Разработка графо-алгебраических методов и средств обучения специализированной проектной деятельности в САПР тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Максимов, Алексей Вячеславович

• Максимов, Алексей Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Максимов, Алексей Вячеславович

Введение.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ПРОЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ (СПД) В САПР

1.1. Проектная деятельность, специализированная проектная деятельность и САПР 1.1.1. Понятия проектной деятельности и специализированной проектной деятельности.

1.1.2. Структура процесса проектирования.

1.2. Методы обучения СПД.

1.2.1. Классификация методов обучения СПД.

1.2.2. Анализ недостатков тренинговой формы обучения- основной формы обучения СПД.

1.3. Компьютерные средства обучения (КСО) СПД.

1.3.1. Классификация КСО СПД.

1.3.2. Концептуальная архитектура КСО СПД.

1.3.3. Виды контроля знаний применяемые в КСО СПД.

1.4. Анализ средств разработки КС О СПД.

1.4.1. Авторские системы для разработки КСО СПД.

1.4.2. Анализ возможностей авторских систем.

1.5. Анализ моделей учебных курсов СПД.

1.5.1. Модели на семантических сетях, фреймовые, гипертекстовые и графовые модели.

1.5.2. Графовая информационно-логическая модель Башмаковых.

1.5.3. Графовая модель учебно-методического комплекса КАДИС.

1.5.4. Анализ недостатков рассмотренных графовых моделей обучения.

1.6. Постановка задачи.

1.7. Выводы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ГРАФОВОГО ПОДХОДА ПОДДЕРЖКИ И АНАЛИЗА ОБУЧЕНИЯ СПД.

2.1. Разработка системы графов поддержки и анализа обучения СПД.

2.1.1. Граф структуры СПД- основа системы графов.

2.1.2. Граф анализа покрытия учебным материалом СПД.

2.1.3. Граф анализа акцентов на МПО учебного курса.

2.1.4. Граф анализа прогресса обучения СПД.

2.1.5. Граф анализа результатов обучения СПД.

2.1.6. Разработка системы графов для обучения СПД.

2.2. Разработка графовой модели учебного курса.

2.2.1. Определение графовой модели учебного курса. 2.2.2. Модуль проектной операции- элементарная логическая единица учебного курса.

2.2.3. Граф изучения СПД (ИСПД-граф) и типовые последовательности изучения проектных операций.

2.2.4. Правила перемещения обучаемого по ИСПД-графу.

2.3. Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГЕБРЫ МОДЕЛЕЙ УЧЕБНЫХ КУРСОВ.

3.1. Определение алгебры моделей учебных курсов.

3.1.1. Операции алгебры моделей учебных курсов.

3.1.2. Представление типовых последовательностей изучения проектных операций в алгебре моделей учебных курсов.

3.2. Операции преобразования в алгебре моделей учебных курсов.

3.2.1. Операция преобразования «Вставка»- INS.

3.2.2. Операция преобразования «Удаление»- DEL.

3.2.3. Операция преобразования «Замещение»-RPL.

3.2.4. Операция преобразования «Наложение»-ЬАУ.

3.3. Выводы.

ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА КСО СПД.

4.1. Методика разработки учебных курсов в КСО СПД.

4.1.1. Конструирование ССПД-графа.

4.1.2. Отбор, классификация и группировка учебного материала.

4.1.3. Разработка тестов для оценки знаний при помощи пакета программ УСАТИК 2.

4.1.4. Определение требований к контрольным МПО.

4.1.5. Конструирование ИСПД-графа.

4.2. Принципы адаптации КСО СПД к обучаемому инженеру.

4.2.1. Типы а-условий, применяемых в КСО СПД.

4.2.2. Применение типовых последовательностей изучения проектных операций для реализации адаптации КСО СПД.

4.3. Структура КСО СПД.

4.4. Методика оценки характеристик КСО СПД.

4.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка графо-алгебраических методов и средств обучения специализированной проектной деятельности в САПР»

Актуальность проблемы.

Наличие высококвалифицированных инженеров, ведение непрерывных работ по повышению их квалификации, обучение новых кадров- признаки высокоразвитой проектной культуры предприятия. В технологически развитых странах инженер, не повышающий свою квалификацию в течение пяти лет, лишается возможности карьерного роста и теряет в заработной плате. Квалификация проектировщика сказывается на доходах любого предприятия, а затраты на качественное проектное решение несопоставимы с ценой проектной ошибки.

Современные технологии проектирования сегодня доступны для большинства предприятий. Это связано как с падением цен на персональную вычислительную технику, так и с тем, что на рынке предлагается множество зарубежных и отечественных САПР различного класса и стоимости [11].

Современное состояние в области САПР можно охарактеризовать следующими положениями:

1. Появилось множество проектов, полностью выполненных с применением компьютерных технологий.

2. Работа с программным обеспечением стала комфортнее, но при этом оно непрерывно продолжает усложняться.

3. Сложность проектируемых изделий постоянно повышается, возрастают требования к качеству результатов проектирования, все чаще возникает необходимость вариантного проектирования.

4. Наблюдается быстрая сменяемость версий пакетов САПР, определяемая требованиями к объектам проектирования.

5. Повысились требования к уровню подготовки кадров. Современный инженер не только обязан быть компетентным в области проектирования, но и должен владеть компьютерными технологиями, быть знакомым с передовыми разработками в области автоматизированного проектирования. Компьютер стал главным инструментом поддержки проектной деятельности.

6. Возросла нагрузка на каждого инженера. Возросшие требования к квалификации, необходимость быстрого обучения новым версиям пакетов САПР, требование многопрофильности, которое предъявляют современные предприятия,- все это является дополнительной нагрузкой для современного инженера.

В сложившихся условиях остро встает проблема обучения инженеров специализированной проектной деятельности при использовании пакетов САПР.

Под специализированной проектной деятельностью (СПД) понимается проектная деятельность, которая выполняется при помощи пакетов САПР, реализует задачи конкретной области проектирования и учитывает особенности объектов проектирования.

Современные широко распространенные пакеты САПР имеют в своем составе компьютерные средства обучения (КСО), которые позволяют изучить возможности пакетов и принципы работы с ними. Кроме того, существует множество коммерчески распространяемых КСО для пакетов САПР.

Анализ известных встроенных КСО для пакетов САПР, позволяет выделить ряд их общих недостатков: 1) не учитывают, в силу своей универсальной технической реализации, особенности обучения СПД, 2) в большинстве случаев, не позволяют расширять и добавлять новый обучающий материал, 3) обладают слабыми средствами контроля за обучением СПД.

Проведенный анализ средств разработки КСО СПД позволяет сделать вывод, что КСО СПД создаются преимущественно при помощи инструментальных сред- авторских систем (АС). Свойственная большинству АС универсальность не позволяет учесть в них % особенности обучения СПД.

Модели, используемые в качестве основы представления учебных курсов (УК) в АС (на семантических сетях, графовые, фреймовые, гипертекстовые модели), также не отражают особенности обучения СПД.

Анализ моделей УК позволяет выделить графовые модели, как наиболее оптимальные для представления УК СПД. Это обусловлено их наглядностью, удобством определения отношений и связей между элементами УК, простотой преобразования структуры УК и масштабируемостью, возможностью создания структур УК различной сложности.

Таким образом, в настоящее время, актуальной и имеющей большое практическое значение задачей является разработка и применение компьютерных средств обучения специализированной проектной деятельности (КСО СПД). обеспечивающих эффективность, качество и сокращение сроков обучения инженеров.

Целыо работы является исследование и разработка компьютерных методов и средств обучения инженеров СПД в САПР, которые позволили бы повысить эффективность обучения путем введения контроля над рядом его характеристик и путем сокращения времени разработки учебных курсов.

В соответствии с поставленной целью в работе формулируются и решаются следующие задачи исследований: 1. Разработка графового подхода для поддержки и анализа обучения СПД.

2. Разработка графовой модели учебного курса (УК).

3. Разработка алгебры и операций преобразования моделей УК.

4. Разработка архитектуры и компонентов КСО СПД.

Объектом исследования является обучение проектированию на основе пакетов

САПР.

Предметом исследования являются методы и средства компьютерного обучения инженеров СПД в САПР.

Методы исследования основаны на использовании положений и методов теории алгоритмов [24], теории множеств [28], теории алгоритмических алгебр [21, 22, 23], теории графов [29, 30, 31], теории параллельного программирования [25, 26] и параллельных сетевых схем алгоритмов (ПССА) [27], а также использовании основ системотехники [1] и теории автоматизированного проектирования [2].

Научная новизна определяется разработанным графо-алгебраическим подходом к обучению СПД в САПР. Предложенный подход позволяет повысить эффективность обучения СПД за счет:

1) учета структуры специализированной проектной деятельности в обучении, что позволяет контролировать ряд характеристик обучения СПД;

2) введения контроля за рядом характеристик обучения СПД, как на этапе разработки УК (полнота представления элементов СПД в УК, акценты в УК на элементы СПД), так и на этапе его применения (полнота изучения элементов СПД обучаемым, результаты изучения элементов СПД обучаемым);

3) сокращения времени разработки УК путем применения простой и удобной графовой модели УК СПД;

4) выполнения синтеза, преобразования и масштабирования УК СПД при помощи разработанной алгебры моделей учебных курсов;

5) применения методики разработки УК СПД, которая также способствует сокращению времени разработки УК.

-11В результате проведенных исследований получены следующие научные результаты:

1. Разработан графовый подход к обучению СПД. Подход обеспечивает формирование структуры и содержания обучения СПД. Положительный эффект от применения данного подхода выражен в повышении эффективности обучения СПД за счет: 1) учета структуры СПД в обучении, что позволяет контролировать ряд характеристик обучения СПД, 2) совершенствования процедуры анализа обучения СПД путем его оценки по следующим критериям: а) полнота представления СПД в УК, б) акценты в УК на элементы СПД, в) полнота изучения элементов СПД обучаемым инженером, г) результаты изучения отдельных элементов СПД обучаемым инженером.

2. Разработана графовая модель УК СПД. Модель обеспечивает формирование структуры УК СПД и его содержания. Положительным эффектом от применения графовой модели УК СПД является повышение эффективности обучения СПД за счет сокращения сроков разработки УК СПД. Сокращение сроков разработки УК СПД обеспечивается применением удобной, компактной визуальной модели. Модель УК СПД является масштабируемой в широких пределах, т.к. позволяет организовать обучение: 1) по одному из этапов СПД, 2) по нескольким этапам СПД, 3) по всей СПД предприятия. Модель УК СПД может быть адаптирована, как для хорошо подготовленных инженеров, так и для инженеров с небольшим практическим опытом.

3. Предложена алгебра моделей УК (АМУК). Алгебра обеспечивает синтез и преобразование структуры УК СПД. Положительным эффектом применения АМУК является возможность перехода от алгебраического выражения (АВ) к графовой форме УК СПД.

4. Предложена методика разработки УК СПД. Методика описывает оптимальную последовательность и содержание этапов проектирования УК для обучения инженеров СПД в САПР. Положительный эффект применения методики заключается в ускорении (по сравнению с известными методами) разработки УК СПД за счет формализации шагов методики проектирования УК.

Практическая ценность.

Практическими результатами диссертационной работы являются:

1. Разработана архитектура и компоненты КСО СПД, обеспечивающие поддержку обучения СПД через реализацию графо-алгебраического подхода к обучению.

Архитектура КСО СПД включает 14 модулей, среди которых: модуль ввода и редактирования блоков учебного материала, модуль ввода и редактирования графа изучения СПД, модуль трансляции и модуль интерпретации графа изучения СПД, модуль ввода и редактирования графа структуры СПД, модуль анализа результатов обучения, модуль ввода тестов, модуль генерации аналитических графов и др. Компоненты КСО СПД позволяют: а) задавать структуру и наполнять обучающим материалом УК СПД путем конструирования и визуализации графа Изучения СПД (ИСПД-графа); б) конструировать граф Структуры СПД (ССПД-граф); в) генерировать и визуализировать аналитические графы, входящие в систему графов поддержки и анализа обучения СПД; г) сохранять графовую модель УК в разработанном формате на основе технологии XML.

2. Разработана подсистема оценки знаний УСАТИК 2.000, в которой используются методы классической теории тестирования для разработки научно обоснованных тестов оценки знаний. Подсистема оценки знаний может применяться как независимый инструментарий для организации и проведения входного, текущего, итогового компьютерного тестирования результатов обучения СПД с функциями оценки качества используемых тестов. На УСАТИК 2.000 получено СВИДЕТЕЛЬСТВО (РОСПАТЕНТ) об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2001611642. Коммерческие продажи по всей России и странам ближнего зарубежья подтверждают его практическую ценность.

3. Разработан формат представления графовой модели УК СПД и структуры СПД на основе технологии XML. Формат, который является открытым для дальнейшего расширения, реализует хранение информации: о структуре СПД и ее представлении на экране монитора; о структуре учебного курса для обучения СПД; о представлении учебного курса в виде ИСПД-графа на экране монитора; о содержимом учебного курса СПД в виде модулей проектных операций (МПО) и их компонентов.

Реализация и внедрение результатов работы.

Разработанные программные средства внедрены в производственный процесс ФГУП «НПО «Марс» (г. Ульяновск), а также в учебный процесс: 1) Ульяновского государственного технического университета (г. Ульяновск), 2) Донского государственного межрегионального колледжа строительства, экономики и предпринимательства (г. Новочеркасск), 3) Челябинского монтажного колледжа (г.Челябинск), 4) Государственного предприятии «Регитра» (Литва, г. Вильнюс). На подсистему оценки знаний УСАТИК 2.000 получено СВИДЕТЕЛЬСТВО (РОСПАТЕНТ) об официальной регистрации программы для ЭВМ№ 2001611642.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике» (КЛИН-2004) , г. Ульяновск, 2004 [46, 47]; IV Международной конференции «Компьютерное моделирование 2003», г. Санкт-Петербург, 2003 [39]; Международной конференции «Интерактивные системы: Проблемы человеко-компьютерного взаимодействия 2003», г. Ульяновск, 2003 [40, 41, 42]; Международной научной конференции «Компьютерное моделирование и информационные технологии в науке, инженерии и образовании», г. Пенза, 2003 [43, 44]; X Международной научно-технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании (МК-85-92)», г. Пенза, 2002 [35]; Международной научно-технической конференции "Интерактивные системы», г. Ульяновск, 2001 [33]; IX Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и инфоматика-2002», г. Москва, 2002 [45]; IV Всероссийской научно-практической конференции «Современные информационные технологии в образовании», г. Рязань, 2002 [34]; VII Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве», г. Нижний Новгород, 2002 [36]; Ежегодных внутривузовских конференциях профессорско-преподавательского состава, г. Ульяновск, 2004, 2003,2002,2001 [37, 38].

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ. Получено СВИДЕТЕЛЬСТВО (РОСПАТЕНТ) об официальной регистрации программы для ЭВМ №2001611642.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, библиографического списка использованной литературы, изложенных на 206 страницах машинописного текста, а также восьми приложений, на 134 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок и 26 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Максимов, Алексей Вячеславович

-1493.3. ВЫВОДЫ

Разработана алгебра моделей учебных курсов, которая позволяет упростить синтез и анализ графов учебных курсов.

Приведено определение алгебры моделей учебных курсов. Рассмотрены ее компоненты:

1. Множество операторов алгебры CU(V), каждый элемент которого ассоциирован с вершиной ИСПД-графа.

2. Множество операций над множеством CU(V), которое состоит из семи элементов: 1) операция «последовательное изучение», 2) операция «а-дизъюнкция», 3) операция «независимое изучение», 4) операция «а-цикл», 5) операция «case-дизъюнкция», 6) «УДВ-операция», 7) операция «возврат».

Определены тождественные соотношения в алгебре моделей учебных курсов, рассмотрен пример «выноса за скобки» общих операторов алгебраического выражения, приведено описание синтаксиса алгебры моделей учебных курсов в БНФ-граматике. Рассмотрено представление типовых последовательностей изучения проектных операций (ТППО) в алгебре моделей учебных курсов, приведен пример записи ИСПД-графа в алгебре моделей учебных курсов.

Введены четыре операции преобразования алгебраических выражений, записанных в алгебре моделей учебных курсов:

1. Операция преобразования «Вставка»- INS.

2. Операция преобразования «Удаление»- DEL.

3. Операция преобразования «Замещение»- RPL.

4. Операция преобразования «Наложение»- LAY.

Было рассмотрено применение введенных операций преобразования к базовым операциям алгебры моделей учебных курсов. Отмечено, что при помощи операций преобразования возможно выполнять преобразования алгебраических выражений одних ТППО в алгебраические выражения других ТППО.

- 150

ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА КСО СПД

4.1. МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ УЧЕБНЫХ КУРСОВ В КСО СПД

Разработку УК для обучения СПД предлагается вести при помощи разработанной автором методики.

Предлагаемая методика формализует этапы необходимые для создания УК, и отражает теорию, изложенную в главах 2 и 3 данной работы.

Описание методики структурировано по параграфам, названия которых отражают этапы создания УК. Параграфы расположены в той последовательности, в которой рекомендуется выполнение этапов создания УК.

4.1.1. КОНСТРУИРОВАНИЕ ССПД-ГРАФА

Конструирование ССПД-графа- первый этап разработки УК.

Информация о структуре СПД предприятия, на котором будет использоваться разрабатываемый УК, собирается в ходе опроса эксперта. Данный эксперт, обычно отбираемый из работников предприятия, должен хорошо знать структуру существующей СПД.

На основании ответов эксперта происходит последовательное создание (ввод) вершин ССПД-графа. Общее количество задаваемых эксперту вопросов зависит от структуры СПД предприятия (подробнее о структуре СПД, см. главу 1, п. 1.1.2).

Приведем описание вопросов, которые используются в ходе опроса эксперта. Описание каждого вопроса состоит из трех обязательных секций: «Вопрос», «Назначение» и «Переменные». В секции «Переменные» указываются инициализируемые в результате ответа на вопрос переменные и их тип. При необходимости, после определения переменной, приводится комментарий о ее назначении.

В тексте некоторых вопросов есть ссылки на переменные, которые инициализируются в результате ответов на другие вопросы. Все ссылки на переменные начинаются с символа #. Часть переменных имеют сложный тип и являются списками определенной структуры. В этом случае, структура элемента списка описывается в дополнительной секции «Структура переменных», а ссылка на элемент списка начинается с директивы #Element, за которой следует имя переменной со списком.

В КСО СЦЦ предусмотрены следующие вопросы для конструирования ССПДграфа.

Вопрос 1. Кратко охарактеризуйте (назовите) специализированную проектную деятельность, которая ведется на Вашем предприятии.

Назначение. Выяснить название вершины нулевого уровня ССПД-графа.

Переменные.

PAname: Строка(255);

Вопрос 2. Какой конечный результат специализированной проектной деятельности (#РАпаше) имеется по завершении каждого из проектов?

Назначение. Выяснить, какой конечный результат получается в результате завершения проекта. Это необходимо для корректной формулировки Вопроса 4.

Переменные.

PAresultname: Строка(255'); // переменная может принимать значение из заранее заданного списка результатов СПД. В случае отсутствия в списке требуемого значения, оно заносится в данный список, а затем выбирается для переменной в качестве ее значения.

Вопрос 3. Какие системы автоматизированного проектирования используются для ведения специализированной проектной деятельности на Вашем предприятии?

Назначение. Определить список САПР, используемых в СПД предприятия. Список САПР применяется при указании средств автоматизации для этапов проектирования, проектных процедур и операций. Переменные.

CADlist: список типа CADlst, Структура переменных. CADlst: Record CADname: Строка(255), // название САПР CADversion: Строка(50), // версия САПР

Nextel: Pointer CADlst, / / указатель на след. элемент списка end;

Приведем пример списка названий САПР из ста элементов (в алфавитном порядке): ADAMS, ADEM, Alias |Wavefront, Analyzer, ANSYS, АРМ WinMachine, ArchiTECH, AutoCAD, Autodesk Building Electrical, Autodesk Building Mechanical, Autodesk Inventor, Autodesk Map, Autodesk Mechanical Desktop, AutoSEA, autoECKfl, bCAD, BlueCAD, BRAVO, CAD STAR, CADdy, CADElectro, CADkey, CADMAX, CADMECH, CADRA, CADVANCE, CAMtastic, CATIA, Cimatron, CoCreate, DEFCAR, Design Workshop, DesignCAD Pro, DesignSpace, DYNAMIC DESIGNER, Easy Trace, EdgeCAM, ESPRIT, EUCLID, Flow-3D, Form-Z, Genius Desktop, GTXImage CAD, GTXRaster CAD, GTXRaster TRACE, HELIX, hyperMILL, I-DEAS Master Series, IronCAD, Lightscape, LS Flow, LS-DYNA, LVMFlow, MasterCAM, MicroStation, Microwave Office, MSC/InCheck, NASTRAN, Nexar, nVisage, Omega PLUS, OmniCAD, P-CAD, PEPS, Pit-Control, Pit-Electrical Engineering, Planit, Power Solutions, Pro/ENGINEER, Pro/MECHANICA, Protel, QuickCAD, RadioRay, REBIS, Rhinoceros, Schematic, SoftCAD, SolidCAM, SolidEdge, SolidWorks, SPIWood, STAR-CD, SuperNEC, Surface Express, TEBIS, T-FLEX CAD, think3, UNICAM, Unigraphics, VISI -Series, Visual System Simulator, VUTRAX, VX VISION, WinELSO, Wireless Insite, WSCAD, АСОНИКА, КОМПАС, СПРУТ, ТИГРАС.

Вопрос 4. Какие этапы проектирования проходят #PAresultname ? Назначение. Определить перечень этапов проектирования, которые формируют первый уровень ССПД-графа. Переменные.

PAstages: список типа StagesLst, // список этапов проектирования PAstagescount: Целое число', 11 количество этапов проектирования, которые вводятся в результате ответа эксперта (размер списка PAstages)

Структура переменных. StagesLst: Record

Stage name: Строка(255)\ // название этапа проектирования

Procedures: Pointer ProceduresLst, // указ. на список проектных проц.

Next el. Pointer StagesLst, // указ. на след. элемент списка end;

Переменная Procedures структуры StagesLst инициализируется в Вопросе 5.

Вопрос 5. Охарактеризуйте состав этапа проектирования « #Element PA stages», путем ввода его проектных процедур и их характеристик (ввод проектных процедур можно осуществлять в произвольном порядке).

Назначение. Определить перечень проектных процедур, из которых состоит этап проектирования «МElement PA stages» введенный в Вопросе 4.

Для каждой проектной процедуры вводится ее название, указывается, имеется ли ее поддержка при помощи САПР, и если имеется, то указывается при помощи какой САПР (из списка Вопроса 3). Переменные.

PAprocedures: Список типа ProceduresLst; // список проектных процедур(всегда подчинен одному из элементов списка PAstages) PAprocscount: Целое число', // количество проектных процедур, которые вводятся в результате ответа эксперта (размер списка PAj?rocedures) Структура переменных. ProceduresLst: Record Procedurename: Строка(255'); II название проектной процедуры Automate: Boolean, // флаг автоматиз. проектной проц.

CADs: Pointer CAD lst; // указатель на список использ. САПР

Operations: Pointer OperationsLst; // указатель на список проек. опер-й Nextjel: Pointer ProceduresLst, // указатель на след. элемент списка end;

Переменная Operations структуры ProceduresLst инициализируется в Вопросе 6. Вопрос 6. Охарактеризуйте состав процедуры проектирования

Element PAjprocedures», путем ввода ее проектных операций и их характеристик (ввод проектных операций можно осуществлять в произвольном порядке.).

Назначение. Определить перечень проектных операций, из которых состоит проектная процедура «#Element PAprocedures» введенная в Вопросе 5. Для каждой проектной операции вводится ее название, указывается, имеется ли ее поддержка при помощи САПР, и если имеется, то указывается при помощи какой САПР. Причем список доступных для выбора САПР ограничен списком, введенным в Вопросе 5.

Переменные.

PAoperations: Список типа OperationsLst; // список проектных операций(всегда подчинен одному из элементов списка PAprocedures)

PAoperscount Целое число; // количество проектных операций, которые вводятся в результате ответа эксперта (размер списка PAoperations) Структура переменных. OperationsLst: Record Operatonname: Строка(255); // название проектной операции Automate:Boolean; // флаг автоматиз. проектной опер.

CADs: Pointer CADI st; // указатель на список использ. САПР

Nextel: Pointer OperatonsLst; // указатель на след. элемент списка end;

- 193-ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований были решены все поставленные исследовательские задачи и получены следующие научные результаты:

1. Разработан графовый подход к обучению СПД. Подход обеспечивает формирование структуры и содержания обучения СПД. Положительный эффект от применения данного подхода выражен в повышении эффективности обучения СПД за счет: 1) учета структуры СПД в обучении, что позволяет контролировать ряд характеристик обучения СПД; 2) совершенствования процедуры анализа обучения СПД путем его оценки по следующим критериям: а) полнота представления СПД в УК, б) акценты в УК на элементы СПД, в) полнота изучения элементов СПД обучаемым инженером, г) результаты изучения отдельных элементов СПД обучаемым инженером.

В рамках подхода разработана система, состоящая из пяти графов: а) ССПД-граф, предназначенный для представления структуры СПД, б) ПСПД-граф, предназначенный для анализа покрытия учебным материалом СПД, в) АМПО-граф, предназначенный для анализа акцентов на модули проектных операций учебного курса, г) ПОСД-граф, предназначенный для отображения и анализа хода (прогресса) обучения СПД, д) РОСД-граф, предназначенный для оценки результатов обучения СПД.

2. Разработана графовая модель УК СПД. Модель обеспечивает формирование структуры УК СПД и его содержания. Положительным эффектом от применения графовой модели УК СПД является повышение эффективности обучения СПД за счет сокращения сроков разработки УК СПД. Сокращение сроков разработки УК СПД обеспечивается применением удобной, компактной визуальной модели. Модель УК СПД является масштабируемой в широких пределах, т.к. позволяет организовать обучение: 1) по одному из этапов СПД, 2) по нескольким этапам СПД, 3) по всей СПД предприятия. Модель УК СПД может быть адаптирована, как для хорошо подготовленных инженеров, так и для инженеров с небольшим практическим опытом.

Модель включает: а) Множество типовых последовательностей проектных операций (ТППО) для построения графа изучения СПД (ИСПД-графа), б) граф изучения СПД (ИСПД-граф) с учебным материалом, содержащимся в модулях проектных операций (МПО), в) правила перемещения обучаемого по ИСПД-графу.

3. Предложена алгебра моделей УК (АМУК). Алгебра обеспечивает синтез и преобразование структуры УК СПД. Положительным эффектом применения АМУК является возможность перехода от алгебраического выражения (АВ) к графовой форме УК СПД.

Алгебра включает семь операций, которые позволяют представить структуру любого ИСПД-графа в данной алгебре. Разработаны четыре операции преобразования («вставка», «удаление», «замещение», «наложение»), которые позволяют выполнять преобразования алгебраических выражений, а, следовательно, модифицировать структуру ИСПД-графа записанного в алгебре моделей УК.

4. Предложена методика разработки УК СПД. Методика описывает оптимальную последовательность и содержание этапов проектирования УК для обучения инженеров СПД в САПР. Положительный эффект применения методики заключается в ускорении (по сравнению с известными методами) разработки УК СПД за счет формализации шагов методики проектирования УК.

Методика включает следующие основные этапы разработки учебных курсов: а) конструирование ССПД-графа, б) отбор, классификация и группировка учебного материала, в) разработка тестов для оценки знаний, создание контрольных ИМУК, г) определение требований к контрольным ИМУК, д) конструирование ИСПД-графа.

Получены следующие практические результаты:

1. Разработана архитектура и компоненты КСО СПД, обеспечивающие поддержку обучения СПД через реализацию графо-алгебраического подхода к обучению. Архитектура КСО СПД включает 14 модулей, среди которых: модуль ввода и редактирования блоков учебного материала, модуль ввода и редактирования графа изучения СПД, модуль трансляции и модуль интерпретации графа изучения СПД, модуль ввода и редактирования графа структуры СПД, модуль анализа результатов обучения, модуль ввода тестов, модуль генерации аналитических графов и др. Компоненты КСО СПД позволяют: а) задавать структуру и наполнять обучающим материалом УК СПД путем конструирования и визуализации ИСПДграфа, б) анализировать алгебраическое представление ИСПД-графа, в) конструировать граф структуры СПД (ССПД-граф), генерировать и визуализировать аналитические графы, входящие в систему графов поддержки и анализа обучения СПД, г) сохранять графовую модель УК в разработанном формате на основе технологии XML.

2. Разработана подсистема оценки знаний УСАТИК 2.000, в которой используются методы классической теории тестирования для разработки научно обоснованных тестов оценки знаний. Подсистема оценки знаний может применяться как независимый инструментарий для организации и проведения входного, текущего, итогового компьютерного тестирования результатов обучения СПД с функциями оценки качества используемых тестов. На УСАТИК 2.000 получено СВИДЕТЕЛЬСТВО (РОСПАТЕНТ) об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2001611642. Коммерческий продажи по всей России и странам ближнего зарубежья подтверждают его практическую ценность.

Данная подсистема внедрена в производственный процесс ФГУП «НПО «Марс», г. Ульяновск, а также в учебный процесс: 1) Ульяновского государственного технического университета (г. Ульяновск), 2) Донского государственного межрегионального колледжа строительства, экономики и предпринимательства (г.Новочеркасск), 3) Челябинского монтажного колледжа (г. Челябинск), 4) Государственного предприятии «Регитра» (Литва, г. Вильнюс).

3. Разработан формат представления графовой модели УК СПД и структуры СПД на основе технологии XML. Формат, который является открытым для дальнейшего расширения, реализует хранение информации: 1) о структуре СПД и ее представлении на экране монитора; 2) о структуре УК СПД и его представлении в виде ИСПД-графа на экране монитора; 4) о содержимом учебного курса СПД в виде МПО и их компонентов.

-196

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Максимов, Алексей Вячеславович, 2004 год

1. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 336 с.

2. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР. М.: Высшая школа, 1990. - 335 с.

3. Потемкин A.B. Внедрение САПР: начинаем с обучения персонала. //САПР и графика. 1998. - №3. - С. 12-22.

4. Опыт внедрения систем КОМПАС: Обучение САПР- как это делается. Электронный ресурс.: статья. Корпоративный сайт АО АСКОН- Режим доступа: http://www.ascon.ru/article/train.htm, свободный. - Яз. рус.

5. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 2003. - 616 с.

6. David Byrnes. Five CBTs help you learn CAD on your computer. Электронный ресурс.: статья в науч. журн. о САПР. Электрон, журн. CAD Systems, 2002. CLBMedia Inc.- Режим доступа: http://www.cadsystems.com/software/0006ro4.html, свободный. - Яз. англ.

7. SofTutor for AutoCAD: The fastest way to learn! Электронный ресурс.: статья. -Корпоративный сайт New Vision Software Режим доступа: http://www.nvsi.com/, свободный. - Яз. англ.

8. А.А.Беляев, Е.Г.Коротеева. Применение гипертекстовых технологий в обучении. Электронный ресурс.: Тез. докл. всероссийской научно-мет. конф. «Телематика-2003», 2003. Режим доступа: http://www.machaon.ru/distant/belkor.html, свободный. - Яз. рус.

9. Н.В. Макарова, Юлдашев Т.А. Интеллектуальные системы: Модели представления знаний. Электронный ресурс.:, курс лекций. — Режим доступа: Ьйр://зупорз15.киЬ8и.ш/тГопт1а^с/та51ег/1ес1иге/1Ьегпе5814Ь1тп5 свободный. Яз. рус.

10. Качур Д. Методики искусственного интеллекта. Электронный ресурс.: статья. — Сайт «Искусственный Интеллект от РгоГа». Режим доступа. http://prof9.narod.ru/library/lib010/doc016/doc016.html, свободный. - Яз. рус.

11. Глушков В.М., Цейтлин Г.Е., Ющенко Е.Л. Алгебра. Языки программирования. -Киев: Наукова думка, 1978. 318 с.

12. Глушков В.М., Капитонова Ю.В., Летичевский A.A. Автоматизация проектирования вычислительных машин. Киев: Наукова думка, 1975. - 231 с.

13. Глушков В.М. Теория автоматов и формальные преобразования программ. // Кибернетика. 1965. - №5.

14. Алферова З.В. Теория алгоритмов. М.: Статистика, 1973. - 164 с.

15. Анишев П.А., Ачасова С.М., Бандман О.Л. и др. Методы параллельного микропрограммирования. Новосибирск: Наука, 1981.-184 с.

16. Котов В.Е. Параллельное программирование с типами управления. // Кибернетика. -1979. -№3.

17. Афанасьев А.Н., Гужавин A.A., Кокаев О.Г. Ассоциативное микропрограммирование Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1991. - 116 с.

18. Бурбаки Н. Теория множеств. М.: Мир, 1965 - 450 с.

19. Носов В.А. Комбинаторика и теория графов. -М.: МГИЭМ, 1999 112 с.

20. Харари Ф. Теория графов М.: Мир, 1973- 153 с.

21. Уилсон Р. Введение в теорию графов. М.: Наука, 1977. 96 с.

22. Котов В.Е. Алгебра регулярных сетей. // Кибернетика. -1980 №5, С. 10-18.

23. Максимов A.B. Организация встроенного обучения в САПР. // Информационные технологии в науке, проектировании и производстве: Материалы УП Всероссийской научно-технической конференции Н. Новгород, 2002. - С.50-52.

24. Максимов A.B. Разработка систем обучения для САПР. // Ежегодная внутривузовская конференция профессорско-преподавательского состава: Доклад-Ульяновск: УлГТУ, 2003.

25. Максимов A.B. Разработка систем оценки качеств знаний на основе тестового подхода. // Ежегодная внутривузовская конференция профессорско-преподавательского состава: Доклад:-Ульяновск: УлГТУ, 2003.

26. Афанасьев А.Н., Максимов A.B. Разработка моделей построения учебных комплексов для САПР. // Компьютерное моделирование 2003: Труды IV Международной НТК,- С.Петербург, 2003. С.385-387.

27. Максимов A.B. Разработка моделей интеллектуально-тестового обучения САПР. // Interactive Systems: The Problems of Human-Computer Interaction 2003: Proceedings of the International Conference -Ulyanovsk: U1STU, 2003. P.l 19-121.

28. Афанасьев A.H., Максимов A.B. Проектирование интеллектуальной обучающей системы для САПР. // Interactive Systems: The Problems of Human-Computer Interaction 2003: Proceedings of the International Conference Ulyanovsk: U1STU, 2003. -P. 124-125.

29. Максимов A.B. Разработка методов и средств интеллектуально-тестового обучения в САПР. // Микроэлектроника и инфоматика-2002: Тезисы докладов Всероссийской межвузовской НТК студентов и аспирантов Москва: МИЭТ, 2002.

30. Афанасьев А.Н., Максимов A.B. Разработка графо-алгебраических методов и средств обучения проектной деятельности в САПР. // Вестник УлГТУ. Ульяновск, 2004,-№2.

31. Техническое творчество: теория, методология, практика. Энциклопедический словарь-справочник // Под ред. А.И. Половинкина, В.В. Попова. М.: НПО «Информ-система», 1995.-408 с.

32. Ильин В.В. Теория познания. Введение. Общие проблемы. М.: МГУ, 1993. - 233 с.

33. Талызина Н.Ф. Управление процессом усвоения знаний. М.: МГУ, 1984. 134 с.

34. Теория и практика систем интенсивного обучения. Кн. 1-4 под. Ред. A.A. Золотарева. -М. МГТУГА, 1994 г.

35. Барболин М П. Методологические основы развивающего обучения. М.: Высшая школа, 1991. - 232 с.

36. Ланда Л.Н. Алгоритмизация в обучении. — М.: Просвещение, 1966. 125 с.

37. Башмаков А.И., Владимиров А.И., Грачев В.А. и др. Технологии и средства развития творческих способностей специалистов. М.: ЭДЬСД, 2002. - 221 с.

38. Андрейчиков A.B., Андрейчикова О.Н. Компьютерная поддержка изобретательства (методы, системы, примеры применения). -М.: Машиностроение, 1988. -476 с.

39. Скуратович Э.К., Соколов А.Г. и др. Учебно-исследовательские САПР в высшей школе.-М., 1991.-40 с.

40. Норенков Ю.И. Исследование и разработка принципов построения адаптивных обучающих систем. -М., 1993. 148 с.59.