МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАЗНОРОДНЫХДАННЫХ (НА ПРИМЕРЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯОБРАЗОВАТЕЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат наук Фахруллина Альмира Раисовна

• Фахруллина Альмира Раисовна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Фахруллина Альмира Раисовна

Введение

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ И МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРЕДМЕТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ РАССМАТРИВАЕМОЙ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

1.1 Актуальность исследуемой проблемы

1.2 Анализ существующих методов по решению исследуемой проблемы

1.3 Анализ возможности организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем в рассматриваемой предметной области

1.4 Цели и задачи исследования

Результаты и выводы по главе

2.1 Определение основных интеграционных процессов разнородных данных и метаданных, с учетом особенности рассматриваемо предметной области

2.2 Разработка модели интеграционных бизнес-процессов рассматриваемой предметной области на примере вуза и предприятия

2.3 Формирование морфологической таблицы смежности рассматриваемых интеграционных процессов разнородных данных и метаданных

Результаты и выводы по главе

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОГРАММ, ПРОГРАММНЫХ КОМПЕКСОВ И СИСТЕМ

3.1 Разработка методики формирования математического и программного обеспечения рассматриваемой предметной области на примере вуза и предприятия

3.2 Комплексная модель программного обеспечения информационной среды

Результаты и выводы и результаты по главе

ГЛАВА 4 СТРУКТУРА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ РЕФЕРЕНТНОЙ МОДЕЛИ ОРГАНИЗАЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРОГРАММ, ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ И СИСТЕМ (НА КОНКРЕТНОМ ПРИМЕРЕ)

4.1 Разработка структуры программного обеспечения для реализации референтной модели

4.2 Специфические требования к аппаратно-программному комплексу для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем

4.3 Оценка эффективности разработки предметно-ориен-тированной информационно-управляющей системы

Результаты и выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Список сокращений и условных обозначений

АССТ - автоматизированная система содействия трудоустройству

ЕИП - единое информационное пространство

ЖЦ - жизненный цикл

ИО - информационный объект

ИУС - информационно-управляющая система

КЦ - координационный центр

ЛВС - локально-вычислительная сеть

ЛПР - лицо принимающее решение

НИОКР - научно-исследовательская опытно-конструкторская работа

НИР - научно-исследовательская работа

НОЦ - научно-образовательный центр

ООП - основная образовательная программа

ОПС - образовательно-производственная среда

ОУ - объект управления

ППС - профессорско-преподавательский состав СЭО - система электронного обучения СПО - среднее профессиональное образование

ФГОС ВО - Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования

ФОС - фонд оценочных средств

BPMS - Business Process Management System

CALS - Computer-Aided Acquisition and Lifecycle Support

PMBoK - Project Management Body of Knowledge

Moodle - Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment

Введение

Актуальность темы исследования. В настоящее время при проектировании программных систем широко используется математическое и программное обеспечение, позволяющее формировать информационное взаимодействие объектов между вузом и предприятием, образующих образовательно-производственную среду (ОПС) для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем с учетом выполнения условий идентификации и прослеживаемости. Однако для обработки множества разнородных данных и метаданных в программных системах ОПС требуется формализация и структурирование образующегося контента, учитывая при этом предметно-ориентированную направленность.

Большинство предметно-ориентированных программных систем настроено на применение web-портальных и кроссплатформенных технологий, позволяющих совмещать различные сервисы, в том числе в форме гетерогенного хранилища данных ОПС. Ряд web-портальных и кроссплатформенных технологий пополняются системами электронного обучения (СЭО), такими как Прометей, Educon, Mirapolis, AcademicNT, Sakai, MyWebCT, Moodle которые ориентированы на технологии web 2.0, системами управления проектами в соответствии со стандартом PMBoK (Microsoft Project, PM Expert, Битрикс, Projects Manager, 1С «Проектный офис», Teamcenter PLM «Управления проектами» и др.), системами автоматизации управления бизнес-процессами Horus (BPM-лаборатория Карлсруэ, Германия), а также системами электронного документооборота (WSS Docs, Дело, Евфрат, Lotus Notes). Такие web-портальные и кроссплатформенные технологии в большинстве представляют предметно-ориентированные информационно-управляющие системы (ИУС) и часто в организациях используются автономно, а не комплексно, при этом, не выполняя обработку разнородных данных и метаданных из условий идентификации и прослеживаемости информационных объектов.

Таким образом, актуальной проблемой становится исследование процессов унификации информации в программах, программных комплексах и системах при

проектировании предметно-ориентированной ИУС в соответствии международными стандартами ISO/IEC 15288 «Системная инженерия» и ISO 9001 «Система менеджмента качества», т. е. возникает вопрос разработки новых моделей и методов проектирования предметно-ориентированной ИУС на примере программного обеспечения ОПС, с применением системных моделей.

Степень разработанности темы. В своей работе автор опирается на труды отечественных и зарубежных ученых: в математического и программного обеспечения моделей интеграционных процессов разнородных данных, системного проектирования и разработки ИУС - А. В. Речкалова, Г. Г Куликова, А.П. Бельтюкова; в области информационных моделей данных - Н. И. Юсуповой, О. Н. Сметаниной, В.В. Миронова; в области управления и теории систем и системного анализа, распределенной обработки данных, а также управления процессами в открытом информационно-образовательном пространстве высших учебных заведений - А. Обервайза, Ю. Ф. Тельнова, Н. В. Тихомировой, Д. Ш. Султановой, М. Б. Гузаирова и др.; в области моделей передачи данных - А. Х. Султанова; в области менеджмента качества - У. Э. Деминга, У. Л. Шухарта, Б. Смита и др.; в области информационного и программного обеспечения поддержки жизненного цикла (ЖЦ) сложных систем - И. А. Кривошеева, А. И. Левина, Е. В. Судова, И. П. Норенкова и др.; в области менеджмента качества, моделирования и программной реализации бизнес-процессов - М. Хаммера, Дж. Чампи, Д. Росса, Г. Н. Калянова и др., в области построения и применения нечетких моделей, систем и их программной реализации Л. Заде и др.

Проведенным анализом, в рамках предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области, установлено, что при выявлении интеграционных процессов обработки, передачи и интеграции разнородных данных и метаданных, возникают специфические особенности, которые в недостаточной степени изучены, что требует исследований, направленных на разработку метода, методики, моделей формализации структуры контента программного обеспечения из условий идентификации и прослеживаемости.

Объектом исследования является математическое и программное обеспечение для проектирования предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области.

Предметом исследования являются предметно-ориентированные языки и методы системной инженерии, математического и программного обеспечения и средства их реализации для проектирования предметно-ориентированной ИУС.

Цель и задачи исследования.

Целью работы является повышение эффективности обработки, передачи и интеграции разнородных данных и метаданных в предметно-ориентированной ИУС исходя из условий идентификации и прослеживаемости на основе разработки математического и программного обеспечения ОПС. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих подходов и методов формирования структуры программного обеспечения предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области (соответствует п. 1 паспорта специальности).

2. Разработать метод формирования структуры программного обеспечения информационной среды на основе контента предметно-ориентированной ИУС для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем рассматриваемой предметной области (соответствует п. 1 и 3 паспорта специальности).

3. Разработать методику формирования математического и программного обеспечения для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем в предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области (соответствует п. 1 паспорта специальности).

4. Разработать комплексную модель программного обеспечения информационной среды предметно-ориентированной ИУС для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем рассматриваемой предметной области (соответствует п. 3 паспорта специальности).

5. Разработать структуру программного обеспечения для реализации референтной модели организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем в предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области (соответствует п. 3 паспорта специальности) (на примере взаимодействия филиала ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Кумертау и АО «Кумертауское авиационное производственное предприятие»).

Научная новизна:

1. Разработан метод формирования структуры программного обеспечения информационной среды на основе контента предметно-ориентированной ИУС, отличительной особенностью которого является применение теории категорий и теории множеств в качестве формального аппарата описания информационных объектов для моделирования ОПС и организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем рассматриваемой предметной области.

2. Разработана методика формирования математического и программного обеспечения для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем в предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области, новизна которого заключается в том, что выделяются вертикальные и горизонтальные процессы, взаимодействие между которыми осуществляется за счет выделения параметров интеграции в явной форме, что позволяет формализовать и структурировать контент.

3. Разработана комплексная модель программного обеспечения информационной среды предметно-ориентированной ИУС для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем рассматриваемой предметной области, новизна которой заключается в том, что учитываются и прослеживаются основные параметры ЖЦ бизнес-процессов. Это позволяет идентифицировать и прослеживать, а также рационально во времени согласовывать взаимосвязанные процессы, которые необходимо контролировать.

4. Предложена структура программного обеспечения для реализации референтной модели организации взаимодействия программ, программных

комплексов и систем в предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области (на примере взаимодействия филиала ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Кумертау и АО «Кумертауское авиационное производственное предприятие), новизна которой обусловлена реализацией предложенных метода, методики и комплексной модели, что позволяет проектировать предметно-ориентированную систему из условий идентификации и прослеживаемости.

Научная новизна результатов исследований в целом обуславливается научно-обоснованной адаптацией известных подходов и методов в двух рассматриваемых областях (вуза и предприятия) для разработки предметно-ориентированной ИУС.

Результаты могут быть квалифицированы как решение актуальной задачи повышения эффективности обработки, передачи и интеграции разнородных данных и метаданных объектов в предметно-ориентированной ИУС новым, более эффективным способом за счет формализации и структурирования контента на основе программного обеспечения для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем в рассматриваемой предметной области образующейся информационной среде.

Основные положения, выносимые на защиту соответствуют международным стандартам системной инженерии и системы менеджмента качества.

Теоретическая и практическая ценность.

Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в:

1. Разработанном методе формирования структуры программного обеспечения информационной среды на основе контента предметно-ориентированной ИУС для моделирования ОПС и организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем рассматриваемой предметной области на основе положений теории множеств, теории категорий, методов нечеткой логики, стандартов системной инженерии и системы менеджмента

качества, позволяющих выявить информационные потоки, связи между процессами для обеспечения идентификации и прослеживаемости объектов.

2. Разработанной методике формирования математического и программного обеспечения для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем в предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области, с выделением вертикальных и горизонтальных процессов, что позволяет формализовать и структурировать контент в динамике из условий идентификации и прослеживаемости.

3. Разработанной комплексной модели программного обеспечения информационной среды предметно-ориентированной ИУС для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем рассматриваемой предметной области, в основе которой лежит теоретико-множественное представление ЖЦ систем, что обеспечивает возможность систематизации информационных процессов.

4. Разработанной структуре программного обеспечения для реализации референтной модели предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области на примере филиала ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Кумертау и АО «Кумертауское авиационное производственное предприятие» на основе предложенных метода, методики и комплексной модели, применение которых позволит повысить организованность взаимодействия участников в информационной среде за счет обработки, передачи и интеграции разнородных и метаданных данных.

Практическая значимость заключается в том, что разработанные метод, методика, модели и структура позволяют в 1,5-2 раза повысить эффективность обработки, передачи и интеграции разнородных данных и метаданных предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области за счет доступности структурированного контента.

Разработаны типовые модели интеграционных процессов для обработки разнородных данных ОПС, которые могут быть использованы в виде интерактивных инструкций.

Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры автоматизированных систем управления ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», в учебный процесс кафедр филиала ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Кумертау и базовой кафедры конструкторско-технологического обеспечения, в учебный и производственный процесс АО «Кумертауское авиационное производственное предприятие», что подтверждено актами внедрения и свидетельствами о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015613509, №

Методология и методы исследования. Поставленные в диссертационном исследовании задачи разработки математического и программного обеспечения интеграционных процессов разнородных данных и метаданных предметно-ориентированной ИУС, из условий идентификации и прослеживаемости объектов были использованы базовые положения методологии теории систем и системного анализа, системного моделирования, метод непрерывного улучшения качества бизнес-процессов, математический аппарат теории нечетких множеств, теории категорий. В качестве средства моделирования были применены методологии SADT (включая IDEF0, IDEF3 и IDEF1X), BPMS, BPMN и др.

Для обработки разнородных данных и метаданных предметно-ориентированной ИУС были использованы методы объектно-ориентированного и системного программирования на основе клиент-серверной архитектуры.

Положения, выносимые на защиту

1. Метод формирования структуры программного обеспечения информационной среды на основе контента предметно-ориентированной ИУС для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем рассматриваемой предметной области.

2. Методика формирования математического и программного обеспечения для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем в предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области.

3. Комплексная модель программного обеспечения информационной среды предметно-ориентированной ИУС для организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем рассматриваемой предметной области.

4. Структура программного обеспечения для реализации референтной модели предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области (на примере взаимодействия филиала ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Кумертау и АО «Кумертауское авиационное производственное предприятие»).

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов и выводов в диссертационной работе подтверждается корректным использованием теории систем и системного анализа, теории организационного управления, математического аппарата теории нечетких множеств, средств моделирования методологии SADT, BPMS, BPMN, а также методов объектно-ориентированного и системного программирования на основе клиент-серверной архитектуры.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы были представлены на заседаниях кафедры АСУ и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и конкурсах: IV Всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых (с международным участием) «Информатика, управление и компьютерные науки» (г. Уфа, 2009 г.), Международной научно-практической конференции «Современные тенденции в образовании и науке» (г. Тамбов, 2013 г.), IX Всероссийском конкурсе деловых, инновационно-технических идей и проектов «Проекты и идеи, направленные на сопряженное развитие науки, инноваций и производства» МСЭФ (г. Москва, 2013 г.), II Международной конференция «Интеллектуальные технологии обработки информации и управления» ITIPM (г. Уфа, 2014г.), XV Международной научно-технической конференции «Проблемы информатики в

образовании, управлении, экономике и технике» (г. Пенза,2015г.), Международной конференции «Технологии цифровой обработки и хранения информации» (г. Уфа, 2015 г.), IV Международной конференции «Информационные технологии для интеллектуальных поддержки принятия решений (г. Уфа, 2016 г.), Международной научно-практической конференции Современные проблемы управления и регулирования: «Инновационные технологии и техника» (г. Пенза,2016г.).

Результаты получены в рамках исследований программного обеспечения для многоуровневого структурирования контента информационной среды, проводимых на кафедре автоматизированных систем управления УГАТУ при поддержке РФФИ (грант № 16-37-00064).

Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 15 источниках, в том числе 3 статьи - в научных изданиях из списка ВАК, в коллективной монографии (изд-во «Наука: информ» г. Москва, г. Воронеж), 9 работ - в материалах и трудах конференций и 2 свидетельств о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015613509 и №

За работу по теме диссертационного исследования автор удостоена диплома Всероссийского конкурса деловых, инновационно-технических идей и проектов «Проекты и идеи, направленных на сопряжение науки, инноваций и производства» за 2013 год, проводимого Молодежным союзом экономистов и финансистов Российской Федерации.

Личный вклад автора. Постановка основных задач принадлежит научному руководителю. Самостоятельно были разработаны: метод формирования структуры программного обеспечения информационной среды на основе контента предметно-ориентированной ИУС, методика формирования математического и программного обеспечения, комплексная модель программного обеспечения информационной среды предметно-ориентированной ИУС, структура программного обеспечения для реализации референтной модели предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области (на

примере взаимодействия филиала ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Кумертау и АО «Кумертауское авиационное производственное предприятие»). В перечисленных работах соискателем лично получены следующие результаты:

- в работе [47] разработан метод формирования структуры программного обеспечения информационной среды на основе контента предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области;

- в работах [48, 58, 63, 110] разработана комплексная модель программного обеспечения информационной среды рассматриваемой предметной области;

- в работе [49] разработана модель совершенствования учебного процесса с учетом внешнего контура качества рассматриваемой предметной области;

- в работе [50] разработана методика формирования математического и программного обеспечения рассматриваемой предметной области;

- в работе [60] показана логическая схема построения единого информационного пространства с внешним каналом рассматриваемой предметной области;

- в работах [90, 91, 111] представлены результаты разработанных подсистем web-портала;

- в работах [112, 113, 114, 115] показана структура программного обеспечения для реализации референтной модели предметно-ориентированной ИУС рассматриваемой предметной области.

Опубликованные работы полностью отражают основное содержание диссертационной работы. Все основные положения и результаты, выносимые на защиту, отражены в публикациях автора: по главе 1 - [58, 63, 112]; по главе 2 -[47]; по главе 3 - [50, 48, 49, 50, 58, 63, 110]; по главе 4 - [60, 90, 91, 111, 112, 113, 114, 115]. Три работы написаны автором единолично, другие совместно с научным руководителем или другими членами научного коллектива.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа изложена на

страницах машинописного текста. Список литературы включает 1 44 наименования.

Благодарности. Автор выражает благодарность доктору технических наук, профессору Г.Г. Куликову, а также кандидату технических наук М. А. Шилиной за консультации и ценные советы при работе над диссертацией.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ И МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРЕДМЕТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-

УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ РАССМАТРИВАЕМОЙ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РАЗНОРОДНЫХДАННЫХ (НА ПРИМЕРЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯОБРАЗОВАТЕЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ)»

1.1 Актуальность исследуемой проблемы

Приоритеты развития высшего технического профессионального образования в Российской Федерации: «Формирование гибкой, подотчетной обществу системы непрерывного профессионального образования, развивающей человеческий потенциал, обеспечивающей текущие и перспективные потребности социально-экономического развития Российской Федерации, направленные на достижение современного качества учебных результатов на основе принципов открытости, объективности, прозрачности, общественно-профессионального участия» [87, 22, 106, 107]. Целью государственной поддержки является развитие кооперации российских вузов и промышленных предприятий, развитие научной и образовательной деятельности в российских вузах, стимулирование использования производственными предприятиями потенциала российских вузов для развития наукоемкого производства и стимулирования инновационной деятельности в российской экономике [80]. Для формирования кооперации вуза и предприятия в условиях территориальной удаленности объектов друг от друга, сегодня активно используется программное обеспечение, позволяющее обрабатывать, интегрировать и передавать разнородные данные и метаданные и создавать информационную среду ОПС в с использованием предметно-ориентированных ИУС.

Необходимость построения информационного обеспечения непосредственно управленческих аспектов в процессе взаимодействия в свое время нашли отражение у автора теории управления распределёнными базами данных академика .В. М. Глушкова [78], который отмечал, что необходимо повсеместно централизовать всю информацию, данные и метаданные в единой

общегосударственной автоматизированной системе, на создание которой в стране не было достаточных ресурсов. С течением времени, требования централизации сменили идеи разумной децентрализации с требованием унификации и прослеживаемости информации с использованием программного обеспечения. Это открывает возможность повысить эффективность использования информационного обеспечения, оборудования и др. ресурсов. Достижения современных компьютерной техники, электроники и программного обеспечения позволили автоматизировать обработку, передачу и использование информации пользователям, которые находятся в территориальной удаленности друг от друга с использованием локальных вычислительных сетей.

Автор Бельтюков А.П. систематизировал структуру представления профессиональных знаний с точки зрения построения симбиоза субъекта со средой компьютинга, т.е. эффективности применения облачных вычислений [7].

Таким образом, созданы необходимые условия для построения предметно-ориентированных ИУС, которые занимают свой пласт среди множества различных видов программных систем. В таких системах формализуется и структурируется контент рассматриваемой предметной области.

Введем следующие основные понятия.

Понятие образовательная среда формируется на протяжении последних десятилетий и определяется рядом ученых как «система влияний и условий формирования личности по заданному образцу, а также возможностей для ее развития, содержащихся в социальном и предметно-пространственном окружении» [11, 31, 75, 128].

А в стратегии [83] образовательная среда определена как совокупность информационных, технических, методологических средств и элементов инфраструктуры, формирующих условия для всех видов образовательной деятельности.

В настоящее время все развитые государства мира формируют образовательную среду, используя программное обеспечение целью которого является доступность образования на протяжении всей жизни.

С ускорением научно-технического прогресса концепция «Образование через всю жизнь» (Lifelong Learning) охватывает и промышленные предприятия, поскольку компетенции персонала становятся наиболее важным фактором производства и в свою очередь образуют производственную среду.

Понятие производственная среда международным стандартом качества ISO 9001 определена как совокупность условий, в которых выполняется работа. Это комбинация человеческого и физического факторов, методы творческой работы и возможности более полного вовлечения работников с целью реализации их потенциала [21].

Качественная подготовка обучающихся достигается в первую очередь за счет организации взаимодействия предприятия с вузом [26, 27]. В процессе взаимодействия образуется образовательно-производственная среда (ОПС).

Все вузы России регулярно проходят сертификацию на соответствие требованиям ИСО 9001 [102]. В стандарте ИСО 9000:2008 определены требования ОПС, под которыми понимается «комплекс факторов и услуг, определяющих условия обучения: обеспеченность учебными помещениями, библиотечным обслуживанием, доступ к компьютерам и Интернет, возможность использования оргтехники, наличие помещений для самостоятельных занятий и отдыха обучающихся и т.п. Образовательное учреждение должно создавать образовательную и производственную среду, необходимую для достижения соответствия требованиям к выполняемой деятельности и управлять ею» [20].

Законодательство Российской Федерации под информационными ресурсами подразумевает отдельные документы и отдельные массивы документов в программных системах [119].

Контент - термин, означающий все виды информации (как текстовой, так и мультимедийной - изображения, аудио, видео), составляющей наполнение информационного ресурса.

Под контентом в данной работе будет пониматься совокупность информационных объектов, их связей, характеристик, параметров, сохраняющих знания об исследуемой рассматриваемой предметной области.

Рассматриваемая предметная область - это часть реального мира представляющая собой совокупность объектов, предметов, явлений и процессов связанных между собой [82].

Информационно-управляющая система - цифровая система контроля или управления некоторым реальным объектом [38].

В Концепции [44] единое информационное пространство (ЕИП) определено как совокупность баз и банков данных, технологий их ведения и использования, информационно-телекоммуникационных систем и сетей, функционирующих на основе единых принципов и по общим правилам, обеспечивающим информационное взаимодействие организаций и граждан, а также удовлетворение их информационных потребностей.

Иными словами, ЕИП складывается из следующих главных компонентов:

- информационные ресурсы, содержащие данные, сведения и знания, зафиксированные на соответствующих носителях информации;

- организационные структуры, обеспечивающие функционирование и развитие ЕИП, в частности, сбор, обработку, хранение, распространение, поиск и передачу информации;

- средства информационного взаимодействия граждан и организаций, обеспечивающие им доступ к информационным ресурсам на основе соответствующего программного обеспечения, включающие программно-технические средства и организационно-нормативные документы [9, 37].

Развитие российской экономики требует постоянного внедрения достижений науки и техники в производство с целью активизации деятельности предприятий, поэтому формирование эффективного окружения производства, вовлечение его в научно-учебные процессы позволяет подготовить среду для инициации совместных научно-исследовательских проектов. Помимо этого у профессорско-преподавательского состава формируются знания к научной работе с пониманием реальной ситуации на производственных предприятиях и нацеленных на практическое воплощение своих исследований.

На сегодняшний день актуальной проблемой в процессе модернизации оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации становится кадровое обеспечение предприятий. Возникает ряд вопросов, требующих решения:

- формирование механизмов совершенствования подготовки персонала для высокотехнологических отраслей промышленности с применением современных информационно-коммуникационных технологий, включая предприятия оборонно-промышленного комплекса;

- координации деятельности руководства предприятий и вуза в режиме реального времени, для обеспечения персоналом предприятий, путем своевременного выявления, обработки, передачи и интеграции разнородных данных и метаданных ОПС исходя из условий идентификации и прослеживаемости;

- реализация основных образовательных программ направления подготовки обучающихся с использованием ресурсов предприятий и развития электронных форм взаимодействия с применением программного обеспечения, для эффективной подготовки в интересах предприятий в условиях территориальной удаленности и др.

Все это дает предпосылки для качественного изменения подготовки обучающихся в вузе, путем повышения эффективности обработки, передачи и интеграции разнородных данных и метаданных в предметно-ориентированной ИУС, посредством разработки метода, методики и моделей проектирования программной системы на примере программного обеспечения ОПС.

1.2 Анализ существующих методов по решению исследуемой проблемы

1.2.1 Информационно-управляющая система как способ организации взаимодействия программ, программных комплексов и систем на примере программного обеспечения образовательно-производственной среды

Программное обеспечение, используемое на предприятиях оборонно-промышленного комплекса, в целом характеризуются

стремительностью и быстрым изменением информационных технологий, комплекса технических средств и сфер применения, образуя производственную среду. В свою очередь в вузах используются прикладное программное обеспечение, образуя образовательную среду, в которой протекает образовательный процесс. В образовательной среде можно выделить обучающихся, 1111С, сотрудников, обеспечивающих учебный процесс, а производственную среду определяют специалисты предприятия, выполняющие различные пользовательские роли. Чтобы общепрофессиональные и профессиональные компетенции обучающихся были ориентированы на требования работодателей, образовательная и производственная среды должны быть адекватны, а предметно-ориентированная ИУС должна поддерживать множество платформ использующихся как в образовательной, так и в производственной среде.

В данной работе исследование ведется в аспекте автоматизации, формализации и структурирования. Это основные условия применения современного программного обеспечения. Решению исследуемой проблемы посвящены работы многих авторов, в том числе и представляет научной школы ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет». Так, построение информационных моделей данных, концептуальных многомерных моделей баз данных, создание ситуационно-ориентированых баз данных для обработки, хранения результирующего контента на примере сведений о студентах, предметах и аттестациях, были рассмотрены в работах В. В. Миронова [61, 62]. В статье С. В. Тархова анализируются возможности разработки гетерогенных информационно-обучающих сред в едином образовательном пространстве для участников процесса [41]. В работе О. Н. Сметаниной освещены методологические основы управления образовательным маршрутом с использоваием интеллектуальной информационной поддержки [94]. В работе И. Б. Герасимовой рассмотрена методология управления социальными процессами в научных и образовательных системах на основе когнитивных и

динамических моделей [16]. В статье В.В. Мартынова отражается реализации требований к учебному процессу в виде информационного проекта обучения [59]. В работах Черняховской Л.Р. подчеркивается, что качество управления процессами напрямую влияет на качество деятельности и достижение поставленных стратегических целей всей организации, поэтому в процессах организационного управления возникает необходимость принятия решений руководством. Принятие решений влияет на эффективность выполнения проекта, при этом отмечено, что необходимо применять методы инженерных знаний в процессе принятия управленческих решений [71, 122, 123] и т.д.

Таким образом, для обработки, передачи и интеграции разнородных данных и метаданных в ОПС необходимо использовать программное обеспечение ориентированное на кроссплатформенные и web-портальные технологии.

Рассмотрим современное программное обеспечение, применяемое на предприятии и в вузе. Технология информационной поддержки процессов жизненного цикла изделий является русскоязычным аналогом термина CALS. CALS - это современный подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции промышленными предприятиями, заключающийся в использовании компьютерной техники и современных ИТ на всех стадиях жизненного цикла изделий [130].

В таблице 1.1 представлена классификация моделей объектов в организационно-функциональной информационной среде.

На предприятии методология CALS зачастую автоматизирует 3 класса моделей: модель объекта производства (конструкторско-технологическая модель, документация), модель производственной среды (оборудование, ресурсы), модель ЖЦ системы в CAD/CAM/CAE.

В вузе можно выделить: модель студента (учебные планы и др.), модель среды обучения (фонд оценочных средств (ФОС), рабочие программы, базы практик и др.), модель ЖЦ системы и др.

Таблица 1.1. Классификация моделей объектов в организационно-функциональной информационной среде

Производственная среда Предприятие (по CALS)

Методологии, Стандарты, методы

Образовательная среда

Вуз

Методо-логии, Стандарты, методы

л

р

и

и

«

е д

о

л

н н

е

S

е р

в о

U

1. Модель объекта производства (конструкторско-тех-нологическая модель, документация)

2.Модель производственной среды (оборудование, ресурсы)

3 .Модель жизненного цикла

ГОСТ, стандарты предприятия, от-

раслевые стандарты, международные стандарты (ИСО, МЭК, ИСО/МЭК). Межгосударственные (региональные) стандарты .. КОЛЕС 15288

1. Модель студента (учебные планы, гос. задание)

2. Модель среды обучения (рабочие программы, ФОС, базы практик... )

3. Модель жизненного цикла

ФГОС ВО, ООП, ФОС, методика преподавания, и др.

ISO/IEC 15288

Модель системы управления персоналом:

Единый тариф. -квалиф. справочник (ЕТКС) единый квалиф. справочник должностей КСД),

профессиональные стандарты и др.

ФГОС ВО, ООП, ФОС, ФЗ № 273-ФЗ от. 29.12.12 «Об образов. в РФ» п. 6 ст. 2, ст. 11, и др.

Для эффективной системы управления персоналом в организациях используют «Единый тарифно-квалификационный справочник работ и профессий», «Единый квалификационный справочник должностей руководителей, специалистов и служащих» разработанные Министерством труда и социальной защиты Российской Федерации, профессиональные стандарты, «Перечень профессий». На основании этих нормативных документов определяются квалификационные характеристики, такие как должностные обязанности, знания и требования к персоналу предприятия [73].

По аналогии с предприятием можно выделить модель компетенций обучающихся, которая состоит из умений, знаний и владений.

В Федеральном законе № 273 от 29.12.12 г. «Об образовании в Российской Федерации» статьи 2 пункт 6 и статьи 11 прописывают «требованию к условиям реализации и результатам освоения образовательных программ высшего образования, включенные в такие образовательные стандарты, не могут быть

ниже соответствующих требований ФГОС и могут также разрабатываться в соответствии с определенным уровнем профессии, специальности и направления подготовки, определенных профессиональными стандартами».

Профессиональный стандарт - это характеристика квалификации, необходимой работнику для осуществления определенного вида профессиональной деятельности [88].

Квалификации обучающимся по направлениям подготовки определяются и присваиваются в соответствии с «Перечнем профессий», который утверждается федеральным органом исполнительной власти, осуществляющий функции по нормативно-правовому регулированию в сфере образования [120].

Таким образом, прослеживается четкая взаимосвязь между компетенциями обучающихся по направлению подготовки и квалификационными характеристиками персонала предприятия. От того, какие компетенции будут сформированы обучающимся в учебном процессе и на сколько они будут приближены к реальному производственному процессу, будут зависеть компетенции будущего специалиста.

В области проектирования и технологической подготовки производства изделий принципы CALS нашли свое отражение в создании ведущими западными разработчиками ряда программных систем, обеспечивающих комплексную поддержку этапов ЖЦ изделия на основе концепции PLM (Product Life-cycle Management) - управление жизненным циклом продукта. В относительно устоявшейся классификации программных систем, обеспечивающих CALS-технологии, можно выделить системы классов CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing) - компьютерное проектирование и изготовление, CAE (Computer Aided Engineering) - компьютерный инженерный анализ и PDM (Product Data Management) - управление данными о продукте [63].

Согласно стандартам серии ISO 9000 [20]:

- продукт - результат некоторой деятельности или выполненных процессов;

- ЖЦ продукта - совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенном продукте до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта. На рисунке 1.1 представлены этапы ЖЦ продукта.

Рисунок 1.1 - Этапы ЖЦ продукта В соответствии с концепцией IBM/Dassault Systemes [121], системы классов MRP I (Material requirements planning) - планирование потребности в материалах, MRP II (Manufacturing Resource Planning) - планирование производственных ресурсов, ERP (Enterprise Resource Planning) - планирование ресурсов предприятия, SCM (Supply Chain Management) - управление цепочками поставок и CRM (Customer Relationship Management) - управление взаимоотношениями с заказчиками, не относятся к средствам поддержки PLM-решений.

В свою очередь используемое программное обеспечение в CALS можно представить в виде разнообразных ЖЦ систем ISO/IEC 15288 [18] (рисунок 1.2).

Процессы ЖЦ в соответствии с ISO/IEC 15288 применяются в любой организации как в производственной, так и в образовательной среде.

На других этапах ЖЦ изделий используется программное обеспечение (помимо проектирования и подготовки производства) в виде информационной поддержки перечисленными выше системами (ERP, SCM и др.). Переход от традиционных технологий к программному обеспечению информационной поддержки процессов ЖЦ изделий предполагает осуществление технического перевооружения промышленности, т.е. оснащение производственных предприятий современным технологическим оборудованием (станками с ЧПУ, контрольно-измерительными машинами и др.). Тем самым создается

материальный базис для внедрения программного обеспечения в процесс производства изделий, включая управление качеством (обеспечение стабильного гарантированного уровня качества продукции) [63].

Рисунок 1.2 - Разнообразие этапов ЖЦ процессов в соответствии с 180/ГЕС 15288

Можно сделать вывод, что подготовка обучающихся в ОПС должна проводится с применением современного программного обеспечения, при этом необходимо проектировать предметно-ориентированную ИУС с учетом процессов ЖЦ системы подготовки обучающихся вузом совместно с предприятием, это можно достичь за счет применения программного обеспечения для обработки, передачи и интеграции разнородных данных и метаданных на основе формирующегося контента исходя из условий идентификации и прослеживаемости (организационно-функциональной и учебно-методической деятельности).

1.2.2 Анализ существующих форм взаимодействия вуза и предприятия в процессе жизненного цикла подготовки обучающихся для организации программ, программных комплексов и систем в компьютерных сетях

В современном мире существует множество форм взаимодействия вуза и предприятия в процессе подготовки обучающихся.

Так, в США взаимодействие вуза и бизнеса ярко представлено в исследовательских вузах, их стратегической целью является усиление взаимовыгодных отношений, упор делается на дополнительном образовании и

подготовке высококвалифицированных и востребованных специалистов. В структуру исследовательских вузов входят офисы бизнес-партнерства, выполняющие функции координации вуза с предприятием [30].

В работе Д. Ш. Султанова отмечает, что высокая эффективность исследовательских университетов обусловлена большой коммерциализацией собственных разработок за счет организации функциональной структуры ОПС [99]:

— создание при исследовательских вузах технопарков, где проводятся научные исследования профессорско-преподавательским составом (ППС), и осваиваются научные гранты. В технопарках для выполнения научных исследований используется современное высокотехнологичное оборудование;

— в исследовательских вузах развито предпринимательство. Университет предоставляют свои мощности для открытия start-up и их коммерциализации студентам, аспирантам и ППС, также осуществляет поиск инвесторов для проектов;

— студенты, аспиранты и ППС привлекаются к работе с промышленными предприятиями и выполнению договоров по заказу промышленности; организацию привлечения инвесторов берут на себя созданные при вузах департаменты по работе с промышленностью [98].

Главным в организации взаимодействия исследовательского вуза в США с производственным предприятием является завоевание доверия со стороны корпоративных клиентов [94].

С целью повышения уровня развития экономики отдельных регионов и страны в целом в США и европейских странах (Великобритания, Германия, Швеция, Дания, Италия, Франция, Финляндия, Норвегия и др.), в Индии, Юго-Восточной Азии, Китае, Японии идет активное формирование кластеров по видам деятельности организаций.

Кластер - это сконцентрированные по географическому признаку группы взаимосвязанных компаний, специализированных поставщиков услуг, фирм в соответствующих отраслях, а также связанных с их деятельностью организаций

(например, университетов, агентств по стандартизации, а также торговых объединений) в определенных областях, конкурирующих, но вместе с тем ведущих совместную работу [79].

Целью создания и совершенствования кластеров есть упрочнение взаимодействия между представителями промышленности, вузами, поставщиками, производителями определенной отрасли в ОПС.

В настоящее время взаимодействие вуза и предприятия в Японии реализуется в виде технополисов. Ученые совместно в ОПС проводят исследования в лабораториях, промышленных центрах и доводят замысел до готового продукта. Японские технополисы заполнены исследовательскими и технологическими центрами, вузами, жилыми массивами, парками [67].

В Великобритании эффективное сотрудничество вуза и предприятия промышленности позволило создать партнерства, основными направлениями сотрудничества являются: создание малых инновационных предприятий на базе университетов, развитие лицензирования и бизнес- инкубаторов [57].

Зарубежные формы взаимодействия нашли свое отражение и в России. Так, 7 октября 2008 года Указ Президента Российской Федерации № 1448 «О реализации пилотного проекта по созданию национальных исследовательских университетов» дал старт для формирования исследовательских университетов. Основная задача исследовательских университетов заключается в развитии приоритетных направлений науки, техники, технологий, отраслей экономики. Генерирование полученных знаний в коммерческий продукт, привлечение производственных предприятий, взаимодействие подразделений в национальном исследовательском университете создают ОПС.

В России продуктивно работают отраслевые кластеры, их основная задача - объединение вуза и промышленного предприятия, создание исследовательских лабораторий, взаимодействующих в ОПС. Привлечение студентов, аспирантов, ППС к производству высокотехнологичной продукции способствует эффективному развитию экономики регионов. Кластеры соответствуют приоритетным направлениям развития науки РФ [17].

Федеральный закон № 273 от 29 декабря 2012 года «Об образовании в Российской Федерации» [120] способствовал развитию сетевых электронных университетов, которые объединяют в себе образовательную среду нескольких вузов, научных организаций и производственную среду предприятий в ОПС, для совместной подготовки востребованных специалистов с использованием современных информационных технологий и программного обеспечения.

В России существует множество форм взаимодействия вузов и производственных предприятий, образующих ОПС, среди них можно выделить такие организационные формы, как университетские комплексы, университетские образовательные округа, учебно-научно-производственные комплексы, учебно-научные и инновационные комплексы, научно-образовательные инновационные комплексы, научно-образовательные центры, базовые кафедры [56].

Многие авторы научной школы УГАТУ активно исследуют и внедряют формы взаимодействия вуза с предприятием. Так, заслуживает внимание статья М. Б. Гузаирова и Б. Г. Ильясова, где рассматриваются вопросы подготовки профессиональных кадров высшей квалификации, за счет интеграции образования и производства в рамках производственных (технологических) научно-исследовательских образовательных комплексов, с проведением практических, лабораторных занятий и выполнением курсового проектирования на специализированных учебных площадках крупных предприятий. При этом формируется единая информационная среда для подготовки магистрантов, аспирантов и переподготовки/повышение квалификации, создается координационный совет для эффективного управления тремя взаимодействующими объектами: общеобразовательным университетом, научно-исследовательским университетом и научно-производственным (технологическим) университетом [26, 27].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фахруллина Альмира Раисовна, 2016 год

Список публикаций

Вывод регистрационн ых данных

91 ФИО, Дата 10 Г - 12

Вывод полей /--" фупп^ / Вывод полей /— кафедра, Е- / / ра, Полное / / название / Вывод полей А-. Аббревиату / ___ ра, Полное / Вывод полей название, /

Регистрация Регистрация кафедры Регистрация группы в пользователя в БД в БД БД Регистрация типа публикации в БД

4 111

Перерасчет рейтингов

Рисунок 1 - Схема алгоритма работы подсистемы индивидуальных достижений с

точки зрения Администратора

Да

в БД

14

Выход из

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Рисунок 2 - схема алгоритма работы подсистемы индивидуальных достижений с

точки зрения преподавателя

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Рисунок 3 - схема алгоритма работы подсистемы индивидуальных достижений с точки зрения студента