Автоматизация поддержки принятия решений при управлении тренажерной подготовкой на основе реализации процедур экспертного оценивания

Актуальность проблемы. Обеспечение безопасности судоходства и природоохранных мероприятий остается одним из основных приоритетов У морского и речного флота. Рост интенсивности судовождения, постоянное ужесточение требований к лицам, принимающим решение (ЛПР) и обеспечивающим процесс судовождения, определяют актуальность повышения качества подготовки специалистов и, в первую очередь, командного состава судов.

Важнейшее место в подготовке специалистов морского и речного флота ^ принадлежит совершенствованию системы тренажерного обучения и его автоматизации за счет освоения и внедрения современных информационных технологий, базирующихся на интеллектуальной обработке различных видов поступающей информации на всех этапах процесса принятия решений.

Особую актуальность приобретает требование сокращения разрыва между высоким уровнем реализации аппаратно-программных платформ тренажерных комплексов, с одной стороны, и недостаточно проработанной методологией тренажерного обучения, с другой. В первую очередь, это связано с методикой тренинга специалистов-судоводителей, не учитывающей сложной природы взаимосвязи их с реальными объектами, ^ процессами и элементами предметной области (ПрО). Во-вторых — с отсутствием адекватных моделей процессов, которые учитывали бы профессиональные знания (опыт, интуицию) лиц, принимающих решения, что не позволяет повысить обоснованность принимаемых решений и добиться нового качества обучения управлением сложными организационными системами.

Таким образом, актуальной проблемой, возникающей при подготовке специалистов морского и речного флота, является разрешение противоречия между сложностью процессов принятия решений, объемом преобразуемой информации и ограниченными возможностями ЛПР по ее переработке.

В основе существующих методов тренажерной подготовки специалистов используется, как правило, подход, включающий в себя: строгое определение модели предметной областизадание сценария тренингамногократное выполнение обучаемым типовых действий, свойственных управлению судноманализ результатов. Такой подход не позволяет учесть многообразие факторов, влияющих на состояние или поведение ЛПР, ответственного за процесс судовождения, и, в конечном итоге, на качество принимаемого им решения.

Повышение эффективности процессов тренажерной подготовки специалистов может и должно быть обеспечено за счет использования интеллектуальных средств поддержки принятия решений (ППР).

В диссертационной работе изложено решение задачи разработки методики и системы управления процессом тренажерной подготовки ЛПР, обеспечивающих судовождение, путем автоматизации ППР на основе реализации процедур экспертного оценивания (ЭО). Экспертная критика обеспечивает интенсификацию и стимуляцию когнитивной деятельности ЛПР в процессе практических занятий на тренажерной технике, что позволяет существенно дополнить и усилить способности ЛПР по сбору, восприятию и анализу данных, необходимых для принятия решений на всех этапах обучения.

Цель исследования — повышение эффективности процессов управления и принятия решений при обеспечении судовождения и тренажерной подготовки на основе разработки и реализации автоматизированных процедур экспертного оценивания.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи:

• системный анализ основных факторов и закономерностей, определяющих организацию процессов принятия решений при подготовке и обеспечении судовождения с заданными требованиями;

• разработка моделей реализации автоматизированных процедур экспертного оценивания для управления и поддержки принятия решений при обеспечении судовождения и тренажерной подготовки;

• разработка предметно-ориентированной модели обеспечения судовождения для реализации процедур автоматизированного экспертного оценивания в управлении и поддержке принятия решений;

• разработка информационного и программного обеспечения принятия решения при обеспечении судовождения и тренажерной подготовке на основе автоматизированных процедур экспертного оцениванияОбъектом исследования являются процессы тренажерной подготовки.

ЛПР, обеспечивающих судовождение.

Предметом исследования являются процессы поддержки принятия решений при обеспечении судовождения и тренажерной подготовки.

Методы исследования. Методологическую основу и общетеоретическую базу исследований составляют системология, теория принятия решений, методы теории оптимального управления, теории принятия решений, теории множеств и баз данных, теории классификации, численные методы анализа и математического моделирования, теория планирования эксперимента и имитационного моделирования, теории самоорганизующих систем управления. Основные теоретические результаты подтверждены экспериментально при физическом моделировании, а также при внедрении основных выводов и положений диссертационной работы. На защиту выносятся:

1. Модели реализации автоматизированных процедур экспертного оценивания системы управления процессом принятия решений ЛПР при обеспечении судовождения.

2. Предметно-ориентированная модель обеспечения судовождения для реализации процедур автоматизированного экспертного оценивания.

3. Программно-математическое обеспечение процессов управления и поддержки принятия решений ЛПР при обеспечении судовождения и тренажерной подготовке на основе реализации автоматизированных процедур экспертного оценивания. Научная новизна:

• разработана методика поддержки принятия решений при тренажерной подготовке специалистов, обеспечивающих судовождение, на основе экспертного оценивания, обобщающего механизмы поиска и представления необходимой критики решений, реализующая механизмы самоадаптации при автоматизации процессов ППР;

• при построении предметно-ориентированной модели обеспечения судовождения предложен метод оценки качества деятельности ЛПР при принятии решений, основанный на комбинировании нечеткой экспертной оценки и накоплении в рамках модели знаний самого ЛПР;

• при построении автоматизированных процедур экспертного оценивания для ППР обоснованы методы воздействия на ЛПР и механизм самоадаптации, активизирующий возможности и улучшение качества подготовки ЛПР.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечивается выбором и соответствующим применением современных методов исследований, корректностью формулировок и логически строгим построением доказательств, утверждений и следствий, вводимых допущений и ограничений, обоснованным выводом соотношений и правил, на основании которых производится построение моделейподтверждается непротиворечивостью результатов компьютерного моделирования и экспериментальных данных, согласованностью полученных результатов с известными работами в данной предметной области.

Практическая значимость. Разработано информационно-программное обеспечение, обладающее общностью и универсальностью, для создания и внедрения средств управления и поддержки принятия решений в учебном процессе при тренажерной подготовке (переподготовке) специалистов флота.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2001 г., 2003 г.), «Радиоэлектроника, электротех-ника и энергетика» (Москва, 2002 г.), «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2002 г.), «Scientific conference with international participation / Natural, Mathematical and Technical sciences, Sea sciences and Ecology/» (Bulgaria, Stara Zagora, 2002r.), «Новые информационные технологии» (Москва, 2003 г.), «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения» (Таганрог, 2003 г.), «Современные проблемы информатизации-2005» (Воронеж, 2005 г.).

Публикации. Основные результаты исследования по теме диссертации отражены в 15 печатных работах.

Реализация результатов. Основные положения диссертации, разработанные модели, рекомендации и методики использованы и внедрены в:

• ГУП «МОРСВЯЗЬСПУТНИК» Министерства транспорта РФ при эксплуатации спутниковой системы КОСПАС-САРСАТ в организации взаимодействия операторов системы с разработчиками ее космического и наземного сегментов, а также с поисково-спасательными службами;

• УТЦ ГМА им. адмирала С. О. Макарова при тренажерной подготовке капитанов и штурманского состава судов;

• ЗАО «ТРАНЗАС ТЕХНОЛОГИИ» при разработке перспективных морских навигационных тренажеров.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 133 страницы основного текста, 27 рисунков и 9 таблиц, список литературы (139 наименований) на 14 е., приложений на 11 с.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3:

1. Методика поддержки процессов ПР при обеспечении судовождения на основе реализации автоматизированных процедур ЭО предназначена для усиления творческих возможностей ДЛ. Методика описывает процессы функционирования СППР на основе автоматизированных процедур ЭО при инициализация СППР, ее создании и сопровождении, в том числе формировании (модификации) механизмов воздействия на ЛИР, оценке качества деятельности ЛИР, оказании воздействий на ЛИР и адаптации процедур оказания воздействий.

2. Предложенная методика НИР в процессе обеспечения судовождения позволяет существенно сокращать время ПР, повышать их обоснованность. При этом использование методики НИР при ПР в процессе обеспечения судовождения позволит ЛИР обрабатывать больший объем информации. Используемые в методике НИР способы самоорганизующегося управления позволяют улучшать показатели выполнения методики.

3. Эффективность применения методики НИР в процессе обеспечения судовождения оценивается как степень достижения цели при ПР. Критерием эффективности является выполнение требований по показателям своевременности, обоснованности, ресурсопотреблению.

4. Результаты оценки эффективности применения методики ППР в процессе обеспечения судовождения показали удовлетворение предъявляемым требованиям и реальный выигрыш по основным показателям их существенных свойств.

5. Методику ППР в процессе обеспечения судовождения целесообразно использовать на базе локальной вычислительной сети соответствующих органов управления в составе автоматизированной системы управления флотом и в соответствующих тренажерных комплексах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В процессе диссертационных исследований научно обоснована и решена задача, связанная с разработкой методики автоматизации поддержки принятия решений при управлении тренажерной подготовкой на основе автоматизированных процедур ЭО.

Рассмотрен с системных позиций объект исследования (процессы подготовки специалистов в области судовождения и обеспечения судовождения, процессы ППР должностными лицами при обеспечении судовождения), выявлены несоответствия и противоречия, присущие существующим технологиям поддержки принятия решений ЛПР в ходе их деятельности по обеспечению судовождения. Выдвинуты предложения по автоматизации ППР на основе использования технологий ЭО.

Основными научными результатами работы являются:

• разработаны принципы построения системы ППР с использованием автоматизированных процедур ЭО при тренажерной подготовке ЛПР, обеспечивающих процесс судовождения;

• разработаны модели реализации автоматизированных процедур ЭО для поддержки принятия решений ЛПР (модель адаптации воздействий, модель совершения ошибок, модель оказания воздействий);

• разработана модель ПрО обеспечения судовождения для реализации процедур автоматизированной ЭО при ППР специалистами;

• разработана методика ППР при тренажерной подготовке ЛПР на основе автоматизированных процедур ЭО;

• проведена экспериментальная оценка эффективности СППР на основе автоматизированных процедур ЭО.

Представленные научные результаты диссертационной работы дают возможность сделать следующие основные выводы:

1. Система тренажерной подготовки занимает особое место в структуре профессионального образования специалистов флота, обеспечивающих процессы судовождения и характеризуется, прежде всего, мощными программно-аппаратными платформами тренажеров и развитой сетью имитаторов реальной обстановки, что накладывает специфические требования на технологию подготовки и систему контроля за качеством обучения.

2. Система тренажерной подготовки на базе автоматизации поддержки принятия решений должна основываться на принципах интеллектуальной поддержки и интенсификации творческих способностей ЛПР при выполнении процессов обеспечения судовождения, системности и непрерывности развития, гибкости, «дружественности» интерфейса взаимодействия и эргономичности.

3. При построении моделей адаптации воздействий, совершения ошибок и оказания влияния на ЛПР при ПР в процессе обеспечения судовождения использован научный аппарат психологической теории ПР, а также теории самоорганизующегося управления. Исследования показали, что порядок функционирования комплекса моделей определяется выбранной схемой адаптации. Для реализации данной схемы наиболее подходит стохастический автомат Макларена с переменной структурой.

4. Оценка качества деятельности ЛПР в рамках модели предметной области обеспечения судовождения для НИР основывается на представлении области допустимых решений в виде нечеткого множества, базовое множество и функция принадлежности которого определяется группой экспертов. Данный подход позволяет проводить адекватную критику ошибочно принимаемых решений.

5. В отличие от ранее известных, разработанная методика ППР объединяет различные механизмы поиска и представления необходимой критики решений ЛПР по обеспечению судовождения, реализует механизмы инкрементного обучения и самоадаптации, обеспечивает автоматизацию процессов ППР при обеспечении судовождения на основе процедур ЭО.

6. Модели ППР при обеспечении судовождения на основе процедур ЭО позволяют учитывать широкий диапазон исходных данных, условий влияющих на формирование адекватного оценивания, обладают общностью, могут использоваться для исследования процесса поддержки принятия решения при обеспечении судовождения и для совершенствования подготовки специалистов в области обеспечения судовождения.

7. Метод оценки качества деятельности ЛПР при ПР, основанный на комбинировании нечеткой экспертной оценки и накоплении, в рамках модели ПрО позволяет осуществлять непрерывный контроль за качеством процесса тренажерной подготовки.

8. При построении модели реализации автоматизированных процедур экспертного оценивания для поддержки принятия решения при обеспечении судовождения определены и обоснованы методы воздействия на ЛПР и механизм самоадаптации выделенных воздействий с целью усиления творческих возможностей и улучшения качества деятельности ЛПР.

Использование полученных в диссертации результатов при создании современных тренажерных комплексов по подготовке специалистов судовождения, а также при проектировании других функциональных подсистем автоматизированных систем управления флотом обеспечит возможность достижения требуемой в условиях современной обстановки эффективности их функционирования.

Практическая значимость сформулированных в диссертации научных положений состоит в том, что они могут быть успешно реализованы в системе подготовки специалистов флота, в управленческой деятельности ЛПР органов управления флотом различных уровней, что подтверждено их реализацией.

Результаты исследований позволяют повысить эффективность подготовки ЛПР, обеспечивающих судовождение, на соответствующих тренажерных комплексах. Кроме того, полученные результаты могут найти применение при создании автоматизированных систем ППР для других предметных областей.