Інші переходи блоковані. Складна умова вибору декількох дій може бути реалізована на основі набору простих переходів (так/ні) (рис.2,в). Група альтернативних дій, що можуть послідовно виконуватися в будь-якому порядку, має графічну структуру і відповідну інтерпретацію у вигляді мережі Петрі, показану на рис.2,г.
На рис.2,г альтернативні дії позначені Д1, ..., Дn. Для їхньої інтерпретації використовуються переходи t1, ..., tn, а також вводиться додатковий перехід tn+1, що спрацьовує по факту виконання всіх альтернативних дій. Для забезпечення вимоги "не зациклення" виконання мережі Петрі використовуються позиції p2, ..., pm-1 зі стримуючими дугами.
Крім зазначених на рис.2,а-г основних елементів, для побудови ПД необхідні ще два. Один - це елемент, з якого починається ПД. У мережі Петрі, що інтерпретує ПД, він відображується місцем ро. Вхідних переходів не має (рис.2,д).
Другий додатковий елемент – це елемент кінця ПД. Відображується місцем рк. вихідних переходів не має (рис.2,ж).
Зовнішнім джерелом, що впливає на пересування фішки, є людина. Основними вимогами до мережі Петрі, що інтерпретує план дій, є вимоги безконфліктності, безпеки і досяжності. Виключенням є мережа Петрі, що інтерпретує групу альтернативних дій. У цьому випадку контролюються початкова p1 і кінцева pm позиції.
Формальне моделювання плану дій у вигляді інтерпретації мережі Петрі саме по собі малокорисне. Однак, аналіз системи, яка моделюється, за допомогою аналізу мережі Петрі, дозволяє глибоко проникнути в її поводження. Аналіз мережі Петрі дозволяє одержати інформацію про властивості конкретної мережі Петрі: безпеки, безконфліктності, зберігаємості, активності, досяжності і покривання.
Таким чином, отримано математичний опис структури плану дій у вигляді інтерпретуючої мережі Петрі, аналіз якої дозволяє усувати помилки на етапі конструювання планів дій будь-якої складності.
Структуру і складові ПД необхідно представити у вигляді структури даних для комп'ютерної реалізації. Будь-якій дії відповідає в ПД ім'я і текст дії. Умові – ім'я і текст умови.
Для побудови моделі даних використовуємо ієрархічну організацію даних. На рис.3 представлена частина загальної бази даних, що задає тільки один з множини ПД. Гілка 1 представляє набір рядків тексту, що описує вихідний стан і ціль ПД. Гілка 2 веде до набору рядків текстів дій або умов з іменами у вигляді: Дi.<текст> або Уi.<текст>.
Гілка 3 задає структуру ПД, що представлена у вигляді текстових рядків з окремих імен або груп імен Дi або Уj,, з'єднаних стрілками переходів.
На першому рівні підструктури 3 розміщені рядки структури ПД. На наступному рівні кожен рядок структури розбивається на групи з окремих Д-У або об'єднаних в альтернативні набори у квадратних дужках. Причому список номерів елементів групи відповідає номерам текстових рядків Д-У по гілці 2 (зв'язок штриховою лінією).
На наступному, третьому рівні розміщені окремі номери елементів групи, у яких зазначене значення позиції в текстовому рядку, де розміщене дане Дi чи Уj.
Кожен план дій розміщується в окремій, представленій на малюнку, структурі даних. Для введення ПД у комп'ютер він може бути представлений текстовим файлом, у якому присутні рядки для всіх трьох складових моделі даних.
Рис.3. Структура даних плану дій
Представлена структуризація ПД дозволяє реалізувати сценарій комп'ютерного місця автора ПД для введення ПД галузевим фахівцем.
Для організації контролю знань введеного в комп'ютер ПД, на базі структури даних створюється сценарій діалогу з фахівцем по пред'явленню йому ПД у вигляді, що вимагає навчальних дій і демонструє його знання.
В автоматизованій системі навчання та контролю знань плавскладу, яка розглянута в четвертому розділі, реалізований сценарій наступного виду.
Після пред'явлення тексту, що містить назву ПД, опису вхідного стану об'єкта керування і мети, з'являється "німа" структура ПД, тобто структура без імен дій-умов. Крім того, пред'являються тексти Д-У без імен у випадковому порядку.
Сценарій вимагає послідовно вказати дію чи умову, ім'я яких необхідно розмістити в даному місці структури ПД.
Якщо Д-У зазначені правильно, то Дi або Уj виводиться, додаються очки до оцінки і з'являється запит по наступному Д-У. Якщо Д-У зазначено невірно, то додаються штрафні очки і після двох помилкових дій пред'являється підказка, а правильне Д-У вставляється в структуру.
У четвертому розділі викладені практичні результати, отримані при розробці інтегрованої комп'ютерної системи сертифікації плавскладу.
Система "Автоматизоване місце навчання і контролю плавскладу” (АМОК ПС) призначена для комп'ютерного ведення учбово-контролюючого процесу в локальній мережі ПЕОМ під DOS чи WINDOWS 95 (98) для всіх категорій фахівців судів торгового флоту з використанням убудованих підсистем контролю знань документів і інструкцій, планів дій і підсистеми тренажерних ігор.
Основними задачами автоматизованої системи навчання і контролю плавскладу є підтримка високого рівня знань і умінь плавскладу, навчання й об'єктивної оцінки цих знань за допомогою комп'ютерних засобів навчання і контролю.
Комп'ютерна система навчання і контролю забезпечує:
- донесення до фахівців актуальних знань (регламентуючих і навчальних документів і постанов) у вигляді курсів контролю знань, ситуаційних тестів та ін. з рівнем якості, забезпеченим найбільш кваліфікованими фахівцями галузі;
- можливість самопідготовки і самоконтролю на своєму робочому місці в умовах, аналогічних офіційній атестації на сертифікації кожного фахівця;
- об'єктивізацію оцінювання навчальної діяльності з урахуванням і в межах вимог посадової інструкції;
- підвищення якості рішення питання про дипломування за рахунок більшої інформованості про рівень кваліфікації фахівця;
Основними перевагами такої системи навчання і контролю знань є:
- наявність автоматизованої системи обліку і збереження даних про підготовку атестації моряків;
- об'єктивність при визначенні вимог до об'єму знань плавскладу в залежності від вхідних параметрів фахівця (категорія плавскладу, тип судна, посада і т.д.);
- базування на актуальній нормативно-технічній і учбово-методичній документації.
Система реалізує автоматизований контроль знань за допомогою відповідей фахівців на питання з вибором правильної відповіді з декількох альтернатив. Для вироблення і перевірки умінь і навичок діяльності плавскладу система включає ситуаційні тренажерні ігри (ТІ), а для вироблення оптимальної стратегії діяльності - підсистему контролю знань планів дій. Плани дій мають особливе значення зважаючи на високу інструктивність дій при керуванні судном.
Технологічне наповнення системи АМОК ПС базується на офіційних регламентуючих документах, а саме: посадових інструкціях, інструкціях з експлуатації, правилах і нормах, вимогах документів і рішеннях по організацію підготовки і дипломування моряків, знання яких обов'язково для одержання диплома (сертифіката), що підтверджує кваліфікацію фахівця.
Система АМОК ПС впроваджена в експлуатацію в Одеському морському тренажерному центрі. Передбачається її тиражування для самопідготовки на судах морського флоту. В даний час ця система використовується при перепідготовці й атестації плавскладу.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі отримані нові науково-обгрунтовані результати, що у сукупності є істотними для розвитку нових комп'ютерних технологій навчання і контролю знань фахівців, професійна діяльність яких пов'язана з безпекою життя на морі, збереженням майна і захистом моря від забруднень.
У результаті досліджень отримані такі наукові і практичні результати:
1. Розроблена методика структуризації керівних і навчальних документів для визначення необхідного об'єму і рівня знань плавскладу. Методика базується на аналізі нормативно-технічної й учбово-методичної документації, включеної в регламентуючі документи і посадові інструкції. На основі методики визначається необхідний об'єм і рівень знань фахівців в залежності від конкретного місця роботи і займаної посади.
2. На основі аналізу предметного середовища, пов'язаного з професійною діяльністю плавскладу, і дослідження даних, отриманих у результаті її структуризації, обґрунтована модель даних у вигляді деревоподібної ієрархічної структури, що є основою для побудови бази даних інтегрованої комп'ютерної системи навчання і контролю знань плавскладу.
3. Розроблено ефективний спосіб побудови багаторівневих меню вибору необхідного об'єму знань для інтегрованої системи навчання і контролю знань плавскладу, що дозволяє уникнути безлічі повторень даних і значно скоротити їхній об'єм.
4. На основі аналізу діяльності плавскладу по керуванню технічними засобами судів розроблена математична модель структури діяльності фахівця, представленої планами дій у вигляді мережі Петрі з деякими обмеженнями. На основі аналізу моделі визначений необхідний набір для комп'ютерного представлення планів дій у вигляді ієрархічної структури даних. Розроблена модель даних представлення ПД покладена в основу технічного завдання на розробку комп'ютерної діалогової оболонки для автоматизованого конструювання сценаріїв алгоритмічних описів діяльності плавскладу.
5. На основі досліджень автора і з його участю розроблена і впроваджена система "Автоматизоване місце для навчання і контролю плавскладу” (АМОК ПС). Система використовується в Одеському морському тренажерному центрі для контролю й атестації моряків різних спеціальностей. Компактність і мобільність системи забезпечує її використання не тільки в центрі підготовки, але і на судах для самопідготовки і самотестування.
Основні роботи, опубліковані за темою ДИСЕРТАЦІЇ
1. Пащенко Ю.В. Методика структуризации знаний для компьютерных систем обучения и контроля знаний // Моделювання та інформаційні технології: Зб. наук. пр. Інституту проблем моделювання в енергетиці НАН України. Вип. 4. - К., 1999. - С. 29-33.
2. Пащенко Ю.В. Структура базы данных плавсостава // Моделювання та інформаційні технології: Зб. наук. пр. Інституту проблем моделювання в енергетиці НАН України. Вип. 5. - К., 2000. - С. 18-23.
3. Пащенко Ю.В., Плетяный И.В. Подход к формальному описанию знаний при имитационном моделировании для технических средств обучения // Зб. наук. пр. Інституту проблем моделювання в енергетиці НАН України. Вип. 8. - К., 1999. - С.28-33.
У роботі, опублікованій у співавторстві [3], здобувачеві належить формування вимог до системи автоматизованого побудування імітаційних моделей засобів навчання при реалізації альтернативного, багаторівневого підходу до формального опису знань.
АНОТАЦІЇ
Пащенко Ю.В. Методи структуризації предметного середовища для комп'ютерної системи сертифікації плавскладу. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06. - Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. - Iнститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова НАН України, Київ, 2001.
Дисертація присвячена питанням підвищення ступеня автоматизації процесів підготовки, перепідготовки, атестації і сертифікації фахівців, що експлуатують судна цивільного флоту, професійна діяльність яких повинна забезпечувати безпеку життя на морі, збереження майна та захист моря від забруднень. Розроблено методику структуризації керівних і навчальних документів для визначення необхідного обсягу і рівня знань плавскладу. Визначено систему базових кваліфікаційних ознак для розробки структури бази даних інтегрованої комп'ютерної системи навчання і атестації. Розроблено спосіб побудови багаторівневих меню бази даних системи навчання та контролю знань плавскладу. Запропоновано структуру даних для побудови сценаріїв комп'ютерного контролю знань, планів дій. Розроблено методику побудови математичних моделей для аналізу планів дій у вигляді інтерпретації мережі Петрі.
Ключові слова: модель даних, база даних, сценарій контролю знань, комп'ютерні системи навчання.
Paschenko Y.V. Structuring methods of a subject environment construction for the computer system of the seafares certification. - Manuscript.
Thesis for a candidate's degree by speciality 05.13.06 - “Automated control systems and advanced information technologies ”. G.Pukhov's Institute of Simulation Problems in Power Engineering, National Academy of Science of Ukraine, Kiyv, 2001.
The dissertation is devoted to questions of increase of a degree of automation of processes of preparation, retraining, certification and certification of the experts maintaining of court of civil fleet, which professional activity should provide safety of life by the sea, safety of property and protection of the sea against pollution. The technique of construction of structures of the managing and educational documents for definition of necessary volume and level of knowledge the seafares is developed. The system of base qualifying attributes for development of structure of a database of the integrated computer system of training and control of knowledge the seafares is determined. The way of construction of the multilevel menus of a database of system of training and control of knowledge the seafares is developed. The structure of the scripts, given for construction, of the computer control of knowledge of the algorithmic descriptions of activity the seafares is offered. The technique of construction of mathematical models of the scripts of the control of knowledge of the algorithmic descriptions of activity the seafares as interpretation of a Petri net is developed.
Key words: data model, database, script of the knowledge control, computer systems of training and knowledge control.
Пащенко Ю.В. Методы структуризации предметной среды для компьютерной системы сертификации плавсостава. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06. - Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова НАН Украины, Киев, 2001.
Диссертация посвящена вопросам повышения степени автоматизации процессов подготовки, переподготовки, аттестации и сертификации специалистов, эксплуатирующих суда гражданского флота, профессиональная деятельность которых должна обеспечивать безопасность жизни на море, сохранность имущества и защиту моря от загрязнений. Проведены детальные исследования методов обучения и использования автоматизированных компьютерных систем обучения и контроля в сфере аттестации и сертификации плавсостава гражданского флота. Выявлены недостатки существующей системы аттестации и сертификации.
Проведена структуризация предметной среды профессиональной деятельности и системы переподготовки плавсостава, на основе которой получена базовая совокупность квалификационных признаков.
Разработана методика структуризации руководящих и учебных документов для определения необходимого объема и уровня знаний плавсостава.
Исходными данными для методики являются набор должностных инструкций, содержащих перечень нормативно-технической и учебно-методической документации, регламентирующей деятельность специалистов по каждой должности. Выходными данными методики является объем требуемых знаний, умений и навыков по каждой должности в виде ссылок на разделы регламентирующих и учебных документов. Введен также параметр важности для определения приоритета при создании соответствующего компьютерного средства обучения и контроля.
Разработанная совокупность квалификационных признаков положена в основу структуры базы данных интегрированной системы обучения и контроля знаний плавсостава для проведения сертификации и аттестации.
Анализ полученной структуры позволил обосновать и выбрать модель данных в виде древовидной иерархической структуры, которая является основой для разработки базы данных.
Предложен метод формирования базы данных, позволяющий исключить повторение одинаковых записей данных на различных уровнях иерархии, путем сведения всех возможных записей данных на каждом уровне в один общий список и использования системы ссылок при выборе необходимой группы.
На основе базовой совокупности квалификационных признаков создано многоуровневое пользовательское меню для управления базой данных. Квалификационные признаки являются главными уровнями иерархии системы меню, а элементы данных на каждом уровне могут быть подпунктами или конечными элементами главных пунктов системы меню.
Предложена структура данных для построения сценариев компьютерного контроля знаний алгоритмических описаний деятельности плавсостава.
На основании анализа предметной деятельности плавсостава выделено множество действий, групп действий и групп условий по управлению оборудованием. Эти элементы различаются по характеру, структуре и последовательности их выполнения. Разработана методика построения математических моделей сценариев контроля знаний алгоритмических описаний деятельности плавсостава в виде интерпретации сети Петри, которая позволяет устранить ошибки на этапе конструирования планов действий любой сложности.
На их основе созданы планы действий в виде именованных наборов текстов действий и условий, и их объединение в структуру, представляющую алгоритмическое описание деятельности обучаемого.
Для обеспечения правильности и корректности построенных структур планов действий на основе выделенных элементов необходимо поставить им в соответствие некоторую математическую модель. Наиболее приемлемой основой для использования в качестве модели планов действий являются сети Петри.
Ключевые слова: модель данных, база данных, сценарий контроля знаний, компьютерные системы обучения и контроля знаний.
| 
