в частности, создать тезаурус предметной области и осуществить его наполнение, формализовать знания предметной области с помощью моделей представления знаний.

3. Определить пространство решений, разработать метод поиска в нем и, в конечном итоге, создать алгоритмическое обеспечение логического вывода для интеллектуализации решения задач построения АСНИ.

4. Разработать алгоритмическое обеспечение экспертной системы (системы поддержки принятия решений), создать ее демонстрационный вариант, позволяющей решать ряд типовых задач при создании АСНИ.

5. В целях экспериментальной проверки эффективности применения интеллектуальных средств разработать АСНИ в области медицины и высокотемпературной электрохимии с помощью предложенной тезаурусной системы знаний.

Методологические основы и методы исследования В качестве основы выполнения поставленных задач были выбраны методы системотехники и системологии, инструментарий и методология системной интеграции, активно разрабатываемые в последнее время и приобретающие вид самостоятельной научной дисциплины, современных информационных технологий, теории принятия решений и построения экспертных систем, метод эксперт ных оценок, экспериментальная проверка выдвинутых положений с использованием оригинальных программных средств, разработанных автором.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования 1. Разработана иерархическая структурно-функциональная модель процесса функционирования АСНИ, которая, в отличие от известных моделей функционирования автоматизированных систем, позволяет не только применять данную модель в учебном процессе и на ранних стадиях разработки систем в качестве формализованного метода построения АСНИ, но и осуществить качественный выбор структуры системы, а также определить отношения между элементами тезауруса, включая отношения структуризации, семантические и причинно-следственные.

2. Разработана авторская методика формирования весовых коэффициентов потенциально эффективных продукционных правил блока логического вывода, которая позволяет алгоритмизировать интеллектуализацию решения задач построения АСНИ - выявлять вероятность успешности решения задачи формирования АСНИ с заданными характеристиками в результате срабатывания тех или иных продукционных правил с учетом сформированных частичных решений.

3. Создан демонстрационный вариант экспертной системы поддержки принятия решений в области формирования АСНИ для вуза, позволяющий использовать разработанные интеллектуальные средства тезаурусной системы знаний для решения ряда типовых задач, и, на его основе, разработан ряд АСНИ для проведения экспериментов в области медицины и высокотемпературной электрохимии, в которых реализован новый технический результат, защищенный патентом на полезную модель.

Практическая значимость исследования 1. Предложен формализованный метод построения АСНИ с помощью тезаурусной системы знаний, позволяющий обеспечить научные школы вуза современным инструментарием с повышенными точностными и временными характеристиками.

2. Предложенная технология используется в реальном учебном процессе, обеспечивает расширение спектра решаемых студентами задач, повышает креативность, способствует развитию творческого мышления и способности использования нестандартных подходов при решении сложных задач.

3. На основе предложенной технологии разработана серия АСНИ с повышенными характеристиками производительность-стоимость, прошедших апробацию и доведенных до уровня внедрения для экспериментальных исследований в области физиотерапии и высокотемпературной электрохимии.

Этапы исследования Исследование проводилось в три этапа.

На первом этапе (2001 – 2003 гг.) проводились сбор и анализ информации по средствам автоматизации разработки АСНИ, предназначенных для использования в высшем профессиональном образовании, был разработан тезаурус формирования АСНИ.

На втором этапе (2003 – 2005 гг.) выполнялось наполнение тезауруса формирования АСНИ формализованными знаниями, был создан демонстрационный вариант системы поддержки принятия решений, позволяющей использовать разработанные интеллектуальные средства тезаурусной системы знаний, разрабатывались АСНИ для проведения экспериментов в области медицины и высокотемпературной электрохимии.

На третьем этапе (2006 – 2009 гг.) осуществлялась экспериментальная проверка эффективности предложенной технологии, систематизация и обобщение полученных результатов, проводился их количественный и качественный анализ, формулировались выводы, оформлялся текст автореферата и диссертации.

Апробация результатов Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международном научно-практическом семинаре «Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах» (Нижний Новгород, 2001 г.), XXXV региональной молодежной школе-конференции «Проблемы теоретической и прикладной математики» (Екатеринбург, 2004 г.), международной конференции IASTED «Автоматизация, контроль и информационные технологии» (Новосибирск, 2002 г.), IV международной конференции «Моделирование и управление в сложных системах» (Самара, 2002 г.), V международной конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и биологии» (Владимир, г.), X международной конференции IEEE «Цифровая обработка сигналов» (Пайн Маунтэйн, штат Джорджия, США, 2002 г.), XXI международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008 г.), II Межвузовской научно-методической конференции «Шуйская сессия студентов, аспирантов, молодых ученых» (Москва-Шуя, 2009 г.).

Внедрение результатов исследования Результаты работы внедрены в следующие организации: Уральская государственная медицинская академия, научно-практический реабилитационный центр «БОНУМ», Институт физики металлов УрО РАН, Уральский государственный технический университет – УПИ имени первого Президента России Б.Н.

Ельцина.

Основные положения, выносимые на защиту:

- предложенная иерархическая структурно-функциональная модель процесса функционирования АСНИ в условиях вуза позволяет осуществить качественный, формализованный выбор структуры системы;

- разработанная методика расчета весовых коэффициентов потенциально эффективных продукционных правил блока логического вывода позволяет алгоритмизировать интеллектуализацию решения задач построения АСНИ;

- алгоритмическая модель функционирования системы логического вывода, реализованная в системе поддержки принятия решений, является основой создания нескольких автоматизированных систем для проведения научных исследований, требующих получения и аналитической обработки большого количества экспериментальных данных с повышенными точностными характеристиками в режиме реального времени.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Диссертация содержит 188 страниц машинописного текста, из них 129 страниц – основной текст, 30 рисунков, 4 таблицы, приложения. Библиографический список содержит 122 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены объект, предмет, цель исследований. Сформулирована научная проблема, основные направления и методология исследований. Кратко излагается содержание работы по главам.

В первой главе на основе анализа отечественной и зарубежной литературы по проблематике автоматизации научных исследований показано, что существующие АСНИ используются, в основном, в крупных научных центрах. Вузовская отечественная наука с такими системами практически не работает.

Имеющиеся АСНИ, не обладая свойствами многофункциональности и универсальности, мало пригодны для широкого использования в разнопрофильных вузах.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.