Разработка интеллектуального компьютерного комплекса для тренажа и моделирования сложных ситуаций в социо-организационных структурах Бельков, Сергей Александрович

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.

1. Выявлена проблематика современной образовательной среды, доопределены составляющие процесса компьютерного обучения, предложена кортежная модель тренажа, синтезирована простая рабочая модель образовательной системы.

2. 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

1. Предложен способ построения тезауруса системных знаний, необходимый при непосредственной практической разработке ИКК ТМСС.

2. 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.

2. Результаты моделирования процесса тренажа: компоненты современной образовательной среды, составляющие процесса компьютерного обучения и тренажа.

3. 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: