Разработка образовательной среды для дистанционного обучения по дисциплинам "Компьютерная графика" и "Системы искусственного интеллекта". Геометрические преобразования

Разработка образовательной среды для дистанционного обучения по дисциплинам "Компьютерная графика" и "Системы искусственного интеллекта". Геометрические преобразования

Основной недостаток этих программ - обуч е ние фактически заменяется на демонстрацию пользователю некой информации из предметной области без контроля обучаемого и привития пра к тических навыков, в лучшем случае это наличие контрольных вопросов по теорет и ческому курсу.

Ожидаемые результаты работы созданной о б разовательные среды 'Гео метрические преобраз о вания' для дисциплины 'Компьютерная графика' и 'Продукционные системы' для дисциплины 'Системы искусственного интел лекта' повыш е ние эффективности восприятия информации и пр и витие прак тических навыков. А также увеличение времени затраченного преподавателем на разр а ботку курса за счет уменьшения затраченного пр е подавателем времени на представление информ а ции и привитие практических навыков у студе н тов.

Научно-техническая и практическая ценность ожидаемых результатов работы.

Научно-техническая ценность результатов св я зана с разработкой методи ческих рекомендаций и инструкций по созданию образовательных сред для различных специальностей.

Практическая ценность связана с созданием образовательных средств для конкретных дисци п лин и использование СДО в учебном процессе. 2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 2. 1. Анализ существующих подходов, м о делей, методов Программное обеспечение для компьютериз о ванного обучения прошло в своем развитии н е сколько этапов. На первом этапе использования ЭВМ в учеб ном процессе разрабатывались пр о граммы автоматизации отдельных этапов расче т ных, проектных, графических и других работ в х о де лабораторных и практических занятий, курсов о го и дипломного проектирования. В это же вре мя появились первые программы контроля и оценки знаний обучаемых, про граммированного обучения в тестовом р е жиме. Позже акцент сместился к раз работке программного обеспечения автоматизир о ванных обучающих систем, обеспечивающих не только обучение конкретным знаниям, но и пр о верку отве тов обучаемых интеллектуальную их и н терпретацию, возможность подсказки и другие функции. На этом этапе была осознана необход и мость интерактивных режимов работы, использ о вания средств машинной графики и методов искус ственного интеллекта, а также наличие инструме н тальных средств разработки обучающих программ.

Следующий этап связан с новым содержанием, вклады ваемым в понятие компьютеризованного обучения, а именно с дистанционным образован и ем.

Автоматизация проектирования и разработки программного обеспечения образовательных сред дистанционного образования требует разгранич е ния ме жду программными средствами, обеспеч и вающими коммуникационную ин фраструктуру для образовательных технологий ДО, специализир о ванными ин формационно-образовательными ср е дами и курсами ДО и инструментальными средс т вами разработки обучающих программ ДО. Име н но последняя группа в форме интегрированной системы принимается как базовое программное обес печение ДО. К основным видам компьютерных программ, разработанных для усовер шенствования учебного процесса относятся следующие: - электронный учебник; образовательная среда; лабораторный практикум; тренажер; контролирующая программа; - база данных. Цель анализа - определение функциональных характеристик, функцио нальных и структурных составляющих обучающего ПО с учетом потребн о стей дистанционного образования. 2. 1. 1. Электронный учебник Электронный учебник - программно-методический комплекс, обеспечи вающий во з можность самостоятельно освоить учебный курс или его большой раздел. Он соединяет в себе сво й ства обычного учебника, справочника, задач ника и лабораторного практикума.

Следует выделить два из основных требов а ний к электронным учебни кам: электронный учебник должен позволять изучить курс, пользуясь толь ко книгой и входящим в учебник ПО; - электронный учебник должен предоставлять обучаемому оптимальное сочетание различных способов изучения ку р са. Можно отметить следующие особенности м е тодологического подхода, основанного только на электронном учебнике. - Необходимость обеспечения самостоятел ь ного освоения материала полностью исключает преподавателя из пр о цесса обучения, оставляя за ним решение учебно-методических задач на стадии создании элек тронного учебника и настройки ПО на ко н кретный учебный процесс.

Требование о предоставлении обучаемому оптимального сочетания различных способов изучения курса прив о дит к необходимости реали зации в ПО электронных учебников разли ч ных методических прие мов, доступных преподавателю-разработчику, что влечет за собой ус ложнение структуры и громоздкость ПО. Но при этом обучаемый сам выбирает кажущуюся ему удобной форму обучения, тогда как это должен делать преподаватель или обуча ю щая программа при условии формирования в ней модели обучаемого. - Следствием вышесказанного является выс о кая стоимость разработок: - затраты на разработку ПО, обеспечивающ е го 1 час курса, оценены в 10 тысяч долларов США; - затраты на разр а ботку 6-семестрового ав томатизированного курса по высшей математике оцениваются в 3-5 миллионов долларов США. - Многие проблемы, перечисленные выше, могут быть решены при ис пользовании методов искусственного инте л лекта на этапе формирова ния учебного материала и сценария учебн и ка. - Использование методов искусственного и н теллекта позволяет значи тельно повысить гибкость и сравнительно легкую модифицируемость сценария электронного учебника. - Занимательность представляемого учебного материала обеспечивается использованием средств машинной графики, а простота работы с ПО поддерживается специально разрабатываемыми интерфейсами обу чаемого. - В большинстве действующих ПО электро н ных учебников существует база данных ко н троля знаний об у чаемых. 2. 1. 2. Образовательная среда Следующим видом компьютерных обучающих программ являются обра зовательные среды - об у чающее ПО, которое позволяет оперировать с об ъ ек тами определенного класса. Среда реализует о т ношения между объектами, операции над объе к тами и отношениями, соответствующие их опр е делению, а также обеспечивает наглядное пре д ставление объектов и их свойств.

Обучае мый оп е рирует объектами среды, руководствуясь метод и ческими указаниями в целях достижения поста в ленной дидактической цели, либо производит и с сле дование, цели и задачи которого поставлены обучаемым самостоятельно.

Особенности метод о логии обр а зовательных сред: - образовательная среда как средство обучения предоставляет возможность развития наивы с ших, продукти в ных форм мышления; основной функцией ПО образовательной среды является моделирование; визуализация процесса моделирования требует использования разнообраз ных средств машинной графики; достижение реальной самостоятельности об у чаемого возможно при исполь зовании методов искусственного интеллекта, для чего необходимо: - час тично заменить алгоритмическую часть ПО о б разовательной среды на дек ларативное описание в форме базы знаний; - з а менить частично управляю щую часть ПО образовательной среды механи з мом логического вывода; - предоставить обучаемому возможность измен е ния содержания базы знаний; образовательная среда ориентирована на сам о стоятельную работу, но тем не менее должна иметь определенные виды ко н троля или протоколирования действий пользователя, что с применением м е тодов искусственного интел лекта поможет сформировать модель обучаем о го. 2. 1. 3. Лабораторный практикум ПО лабораторного практикума служит для проведения наблюдений над объектами, их вза и мосвязями или некоторыми их свойствами, для обработки результатов наблюдения, для их чи с ленного и графического представления и для и с следования различных аспектов использования этих объектов на пра к ти ке. Одно из основных требований к лабораторн о му практикуму имеет сле дующий вид: должны быть четко определены цели эксперимента, оп и саны средства и методики проведения экспериме н та, методы обработки и анализа экспериментал ь ных данных, формы отчета.

Следует отметить, что лабораторный практ и кум по своему определению и поставленным ц е лям должен быть составной частью образовател ь ной среды.

Функции включаемых в ПО лабор а торных практикумов средств маши н ной графики должны включать возможности деловой и научной графики для ви зуализации различных графиков, кривых, поверхностей и других абс т рактных математических объектов. ПО лаборато р ного практикума должно включать средства реда к тирования для представления отчета и определе н ные виды кон троля выпо л ненного задания. 2. 1. 4. Тренажер ПО тренажеров служит для обработки и закр е пления технических навы ков решения задач. Тр е нажеры обеспечивают получение теоретической ин формации и описание приемов решения задач, тренировку на различных уров нях самостоятельн о сти, контроль и самоконтроль и должны включать следую щие режимы работы: теория, демонстрация примеров, работа с репетитором, самостоятельная работа, самоко н троль. Среди основных требований к ПО тренажеров выделим следующие: в режиме репетитора желательно предусмо т реть все возможные пути решения; путь продвижения должен определяться с а мим обучаемым.

Особенности методологии тренажеров.

Желание «предусмотреть все возможные п у ти решения» значительно усложняет ПО тренажеров и реально дост и жимо только для формали зованных задач и алгоритмов. ПО тренажера должно включать средства р е дактирования и базу кон троля знаний.

Обучаемый должен решать только те задачи, которые предлагает тре нажер, и не может самостоятельно сформ у лировать аналогичную за дачу для решения, что вызвано отсутствием интеллектуализации ПО тренажеров.

Интеллектуализация тренажеров для пов ы шения самостоятельности действий обуча е мого и одновременное усложнение реша е мых задач трансформирует тренажеры в о б разовательные среды. - Расширение круга задач, навыки решения к о торых отрабатывает и за крепляет тренажер, требует использования средств машинной графи ки. - требование о возможности получения любых комплексных справок по всему курсу макс и мально увеличивает трудоемкость разрабо т ки тре буемых баз данных; решение указанных проблем возможно п у тем использования интеллек туальных баз данных текстового типа. Все современные концепции построения об у чающих систем при их глу боком, осмысленном представлении достаточно примитивны по своей сути. Если исключить из рассмотрения безусловно красивый, но для нас в данном случае совершенно неважный интерфейс, исключить обилие вывод и мого оцифрованного видеоизображения, звуковые эффекты и т. п., то большинство современных об у чающих систем функционируют по приблизител ь но одной н е хитрой стратегии. Суть ее состоит в следующем: обучаемому предоставляется достаточно широкий информац и онный канал, по которому он получает информ а цию обу чающего, а скорее познавательного хара к тера. В данном случае обучаемому уготована роль стороннего наблюдателя за происходящим, что в совокупности с обилием выдаваемой информации приводит к тому, что постепенно человек запут ы вается в этом и н формационном потоке, либо что-то пытается усвоить и часто формирует у себя н е верное представление о предмете, изучаемым т а ким образом. Кроме того, даже в случае успешного запом и нания обучаемым передан ного материала вероя т ность того, что он сможет использовать его в дальней шем без посторонней помощи достаточно невелика. Дело в том, что после вы дачи всей об у чающей информации большинство обучающих систем в лучшем случае проводит небольшое ко н трольное тестирование по теоретическим во просам или стандартным задачам, описанным же в выд а ваемой информации. Таким образом, получив до с таточный объем обучающей информации, пусть даже в виде прекрасно подготовленного курса, по конкретной теме, обучаемый по окончании работы с системой не имеет достаточного практического опыта для применения на практике полученных знаний и дальнейшем ему могут по надобится д о полнительные практические занятия или непосре д ственные заня тия с преподавателем - составителем учебного курса для системы дистанцион ного обр а зования, что в конечном итоге сводит на нет всю ценность разрабо танной обучающей системы и ставит под сомнение смысл ее разработки. Для устранения указанных недостатков в ра з работанной системе дистан ционного образования изначально была заложена принципиально иная концеп ция, в основном направленная на формир о вание у обучаемых достаточно хо роших практич е ских навыков по изучаемым курсам. Этой цели подчинены 75% режимов работы созданной сист е мы.

Разработчиками сделана попытка заложить в разработанную систему не которую универсал ь ность путем определения в ней некоторого расш и ряемого небольшого набора примитивов: 'текст', 'рисунок', 'трехмерная модель объ екта', что п о зволяет достаточно легко перенастраивать систему на ряд 'родст венных' курсов, а при расширении количества примитивов расширяется спи сок во з можных дисциплин, которые могут быть заложены в систему.

Очевид но, что указанная универсал ь ность довол ь но относительна и создать универ сальную обучающую систему с широкими во з можностями по привитию практического опыта если и во з можно, то весьма проблематично. В данном случае такой задачи и не ставилось, разработанная система из начально предполагалась для дисциплин 'Компьютерная графика' и 'Сист е мы искусственного интеллекта' а также для бли з ких с ними дисциплин.

Использо вание одного и того же набора примитивов для создания курсов по указанным дисциплинам привело к тому, что при последовательном их изучении происхо дит плавный переход от одной дисциплины к другой. Часть указанных прими тивов имеет режим дин а мической работы с ними.

Интерактивная работа с при митивами более интересна обучаемому, неж е ли простое созерцание выдавае мой информации по его чисто человеческой природе, что положительно сказы вается на повышении эффективности обуч е ния. Кроме новизны самой концепции построения обучающей среды, в разра ботанной системе зал о жен целый ряд новых подходов и методов, прим е ни тельно к конкретным рассматриваемым дисци п линам ('Компьютерная графи ка' и 'Системы и с кусственного интеллекта'). Геометрическая модель вводится как совоку п ность изменяемых и неиз меняемых структур да н ных, однозначно определяющих моделируемый трех мерный объект.

Изменяемая компонента структур данных модели определяет привязку об ъ екта к системе отсчета.

Неизменяемая компонента определяет ха рактеристики самого объекта с п о мощью топологических элементов и отноше ний между ними.

Изменяемая информация задается линейной списковой структурой дескриптором вершин 8(Х, У, 2), содержащим координаты ка ж дой вершины.

Неизменяемая информация пре д ставляется отношениями между то пологическими элементами моделируемого объекта.

Получение искомого геометрического прео б разования происходит по средством накапливания элементарных преобразований в матрице результи рующего преобразования при последовательном ее домножении на матрицы элементарных геометр и ческих преобразований. Опыт обучения вопросам геометрических преобразований показывает, что рассматриваемые в среде задачи, соответствующие алгоритмам ге о метри ческих преобразований следует распред е лить по трем уровням сложности сле дующим обр а зом: высший получение любого преобразования о т носительно произвольной плоскости, заданной н е сколькими способами. средний получение любого преобразования относительно произвольной прямой. низший получение любого преобразования о т носительно произвольной точки, а так же элеме н тарные ге о метрические преобразования.

Основным связывающим звеном между ди с циплинами 'Компьютерная графика' и 'Искусс т венный интеллект' является способ решения задач геомет рических преобразований с помощью мех а низма логического вывода продук ционных систем. При всем разнообразии задач геометрических пр е образований их решение процедурными методами привело бы к значительному увеличению объема и трудоемкости написания программы, а также с у щественному сниже нию гибкости.

Реализованный в разраб о танной системе способ решения гео метрических задач с помощью продукционных систем позволил добиться аб солютной гибкости, т. е. преподаватель может вводить в курс все во з можные задачи.

Подобный подход позволяет т а ким образом построить выполнение за дач геоме т рических преобразований, что становиться во з можным реализовать все возможные преобразов а ния в одном механизме вывода за счет испол ь зова ния соответствующей базы знаний.

Разработанный способ используется в системе для решения следующих подзадач: во-первых, он заложен в саму программу для выполнения пост о янно необходимых преобразований; во-вторых, на примере этого метода построено обучение по ку р су 'Продукционные системы', что весьма полож и тельно, т. к. предмет осваивается обучаемым на конкретном примере из той области, с ко торой он ранее о з накомился с другой стороны. 2. 2. Постановка задачи Для обеспечения функционирования разраб о танной системы дистанци онного образования во всех предусмотренных режимах необходимо было ре шить следующие задачи: 1) теоретического плана: - разработка способа представления инфо р мации о трехмерных геомет рических объе к тах.

Установление связей в разрабатываемых структу рах и формальное описание преобр а зований, представленных таким образом; - разработка универсального метода получ е ния геометрических преоб разований объе к тов на основе разработанного механизма вывода; - разработка способов обучения методам ге о метрических преобразова ний, как примера использования продукц и онных систем. 2) Практического плана: реализация разработанного универсального способа получения гео метрических преобразований на основе пр о дукционных систем; разработка блока демонстрации формиров а ния последовательности преобразований и контроля действий об у чаемым; - разработка блока выдачи задания обуча е мому для самостоятельной работы с учетом уровня сложности и блока контроля правильности выполнения полученного задания. 2. 3. Обоснование выбора подхода и м е тода решения по ставленной задачи В основе разработанной системы лежит и с пользование продукционных систем для решения задач геометрических преобразований.

Основные доводы в пользу такого выбора: Как отмечалось выше в главе анализа сущ е ствующих подходов, алго ритмические методы нахождения последов а тельности геометрических преобразований явно неэффективны, след о вательно необходим дру гой подход.

Использование связки 'Продукционные системы + геометрические преобразования' выгодно с той точки зр е ния, что эти два понятия легко связать в единую работающую сист е му.

Разрабатываемая программа становится компактной, легкоизменяе мой только за счет изменения базы зн а ний.

Механизм вывода при работе с использу е мым представлением объек тов очень прост.

Реализация универсального метода нахо ж дения всех возможных по следовательностей геометрических преобр а зований в данном случае значительно упрощается.

Построение учебного материала по курсу 'Продукционные системы' на основе заложенных в системе методов довольно наглядно, позво ляет использовать те же примитивы, что и для курса 'Геометрические преобразования', позволяет осуществить легкий переход от одного учебного курса к другому, следовательно легко освоить 'Продукци онные системы' и пополнить свой опыт в графике.

Использование продукционных систем, и одного и того же механизма вывода позволяет реализовать визуализацию информации о графиче ском объекте, организовать построение н о вых структур подобного рода самим обучаемым, организовать ко н троль этого процесса как частично, так и для всей совокупности структур в целом, т. е. реализо вать все практические задачи, поставленные выше. 3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 3. 1. Разработка моделей и алг о ритмов решения Как было отмечено в п. 2. 1., имеется множ е ство различных вариантов геометрических прео б разований.

Решение данной задачи напрямую не только неэффективно, но и громоздко.

Поэтому был выбран другой путь, основанный на использ о вании представлений знаний продукционными систем а ми. Для обеспечения возможности использования продукционных систем разработан новый способ представления информации о трехмерных геоме т ри ческих объектах.

Элементарные геометрические примитивы представлены в виде фактов базы зн а ний.

Работа блока получения продукций строится следующим образом.

Исходная модель трехмерного графического объекта, заданная произвольно (посредством прямых, точек или их комбин а ций), анализируется и преобра зуется в унифицированное представление точк а ми, затем система обращает ся к соответствующей базе знаний и достраивает механизм вывода до полу чения необходимых для решения задачи фа к тов. Для получения требуемой последовательности разработанный блок обраща ется к базе знаний и, в зависимости от задания, вновь перестраивает меха низм вывода, после чего запускает его.

Получение требуемой последовательности ос у ществляется путем выборки необходимых фактов и их последующей подст а новки в правила. В результа те срабатывания правила в базу знаний добавл я ются новые факты, и процесс повторяется.

Реализованный механизм вывода использован также для решения ос тальных поставленных з а дач, а именно: демонстрация формирования последов а тельности выполняемых пра вил; отображение использованных и доба в ленных новых фактов в обучающем режиме раздела «Продукцио н ные системы» контроль действий обучаемого в контрол и рующем режиме разделов 'Геометрические преобразования' и 'Пр о дукционные системы'. В первом случае работа блока получения люб о го отношения практически не изменяется. Пр о грамма так же производит дополнительную н а стройку ме ханизма вывода и формирует формал и зованное представление объекта, затем получение последовательности правил происходит по шагам с выдачей к ви зуализации используемых преобр а зований и их взаимного расположения. Во втором случае система действует несколько иначе.

Механизм вывода сразу получает послед о вательность правил, после их интерпретации обр а бот чиком получается результирующая матрица преобразований, на которую затем умножаются все точки объекта. 3. 2. Разработка программных средств Для реализации поставленных задач первон а чально была запрограмми рована разработанная система хранения фактов и правил в базе знаний. Она была представлена как совокупность таблиц, составляющих единую базу зна ний Входная информация для блока получения продукций представлена в ви де таблицы, в которой хранятся факты и правила, необходимые для раб о ты ме ханизма вывода продукционных систем. Для обеспечения возможности многократного использования обучаемым одной и той же модели в процессе обучения, а так же для обеспечения провер ки выполняемых заданий разработан блок перегенерации способа задания гео метрических примитивов для приведения ох представления в системе к унифи цированному виду. Он запускается каждый раз при выборе задания и приводит пре д ставление геометрических примитивов к виду, н е обходимому для работы механизма вывода. При этом в базу фактов могут быть внесены новые факты. Для обеспечения гибкости разработанного м е ханизма вывода его про граммная часть содержит ряд перенастраиваемых параметров, которые изме няются самой программой в процессе ее работы в зависимости от текущей за дачи.

Параметры н а стройки механизма вывода вынесены в просте й шую по своей структуре базу знаний. База знаний разбита на два элемента, хранящихся в отдельных файлах.

Информация в этих файлах храниться в формате таблиц Dbase , что значительно облегчает ее р е дактирование и дополнение при необ ходимости.

Процесс работы блока получения п о следовательности действий с базой знаний сл е дующий: После анализа задания, выданного пользов а телю, система выбирает из базы графических примитивов необходимые элементы, рассматривае мые системой далее как факты.

Производится перебор существующих пр а вил, хранящихся в базе пра вил ( rights . dbf, if _ m . dbf, proc . dbf , param . dbf) . На каждом шаге система пытается подставить в правило выбранные на предыдущем шаге фак ты и в случае успеха выполняет соответс т вующую правилу процедуру. 3) После нахождения последовательности эл е ментарных геометрических преобразований для совмещения примитива с соответствующим ему элементом системы координат система в ы полняет преобразование, описанное в зад а нии относительно соответствующего элеме н та систе мы координат. 4) В последовательность геометрических пр е образований добавляются действия для во з врата примитива в исходное пол о жение. На базе разработанного механизма вывода п о строен блок обеспечения работы обучающего и контролирующего режимов раздела 'Продукцио н ные системы'. При работе пользователя в этих р е жимах наряду с выводом на экран последовател ь ности геометрических преобразований, выводятся выполненные правила, которые наглядно показ ы вают процесс формиров а ния требуемой по следовательности действий.

Использование мех а низма вывода для продукци онных систем состоит в том, что на его основе производится выборка и взаим ная ориентация необходимых в каждый ко н кретный момент элементарных геометрических преобраз о ваний. Для обеспечения работы СДО в предусмотре н ных режимах был разрабо тан блок выдачи заданий обучаемому. При этом задания, выдаваемые в ра з деле 'Геометрические преобразования' не отлич а ются от заданий, выдаваемых в разделе 'Проду к ционные системы'. Задания обучаемому генер и руются систе мой случайным образом, что в сов о купности с перегенерацией способа задания опо р ных элементов практически исключает повторы системы при повторной работе в прежнем режиме одного и того же пользователя. Кроме того, в бл о ке выдачи задания все возможные варианты задач распределены по уровням сложности. Так как большинство режимов СДО строится на выполн е нии имен но практических заданий, через данный блок стало возможным устанавливать уровни сложности для работы с конкретным обучаемым по его желанию.

Задания распределены по уровням сложности исходя из сложности по строения алгоритма пол у чения требуемого преобразования (см приложение 6) При работе обучаемого в контролирующем режиме его задачей является выполнение выд а ваемых системой заданий, т. е. формирование тр е буемой по следовательности преобразований. Для обеспечения контроля действий обу чаемого, ко р ректировки его работы, привития практических н а выков и провер ки выполнения задания для сам о стоятельной работы был ра з работан контроли рующий блок. В его задачу входит контроль пр а вильности результиру ю щего преобразования.

Первоначальная версия реализации механизма вывода со всеми обеспе чивающими функциями з а нимала порядка 3000 строк исходного текста, о д нако в последующих версиях ее размер сокращен до 1000 строк. С учетом подклю чения к механизму вывода других блоков (о чем говорилось выше) размер реа лизации составил 1400 строк исходного текста.

Отметим, что размер только одной алг о ритмической реализации блока получения любой последовательно сти преобразований с учетом мн о гообр а зия входных данных составил бы около 7000 строк исходного текста без учета размеров всех остальных требуемых блоков. При этом ре а лизация вспомогательных блоков (выдачи задания, кон троля и т. д. ) на базе созданного блока получ е ния отношений уже невозможна, что еще более увеличивает суммарный объем программы. Так как разработан ная система является системой диста н ционного образования, то связь обучае мого и пр е подавателя обеспечивается через линии коммун и кации (например телефонная сеть). При этом ра з мер передаваемых данных является довольно с у щественным моментом.

Концепция построения рассматриваемой СДО 'Гео метрические преобр а зования/Продукционные системы' в целом напра в лена именно на минимизацию размера передава е мых по коммуникационным кана лам да н ных. 3. 3. Разработка программной и эксплу а тационной док у мен тации Разработанный программный продукт сопр о вождается следующими до кументами (с указанием номера пр и ложения): 'Техническое задание' Приложение 1 'Руководство оператора' Приложение 2 'Описание применения' Приложение 3 'Руководство программиста' Приложение 4 'Программа и методика испытаний' Приложение 5 4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4. 1. Расчет себестоимости пр о граммы Себестоимость программы рассчитывается по формуле: (Пнр х Зпр) Спп = Зпр + Мэ + ------------ + Сотл 100% где Зпр - заработная плата программистов, руб; Мэ - стоимость материалов на эксплуатац и онные нужды, руб; Пнр - процент накладных расходов, %; Сотл - затраты по отладке пр о граммы, руб.

Заработная плата программистов определ я ется по следующей фо р муле: Зпр = tpi х Зосн х ( 1 + Адоп )х( 1+ Асн) где tpi - трудоемкость работ i -го разработчика, чел-мес: Зосн - основная заработная плата i -го разработчика, руб/мес; Адоп - коэффициент дополнительных выплат разработчикам; Асн - коэффициент учитыва ю щий отчисления на социальные нужды. n - число разработч и ков программного продукта, чел.

Трудоемкость разработки программного пр о дукта: 1. 2 tp . п. = 2. 8 х ( Nтик ) где Nтик - число тысяч исходных команд. Nт ик = 4. 5; 1. 2 t рп = 2. 8 х ( 4. 5 ) = 17. 02 чел. -мес.

Продолжительность разработки программного и з делия: 0. 32 0. 32 Т = 2. 5х t рп =2. 5x17. 02 = 6. 19 месяцев. n= t рп - - количество разработчиков Т n = 17.02/ 6. 19 = 3 человека, в том числе 2 инженера-программиста и 1 руководитель разр а ботки.

Заработная плата программистов: Зинж =150 руб. Зрук = 400 руб.

Трудоемкость работ каждого разработчика: tp инж = 17. 02 х 0. 35 = 5. 957 tp рук = 17. 02x0. 3 =5. 100 Адоп = 0. 25 Асн =0. 39 Зпр = 2 х (5. 957 х 150 х (1+0. 25) х (1+0. 39)) + + 5. 10 х 400 х (1+0. 25) х (1+0. 39) = 5524 руб.

Затраты по отладке программы определяются по форм Сотл = Тотл х Смч, где Тотл - трудоемкость отладки; Смч - стоимость одного машина-часа.

Трудоемкость отладки: q хСх( 1 +Р) Тотл. = 5хК где: q - количество операторов; С - уровень сложности программы; Р - число корректировки; К - коэффициент подготовки программиста; q = 4481 С = 0. 6 Р = 0. 05 К=1. 2 3291 х 0. 6 х (1+0. 05) Тотл = = 471 часов. 5x1. 2 Смч =12 руб. Сотл= 12x471 =5652 руб.

Таблица 4. 1. 1 Стоимость материалов

Материал Кол-во Ед. изм. Цена Су м ма
Бумага 0. 5 Пачка 40 руб. 20 руб.
Лента принтера 1 Штука 17руб. 17 руб.
Дискета 4 Штука 5 руб. 20 руб.
Итого: 57 руб. Мэ = 57 руб. Пнр = 50 % 50 х 5524 Спп = 5524 + 57 + + 5652=13995 руб. 100 4. 2. Расчет цены програ м мы Цена программного продукта определяется по формуле: Цпп = Спп х ( 1 + Ррен. ), где Ррен - уровень рентабельн о сти Ррен =0. 3 Цпп = 13995 х (1+0. 3) = 18194 руб. Пр о дажная цена программного продукта опр е деляется по формуле: Цпп +К х Кст Цена= х(1+НДС) К где НДС - налог на добавле н ную стоимость, 20%; К - к о личество копий, шт.; К c т - стоимость носителя информ а ции, руб.; К =30 копий К c т = 5 руб. Цена = ((18194 + 30 х 5) / 30) х 1. 2 = 733 руб. 4. 3. Определение качественных пар а метров программы В экспертизе системы дистанционного образов а ния 'Компьютер ная графика и Семантические с е ти' в качестве экспертов учавствовали главный специалист отдела ИВС Министерства труда и со циального развития Шестак Л. И., руководитель отдела АСУ АО 'САПКОН' Миньков Л. Н., гла в ный специалист отдела АСУ АО 'САПКОН' С а ха ров С. С. В качестве аналога была выбрана обучающая программа 'Стати ка и Динамика', разработа н ная студентами СГТУ кафедра ПВС в 1995 г.

Определим уровень компетентности каждого эксперта по формуле: К а i + К ос i К ki = , К а m ах + К остах где К ki - коэффициент компетен т ности i -го эксперта; Ка i - коэ ф фициент аргументации; Кос i - коэффициент осведомленности; К m ах - максимальные значения Ка i и Кос i , ра в ные 1. Для определения коэффициента аргумент а ции используются значения, приведенные в та б лицах 4. 2. 1 и 4. 2. 2: Таблица 4. 3. 1 Коэффициенты аргумент а ции

Исто ч ник выс о кая средняя низкая
арг у мента-
ции
1. Пр о ве- 0. 3 0. 2 0. 1
денные
теор е тиче-
ские и с сле-
дов а ния.
2. Ли ч ный 0. 5 0. 4 0. 2
опыт рабо-
ты.
3. Обоб- 0. 05 0. 05 0. 05
щенный
анализ оте-
чес т венных
анал о гов
4. Обоб- 0. 05 0. 05 0. 05
щение ана-
лиз Зару-
бежных
анал о гов.
5. Ли ч ное 0. 05 0. 05 0. 05
знако м ство
с с о стояни-
ем дел за
руб е жом
6. И н туи- 0. 05 0. 05 0. 05
ция
Таблица 4. 3. 2 Степень влияния источника
Эксперт степень влияния источн и ка
1 2 3 4 5
1. Ше с такЛ. И. Вы c . Вы c . сред. Сред. сред. Вы c
2. Мин ь ков Л. Н. Вы c . Вы c . вы c . Сред. низ. Сред
3. Сах а рове. С. вы c . сред. сред. сред. низ. сред
В результате получаем коэффициенты арг у ментации для каждого эк с перта: Ка1 = 0. 3 + 0. 5 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 = 1; Ка2 = 0. 3 + 0. 5 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 =1; Ка3 = 0. 3 + 0. 4 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 = 0. 9; Коэффициент осведомленности устана в ливается по усмотрению самих эк с пертов: Кос1 = 0. 9; Кос2 = 0. 75; Кос3 = 0. 80; Таким образом коэффициенты компетентн о сти: Кк1 =( 1 +0. 9)/2= 0. 950; Кк2 = ( 1 + 0. 75)/2 = 0. 875; Кк3 = ( 0. 9 + 0. 80)/2= 0. 850; Из дерева качества разработанного пр о граммного продукта были выбраны, по общ е му мнению, 12 наиболее важных характер и стик: Возможность адаптации пользователя в ПО; Привлекательность интерфейса; Удобство работы с программой; Возможность работы в многопольз о вательском режиме; Правильность функционирования; Гибкая система подсказок; Многофункциональность системы; Компактность программы; Надежность системы, защита от сбоев; Возможность настройки ПО на пол ь зователя; Эффективность контроля процесса обучения; Модификация вызываемых зад а ний; Исходя из таблицы 4. 3. 3 Таблица 4. 3. 3 Оценка влияния характер и стик
Оце н ка
1. Абсолютно не влияет технич е ский уровень про граммного пр о дукта 0
2. Влияет незначительно 0. 25
3. Влияет 0. 5
4. Влияет существенно 0. 75
5. Небходим 1
каждым экспертом по каждой характеристике установлены к о эффициенты важности: были
Ще с так Мин ь ков С а х а ров
1. 1 0. 75 0. 5
о 0. 75 0. 75 0. 5
3. 1 1 1
4. 0. 5 0. 5 0. 5
5. 0. 75 0. 75 1
6. 0. 5 0. 75 0. 5
7. 1 1 1
8. 0. 75 0. 75 0. 5
9. 0. 75 1 1
10. 0. 75 0. 5 0. 5
11. 0. 5 0. 75 0. 5
12. 0. 5 0. 5 0. 75
Определим общую согласованную оценку каждой характеристики по фо р муле: Кв i = 1/ n х ( mij х Кк i ) где n - число экспертов; ту - оценка 1-ым экспертом i -ой характ е ристики; Кк i - коэффициент компетен т ности 1-го эксперта; Кв i - обобщенная оценка экспертов по j -ой характер и стике. Кв1 =0. 33х( 1 х 0. 950 +0. 75 х 0. 875 + 0. 5 х 0. 850)= 0. 677 Кв2 =0. 33х(0. 75 х 0. 950 +0. 75 х 0. 875 + 0. 5 х 0. 850)= 0. 579 Кв3 =0. 33х( 1 х 0. 950 + 1 х 0. 875 + 1 х 0. 850)= 0. 891 Кв4 =0. 33х(0. 5 х 0. 950+0. 5 х 0. 875 + 0. 5 х 0. 850)= 0. 733 Кв5 =0. 33х(0. 75 х 0. 950 +0. 75 х 0. 875 + 1 х 0. 850)= 0. 579 Кв6 =0. 33х(0. 5 х 0. 950+0. 75x0. 875+ 0. 5 х 0. 850)= 0. 518 Кв7 =0. 33х( 1 х 0. 950 + 1 х 0. 875 + 1 х 0. 850)= 0. 891 Кв8 =0. 33х(0. 75 х 0. 950 +0. 75 х 0. 875 + 0. 5 х 0. 850)= 0. 579 Кв9 =0. 33х(0. 75 х 0. 950 + 1 х 0. 875 + 1 х 0. 850)= 0. 812 Кв10=0. 33х(0. 75х 0. 950+0. 5 х 0. 875 + 0. 5 х 0. 850)= 0. 525 Кв11=0. 33х(0. 5 х 0. 950+0. 75x0. 875+ 0. 5 х 0. 850)= 0. 518 Кв12=0. 33х(0. 5 х 0. 950+0. 5 х 0. 875 + 0. 75 х 0. 850)= 0. 516 Затем каждый эксперт устанавливает ст е пень осуществления программного продукта (в баллах от 0 до 10) и подсчитывается согласованная оценка по формуле: Vj = 1 / n х ( vij х Кк i ) где n - число экспертов; vij - оценка i -ым экспертом j -ой характерист и ки; Кк i - коэффициент компетентности i -го эксперта. V) - обобщенная оценка экспе р тов по j -ой характеристике.

Разрабатываемый программный пр о дукт/существующий аналог.

Шестак Мин ь ков Сах а ров
1. 8/6 8/4 7/6
2. 9/6 7/5 8/6
3. 9/2 8/1 9/3
4. 8/5 9/5 9/6
5. 7/8 7/8 8/9
6. 9/2 9/1 9/1
7. 10/8 9/9 9/8
8. 9/3 8/4 8/4
9. 9/5 8/5 7/6
10. 10/6 9/5 9/5
И. 8/7 9/6 8/6
12. 8/3 9/2 9/3
Для разрабатываемой системы: V1 =0. 33 х (8 х 0. 950 + 8 х 0. 875 +7 х 0. 850) = 6. 850 V 2 =0. 33 х (9 х 0. 950 + 7 х 0. 875 +8 х 0. 850) = 7. 158 V З =0. 33 х (9 х 0. 950 + 8 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 7. 333 V 4 =0. 33 х (8 х 0. 950 + 9 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 7. 708 V 5 =0. 33 х (7 х 0. 950 + 7 х 0. 875 +8 х 0. 850) = 6. 525 V 6 =0. 33 х (9 х 0. 950 + 9 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 8. 025 V 7 =0. 33 х (10х 0. 950 + 9 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 6. 8 V 8 =0. 33 х (9 х 0. 950 + 8 х 0. 875 +8 х 0. 850) = 7. 45 V 9 =0. 33 х (9 х 0. 950 + 8 х 0. 875 +7 х 0. 850) = 7. 166 V 10=0. 33 х (10х 0. 950 + 9 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 8. 341 V1 1=0. 33 х (8 х 0. 950 + 9 х 0. 875 +8 х 0. 850) = 7. 425 V1 2=0. 33 х (8 х 0. 950 + 9 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 7. 708 Для существующего аналога: V1 =0. 33 х (6 х 0. 950 + 4 х 0. 875 +6 х 0. 850) = 3. 465 V 2 =0. 33 х (6 х 0. 950 + 5 х 0. 875 +6 х 0. 850) = 5. 049 V З =0. 33 х (2 х 0. 950 + 1 х 0. 875 +3 х 0. 850) = 1. 775 V 4 =0. 33 х (5 х 0. 950 + 5 х 0. 875 +6 х 0. 850) = 3. 16 V 5 =0. 33 х (8 х 0. 950 + 8 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 6. 938 V 6 =0. 33 х (2 х 0. 950 + 1 х 0. 875 +1 х 0. 850) =1. 123 V 7 =0. 33 х (8 х 0. 950 + 9 х 0. 875 +8 х 0. 850) = 6. 617 V 8 =0. 33 х (3 х 0. 950 + 4 х 0. 875 +4 х 0. 850) = 3 605 V 9 =0. 33 х (5 х 0. 950 + 5 х 0. 875 +6 х 0. 850) = 4. 711 V 10=0. 33 х (6 х 0. 950 + 5 х 0. 875 +5 х 0. 850) = 3. 861 V1 1=0. 33 х (7 х 0. 950 + 6 х 0. 875 +6 х 0. 850) = 5. 577 V 12=0. 33 х (3 х 0. 950 + 2 х 0. 875 +3 х 0. 850) = 1. 667 Находим комплексный показатель уровня конкуре н тоспособности - разраб о танного ПО: 12 Кук = ? Кв j х Vj Кук = 88. 48 - аналога: Кук= 41. 045 Сравним полученные уровни качества с максимально возможным, то есть для ПО, кот о рому эти эксперты по этим 12 характеристикам ставят по 10 баллов. Кук m ах= 107 Таким образом, уровень качества от макс и мального составляет 82 % для разрабатываемой программы и 38 % для существующего аналога. 4. 4 Определение экономического эффекта от внедрения пр о граммного продукта Экономический эффект разрабо т чика: Эг= ПК П = Цена - Спп Цена = 733 руб. Спп= 13995 руб. П = 30 х 733 - 13995 = 8017 руб. К = 0 Эг= 8017-0 = 8017руб. Экон о мический эффект пользователя Эг= S - К, где К - цена программного продукта S = S 1 - S 2, S 1 - расходы на функционирование СДО обычной концепции, построенной по процедурному принципу. S 2 - расходы на функционирование разработанной СДО 'Компью терная графика' и 'Продукционные системы' Распространение программы системы дистанцио н ного образова ния предполагает наличие модемной связи между обучаемым и учеб ным центром. По м о демной связи пересылаются: - исполнительный модуль проигрывателя сц е нария; сценарий учебного курса; прикладные файлы баз данных и баз знаний; Экономический эффект появляется в результате: Сокращение расходов на пересылку основного исполнительного мо дуля и базового курса.

Сокращение расходов на пересылку новых учебных курсов.

Сокращение расходов на пересылку обучаемым отчетов о пройден ном материале. Для расчета экономического эффекта пользователя установим параметры пересылки информации. Зн а чения параметров выбраны и: расчета на среднест а тистические показатели отечественных телефонных сетей, средний тариф за междугороднюю связь, а также на осно вании показателей наиболее распр о страненных типов модемов. скорость передачи информации = 25 К/мин стоимость передачи информации = 3 руб. / мин Экономия за счет сокращения затрат на пересылку основного исполнительного модуля и базового курса. Объем разработанной СДО = 400 К Объем процедурных аналогов = 1000 К S 1=(1000/25)хЗ = 120руб S 2 = ( 400 / 25 ) х 3 = 48 руб. S = S 1- S 2 = 72 руб.

Экономия за счет сокращения расходов на пер е сылку новых учебных ку р сов. Объем нового курса, созданного для проигрывания в разрабо танной СДО = 200 К Объем нового проц е дурного курса = 1000 К S 1 =( 1000/25 )хЗ = 120 руб. S 2 = ( 200 / 25 ) х 3 = 24 руб. S = S 1 - S 2 = 96 руб.

оценка стоимости аренды помещения в Твери
оценка теплохода в Орле
оценка изобретений в Брянске