Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Литературный обзор 16
1.1 Анализ процессов синтеза фуллеренов как объекта исследования и обучения... 16
1.2 Обзор современных технологий синтеза фуллереновых наноматериалов 19
1.2.1 Описание искрового способа синтеза фуллереновой сажи 20
1.2.2 Характеристика электродугового способа синтеза фуллеренов 21
1.2.3 Совершенствование электродугового способа синтеза фуллеренов 22
1.2.4 Описание синтеза фуллеренов лазерным испарением графита 23
1.2.5 Описание синтеза фуллеренов пиролизом углерод содержащих соединений 24
1.3 Формализованное описание процессов синтеза фуллеренов электродуговым способом 26
1.4 Аналитический обзор современных тренажерных обучающих комплексов 30
1.4.1 Обзор тренажера для обучения управлению блоком электростанции средней мощности 32
1.4.2 Многотиповой тренажерный комплекс ТОРВЕСТ-УТКМ 33
1.4.3 Комплексный тренажер Северной водопроводной станции 34
1.5 Анализ сред для разработки систем дистанционного обучения 37
1.5.1 Обзор современных стандартов электронного обучения 37
1.5.2 Характеристика среды разработки среды обучения Blackboard Learn 40
1.5.3 Структура и функции среды Moodle 42
1.5.4 Обзор структуры и возможностей системы управления контентом Joomla...44
1.6 Программные среды для автоматизации решения задач регрессионного анализа
экспериментальных данных 46
1.6.1 Обзор возможностей среды CurveExpert 46
1.6.2 Характеристика среды Oakdale Datafit 47
1.6.3 Описание системы STADIA 48
1.7 Обзор систем управления базами данных и знаниями 50
1.7.1 Обзор средств и возможностей СУБД MySQL Server 51
1.7.2 Обзор функций СУБДБігеЬіМ 51
1.7.3 Характеристики СУБД Microsoft SQL Server 52
1.8 Анализ сред для разработки проблемно-ориентированного программного обеспечения 53
1.8.1 Обзор пакета сред разработки Microsoft Visual Studio 53
1.8.2 Обзор среды разработки Borland C++ Builder 54
1.8.3 Обзор среды разработки Borland Delphi 55
1.9 Постановка задач обучения управлению процессами синтеза фуллеренов 56
Выводы по главе 1
ГЛАВА 2 Структура программно-алгоритмического тренажерного комплекса и описание компонентов 59
2.1 Проектирование функциональной структуры программно-алгоритмического тренажерного комплекса 59
2.3 Информационное обеспечение и интерфейс связи программного комплекса с базой данных и базой знаний 63
2.4 Структура редактора базы данных и базы знаний 69
2.5 Структура редактора тестов и учебного контента 72
2.6 Структура библиотеки математических моделей 73
2.7 Разработка структуры гибридной интеллектуальной подсистемы 75
2.8 Модуль генерации нештатных ситуаций 80
2.9 Разработка структуры математического обеспечения 81
2.9.1 Описание структуры математической модели процесса синтеза фуллеренов 2.9.2 Алгоритм расчета показателей качества процессов синтеза фуллеренов и параметров теплопередачи 85
2.9.3 Анализ адекватности математической модели 87
2.10 Определение языковых средств синтеза программно-алгоритмического тренажерного комплекса. Характеристика лингвистического обеспечения 89
2.11 Разработка модуля настройки пользовательского интерфейса 90
2.12 Классификация программного обеспечения и структуры ядра программного комплекса 91
2.13 Характеристика используемых методов и средств защиты информации в программном комплексе 95
2.14 Разработка структур пользовательских интерфейсов программного комплекса
2.14.1 Формирование структуры интерфейса администратора базы данных 96
2.14.2 Формирование структуры интерфейса инженера по знаниям 98
2.14.3 Формирование структуры интерфейса инструктора 99
2.14.4 Формирование структуры интерфейса обучаемого 101
2.14.5 Характеристика комбинированной структуры интерфейсов 102
2.14.6 Разработка UML-диаграммы прецедентов использования программного комплекса 104
2.14.7 Составление матрицы распределения прав доступа 105
Выводы по главе 2 106
ГЛАВА 3 Тестирование и апробация программно-алгоритмического тренажерного комплекса 107
3.1 Подготовка дистанционного обучения и тестирования 108
3.1.1 Формирование обучающего контента 108
3.1.2 Формирование тестов
3.2 Описание принципов конфигурации моделируемого процесса синтеза фуллеренов для активного обучения 114
3.2.1 Подготовка справочников 117
3.2.2 Тестирование подсистемы для управления данными об оборудовании 119
3.2.3 Тестирование подсистемы управления данными о сырье 120
3.2.4 Процесс формирования знаний в базе знаний 120
3.2.5 Формирование математического обеспечения для моделирования процессов синтеза фуллеренов 121
3.3 Тестирование пассивного режима обучения. Процесс тестирования компетенций обучаемых 122
3.4 Тестирование активного режима обучения. Обучение управлению процессами синтеза фуллеренов при нештатных ситуациях 123
3.4.1 Обучение в режиме нештатных ситуаций 124
3.4.2 Тестирование режима обучения оптимальному управлению 125
3.5 Протоколы обучения 129
Выводы по 3 главе 132
ГЛАВА 4 Результаты тестирования и апробации программно алгоритмического тренажерного комплекса 134
4.1 Описание технических и организационных показателей качества функционирования программно-алгоритмического тренажерного комплекса 134
4.2 Выявленные преимущества и недостатки программно-алгоритмического комплекса 140
Заключение 142
Список использованной литературы
- Описание искрового способа синтеза фуллереновой сажи
- Информационное обеспечение и интерфейс связи программного комплекса с базой данных и базой знаний
- Описание принципов конфигурации моделируемого процесса синтеза фуллеренов для активного обучения
- Выявленные преимущества и недостатки программно-алгоритмического комплекса
Описание искрового способа синтеза фуллереновой сажи
За основу большинство как Российских, так и зарубежных предприятий выбрали плазменный (электродуговой) способ в силу его сравнительно небольшой стоимости реализации и простого обслуживания, т.к. конструкция реактора фуллереновой сажи предусматривает меньшее количество составных частей и меньшее вакуумируемое пространство, в связи с чем случаев возникновения НС, связанных с разгерметизацией рабочей камеры, при реализации электродугового способа получения фуллереновой сажи гораздо меньше. Реактор Кречмера, хотя и не позволяет при его оригинальной реализации получать свыше 15% фуллеренов в саже, как установка ФТИ им. Иоффе, но экономический эффект достигается снижением затрат на материально-энергетические ресурсы, что становится решающим фактором для предприятий в настоящее время (стоимость ресурсов увеличивается из года в год) [26].
В электродуговом способе используется традиционные механизмы синтеза фуллеренов, разработанные Кречмером и Хаффманом [28]. В результате термического распыления графитового электрода в электрической дуге, горящей в атмосфере гелия, образуется сажа, содержащая фуллерены, главным образом, фуллерены с числом атомов = 60 и 70.
С реактором Кречмера связана система управления по нескольким контурам (межэлектродное расстояние, температура дуги, давление буферного газа). Все параметры отображаются на дисплее АРМ оператора процесса.
Оператор наблюдает горение дуги с помощью видеосистемы (сигнал от видеокамеры, направленной в смотровое окно реактора поступает на обработчик изображения на АРМе).
АРМ оператора представляет ЭВМ с установленным прикладным программным обеспечением, которое осуществляет функции контроля, управления и визуализации процесса синтеза фуллереновой сажи.
В литературе известно большое количество работ, в которых детально описаны электродуговые реакторы для синтеза сажи. Однако во всех работах, посвященных описанию синтезу фуллеренов электродуговым методом, приводятся только параметры дуги и конкретные конечные результаты по выходу фуллеренов [29,30,31].
Вместе с тем отмечено отсутствие публикаций, в которых было бы уделено достаточно серьезное внимание вопросам оптимизации условий синтеза Сбо, С70, основанной на изучении влияния параметров электрической дуги и конструктивных особенностей реактора на выход фуллеренов. Отсутствие такого анализа во многом объясняет относительно низкое содержание (9-10% от веса сажи) фуллеренов в получаемой саже. Существенно более высокие показатели содержания фуллеренов в саже (13-15%) достигнуты в электродуговом реакторе Кречмера. К недостаткам установки следует отнести низкую производительность, поскольку конструкция позволяет испарять только один электрод и получать до 150 граммов сажи за один цикл испарения [31].
В основу конструкции электродугового реактора положены технологические решения, найденные ранее. Из-за различия условий в электрической дуге при синтезе фуллеренов, которые во многом отличаются, установка была модернизирована. В ее конструкцию были внесены изменения, которые предоставили широкие возможности для оптимизации условий испарения композитных электродов. Установка позволяет стабилизировать параметры дуги (ток, расстояние между электродами, скорость подачи стержня по мере его расходования), поддерживая их в течение всего процесса испарения электрода на постоянном уровне.
Дорогостоящим и неотъемлемым компонентом являются графитовые стержни. Материал стержней - графит средней плотности повышенной чистоты. Стержни считаются однородными по геометрическим характеристикам и физико-химическим свойствам. Чаще всего стержни не производят на предприятиях по синтезу фуллеренов, их поставляют под заказ другие предприятия; синтез фуллеренов происходит в гелиевой атмосфере. Основная роль гелия связана с охлаждением фрагментов, которые имеют высокую степень колебательного возбуждения, что препятствует их объединению в стабильные структуры [31].
Перед розжигом дуги производится подготовка рабочей среды. В реакторе создается вакуум -5-10 Па откачкой воздуха. Затем открывается клапан подачи гелия, давление в реакторе возрастает до (16-33) 10 Па. После этого клапан подачи гелия закрывают и включают насос для циркуляции газовоздушной смеси.
Для охлаждения реактора и подводящих проводов используется хладагент, циркулирующий между двойной стенкой реактора. Начальная температура хладагента составляет 283-290 К. В качестве хладагента используется чаще всего вода из-за ее небольшой стоимости. Нет необходимости в циркуляции хладагента. Вода поступает из водопровода без предварительной обработки и охлаждения. Иногда возможно добавление в воду противокоррозионных веществ. Нагретая в результате теплообмена вода выносится в канализацию. Расход воды регулируется клапаном. Насос хладагента позволяет создавать давление в охлаждающей системе до470-103Па.
Целевым продуктом 1 стадии синтеза фуллеренов является фуллереновая сажа с содержанием фуллеренов С60 14% и С7о 4%. Также в фуллереновой саже содержатся другие фуллерены (от сверхлегких - С12) до тяжелых (с числом атомов углерода 70).
На стадии растворения и выпаривания сажи (экстракции чистых С60 и С7о) целевыми продуктами являются фуллерены Сбо и С70- После реактора для выделения нанотрубок целевым продуктом являются углеродные нанотрубки.
В среде гелия между двумя графитовыми электродами пропускается постоянный ток. Температура дуги достигает 4200К. По мере выгорания анода его сопротивление снижается, следовательно, сила тока увеличивается. Поэтому, АСР температуры дуги постоянно корректирует вольт-амперную характеристику. Если такой АСР в процессе нет, оператор корректирует вручную [32, 33].
В работе представлена одна из реализаций реактора Кречмера (см. рисунок 8). Хладагент не циркулирует в системе (только проходит через двойную стенку реактора и выносится из системы) и не охлаждается, а гелий, как более дорогой компонент - циркулирует в системе и выносит в сажесборник синтезируемую сажу. Фильтр очищает газовоздушную смесь от остатков сажи для предотвращения ее попадания в насос. В системе возможна установка нескольких последовательно соединенных сажесборников для повышения эффективности сбора и фильтрации синтезируемой сажи.
Поэтому за основу при разработке математической модели процесса синтеза фуллеренов и проектировании функциональной структуры программного комплекса тренажера автором выбран электродуговой способ синтеза фуллереновой сажи. Для формирования требований и перечня компонентов структуры программного комплекса произведен анализ современных систем компьютерного моделирования для подготовки специалистов управлению сложными промышленными объектами.
С появлением высокоэффективных компьютерных мультимедиа-технологий, интерактивных обучающих комплексов, сред разработки дистанционных образовательных курсов еще в начале 90-х ставилась задача развития индустрии программных обучающих систем в сторону высокотехнологичной сложной химико-технологической промышленности, а также для подготовки пилотов, машинистов, водителей (чей уровень подготовки связан с большим количеством человеческих жизней) [34, 35]. К сожалению, только спустя 10 лет в XXI появилась возможность «воплотить в жизнь» теоретические аспекты, сформированные ранее. Причиной этому были недостаточные вычислительные мощи и технологическое оснащение автоматизированных рабочих мест (АРМ) обучаемых [36]. Даже сейчас использование технологий виртуальной реальности, 3D-технологий, синтез полноразмерных тренажерных систем ограничиваются большими затратами и характерны только для больших корпораций.
Информационное обеспечение и интерфейс связи программного комплекса с базой данных и базой знаний
Размер БД обучающей системы в ходе формирования данных и знаний, наращивания структуры, возрастает. Современная версия MySQL Server позволяет хранить данные размером до 4096 Мб в одной таблицы типа innoDB, что значит способность БД накапливать данные и знания более 100 тыс. технологических линий и использовать программный комплекс для обучения около 500 тыс. человек одновременно, что на практике не осуществимо.
Структура редактора базы данных и базы знаний Редактор БД и БЗ реализует интерфейс администратора БД и инженера по знаниям и выполняет функции по управлению данными и знаниями. Редактор БД и БЗ обладает полным перечнем инструментария, позволяющим: - формировать новые данные (и модифицировать существующие) об оборудовании (геометрические и технические характеристики, метаданные), сырье (физико-химические свойства), целевых продуктах (количественно-качественные характеристики и физико-химические свойства), учетных записей пользователей (обучаемых); - хранить математическое описание процессов синтеза фуллеренов, используя библиотеку математических моделей и данные о процессе, имеющем место на предприятии векторов Q , В , К, S, Р; - аккумулировать знания экспертов о потенциальных нештатных ситуациях на процессах синтеза фуллеренов, их причинах возникновения и рекомендации по устранению, на основе которых формируется сообщение обучаемому при обучении в режиме НС;
Структура редактора БД и БЗ программного комплекса Парольная защита обеспечивается при аутентификации - процедуре, принимающей персональные данные пользователя и определяющей его привилегии (права) на использование интерфейсов программного комплекса, т.к. каждый из пользователей включен в одну из групп (Администратор БД, Инженер по знаниям, Преподаватель, Обучаемый).
Через модуль настройки защиты на аппаратном уровне выполняется привязка редактора БД и БЗ к внешнему носителю (к серийному номеру), что исключает его несанкционированное использование. Серийный номер устройства хранится в файле конфигурации в зашифрованном виде. При попытке запуска редактора БД и БЗ с пустым значением ключа, относящегося к зашифрованному серийному номеру устройства, система выдаст сообщение об ошибке так, как и в случае с неверным значением ключа (если исполняемый файл редактора БД и БЗ был перемещен на другой носитель).
Модуль шифрования и хеширования выполняет криптографические функции по отношении к персональным данным. Для шифрования/расшифровки данных, сохраняемых в БД используется последовательность алгоритмов, включающая 32-битный RSA (RSA х32), а также уникальные алгоритмы, реализованные разработчиком программного комплекса. При входе в приложение, пользователь вводит персональный пароль. Для аутентификации используется хеш пароля MD5. Пароль хранится в БД в виде «соленого» хеша по стандартам CMS «Joomla!».
Таким образом, разработана двухуровневая защита данных и знаний от несанкционированного использования - с привязкой к внешнему носителю и парольная защита.
Инженер по знаниям, в качестве звена между БЗ и экспертом по знаниям, управляет знаниями о потенциальных нештатных ситуациях на процессах синтеза фуллеренов через редактор БЗ (подсистему управления БЗ).
Подсистема управления БЗ включает: - справочник НС, в который аккумулируются НС с указанием конкретного ранее скомпонованного процесса синтеза, технологического параметра 71 инициатора НС и интервала возникновения НС. Возможны четыре интервала значений технологического параметра - LL, L, Н, НН. LL - нижнее аварийное значение, L - нижнее значение, Н - верхнее значение, НН - верхнее аварийное значение; - справочник причин возникновения НС. К каждой из причин возникновения НС указывается технологический параметр - инициатор причины и интервал, в котором должно присутствовать значение параметра для идентификации гибридной интеллектуальной подсистемой и причины возникновения НС; - справочник рекомендаций. Для каждой из рекомендации устанавливается вес (ее порядок по отношению к остальным рекомендациям); - модуль сборки логических цепочек НС - причины - рекомендации.
В подсистеме управления данными о процессах администратор БД (или инженер по знаниям) формируют сведения о технологическом процессе, а именно: - наименование процесса синтеза фуллеренов; - оборудование, функционирующее на моделируемом процессе; - критериальные показатели процесса синтеза фуллеренов (Q, В); - сырьевые компоненты (включая их физико-химические свойства), используемые в процессе; - получаемые целевые продукты (включая их физико-химические свойства и требования к качеству и количеству). Подсистема поиска оборудования предназначена для выбора из БД по техническим и геометрическим характеристикам оборудования из БД. Общие справочники используются повсеместно и содержат справочные данные.
Библиотека математических моделей позволяет формировать математическое описание процесса синтеза фуллеренов и содержит математические зависимости в отношении к конкретному моделируемому процессу в строковом формате. Включает список математических зависимостей, описывающих конкретный процесс (корреляции вольт-амперной характеристики и температуры дуги, давления газовоздушной смеси, температуры дуги и выхода фуллерена С60 и т.д.).
Данные о сырьевых компонентах формируются в подсистеме управления данными о сырье. В процессе синтеза фуллеренов возможны три вида сырья: графитовые стержни, с геометрическими характеристиками, хладагент и одноатомный рабочий газ с физико-химическими свойствами.
Редактор БД и БЗ сформирован отдельным приложением (программным продуктом), доступ к которому имеет узкий круг лиц, т.к. через редактор БД и БЗ происходит управление данными обо всех объектах программного комплекса, а также знаниями о нештатных ситуациях моделируемых процессов синтеза фуллеренов. 2.5 Структура редактора тестов и учебного контента
Выполненный в интерфейсе преподавателя в виде веб-сайта редактор тестов и учебного контента выполняет следующие функции: - формирование курсов лекций и календарного плана обучения устанавливая для каждой из лекций срок доступности. Таким образом, обеспечивается последовательность обучения; - формирование тестов для определения уровня компетенции учащихся. При этом возможны следующие варианты постановки вопросов: множественный ответ, одиночный ответ, свободный ответ; - просмотр протокола тестирования во временном разрезе по каждому из обучающихся; - экспорт протокола тестирования в различные форматы данных; - оповещение обучаемых о тестировании.
Описание принципов конфигурации моделируемого процесса синтеза фуллеренов для активного обучения
Большая часть материалов для постановки дистанционного обучения управлению процессами синтеза фуллеренов изъята из научных источников, а также источников программы повышения квалификации специалистов промышленных химических производств наноматериалов различного функционального назначения в области автоматизированного проектирования, обработки информации, управления и обучения персонала.
Переработанный материал разбит на курсы, курсы на лекции. Сформирована структура контента с содержанием текстовой, графической, медиаинформапии и ссылками на внешние источники [99, 100].
После приобретения обучающей системы (официальное название программного комплекса - «FullerDLS») предприятие получает сконфигурированный веб-ресурс, файл БД и БЗ «fullerdb.sql», на основе которого разворачивается готовая БД и БЗ на выделенный сервер БД и учетные данные администратора БД.
В обязанности администратора БД входят работы по разворачиванию БД и БЗ, веб-ресурс, управлению учетными записями пользователей.
Администратор добавляет в систему учетную запись преподавателя (инструктора), который в дальнейшем будет работать над формированием обучающего контента и тестов. Управление учетными записями ведется в отдельном компоненте системы «Менеджер пользователей».
Менеджер пользователей представляется эргономичным интерфейсом и использованием функций по управлению доступом пользователей. Возможно временное отключение пользователя, внесение пользователя в одну (в случае с обучаемым) или несколько (в случае с инженером по знаниям или преаодавателем) групп.
При назначении прав доступа используется принцип наследования прав. Иерархия прав и принцип наследования прав устраняет неудобства переназначения прав и упрощает процедуру назначения прав. Поэтому, например, если один из пользователей является автором (одной из лекций или курса), то он автоматически становится редактором (лекции или курса). Вложенность групп в иерархии -неограниченная.
Неограниченной является вложенность категорий материалов лекций (или курсов лекций), но на практике не используется уровень вложенности 2.
Используемый компонент для управления контентом - «К2» - одно из самых используемых вебмастерами расширений для «Joomla!». Стандартный компонент для управления контентом не способен решить многие прикладные задачи, решение которых требуется для качественной организации дистанционного обучения и работы с веб-ресурсом.
Для формирования лекции используется редактор К2.
Преимуществом платформы «Joomla!» над большинством других CMS и LMS является возможность формирования материала (лекции) на нескольких языках - мультиязычность. Поэтому обучаемые из разных стран могут быть внесены в одну группу и обучаться, используя материалы родного языка. Категория - выбирается из предопределенного списка. Каждый материал (лекция) входит в состав категории (курса лекций). Флаг «избранное» - специфический атрибут. Используется в исключительных случаях, когда следует размещение материала на главной странице сайта. Флаг «опубликовано» - используется для временного снятия материала (лекции) с публикации. Снятая с публикации лекция недоступна обучаемым, но доступна через панель управления преподавателю. Преподаватель снимает флаг «опубликовано», если желает «закрыть» лекцию, редактирует лекцию, затем устанавливает флаг «опубликовано». Язык - выбирается из списка доступных языков. Атрибут означает язык, на котором сформирована лекция. Joomla поддерживает неограниченное количество языков. Автор - выбирается из списка. Возможна ситуация, когда администратор БД исполняет обязанности преподавателя (инструктора) и согласованно с ним редактирует лекцию. После редакции выбирается преподаватель, отвечающий за материал лекции.
Псевдоним автора - необязательный атрибут, т.к. у автора может псевдоним отсутствовать.
При установке типа формирования вопросов - по умолчанию, система предоставляет инструменты для выбора очередности следования вопросов. При установке типа - случайно, система при тестировании случайным образом выберет вопросы из общего числа вопросов в категории. Таким образом, чем больше вопросов в категории, тем меньше вероятность формирования одинаковых вопросов для двух и более тестируемых.
Утверждение, что чем больше вопросов, тем точнее результат определения уровня компетенции, имеет две стороны. С одной стороны, это действительно так.
Но есть и другой фактор: чем больше вопросов, тем меньше внимания пользователь уделяет каждому из них, и после определенного критического момента он начинает отвечать «кое как». Это не говоря о том, что часть пользователей большое количество вопросов может смутить настолько, что они даже не попытаются думать над оставшимися.
Тип доступа - открытый (для всех желающих в виде викторины) и закрытый (только для участников). Доступ к закрытому тесту участника возможен только в том случае, если он заркгистрирован в системе, текущая дата лежит в интервале дат публикации конкретного теста и участнику назначен этот тест.
Флаг «одноразовый» - означает кол-во попыток, данное на прохождение конкретного теста. Если флаг установлен - участнику дается одна попытка пройти тест. После прохождения теста, он больше не будет доступен участнику. Если флаг снят - на прохождение теста дается неограниченное количество попыток.
Время тестирование - максимальное время, выделенное на тест. Флаг «показывать результаты тестирования при завершении» - управляет показом результатов прохождения теста при завершении тестирования или скрывает результаты от тестируемого.
Разбивка на страницы - инструмент, разбивающий для удобства тестирования вопросы по страницам веб-документа (пагинация). Эффект слайдов - при переходе со страницы на страницу тестируемый увидит плавный переход между страницами. Кол-во вопросов на страницу при разбивке - количество генерируемых системой тестирования вопросов на страницу при установке разбивки на страницы. Дата начала публикации - дата, начиная с которой тест будет доступен для прохождения. Дата окончания публикации - дата, начиная с которой тест не будет доступен для прохождения. После формирование метаданных теста (добавления теста в систему) преподаватель формирует вопросы к тесту в редакторе вопроса.
Редактор вопроса имеет такую же, как и редактор обучающего контента, панель инструментов, позволяющую добавлять к вопросу информацию любого вида: текстовую, графическую, видео-, аудиоматериалы, презентацию и т.д.
Выявленные преимущества и недостатки программно-алгоритмического комплекса
В результате нагрузочного тестирования и апробации программного комплекса для обучения управлению процессами синтеза фуллеренов выявлены особенности в работе системы: - ошибка при моделировании процесса получения фуллеренов достаточна мала ( 7%) для выполнения задач подготовки специалистов, поэтому работу математического обеспечения следует считать эффективной; - чем меньше знаний о НС в БЗ, тем менее эффективен процесс подготовки специалистов управлению промышленным оборудованием с использованием программного комплекса; - при тестировании обучаемого преподаватель должен быть точно уверен, что обучаемый проходит тестирование самостоятельно и не пользуется сторонней помощью и материалами лекций, поэтому важна грамотная организация процесса тестирования; - при работе на мнемосхеме, также следует учесть, что обучаемому могут оказать помощь другие участники.
При исследовании характеристик потоков данных при различных факторах, (количества обучаемых, характеристик сети и оборудования) установлены зависимости: - сетевого трафика, Мб/ч от одновременного числа обучаемых в различных режимах обучения (таблица 26); - среднего времени обработки SQL-запросов, мс от режима обучения и одновременного числа обучаемых (таблица 27); - загрузки веб-сервера и сервера БД, % от одновременного числа обучаемых в различных режимах обучения (таблица 28). 135 Таблица 26 - Результаты исследования зависимости сетевого трафика, Мб/ч от одновременного числа обучаемых в различных режимах обучения Одновременноечислообучаемых Режимы обучения
Обучение по материалам электронного курса Тестирование компетенций обучаемых Обучение управлению при НС Обучениеоптимальномууправлению
Результаты исследования зависимости среднего времени обработки SQL запроса, мс от одновременного числа обучаемых и режима обучения Одновременноечислообучаемых Режимы обучения
Обучение по материалам электронного курса Тестирование компетенций обучаемых Обучение управлению при НС Обучениеоптимальномууправлению
Результаты исследования зависимости загрузки веб-сервера и сервера БД, % от одновременного числа обучаемых в различных режимах обучения Одновременноечислообучаемых Режимы обучения Обучение по материалам электронного курса Тестирование компетенций обучаемых Обучение управлению при НС Обучениеоптимальномууправлению При исследованиях использовались аппаратные средства с конфигурацией серверной и клиентской частей, характеристика которых приведена в таблицах 30 и 31, соответственно, и характеристиками сети, указанными в таблице 29.
Средняя вероятность потери пакета, инициализации повторной отправки 0,05 Тестирование работы программного комплекса на различных программных платформах и техническом оснащении ЭВМ выявило минимальные требования, предъявляемые к техническому и программному обеспечению [106] серверной части обучающей системы и АРМ обучаемого (таблица 32, 33).
Таблица 30 - Характеристика минимальных требований к аппаратному обеспечению сервера для функционирования «FullerDLS» Характеристика Значение Примечание Центральный процессор (ЦП) Intel Xeon Е5620 Процессор средней мощности и оптимального энергопотребления для серверных станций Тактовая частота ЦП, МГц 2400 Количество тактов (операций), которые может совершать в секунду процессор Кол-во ядер, шт / потоков, шт 4/8 Кол-во ядер на одном процессорном кристалле и максимально возможное количество выполнения операций на одном ядре процессора. Разрядность ЦП, бит 64 Битность набора команд ЦП
Техпроцесс, нм 32 При производстве п/п интегральных микросхем применяется фотолитография и литографическое оборудование. Разрешающая способность (в мкм и нм) этого оборудования (т. н. проектные нормы) и определяет название применяемого конкретного технологического процесса.
Объем Кеш-памяти 2 уровня, Мб 16 Промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью. Доступ к данным в кэше осуществляется быстрее, чем выборка исходных данных из более медленной памяти или удаленного источника, однако ее объем существенно ограничен по сравнению с хранилищем исходных данных.
Объем Кеш-памяти 3 уровня, Мб 48 Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может быть очень большим - более 24 Мбайт. L3 медленнее предыдущих кэшей, но все равно значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах находится в общем пользовании и предназначен для синхронизации данных различных L2.
Объем оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), Мб 4096 Общий объем оперативного запоминающего устройства. ОЗУ состоит физически из 1 модуля расширения, функционирующего на частоте 1333 мегагерц.
Продолжение таблицы Характеристика Значение Примечание Частота работы ОЗУ, МГц 1600 Частота работы физического модуля ОЗУ в ЭВМ Внешнее запоминающее устройство (жесткий диск) 120Гб, 7200rpm Носитель информации, предназначенный для записи и хранения данных. В основе работы запоминающего устройства может лежать любой физический эффект, обеспечивающий приведение системы к двум или более устойчивым состояниям.
Сетевой контроллер (стандарт) 100BaseX Периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. Таблица 31 - Характеристика минимальных требований к программному обеспечению сервера для работы программного комплекса Характеристика Значение Примечание Операционная система Linux 3.7.10 Системы семейства FreeBSD / Linux в большей степени подходят для формирования веб-сервера и сервера БД СУБД MySQL Server 5.5 Свободная реляционная система управления базами данных Apache / Версия РНР Apache 2.2.22/5.3 Препроцессор гипертекста Joomla! Joomla! 2.5.11 Stable Свободная система управления контентом Таблица 32 - Характеристика минимальных требований к программному обеспечению АРМ обучаемого для работы программного комплекса Характеристика Значение Примечание
Операционная система Microsoft Windows ХР или SUSE Linux 10.1 программный комплекс является кроссплатформенным программным продуктом Офисный пакет Microsoft Office 2003 Набор приложений, предназначенных для обработки электронной документации. Веб-браузер Microsoft Internet Explorer 7.0 Программное обеспечение для просмотра веб-сайтов, то есть для запроса вебстраниц (преимущественно из сети), их обработки, вывода и перехода от одной страницы к другой. Таблица 33 - Характеристика минимальных требований к аппаратному обеспечению АРМ обучаемого для работы пограммного комплекса Характеристика Значение Примечание
Центральный процессор Intel Atom Процессор для портативных устройств (ноутбуков, нетбуков) нового поколения с низким энергопотреблением.
Тактовая частота центрального процессора, МГц 1500 Количество тактов (операций), которые может совершать в секунду процессор
