Математическая морфология.
Электронный математический и
медико-биологический журнал. - Т. 10. -
Вып. 4. - 2011. - URL:
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-32-html/TITL-32.htm
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-32-html/cont.htm
УДК
623.76
МОДЕЛЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОЦЕНКИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СПЕЦИАЛИСТОВ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Ó 2011 г. Андреев С. Г., Герасимов
О. В.
В данной работе представлены обобщённая
структура и содержание модели автоматизированной оценки деятельности специалистов,
эксплуатирующих эргатические сложные технические системы различного назначения.
Разработка модели велась с применением системы
компьютерного моделирования MATLAB на основе пакетов Simulink и Fuzzy Logic Toolbox в интересах её использования в
программном обеспечении систем автоматизированной оценки сложных технических систем
с целью повышения качества оценки деятельности и уровня подготовленности
эксплуатирующих их специалистов.
Ключевые слова: модели автоматизированной
оценки деятельности специалистов, эргатические сложные технические системы.
На современном этапе
реформирования учебного процесса в учебных учреждениях различного типа
проблемным аспектом процесса подготовки специалистов сложных технических систем (СТС) является организация достоверной оценки действий
обучающихся в ходе проведения различных видов занятий. Анализ средств обучения
и оценки эргатических СТС специального назначения показал, что эта
аппаратура не способна учесть весь комплекс оценочных показателей за выполнение
процедур (операций) деятельности при выполнении специалистами своих функциональных
обязанностей, а, значит, она формирует оценку, не соответствующую реальному
уровню подготовленности последних. Исходя из этого возникает необходимость повышения
качества оценки специалистов СТС в целях повышения эффективности применения
этих систем по предназначению.
Одним из путей решения данной
задачи может выступить использование методики оценивания деятельности специалистов
СТС с определением уровня подготовленности, которая позволяет оценивать такие
характеристики их деятельности, как полнота (функционирование по определенной
программе, выполнение заданной совокупности действий), быстродействие
(функционирование, при котором осуществляемые операции работы выполняются в
пределах заданного интервала времени), надежность (функционирование, при
котором операция боевой работы выполняется с заданной погрешностью; вероятность
правильного решения задач) [4]. Однако заявленная методика может быть реализована
посредством разработки и последующего использования в программном обеспечении
систем автоматизированной оценки (САО) эргатических СТС специального назначения
соответствующей модели, основным предназначением которой будет улучшение
качества подготовки обучающихся за счёт повышения объективности оценки их
деятельности в ходе боевой работы при обстреле ВЦ и прирост эффективности использования
СТС.
В результате исследований,
проведённых в данной области, выявлено, что программное обеспечение
перспективных САО [1] должно обеспечивать учёт взаимосвязей между знаниями о
конкретно сложившемся состоянии модели, результатами функционально-системного
анализа индивидуальных характеристик человека-обучающегося и знаниями базы
данных учебных задач с целью выработки адекватных решений по осуществлению для
него эффективных управляющих воздействий.
Для выполнения этой функции, а также для получения данных от экспертов
должны быть предусмотрены инструменты, структурно входящие в состав модели,
позволяющие пополнять базу данных учебных задач, изменять существующие и
удалять устаревшие учебные задачи без излишних временных и функциональных
затрат.
Одним из главных требований к
программному обеспечению САО СТС является то, что используемая модель должна
обеспечивать объективное определение оценки за выполнение функциональных
обязанностей и определение уровня подготовленности обучающегося (за выполнение N-го
количества упражнений), как на этапе индивидуальной подготовки специалистов,
так и в ходе других этапов подготовки.
Таким образом, модель автоматизированной оценки деятельности специалистов
сложных технических систем, реализованная в
программном обеспечении САО эргатических СТС специального назначения, должна
строиться с учетом выполнения главной задачи контроля деятельности, которая
заключается в определении обоснованных, качественных частных и итоговых оценок
операторов по её результатам. Кроме того, работа модели должна основываться и
на оценочных показателях качества деятельности специалистов.
В проведённых ранее исследованиях определёно
применение математического аппарата, который позволит качественно решить эту
задачу – теория нечётких множеств. Это
связано с тем, что использование экспертной информации при формировании базы данных,
а также возможность проведения необходимых её изменений, обосновывают необходимость
разработки программного обеспечения перспективных САО эргатических СТС специального
назначения по принципу нечётких экспертных систем или с применением отдельных
элементов таких систем.
Для
моделирования оценки деятельности специалистов, эксплуатирующих СТС, может быть
использована система компьютерного моделирования (СКМ) MATLAB с применением пакета блочного ситуационного
моделирования Simulink, являющегося
главным расширением системы MATLAB, предназначенного для так называемого имитационного моделирования,
и пакета нечёткой логики Fuzzy Logic Toolbox,
который включает прикладные программы, относящиеся к нечёткой логике, позволяющие конструировать нечёткие (экспертные)
управляющие системы [3]. Следует отметить, что работа пакета Fuzzy Logic Toolbox базируется на фундаментальных
положениях и законах математики и нечёткой логики, описывающих моделируемые
явления и процессы, системы или устройства на некотором уровне их идеализации.
Это обстоятельство представляется удобным при моделировании нечётких экспертных
систем, используемых в современных СТС, которые структурно содержат блоки нечёткого
вывода (БНВ), представляющие собой нелинейные звенья, определяемые базой знаний,
и функционирующие на основе нечётких
продукционных правил и оптимального алгоритма нечёткого логического
вывода. Данный инструментарий позволяет без значительных временных затрат и
громоздких алгебраических выражений эффективно формализовать экспертные знания
рассматриваемой предметной области.
Методика оценивания деятельности специалистов СТС
с определением уровня подготовленности, может быть реализована за счёт
разработки и последующего использования в программном обеспечении САО
современных и перспективных СТС соответствующей модели [4] (рис. 1).
На рисунке 1:
s, t – типы входных переменных; g – количество входных переменных типа s; q – количество входных переменных типа t;y – входная
переменная, преобразованная к цифровому виду; i – количество операций (процедур) деятельности; X – частная оценка, за выполнение операции (процедуры)
деятельности; I, II, III – типы частных оценок; 
– итоговая оценка за цикл
деятельности; N – количество
выполненных циклов деятельности; 
– величина среднего
арифметического оценок за N-е количество выполненных циклов деятельности; 
, 
– критерии уровня подготовленности;
У – оценка уровня подготовленности; M – количество корректирующих упражнений; n – номер упражнения.
Предлагаемая модель в полной мере основывается на
базе данных предметной области, полученной с учётом требований директивных и
нормативных документов по организации подготовки
структурных подразделений, эксплуатирующих СТС, эксплуатационной
документации СТС и экспертных оценок специалистов эксплуатации этих систем.
Разработка модели, в
соответствии с известной методикой моделирования нечётких экспертных
управляющих систем, включает несколько этапов, в числе которых выбор механизма
разработки продукционных правил и вида базовых функций принадлежности входных и
выходных переменных [2].
Процесс моделирования оценки
уровня подготовленности специалистов СТС представляется возможным разделить на
шесть этапов:
I этап –
формирование оценки за качество выполнения операций (процедур) цикла
деятельности специалиста СТС;
II этап
– формирование оценки за цикл деятельности (в соответствии с требованиями
директивных и нормативных документов);
III этап
– формирование итоговой оценки за цикл деятельности j-го специалиста с учётом комплексных оценок, полученных с применением соответствующих
модельных модулей, на базе БНВ;
IV этап
– накопление и статистическая обработка результатов, полученных специалистом за
N-е количество циклов деятельности;
V этап –
формирование оценки уровня подготовленности j-го специалиста с использованием БНВ на базе выбранных критериев;
VI этап
– формирование интегральной оценки специалистов из состава структурного
подразделения.
Рисунок 1 – Обобщённая структура модели автоматизированной
оценки деятельности специалистов сложных технических систем
Использование данной модели в программном
обеспечении САО современных и перспективных эргатических СТС специального
назначения сводится к введению в неё необходимых исходных данных – оценочных показателей,
полученных в результате выполнения специалистами i-го
количества операций
(процедур) цикла деятельности при выполнении задач по предназначению.
Формируемые моделью частные, комплексные и итоговая оценки за цикл
деятельности, а так же оценка уровня подготовленности специалиста соответствуют
требованиям директивных и нормативных документов, и учитывают интересы предприятий-изготовителей
СТС. Всё это способствует расширению
диапазона контролируемых операций (процедур) цикла деятельности, выполняемых
операторами при обстреле ВЦ, и создают возможность организации эффективного
процесса формирования управляющих воздействий на специалистов во всём цикле их
подготовки, что в конечном итоге повысит эффективность использования СТС по
назначению.
Литература
1. Андреев С. Г. Возможности
применения положений теории нечетких множеств в интересах разработки нечёткой
модели оценки боевой работы
стрелков-зенитчиков / Вестник войсковой ПВО,
выпуск 1, Смоленск, ВА ВПВО ВС РФ. 2009. С. 17–22.
2. Андреев С. Г. Модель
оценки боевой работы стрелков-зенитчиков на тренажёрах ПЗРК с использованием
нечётких экспертных систем: дис… канд. техн. наук. Смоленск, ВА ВПВО ВС РФ,
2009. 219 с.
3. Дьяконов В. П. MATLAB R2006/2007/2008 + Simulink 5/6/7. Основы
применения. 2-е изд., перераб. и доп. М., СОЛОН-ПРЕСС, 2008. 800 с.
4. Методическое обеспечение
определения уровня подготовленности операторов БМ ЗРК БД с использованием
нечеткого моделирования в программном обеспечении систем автоматизированной
оценки современных и перспективных тренажеров: Отчет о НИР / ВА ВПВО ВС РФ.
Руководитель Герасимов О. В. Инв. №
6.6/2009-14. Смоленск. 2010.
74 с.
MODEL OF THE AUTOMATED ESTIMATION OF ACTIVITY
EXPERTS OF DIFFICULT TECHNICAL SYSTEMS
Ó 2011
г. Andreev S.G., Gerasimov
O.V.
In the given work the generalized structure and the maintenance of model
of the automated estimation of activity of the experts maintaining difficult
technical systems of different function are presented. Model working out was
conducted with application of system of computer modeling MATLAB on the basis
of packages Simulink and Fuzzy Logic Toolbox in interests of its use in the software
of systems of the automated estimation of difficult technical systems for the
purpose of improvement of quality of an estimation of activity and level of
readiness of experts maintaining them.
Key words: model of the automated estimation of activity
of the experts maintaining, difficult technical systems.
Академия
войсковой ПВО Вооруженных Сил РФ
им.
Маршала Советского Союза А. М. Василевского, г. Смоленск
Поступила в редакцию
4.10.2011