КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ

РЕПЕЦЬКИЙ Андрій Анатолійович

УДК 78.21.49: 681.513.7:519.711

МЕТОДИКА ПРОЕКТУВАННЯ

ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА

ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ОПЕРАТОРІВ РАДІОЛОКАЦІЙНИХ СИСТЕМ

Спеціальність 20.02.12 – Військова кібернетика, системи управління та зв’язок

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Міністерства Оборони України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор Герасимов Борис Михайлович, Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, професор кафедри військового управління;

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Шохін Борис Павлович, Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, провідний науковий співробітник науково-дослідного центру;

кандидат технічних наук Бучик Сергій Степанович, Житомирський військовий інституту радіоелектроніки імені С.П. Корольова, старший викладач кафедри комп’ютерних систем.

Провідна установа – Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації Національного технічного університету України “КПІ”, МО України, м. Київ.

Захист відбудеться “ _27_ ” __10__ 2006 р. о __ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.40 Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03680, Київ-680, просп. Глушкова, 2, корп. 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, Київ-33, вул. Володимирська 58, зал 12.

Автореферат розісланий “ _20_ ” ___09__ 2006 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ПАШКОВ С.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відомо, що жодна зі складних і дорогих радіолокаційних систем не зможе ефективно функціонувати без добре навченого персоналу. У процесі підготовки фахівців для роботи на таких системах виникає ряд труднощів. По-перше, безпосереднє навчання на реальній бойовій техніці в умовах, наближених до бойових, нерідко стає неможливим у силу економічних причин. По-друге, деякі фрагменти бойової роботи для безлічі можливих ситуацій важко відтворювані.

Аналіз номенклатури та характеристик існуючих тренажно-імітаційних засобів РТВ показує, що системним й дидактичним властивостям вони не відповідають. У результаті основний упор у бойовій підготовці робиться на проведення тренувань операторів з використанням вбудованої тренажно-імітаційної апаратури бойової техніки й автономних тренажерів по детермінованій повітряній обстановці, заздалегідь підготовленій на носіях інформації. Це не дозволяє забезпечити керований ігровий процес навчання в умовах, адекватних реальним.

Недоліками такої підготовки є: пасивність і відсутність творчості в процесі навчання з боку операторів; необґрунтовані витрати часу на рутинну роботу по підготовці й навчанню елементарним поняттям і діям з боку викладачів і інструкторів; витрата ресурсу бойової техніки при навчанні й тренуваннях через відсутність інших засобів підготовки.

Висока продуктивність сучасних персональних електронно-обчислювальних машин при порівняно невеликій вартості, комп'ютеризація й інформатизація професійної та повсякденної діяльності створює технічні, економічні, методичні й психологічні передумови для усунення зазначених недоліків на основі автоматизації та інтелектуалізації процесу навчання й тренування оперативного персоналу радіолокаційних систем.

У зв'язку з цим доцільно використання нових активних методів підготовки операторів радіолокаційних систем для виконання бойових завдань. При цьому виникає необхідність створення відповідної сучасної комп'ютерної навчально-тренувальної бази.

Вирішення цієї задачі можливо за рахунок використання стандартних технічних засобів і заміни реального об’єкта та ситуації на модель – створення спеціального програмного забезпечення (інтелектуальних тренажерів) та організації взаємодії того, кого навчають, з нею так, щоб максимально наблизити його дії до реальних умов. Це дозволить розширити можливості підготовки, скоротити фінансові й часові витрати на експлуатацію техніки, підтримувати боєздатність техніки на заданому рівні, забезпечити безпеку тренувань під час навчання.

Все це визначило необхідність та актуальність подальших досліджень у даній предметній області, спрямованих на вирішення наукової задачі, сутність якої полягає у розробці методики проектування інтелектуального тренажера (ІТ) для підготовки операторів радіолокаційних систем на основі застосування комп'ютерних технологій навчання.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Представлені в дисертаційній роботі дослідження проводились в рамках планової НДР (шифр “Зірка-2”, розділ – методи та засоби проектування інтелектуальних тренажерів для підготовки операторів радіотехнічних засобів), яка велась у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Особисто автором розроблено: обґрунтування структури ІТ; фреймово-продукційна модель подання знань і вивід рішень у системі; алгоритм навчання операторів радіотехнічних засобів.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка рекомендацій, спрямованих на розширення можливостей підготовки фахівців радіолокаційних систем, зменшення фінансових і часових витрат за рахунок впровадження комп'ютерних навчальних систем та інтелектуалізації процесу навчання.

Задачі, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети:

Аналіз сучасного стану і розвитку інтелектуальних навчальних систем (ІНС) та тренажно-імітаційних засобів (ТІЗ).

Обґрунтування структури й основних вимог до інтелектуального тренажера.

Розробка методики вибору раціональної моделі подання знань (МПЗ) та удосконалення методики формування баз знань ІТ.

Розробка методики застосуванням імітаційного моделювання для підготовки оперативного персоналу радіолокаційних систем на основі формалізації їхньої діяльності та агрегативного підходу.

Розробка алгоритмів, математичного і програмного забезпечення ІТ, створюваного на основі комп’ютерних технологій, для підготовки оперативного персоналу радіолокаційних систем.

Об’єкт дослідження – інтелектуальні навчальні системи й тренажери.

Предмет дослідження – методи проектування інтелектуальних навчальних систем й тренажерів.

Методи дослідження:

Методи системного аналізу, теорії графів, експертних оцінок – у процесі розробки методики проектування інтелектуального тренажера.

Теорія масового обслуговування, математична статистика, імітаційне моделювання, моделювання на ЕОМ – при розробці моделей об’єктів, подій і процесів ІТ.

Наукова новизна одержаних результатів

Удосконалена методика формування баз знань інтелектуального тренажера, яка включає розробку методики вибору раціонального варіанта моделі подання знань і реалізації фреймово-продукційної моделі подання знань.

На відміну від існуючої, методика дозволяє удосконалення формалізації предметних областей (ПО), опис їх на відповідних мовах подання знань та застосування експертних оцінок для вибору раціональної моделі подання знань.

Уперше розроблена методика застосування імітаційного моделювання для підготовки оперативного персоналу радіолокаційних систем на основі агрегативного підходу й формалізації діяльності оператора із застосуванням теорії масового обслуговування і теорії графів.

Новизна методики полягає в реалізації нових підходів формалізації дій оперативного персоналу й створенні їхніх імітаційних моделей для вирішення задачі підготовки оперативного персоналу.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати можуть бути використані в науково-дослідних організаціях, пов’язаних з розробкою сучасної комп'ютерної навчально-тренувальної бази та нових методів і засобів підготовки фахівців радіолокаційних систем як військового, так і цивільного призначення, а також при проведенні навчального процесу у вищих навчальних закладах при вивченні відповідних дисциплін.

Використання одержаних результатів підтверджено відповідними актами про впровадження роботи у в\ч А2682: акт № 1078 від “11.11.2005”, акт № 1077 від “11.11.2005” та навчальний процес Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка: акт № 235 від “31.08.06”.

Особистий внесок здобувача

В [4] особисто здобувачем розроблено узагальнену структурну схему імітаційної моделі оператора супроводження, на підставі якої також розроблено алгоритм, що моделює роботу оператора супроводження; в [5] особисто здобувачем розроблено структуру інтелектуального тренажера; в [7] розроблено методику формування БЗ; в [8] запропонована структура системи інформаційної підтримки прийняття рішення в ІТ для вирішення задач керування радіолокаційною системою.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації оприлюднено на міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих учених “Шевченківська весна. Сучасний стан науки: досягнення, проблеми та перспективи розвитку”(10-11 березня 2005 р., м. Київ), на І-й Всеукраїнській науково-практичній конференції “Військова освіта та наука: сьогодення та майбутнє” памяті професора генерал-лейтенанта Жукова С.А. (24-25 листопада 2005 р., м. Київ), на ХV-й науково-технічній конференції “Наукові проблеми розробки, модернізації та застосування інформаційно-вимірювальних систем космічного і наземного базування” (20-21 квітня 2006 р., м. Житомир), на міжвузівській науково-практичній конференції “Сучасні напрямки розвитку Сухопутних військ ЗС України” (27-28 жовтня 2005 р., м. Одеса).

Публікації. Основні наукові результати дисертації опубліковані в 6 статтях (4 статті без співавторів) у фахових наукових виданнях і 2 тезах доповідей.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів і списку використаних джерел. Загальний об’єм складає 144 сторінки машинописного тексту, з яких 28 сторінок займають рисунки, таблиці, список використаних джерел, який містить 89 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, викладено основні наукові та практичні результати, отримані в роботі, а також основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі проведено аналіз стану і напрямків удосконалення ТІЗ та навчальних систем (НС), також сформульовано задачу, мету й основні питання дослідження.

Аналіз існуючих НС і ТІЗ дозволяє зробити висновок про те, що кожен з них має лише деякі позитивні якості. Однак сукупність вимог, які пред’являються до сучасних НС для підготовки операторів радіолокаційних систем, не задовольняє жоден з них.

Одним з перспективних напрямків розвитку ТІЗ є розробка нового покоління систем даного класу – інтелектуальних навчальних систем.

Метою розвитку сучасних НС є істотне розширення їхніх можливостей, що приводить до необхідності розробки нових підходів і технологій їхнього створення.

У зв’язку з цим було сформульовано додаткові вимоги щодо розробки ІТ для підготовки операторів радіолокаційних систем, виходячи з яких було обґрунтовано структуру ІТ, що відрізняється від відомих аналогів наявністю двох контурів навчання, які функціонують у єдиній системі. Один забезпечує формування понять ПО, інший забезпечує формування понять про характерні для даної області дії і проблемні ситуації, у процесі вирішення яких у тих, хто навчається, формуються необхідні вміння й навички.

Узагальнення досвіду проектування НС і ТІЗ військового призначення дозволило сформулювати мету дисертаційного дослідження, яка полягає в розробці рекомендацій, спрямованих на розширення можливостей підготовки фахівців радіолокаційних систем, зменшення фінансових і часових витрат за рахунок впровадження комп'ютерних навчальних систем та інтелектуалізації процесу навчання.

Для досягнення сформульованої мети необхідно вирішити актуальну наукову задачу, що полягає в розробці методики проектування ІТ для підготовки операторів радіолокаційних систем на основі застосування комп'ютерних технологій навчання. Рішення цієї наукової задачі містить у собі сукупність взаємозалежних часткових задач, які визначають структуру і зміст наступних розділів дисертаційної роботи.

У другому розділі було удосконалено методику формування баз знань (БЗ) ІТ, що включає в себе формалізацію ПО, відповідних кожній із підсистем у складі ІТ, та опис їх на відповідних мовах подання знань.

Методика формування БЗ ІТ включає такі етапи:

Вибір раціональної моделі подання знань.

Формалізація знань предметної області.

Опис предметної області на відповідних мовах подання знань.

Однією з базових проблем на етапі формування БЗ є вибір раціональної МПЗ. У зв'язку з цим було проведено аналіз методів і моделей подання знань, за результатами якого було встановлено, що на даний час відомий ряд базових МПЗ та їхніх модифікацій – це подання за допомогою фактів і правил, вирахування предикатів, нейронні мережі, семантичні мережі, фрейми тощо. При побудові ІТ може бути використана кожна з них сама по собі або в сполученні з іншими. Кожна з моделей дозволяє одержати систему з деякими перевагами – робить її більш ефективною в конкретних умовах використання, полегшує її розуміння й модифікацію. При цьому зіставлення різних моделей подання знань є складним, важко формалізованим завданням.

Формальна постановка завдання вибору раціонального варіанта МПЗ

Нехай є множина МПЗ. Деяка   а властивість   го варіанта МПЗ характеризується величиною   го часткового показника ;;. Тоді МПЗ при   тому варіанті реалізації характеризується вектором. Завдання багатокритеріальної оптимізації зводяться до того, щоб з множини варіантів МПЗ вибрати такий варіант , який має найкраще значення вектора , тобто , , при цьому передбачається, що поняття “найкращий вектор ” попередньо сформульований математично, тобто обраний (обґрунтований) відповідний критерій переваги (відношення переваги).

Для вирішення багатокритеріального завдання вибору необхідно виразити значення часткових показників у зручній кількісній формі. Найбільш доцільно як кількісні, так і якісні показники привести до вигляду, коли їхні значення змінюються від нуля до одиниці, тобто для всіх;.

Якісні показники представляються у вигляді експертних оцінок заданого рівня якості . Очевидно, завжди.

У роботі показано, що вибір конкретного методу рішення залежить від наявності експертної інформації про ступінь важливості показників або їх ранжирування.

Для вирішення першого етапу методики формування БЗ ІТ було розроблено та запропоновано нову методику вибору раціональної МПЗ.

Методика вибору раціональної МПЗ припускає виконання п’яти етапів.

Перший етап. Визначення системи показників ефективності МПЗ на основі запропонованої сукупності.

Виходячи з аналізу властивостей варіантів МПЗ, були вибрані сім показників (табл. 1).

Другий етап. На основі узагальнення результатів аналізу існуючих методів оцінки важливості показників якості МПЗ і розрахунку експертних оцінок заданому рівню якості доведена доцільність застосування методу власних векторів Уея для оцінки важливості показників. Визначення коефіцієнтів важливості показників якості МПЗ виконується за формулою

, (1)

де, , – перевага показника над показниками , – рівноцінність і , – перевага показника над .

Таблиця 1

Показники якості МПЗ

У нашому прикладі одержуємо:

;;;;;;.

Показники впорядковані в такий спосіб:

.

Третій етап. Проведення групової експертної оцінки МПЗ по заданих показниках якості.

У результаті групової експертної оцінки одержані нижченаведені дані, що характеризують ступінь відповідності рішення заданим критеріям (табл. 2).

Таблиця 2

Дані експертної оцінки МПЗ по заданих показниках якості

При використанні експертних оцінок звичайно передбачається, що думка групи експертів надійніша, ніж думка окремого експерта, тому четвертий етап – це оцінка ступеня погодженості думок експертів.

При обробці матеріалів колективної експертної оцінки використовуються методи теорії рангової кореляції. Для кількісної оцінки ступеня погодженості думок експертів застосовується коефіцієнт конкордації.

, (2)

, (3)

де – кількість експертів, – кількість властивостей, що розглядаються, – місце, що зайняла   а властивість у ранжируванні   м експертом; – відхилення суми рангів по   й властивості від середнього арифметичного сум рангів по властивостях.

Його значення перебуває в межах ; означає повну протилежність, а – повний збіг ранжирувань.

Практично вірогідність уважається гарною, якщо.

За результатами оцінювання п’яти МПЗ у роботі отримали величину коефіцієнта конкордації: , що свідчить про те, що думки експертів добре погоджені.

П’ятий етап. Вибір варіанта МПЗ за різною важливістю показників.

У роботі доведена доцільність застосування лексикографічного методу для вибору варіанта МПЗ за різною важливістю показників та вирішення цього завдання.

Застосування методу зводиться до таких операцій.

1. Упорядковуються показники по важливості

.

2. При згоді осіб, що приймають рішення, для кожного показника призначається величина припустимої поступки, у межах якої розглянуті альтернативи вважаються практично рівноцінними.

3. Для першого по важливості показника формується множина "практично рівноцінних" альтернатив, які задовольняють умову

.

4. Якщо множина містить тільки один варіант, то він і є найкращим. Якщо множина містить більше одного варіанта, то переходимо до розгляду множини по показнику .

5. Для другого показника формується множина варіантів з множини, які задовольняють умову

.

6. Якщо множина містить тільки один варіант, то він і вважається найкращим; якщо більше одного – розглядаємо ці варіанти по показнику й т.і.

7. Якщо всі показники послідовно розглянуті й у результаті отримані множини, що містять більше однієї альтернативи, то можна застосувати два підходи:

зменшити величину припустимої поступки , починаючи з першого по важливості показника, й повторити всі кроки вирішення;

надати особі, що приймає рішення, остаточний вибір кращого варіанта.

У результаті експертної оцінки одержані дані, що характеризують ступінь відповідності МПЗ заданим показникам (табл. 2).

Відповідно одержуємо . Таким чином, якнайкращим варіантом є другий і четвертий варіанти рішення.

Виходячи з особливостей задачі підготовки операторів радіолокаційних систем та результатів вирішення задачі вибору раціонального варіанта МПЗ, як засіб подання знань використовується змішана модель, спільно використовуються правила-продукції та система фреймів.

У зв'язку з вибраною МПЗ в ІТ запропонована трирівнева структура МПЗ та БЗ (рис.1.). Нижній рівень БЗ становить модель світу системи (МСС), у якій відбиті в основному декларативні, екстенсиональні й фактографічні знання. Для подання таких знань у моделі світу системи пропонується використовувати фреймовий формалізм.

Другий рівень становить база правил (БП), де в основному зосереджені знання, які мають процедуральний та інтенсиональний характер. База правил структурована відповідно до особливостей ПО й з пакетів правил. Кожен пакет правил є незалежною продукційною системою.

Верхнім рівнем є метазнання, в яких відбито знання про структуру й характер знань моделі навчання. Метаправила, що тут знаходяться, дозволяють здійснити перехід від одного пакета правил у БП до іншого.

Рис. 1. Структура бази знань системи

Другий етап методики формування БЗ полягає у формалізації ПО, що відповідають кожній з підсистем. У главі дається докладний опис алгоритму формування БЗ та наведено приклад формування навчальної БЗ по темі “радіолокаційна розвідка”, що забезпечує засвоєння понять ПО під час навчання.

Третій етап методики формування БЗ – опис ПО на відповідних мовах подання знань.

Виділення об'єктів, понять і концептів є першим етапом процесу опису ПО.

З погляду системного аналізу, метод є функціональним перетворенням властивостей або систем об'єкта з початкового стану в стан, коли відбувається розбивка об'єкта на підсистеми, виявлення нових властивостей або об'єктів з тими ж властивостями.

, (4)

де – область, що визначає стани вхідних форм; – область значень, що визначає вихідні форми; – об'єкт; – методи.

Таким чином, для опису ПО необхідно й досить відобразити множину понять, об'єктів і методів пізнання:

, (5)

де – базові поняття; – базові об'єкти; – метод.

Наступним етапом після відбору базових понять, об'єктів і методів є етап опису об'єктів, їхніх властивостей і внутрішніх структур. Метод пізнання дозволяє відібрати однорідні об'єкти, виявити їхні структурні складові й відносини між ними.

Опис містить розпізнавання об'єкта або його окремих частин і відбиття властивостей, що відповідають більш глибокому рівню пізнання.

Етап опису властивостей і внутрішніх структур об'єкта можна вважати завершеним тоді, коли відбувається абсолютно чіткий поділ усіх об'єктів ПО, а також їхніх структурних складових на певні класи.

Також у главі наведено приклад реалізації БЗ ІТ (на прикладі задачі управління режимами роботи РЛС). У прикладі наведено фрагмент фреймово-продукційної МПЗ та приклад логічного виводу на продукціях при заданих зовнішніх умовах.

У третьому розділі розроблено та запропоновано методику застосування імітаційного моделювання для підготовки оперативного персоналу радіолокаційних систем.

Суть методики полягає в навчанні керівного складу (старших операторів) процесу керування діяльністю підлеглих операторів (керування персоналом) із застосуванням імітаційних моделей операторів.

Традиційно для навчання старшого оператора застосовується методика формування знань і вмінь у процесі його практичної діяльності. Така методика є малоефективною, оскільки вимагає більших витрат часу й засобів для накопичення досвіду керування персоналом. Тому для більш ефективного навчання старшого оператора процесу керування в динаміці діяльності доцільно використовувати так звані “віртуальні групи операторів”, під якими розуміємо імітаційні моделі групової діяльності.

Застосування імітаційної моделі має такі переваги в порівнянні із традиційними методами навчання старшого оператора:

дозволяє оцінювати результат діяльності колективу й вплив на нього того або іншого керуючого впливу старшого оператора;

дозволяє проводити аналіз динаміки зміни знань і вмінь старшого оператора в міру накопичення досвіду й вибирати найбільш оптимальні методи навчання (адаптації до результатів навчання);

дозволяє аналізувати організаційні й психофізіологічні фактори операторів і колективу, вплив на ефективність його діяльності (сумісність роботи, розподіл функцій у динаміці діяльності, кваліфікацію операторів, їхню стомлюваність тощо).

Схема навчання старшого оператора із застосуванням імітаційних моделей наведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема навчання старшого оператора із

застосуванням імітаційних моделей

Методика передбачає виконання таких етапів:

Розробка імітаційної моделі об’єкта управління.

Розробка методики синтезу імітаційної моделі оператора супроводження.

Розробка еталонної моделі старшого оператора.

Імітаційна модель об’єкта управління. Основною функцією імітаційної моделі об'єкта управління є генерування завдань, що виникають у процесі функціонування об'єкта та потребують втручання персоналу в процес управління об'єктом.

По кожному завданню в імітаційній моделі необхідно мати такі дані: тип завдання; важливість (пріоритет) завдання і - го типу ; час між моментами виникнення завдань ; час існування (припустимий час вирішення) завдання і - го типу .

Важливість завдання визначається за допомогою експертних оцінок.

Для опису моментів виникнення завдань застосовується пуассонівський (найпростіший) потік, що має такі переваги при моделюванні: створює найбільш складні умови для вирішення завдань і простий у реалізації.

Час вирішення розподілений рівноймовірно від до у силу впливу великої кількості випадкових факторів.

Методика синтезу імітаційної моделі оператора супроводження. Для синтезу імітаційної моделі оператора скористаємося інтерпретацією його діяльності у вигляді процесу масового обслуговування (СМО). Вихідними даними для розробки імітаційної моделі є характеристики завдань (важливість, час виникнення, припустимий час вирішення), дані про час вирішення завдань оператором, а також особливості організації вирішення завдань оператором, що впливають на вибір типу системи масового обслуговування.

Час вирішення завдання оператором як випадкова величина характеризується функцією розподілу (щільністю розподілу) та його числовими характеристиками й .

Експериментальні дослідження показали, що найбільш поширений закон розподілу часу вирішення завдань – нормальний усічений закон.

=–; , (6)

де – відповідно мінімальна й максимальна межа часу вирішення завдання, – нормуючий показник.

, (7)

де, , – функція Гауса.

Узагальнена структурна схема моделі оператора супроводження містить 8 блоків: у блоці 1 формуються й зберігаються вихідні дані; в блоці 2 імітується потік завдань; блок 3 організує пріоритетне обслуговування завдань і формує чергу на обслуговування; блок 4 фіксує час очікування завдання – час від моменту надходження завдання із блоку 2 до моменту прийому завдання на обслуговування; блок 5 являє собою датчик випадкових чисел, що формує час вирішення завдання; блок 6 формує випадковий припустимий час вирішення завдання; блок 7 фіксує своєчасність або несвоєчасність вирішення завдань; у блоці 8 розраховуються характеристики початку обслуговування завдань.

На основі узагальненої структурної схеми імітаційної моделі оператора було розроблено алгоритм, що моделює роботу оператора супроводження (рис. ), та проведена оцінка адекватності за критерієм, що характеризує результат діяльності оператора (вірогідність правильного і своєчасного вирішення задач).

Рис. 4. Структурна схема алгоритму імітаційної моделі

оператора супроводження

Оцінка адекватності імітаційної моделі по ймовірності правильного і своєчасного вирішення завдань полягає в перевірці гіпотези (модель адекватна) проти гіпотези (модель неадекватна).

Для перевірки адекватності використовується така z-статистика:

. (8)

Імовірність правильного і своєчасного вирішення завдань оператором за результатами моделювання та за результатами натурних експериментів визначається співвідношеннями:

;. (9)

Після проведення експериментів отримали такі дані: PM = ,72; PH = ,82; z ,19;  ,05; критичне значення  ,96.

Оскільки розраховане значення z менше критичного значення стандартного нормального розподілу при рівні значимості 0,05, то нульова гіпотеза про адекватність моделі приймається.

При навчанні старшого оператора із застосуванням імітаційних моделей необхідно враховувати груповий характер діяльності керованого колективу операторів, що визначає правила взаємодії операторів один з одним і їхню взаємодію в процесі діяльності.

Зміст взаємодії операторів полягає в тому, що діяльність одного, впливаючи деяким чином на діяльність інших, у свою чергу виявляється залежною від останньої. Складність аналізу процесу взаємодії полягає, по-перше, у тому, що його характер і наслідки залежать від великої кількості технічних, психологічних і інших факторів, по-друге, у тому, що, як правило, вплив цих факторів важко описати кількісно. Тому найбільш прийнятним методом вирішення проблеми є застосування імітаційного моделювання.

Процес вирішення завдання колективом операторів можна представити у вигляді орієнтованого графа, вершини якого відповідають операторам, а орієнтовані дуги характеризують взаємозв'язки операторів при вирішенні завдання.

Узагальнена структурна схема імітаційної моделі групової операторської діяльності наведена на рис. 5.

Еталонна модель старшого оператора. Еталонна модель старшого оператора являє собою формальний опис процесу управління персоналом і визначається змістом завдань управління. Розглянемо можливий підхід до синтезу цієї моделі стосовно досить типового завдання керування персоналом – розподіл завдань між виконавцями.

Рис. 5. Узагальнена структурна схема імітаційної моделі групової операторської діяльності

Для формального опису завдання, розподілу завдань між виконавцями, введемо такі позначення.

Нехай – завдання, які необхідно розподілити між виконавцями . Кожне -те завдання характеризується важливістю , а кожний -ий виконавець – продуктивністю , а також якістю вирішення -го завдання , яке залежить від кваліфікації й досвіду роботи.

Тоді завдання формулюється в такий спосіб:

, (10)

при обмеженнях: (11)

. (12)

Сформульоване завдання відноситься до класу завдань лінійного цілочисельного програмування, для вирішення часткового випадку призначений метод площин, що відсікають.

У четвертому розділі розроблена та обґрунтована структура ІТ (рис. 6), розглянуті її елементи та принципи їхньої реалізації.

Приведена оцінка ефективності застосування ІТ на основі аналізу статистичних даних (рис. 7) і прогнозованих витрат при різних варіантах проведення підготовки операторів радіолокаційних систем.

Рис. 6. Узагальнена структурна схема ІТ

Рис 7. Графік зміни рівня підготовки (по оцінці виконання задачі розподілу секторів зон радіолокаційного огляду між підлеглими операторами)

Поточне значення показника “рівень підготовки” обчислюють за формулою, називаною математичною моделлю навченості.

, (13)

де Qпр – граничне значення показника рівня підготовки (при), Q0 – початкове значення показника рівня підготовки (при t = 0), t – поточний час навчання (у нашому випадку час навчання пропорційний кількості тренувань t = n), t0 – параметр, що характеризує здібності оператора до навчання (в одиницях часу).

Математична модель навченості дозволяє:

визначити час, необхідний для підготовки оператора до заданого рівня;

визначити очікуваний рівень підготовки оператора при заданому часі підготовки;

оцінити можливі витрати на підготовку оператора при відомій середній погодинній вартості підготовки.

Проведено узагальнений розрахунок середньої вартості години роботи ІТ і КЗА 86Ж6-С. Проведені дослідження показали, що застосування комп’ютерних технологій навчання дозволяє скоротити вартісні, часові і людські витрати на підготовку оперативного персоналу радіолокаційних систем. У розглянутих варіантах підготовки старших операторів вартість використання ІТ зменшується в 3 рази в порівнянні з КЗА 86Ж6-С у режимі "тренаж";

Оцінка ефективності застосування ІТ на основі порівняльного аналізу показала, що ІТ, побудовані на базі ПЕОМ, є перспективними технічними засобами підготовки оперативного персоналу радіолокаційних систем, які дозволяють при менших матеріальних і людських затратах забезпечити ефективну підготовку.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення актуальної наукової задачі, сутність якої полягає у розробці методики проектування ІТ для підготовки операторів радіолокаційних систем на основі застосування комп'ютерних технологій навчання.

Головним науковим і практичним результатом роботи є розроблена методика проектування ІТ для підготовки операторів радіолокаційних систем.

Розробка цієї методики стала можливою завдяки одержанню двох інших наукових результатів: методики формування БЗ ІТ і методики застосування імітаційного моделювання для підготовки оперативного персоналу радіолокаційних систем.

Наведені вище наукові результати є новими. Їхня новизна визначається тим, що вперше для формування БЗ інтелектуальних систем запропоновано використовувати нову методику вибору МПЗ, яка суттєво впливає на характеристики та властивості системи і є джерелом підвищення ефективності роботи. Сутність даної методики полягає у формалізації ПО та описі їх на відповідних мовах подання знань та застосуванні експертних оцінок для вибору раціональної МПЗ.

Також вперше розроблено методику застосування імітаційного моделювання для підготовки оперативного персоналу радіолокаційних систем на основі агрегативного підходу й формалізації діяльності оператора із застосуванням теорії масового обслуговування і теорії графів.

Новизна методики полягає в реалізації нових підходів формалізації дій оперативного персоналу й створенні їхніх імітаційних моделей для вирішення задачі підготовки оперативного персоналу.

З використанням отриманих наукових результатів розроблені структурна схема ІТ і ключова частина ІТ, що являє собою програму еталонної моделі старшого оператора та оператора супроводження, яка дозволяє при менших фінансових та людських витратах забезпечити ефективну підготовку оперативного персоналу радіолокаційних систем.

Слід зауважити, що одержані результати можуть бути використані в науково-дослідних організаціях, які пов’язані з розробкою сучасної комп'ютерної навчально-тренувальної бази та нових методів та засобів підготовки фахівців радіолокаційних систем, як військового так і цивільного призначення, а також при проведенні навчального процесу в вищих навчальних закладах при вивченні відповідних дисциплін.

Таким чином, розроблена в дисертації методика проектування ІТ для підготовки операторів радіолокаційних систем є результатом вирішення сформульованої наукової задачі. Вона дозволяє досягти мети дослідження – розробка рекомендацій, спрямованих на розширення можливостей підготовки фахівців радіолокаційних систем, зменшення фінансових і часових витрат за рахунок впровадження комп'ютерних навчальних систем та інтелектуалізації процесу навчання.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ

ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Репецький А.А. Методика придбання експертної інформації для вирішення завдань керування радіолокаційною системою // Вісник КНУ ім. Т. Шевченка. – К.: Київ. ун-т, . – Сер. Військово-спеціальні науки, Вип. 10. – С.  – .

Репецький А.А. Когнітивні процеси в навчанні операторів засобів радіолокації // Вісник КНУ ім. Т. Шевченка. – К.: Київ. ун-т, . – Сер. Військово-спеціальні науки, Вип. 11. – С.  – .

Репецький А.А. Структура та функції динамічної системи підтримки прийняття рішень реального часу // Вісник КНУ ім. Т. Шевченка. – К.: Київ. ун-т, . – Сер. Військово-спеціальні науки, Вип. 8. – С.  – .

Герасимов Б.М., Гулак Н.К., Репецький А.А. Моделювання діяльності оператора в інтелектуальному тренажері // Зб. наук. пр. ВІТІ НТУУ “КПІ”. – К.: ВІТІ НТУУ “КПІ”, 2006. – № 1, – С. 10–14.

Герасимов Б.М., Казанцев О.Ю., Репецький А.А. Структура та функції інтелектуального тренажера для підготовки операторів РЕТ // Зб. наук. пр. Військового інституту КНУ ім. Т. Шевченка, 2006. – Вип. №2, – С. 31–38.

Репецький А.А. Фреймово-продукційна модель подання знань у інтелектуальному тренажері // Зб. наук. пр. Військового інституту КНУ ім. Т. Шевченка, 2005. – Вип. №1. – С. 115–122.

Герасимов Б.М., Репецький А.А. Формування баз знань в інтелектуальній тренажно-імітаційній системі // Наукові проблеми розробки, модернізації та застосування інформаційно-вимірювальних систем космічного і наземного базування: Матеріали ХV-й науково-технічної конференції (20-21 квітня 2006 р.). – Житомир: Житомирський військовий інститут радіоелектроніки, 2006. – С. 115–116.

Браун В.О., Герасимов Б.М., Репецький А.А. Узагальнена структура системи інформаційної підтримки прийняття рішення для вирішення задач керування радіолокаційною системою // Матеріали міжвузівської наук.-практ. конференції “Сучасні напрямки розвитку Сухопутних військ ЗС України”. – Одеса: ООЛІСВ, 2005. – С. –80.

АНОТАЦІЯ

Репецький А.А. Методика проектування інтелектуального тренажера для підготовки операторів радіолокаційних систем. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 20.02.12 – військова кібернетика, системи управління та зв’язок. Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Київ, 2006 р.

Дисертація присвячена розробці методики проектування інтелектуального тренажера для підготовки операторів радіолокаційних систем.

У роботі викладена удосконалена методика формування БЗ інтелектуального тренажера, яка включає формалізацію предметних областей, відповідних кожній із підсистем у складі інтелектуального тренажера, та опис їх на відповідних мовах подання знань.

Запропонована нова методика вибору раціонального варіанта МПЗ та приклад вирішення задачі вибору раціональної МПЗ.

Розроблена нова методика застосування імітаційного моделювання для підготовки оперативного персоналу радіолокаційних систем на основі агрегативного підходу і формалізації діяльності оператора із застосуванням теорії масового обслуговування і теорії графів.

Розроблена та обґрунтована структура інтелектуального тренажера, розглянуті її елементи, взаємодія між ними та принципи їх реалізації.

Розглянуті приклади математичного і програмного забезпечення ІТ.

Ключові слова: навчання, оператор, інтелектуальні навчальні системи, старший оператор, інтелектуальний тренажер, радіолокаційна система, проектування, комп’ютерні технології, моделювання, імітаційна модель.

АННОТАЦИЯ

Репецкий А.А. Методика проектирования интеллектуального тренажера для подготовки операторов радиолокационных систем. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 20.02.12 - военная кибернетика, системы управления и связь. Военный институт Киевского национального университета имени Тараса Шевченко, Киев, 2006 г.

Диссертация посвящена разработке методики проектирования интеллектуального тренажера для подготовки операторов радиолокационных систем.

В работе предложена усовершенствованная методика формирования баз знаний интеллектуального тренажера, которая заключается в формализации предметных областей, соответствующих каждой из подсистем, и описание их на языках представления знаний. Методика позволят четко систематизировать учебный материал, что является очень важным для процесса формирования понятий предметной области у обучаемых. Одной из базовых проблем на этапе формирования баз знаний является выбор рациональной модели представления знаний. Поэтому в работе предложена новая методика выбора рациональной модели представления знаний, которая является основным источником усовершенствования методики формирования баз знаний.

С целью повышения подготовки оперативного персонала радиолокационных систем рассмотрен процесс обучения старших операторов во время их деятельности в реальных условиях и при использовании имитационных моделей. Это позволило определить преимущества применения имитационного моделирования в сравнении с традиционными методами обучения старших операторов процессу управления персоналом в динамике деятельности.

Впервые предложена методика применения имитационного моделирования для подготовки оперативного персонала радиолокационных систем на основе агрегативного подхода и формализации деятельности оператора с применением теории массового обслуживания и теории графов.

Применение имитационных моделей позволяет существенным образом уменьшить затраты времени и средств для накопления опыта управления персоналом.

Предложена структурная схема интеллектуального тренажера, отличающаяся от известных аналогов наличием двух контуров обучения, которые функционируют в единой системе. Один из них обеспечивает формирование понятий предметной области, а второй – формирование понятий в характерных для данной предметной области действиях и проблемных ситуациях, в процессе решения которых у обучаемых формируются необходимые умения и навыки.

На основе полученных алгоритмов, математических и имитационных моделей разработана ключевая часть интеллектуального тренажера, которая представляет собой программу эталонной модели старшего оператора и оператора сопровождения.

Проведена оценка эффективности и технико-экономический анализ применения ИТ и штатной тренажно-имитационной аппаратуры. По результатам анализа можно сделает вывод, что ИТ, разработанные на базе ПЭВМ, являются перспективными средствами подготовки и обучения оперативного персонала радиолокационных систем, что позволяет при меньших финансовых и человеческих затратах обеспечить эффективную подготовку.

Ключевые слова: оператор, интеллектуальные обучающие системы, старший оператор, интеллектуальный тренажер, радиолокационная система, компьютерные технологии, моделирование, имитационная модель.

ANNOTATION

Repetskiy A.A. Methods of intellectual simulator projectation for radar operator training. – Manuscript.

Dissertation on gaining the scientific grade of candidate of technical science according to occupation 20.02.12 – military cybernetics, command and control systems and communication Military Institute of Taras Shevchenko Kyiv national University, 2006.

Dissertation is dedicated to the development of projectation methods of IS for radar operator training.

Advanced methods of forming of know ledge basis of IS are given, which include formalization of subject spheres. Each of these spheres corresponds to each IS subsystems. There is also the description in different languages.

New methods of selection of know ledge acquiring model rational variant and the example of task decision of an rational know ledge acquiring model are given.

New methods of simulating modulation usage for operational staff training of radar system on the basis of aggregative approach and formalization of operator activity wing the theory of mass exploitation and the theory of columns are developed.

The IS structure has been developed and thorough stated. All elements, interaction between them, and principles of their performance have been also decided.

There are also decided the examples of IS software.

Key words: education, operator, intellectual education systems, senior operator, intellectual simulator, radar system, projection, computer technologies, modulation, imitation model.