русс | укр

Языки программирования

ПаскальСиАссемблерJavaMatlabPhpHtmlJavaScriptCSSC#DelphiТурбо Пролог

Компьютерные сетиСистемное программное обеспечениеИнформационные технологииПрограммирование

Все о программировании


Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации

Особенности представления информации в обучающих системах


Дата добавления: 2013-12-23; просмотров: 728; Нарушение авторских прав


Представление информации в обучающих системах или, другими словами, учебное представление информации (УПИ) является важнейшей операцией учебного моделирования и познавательного процесса в целом. Рациональное её воплощение с надлежащим методологическим, организационным, математическим и техническим обеспечениями создает хорошие предпосылки к раскрытию способностей человека (коллектива ладей), стимулирует и направляет взаимоуправляемую деятельность обучаемых и самих обучающих на достижение эффективных результатов. Ярким примером этому служат труды, подобные [8]. Необходимо их обобщение и развитие с учётом возможностей современной теории и практики создания человеко-машинных комплексов. Ниже дается изложение проблемы, связанное с УПИ как компонентом полного учебного моделирования [9].

Особенности УПИ в сопоставлении с известными процедурами отображения информации рабочего (производственного, проектного и т.п.) назначения определяются существенными различиями в целях, ограничениях, стимулах и во внутренних механизмах деятельности человека в роли учебного или рабочего звена соответственно модельных и натурных систем. Такого рода различия имеют место в составе многоцелевых натурно-модельных систем.

Одной из ведущих для учебной деятельности можно считать интерпретирующую функцию, всестороннее толкование, раскрытие смысла представляемой информация во взаимопереплетении с ранее усвоенными сведениями. Для рабочей же деятельности предписана в первую очередь преобразующая функция, сообразно которой и построены многие модели действий человека-оператора в системах управления. Заимствуя достижения из последней области, надо вместе с тем развивать специальные виды обеспечения УПИ с рассмотрением человека как интерпретирующего звена, а не только как преобразующего.

Образность представления информации. По своей природе человек наделен способностями быстро и надёжно воспринимать сложные изображения, имеющие структуру некоторых образов с естественными свойствами. Для учебного дела первостепенным является интерпретирующее формирование образов по их сжатым характеристикам типа опорных сигналов [8], служащих логическим каркасом при запоминании и извлечении больших объёмов сообщаемых сведений в сочетании с генерированием собственных суждений. Необходимо надлежащее системное воплощение УПИ, ибо большинство средств рабочего назначения непосредственно помогает в распознавании (но не в формировании) образов.



Комплексность представления информации. Требование сопоставительного воспроизведения в ходе обучения широкого многообразия ситуаций может быть удовлетворено объединением источников натурных, модельных и натурно-модельных данных в составе УПИ. При этом натурные данные являются результатами прямых и косвенных (расчётных) измерений входных, внутренних и выходных состояний и ограничений реальных объектов. Модельные данные получаются при математическом и физическом моделировании режимов протекания процессов совместно с моделированием их внешних условий. Объединение обоих источников информации приводит к натурно-модельным данным. Примером этому служат так называемые натурно-модельные блоки и опирающиеся на них обучающие системы [9].

В символической записи вышесказанному соответствуют, в частности, выражения

 

поясняющие общие структуры формирования натурных ( ), модельных ( ) и натурно-модельных ( ) векторных данных о внутренних и выходных состояниях . Определяющими величинами являются действительные ( ) значения состояний и выходных воздействий реального объекта , управляющие воздействия и измерительные помехи , а также возможные натурные данные с учётом их неполноты и запаздываний. В составе оператора содержатся в общем случае аппаратно и программно воплощенные средства измерений, включая датчики, линии связи, фильтры, компенсаторы, регистраторы и контролирующие модели. Последние используются для косвенных измерений некоторых компонент вектора по другим его натурным компонентам и посредством преобразования натурного вектора . В том и заключается отличие отдельного оснащения оператора от оператора с чисто модельными определяющими величинами формируемыми специальными генераторами сигналов. Блок имеет двухканальное информационное обеспечение сообразно натурным и модельным входам оператора , охарактеризованного в работе [9].

Наибольшей полезностью обладает средства УПИ со сравнительным анализом оперативно или, хотя бы, ретроспективно получаемых натурных и натурно-модельных данных. В частности, тренажеры могут и должны войти в АСУТП, АСУП и аналогичные автоматизированные комплексы с их последовательным многоцелевым развитием. Такого типа учебно-исследовательские контуры практически опробованы применительно к аглодоменным и сталеплавильным агрегатам и подтверждают эффективность избранного направления интеграции натурных и модельных объектов и видов деятельности.

Нормативность представления информации. Сама природа учебной деятельности обуславливает необходимость сочетания дескриптивных (описывающих) и нормативных (предписывающих) средств отображения воспринимаемых данных. Другими словами, следует не только воспроизводить распространенные на практике подсистемы, но и давать в сопоставлении новые разумные варианты с целью их изучения, доработки и последующего внедрения в дополнение или взамен первым. К примеру, такому освоению подлежат способы и устройства графического представления информации о физическом и химическом составах материалов и продуктов металлургических процессов. Весьма желательно также включение в УПИ особой подсистемы отображения правил и результатов функционирования нормативных каналов [9] в ходе показательного выполнения ими функций, которые относятся к предмету обучения. В настоящее время эти соображения отодвигаются часто на второй план, либо полностью игнорируются при неоправданном копирования обычных и автоматизированных комплексов рабочего назначения.

К нормативным элементам УПИ относятся и методические указания по выбору структур и настроек подсистем отображения данных. При графической регистрации их временных рядов рекомендуется масштаб мм в зависимости от значений чистого и инерционного запаздываний в основном канале регулирования объекта. Такой масштаб создает предпосылки к правильному сглаживанию рядов данных при выделении медленно меняющейся составляющей (тенденции) для выбора эффективных регулирующих воздействий. Интересно является выяснение правил визуального сглаживания скалярных и векторных рядов людьми с разной степенью подготовки и с разным стимулированием, сравнение результатов между ними и с нормативной процедурой выполнения рассматриваемой функции. Соответствующие исследования, проводимые самими обучаемыми и опытными специалистами, постепенно подводят к заключению о преимущественной принадлежности указанных правил к классу адаптивных робастных фильтров с критериально-ограничительным определением тенденций процессов. Существенную роль играет знаковый «автокорреляционный» критерий

(9.3)

где и sgn - релейные функции без гистерезиса и с положительным гистерезисом; и - помехозащищенные данные в -м и -м отсчётах (периодах) времени, - оценки полезного сигнала в виде тенденции временного ряда данных.

С использованием такого типа показателей успешнее осваиваются операции оценивания состояний и выбора решений в деятельности организаторов, технологов, наладчиков, испытателей, алгоритмистов.

Разнотемповость, многоструктурность, активность и индивидуальность представления информации. Сведения по этим особенностям содержатся в работах [9]. Для их практического воплощения, впрочем как и вышеизложенных характеристик, нужно идти по пути построения автоматизированных систем управления учебным представлением информации (сокращенно АСУ УПИ). Гибкое отображение данных предполагает чёткое выделение объектов управления и управляющих (контролирующих, регулирующих, планирующих) подсистем непосредственно информационного содержания. Вариант такой структуризации общей системы отображения информации приведён в работе [11]. Аналогичному рассмотрению АСУ УПИ со всеми видами обеспечения - методологическим, алгоритмическим, программным, техническим, организационным - должно уделяться особое внимание при создании, использовании и совершенствовании обучающих систем автономного действия и в составе многоцелевых комплексов.

При освоении правил управления процессами удовлетворительное функциональное пособие вполне достижимо, по нашему убеждению, с помощью геометрической, уменьшенной во много раз копии щита, на которой даны только наименования сигналов и установлена кнопка для вызова на графический дисплей диаграмм и отсчетов последовательно анализируемых сигналов (рис. 9.2). Соответствующая образом воспроизводится как бы обход оператором приборов и других средств воспроизведения информации на реальном щите КИПиА. Такой вариант мыслится имеющим хорошую перспективу для практического применения в составе лабораторных тренажеров на базе промышленных АСУТП, АСУП и интегрированных АСУ. При этом высокочастотные помеховые (шумовые) составляющие сигналов могут формироваться специальными генерирующими фильтрами без громоздкого запоминания их по реальным данным. Из последних выделяются и фиксируются лишь составляющие типа тенденций процессов, служащих основой для функционирования натурно-модельных и иных систем.

 

 

9.1.3. Простой вариант учебной нормативной модели
(применительно к управленческим задачам )

Принципиально важной является концепция построения и использования в составе МИОС учебных нормативных моделей в многовариантном представлении, отражающем переход от простого к сложному, от образного к логическому, от конкретного к абстрактному. Исходя из необходимости яснее показать сущность нормативной модели (алгоритмической процедуры) для задачи выработки управленческих решений и задачи прогнозирования управленческих результатов ограничимся рассмотрением одного из простых ее вариантов. Такого рода модель (рис. 9.3) включает четыре основных блока: получение а структуризация достоверных исходных данных (блок 1); выбор и интерпретация типопредставительных реализаций процесса (ТРП) (блок 2); корректировочное (по отношению к ТРП) определение искомого управленческого решения (блок 3); анализ реализуемости и представление к использованию найденного решения (блок 4). Рассмотрим содержание каждого из этих блоков.

1. Получение и структуризация достоверных данных
2. Выбор и интерпретация типопредставительных реализаций процесса (ТРП)
3. Корректировочные расчеты по отношению к ТРП
4. Анализ реализуемости решения и представление к использованию
Рис. 9.3. Схема простой нормативной модели  

Блок 1. Первоисточником данных, используемых нормативным и другими решающими каналами МИОС, является натурная система управления технологическим процессом. Получение данных о предшествующих (прошлых) реализациях управленческих расчетов и их результатах, включает проверку достоверности с целью обнаружения и отбраковки аномальных данных. Аномальными считаются данные, содержащие грубые ошибки измерений, регистрации, учета. Проверка достоверности в данной нормативной модели состоит в оценке выполнимости следующих условий:

- значение каждой -й переменной в -й момент времени должно соответствовать заданному диапазону значений, т. е. , где , - указанные преподавателем минимальное и максимальное достоверные значения -й переменной;

- значение каждой -й переменной в -й момент времени не должно отклоняться от медианы , найденной по трем предыдущим значениям (т. е. ), более чем на заданный процент ( по модулю );

- значение заданной функции переменных должно принадлежать некоторой области, определяемой из технических, технологических, экономических и других соображений. Данные считаются достоверными, если они удовлетворяют всем трем условиям.

Обнаруженные аномальные данные не вводятся в базу данных МИОС или вводятся в нее после предварительной коррекции.

Структуризация исходных данных осуществляется в соответствии с тремя основными этапами проектирования базы данных МИОС, а именно в соответствии с концептуальным, логическим и физическим проектированием [21].

Блок 2. Вы6op (ТРП) заключается в анализе его предыстории с целью отыскания и отбора такой его реализации, которую можно рассматривать как прототип по отношению к предстоящей (планируемой) реализации процесса. Правильный выбор ТРП позволяет вырабатывать эффективные управленческие решения, применяя при этом простые математические модели пересчетного типа.

В простой нормативной модели выбор ТРП осуществляется, исходя из технологических, экономических, экологических и других ограничений, к которым, в частности, относятся:

- соответствие ТРП интервалам "работоспособности" (адекватности) описанных ниже пересчетных формул, в качестве которых можно выбрать интервалы ±20% от фактических значений количественных характеристик ТРП;

- соответствие количественных характеристик ТРП интервалам их нормальных значений, взятых, например, из технологических инструкций;

- отсутствие в управленческих решениях грубых ошибок, следствием которых являются повышенные затраты сырья, топлива или аварийные ситуации;

- соответствие характеристик качества выходного результата требованиям стандартов;

- отсутствие нарушений экологических ограничений.

В общем случав задача выбора ТРП формулируется и решается как задача ограничительно-критериального типа. Причем в качестве критерия оптимальности ТРП целесообразно выбрать меру близости выбранной реализации - претендента на ТРП к другим реализациям, удовлетворяющим ограничениям. Мера близости для -й реализации процесса, характеризующейся множеством переменных, в данном случае представляет собой среднемодульное отклонение нормированных значений ее переменных от соответствующих переменных других реализаций процесса:

(9.4)

где - индексы реализаций в проверяемой группе, ; - индексы характеристик, относящихся к реализациям данной группы; , , - среднее, наибольшее и наименьшее в группе значение переменной ; , - нормализованное и исходное значение -ой переменной -ой реализации процесса; - весовые коэффициенты, отражающие относительный вклад отклонений учитываемых переменных.

Выбор центральногрупповой ТРП соответствует минимальному значению . Поскольку обычно имеется несколько реализаций близких к ТРП, можно в ходе выбора удовлетворить ряд дополнительных ограничений, например, по качественным признакам реализаций или по тем количественным признакам, которые не вошли в множество [22].

Блок 3. Корректировочные расчеты, необходимые в нормативном решающем канале МИОС, осуществляются, в случае простой учебной нормативной модели - УНМ, по пересчетным формулам следующего типа:

(9.5)

(9.6)

Здесь , - оценки -й компоненты решений и выходных воздействий (результата), соответствующие -му временному циклу; , , - значение -й компоненты внешних воздействий, решений, стимулирующих воздействий (стимулов) для -го цикла соответственно; - заданное значение -й компоненты; , , , , - заданное и измеренные или фактические значения -ой компоненты выходных, внешних воздействий, решений и стимулов для типовой реализации процесса (ТРП); - оценки коэффициентов. Данные соотношения позволяют без существенных затруднений вычислить искомое управляющее воздействие (решение) на базе решения , соответствующего ТРП или вычислить оценку выходных воздействий объекта деятельности на базе значений определяющих факторов, соответствующих ТРП.

Блок 4. Найденное с помощью выше приведенных соотношений решение анализируется с точки зрения возможности его практической реализации. Анализ сводится к проверке соответствия решения ограничениям реализующей подсистемы объекта деятельности, таким, например, как допустимое множество значений для каждой составляющей решения, функциональные ограничения, точностные ограничения. Реализуемость решения для -го временного цикла во многих случаях зависит также от решений, принимаемых на предшествующих циклах. Если решение не удовлетворяет условиям реализуемости, то осуществляется возврат к предыдущему блоку УНМ, с помощью которого вырабатывается новый вариант. Решение, удовлетворяющее условиям, передается в реализующую или использующую подсистему МИОС.



<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Структура многоканальной игровой обучающей системы | Общие структуры тренажеров


Карта сайта Карта сайта укр


Уроки php mysql Программирование

Онлайн система счисления Калькулятор онлайн обычный Инженерный калькулятор онлайн Замена русских букв на английские для вебмастеров Замена русских букв на английские

Аппаратное и программное обеспечение Графика и компьютерная сфера Интегрированная геоинформационная система Интернет Компьютер Комплектующие компьютера Лекции Методы и средства измерений неэлектрических величин Обслуживание компьютерных и периферийных устройств Операционные системы Параллельное программирование Проектирование электронных средств Периферийные устройства Полезные ресурсы для программистов Программы для программистов Статьи для программистов Cтруктура и организация данных


 


Полезен материал? Поделись:

Не нашли то, что искали? Google вам в помощь!

 
 

© life-prog.ru При использовании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.

Генерация страницы за: 0.004 сек.