3016

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

= max3 .

Так как максимальный перегиб в точке, где x = y, то

Шаг 3 «Нахождение зависимых переменных »

Для нахождения зависимых переменных необходимо независимые переменные подставить в полученное уравнение гиперболы.

Шаг 4 «Нахождение коэффициентов уравнений доходности по точкам»

Необходимо отметить, что линии, представляющие функции доходности, пересекают предыдущую точку и последующую.

Таким образом, для нахождения коэффициентов и уравнения доходности способа использования земли

= − ,

можно использовать формулы нахождения коэффициентов линей-

ных уравнений по двум точкам:

= 2 − 1,2 − 1

= 1 × ( 2 − 1) − 1 × ( 2 − 1) .2 − 1

Была разработана модель генерации исходных данных, которая может использоваться в целях контроля текущей успеваемости студентов профиля «Менеджмент» направления «Логистика и управления цепями поставок» по курсу «Экономические основы логистики и управления цепями поставок». Данная модель генерации также может использоваться и в других предметных областях, так как напрямую не связана с предметной областью. Модель генерации может быть усовершенствована методами уменьшения погрешностей округления.

Для разработки была выбрана среда Microsoft Visual Studio 2015. Microsoft Visual Studio – линейка продуктов компании Microsoft,

которая включает в себя интегрированную среду разработки про-

граммного обеспечения. Кроме всего прочего, среда позволяет делать ссылку на Microsoft Exel, что является удобным инструментом для вывода сгенерированных вариантов.

31

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Язык программирования

Для разработки программы был выбран язык программирования C#.

C# – объектно-ориентированный язык программирования, разработанный в 1998–2001 гг. Используется как язык разработки приложений для платформы Microsoft .NET Framework.

Для разработки графического интерфейса программы была выбрана система WPF.

Windows Presentation Foundation (WPF) – система для постро-

ения клиентских приложений Windows с визуально привлекательными возможностями взаимодействия с пользователем, использующая язык XAML.

Вприложении реализована возможность задания следующих параметров генерации: количество вариантов; количество способов использования земли; максимальный радиус; максимальная доходность; минимальный радиус.

Вокне программы поле «Количество вариантов» служит для указания необходимого количества вариантов.

Поле «Количество способов использования земли» служит для указания количества способов использования земли. Именно столько функций доходности будет предложено для каждого варианта.

Поля «Максимальный радиус», «Максимальная доходность» и «Минимальный радиус» служат для ограничения значений радиусов

изначений доходности для каждого варианта использования земли. После введения значений и нажатия на кнопку «Сгенериро-

вать» произойдет открытие книги Microsoft Exel, где будут выведены варианты для выдачи студентам, как показано на рис. 6.

Рис. 6. Вывод вариантов

При этом, уравнения служат исходными данными, а точки – ответом на задачу. Кольца варианта использования земли в задаче

32

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

будут располагаться в той же последовательности, что и уравнения. При выдаче студентам уравнения можно менять местами, что не трудно также реализовать программно.

Вывод генератора может изменяться в зависимости от пожеланий преподавателя.

Был разработан генератор исходных данных при помощи программирования на языке C#. Генератор может использоваться для выдачи студентам задачи Тюнена о нахождении оптимального распределения сельскохозяйственной земли. Также генератор может использоваться и для других задач, имеющих такие же ограничения на исходные данные, так как модель генерации не привязана к предметной области, а вывод и интерфейс могут легко меняться.

Результатом проделанной работы стала модель генерации исходных данных для контроля текущей успеваемости студентов профиля «Менеджмент» направления «Логистика и управления цепями поставок» по курсу «Экономические основы логистики и управления цепями поставок».

Кроме того, создано приложение, реализующее созданную модель на практике.

Библиографический список

1.https://ru.wikipedia.org/wiki/Модель_Тюнена (дата обращения:

15.11.2015).

2.Гранберг А.Г. Основы региональной экономики, 2001.

3.http://www.znannya.org/?view=linii_vtorogo_porjadka_na_ploskosti

(дата обращения: 15.11.2015).

4.https://msdn.microsoft.com (дата обращения: 15.11.2015).

5.http://nullpro.info/2012/rabota-s-excel-iz-c-cherez-com-interop (15.11.2015).

6.http://aco.ifmo.ru/el_books/numerical_methods/lectures/intro.html

(дата обращения: 15.11.2015).

Научный руководитель канд. экон. наук, доц. К.А. Пахомов

33

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

А.А. Войнов

(факультет «Бизнес-информатика»)

Использование экспертных систем в тренажерных комплексах

Целью научной работы является разработка экспертной системы для помощи преподавателям в оценке обучающихся на учебном тренажере, симулирующем работу операторов на реальной сортировочной горке.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

изучить программное обеспечение тренажерного комплекса сортировочной горки, произвести наблюдение за процессом обучения на сортировочной горке;

произвести структурирование знаний – определить терминологию, список основных понятий и их атрибутов, отношения между понятиями, структуру входной и выходной информации;

построить формализованное представление концепций тренажера на основе языка представления знаний, а также разработка базы знаний;

разработать прототип экспертной системы, при помощи программирования на объектно-ориентированном языке C# и программирования на языке разработки экспертных систем CLIPS, применяемого в задачах искусственного интеллекта;

провести тестирование программы на тренажерном комплексе оперативного персонала сортировочной горки установленном в лаборатории факультета бизнес информатики.

Назначением тренажерного комплекса сортировочной горки является:

ведение обучения в условиях, адаптированных к реальным условиям станций филиала ОАО «РЖД» с учетом специфики работы каждой станции;

отработка навыков выполнения основных технологических функций в условиях работы системы КСАУ СП на основе технологии виртуальной реальности;

тренинг навыков работы в условиях нештатных ситуаций;

формирование профессионального мышления оператора.

34

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

Тренажер состоит из следующих компонентов:

компьютерно-проекционная рабочая станция;

система компьютерной генерации изображений (СКГИ) – 3D модель;

пульты рабочих мест ДСПГ, оператора 2-й тормозной позиции, оператора ПРУ, которые являются копией реальных пультов, расположенных на горочном посту и маневровой вышке сортировочной станции;

серверы динамики и приложений;

эмуляторы АРМ и СЦБ;

учебно-методический комплекс для обучения оперативного персонала;

технологическая документация для тренажерного комплекса работников сортировочной горки.

Система компьютерной генерации изображения – предназначена для отображения в реальном времени визуальной модели сортировочной горки, технических обустройств и подвижного состава

АРМ инструктора – позво-

ляет инструктору осуществлять управление процессом обучения. Загружает лабораторные

работы, предусмотренные учебно-методическим комплексом. Обеспечивает инструктора возможностью установки нештатной ситуации и вмешательства в процесс тренировки.

Система обучения – реализует курс теоретической подготовки обучаемого и формирует траекторию индивидуального обучения (досье обучаемого). Позволяет ученику изучить теоретический курс, предусмотренный в учебно-методическом обеспечении, а также пройти тестирование по каждой теме.

В начале восьмидесятых годов в исследованиях по искусственному интеллекту сформировалось самостоятельное направ-

35

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

ление, получившее название «экспертные системы». Цель исследований по экспертным системам состоит в разработке программ, которые при решении задач, трудных для эксперта-человека, получают результаты, не уступающие по качеству и эффективности решениям, получаемым экспертом.

Экспертная система (ЭС) – это программа, выполняющая действия эксперта при решении задач из специфической предметной области. ЭС появились как практический результат в развитии методов искусственного интеллекта с использованием ЭВМ. ЭС выдают советы, проводят анализ, дают консультации, ставят диагноз. Практическое применение ЭС на предприятиях способствует эффективности работы и повышению квалификации специалистов.

Каноническая структура экспертной системы включает в себя следующие компоненты:

механизм логического вывода, называемый также интерпретатором, решателем;

рабочую память, называемую также рабочей базой данных

базу знаний

подсистему приобретения и пополнения знаний;

подсистему объяснения;

подсистему диалога;

подсистему взаимодействия с внешним миром.

Для того, чтобы сосредоточиться на формализации правил и фактов предметной области, было принято решение воспользоваться одной из множества существующих на сегодняшний день оболочек экспертной системы. Оболочкой экспертной системы является специальный язык, обладающий двумя специфическими средствами – модулями представления знаний и интерпретатором, который управляет активизацией этих модулей.

В качестве кандидатов были рассмотрены следующие оболочки экспертных систем:

CLIPS – язык основанный на правилах, поддерживает объектноориентированное и процедурное программирование. Поддерживает прямой логический вывод. Использует синтаксис в стиле языков LISP, когда каждое выражение должно находится в круглых скобках.

36

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

JESS – язык написанный на Java, использующий синтаксис CLIPS. Поддерживает как обратный, так и прямой логический вывод. Правила могут быть написаны в формате XML, что делает возможным их удобное редактирование.

Drools5 – это процессор правил с открытым кодом, написанный на Java. Благодаря Drools бизнес-правила приложения можно описывать декларативным образом, используя простой для изучения и понимания язык, не связанный с XML. В файлы правил можно вставлять фрагменты кода на Java.

Механизмы вывода всех вышеописанных оболочек используют алгоритм RETE – эффективный алгоритм сопоставления с образцом.

Для использования в проекте, из всех перечисленных оболочек была выбрана CLIPS, поскольку, она имеет бесплатную открытую лицензию и на официальном сайте есть полная документация. Также, у CLIPS есть библиотека для использования на С#, на котором написано программное обеспечение для тренажерного комплекса сортировочной горки, а значит, гарантируется совместимость приложений.

CLIPS – это язык программирования, позволяющий использовать целый ряд подходов, который обеспечивает поддержку программирования на основе правил, объектно-ориентированного и процедурного программирования. Возможности логического вывода и представления, предоставляемые основанным на правилах языком программирования CLIPS, аналогичны возможностям языка OPS5, но являются более мощными. По своей синтаксической структуре правила CLIPS весьма напоминают правила, при-

меняемые в таких языках, как Eclipse, CLIPS/R2 и Jess, но CLIPS

поддерживает только правила прямого логического вывода. Этот язык не обеспечивает обратный логический вывод. CLIPS был разработан в 1984 г., в космическом центре Джонсона NASA, отделом искусственного интеллекта для решения специфических задач. Основной целью прототипа CLIPS было создание языка, способного решать задачи, опираясь на концепцию знаний.

Решением проблемы оценивания работы учеников на тренажерном комплексе занимается текущая автоматическая система оценки.

Каждый из учеников имеет свою роль в рамках тренировки. В начале тренировки у каждого из них имеется по 100 очков. Каждой

37

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

из ролей (ДСПГ(О), ДСПГ(Д), ОСГ1 и ОСГ2) соответствует определенная зона ответственности. В процессе тренировки в зонах ответственности могут происходить инциденты, такие как столкновения с повышенной скоростью, чужаки, выдавливание вагонов на замедлителе и т.д. За каждый инцидент, произошедший в зоне ответственности ученика, у него отнимаются очки. При завершении тренировки на основе получившихся очков программа выставляет командную и индивидуальную оценку.

Большим недостатком такой системы является то, что текущий алгоритм выставления оценки не учитывает факторов, которые могли случиться ранее. Например, применение нерасчетного торможения в зоне ответственности ДСПГ может привести к столкновению в зоне ответственности ОСГ. При этом вина за произошедшее будет полностью возложена на ОСГ.

Примером может являться прибытие отцепа не по назначению, так называемый чужак. Два отцепа могли столкнуться, и сцепиться в первой зоне ответственности из-за того, что первый ученик недостаточно затормозил один из составов. В результате, во второй зоне ответственности сцепившийся отцеп уходит вслед за первым, и соответственно, уходит на чужой путь и определяется как чужак именно на второй зоне. Таким образом, второй ученик получает штрафные очки, хотя, по сути, не имел возможности предотвратить событие.

Из первого недостатка вытекает следующий – необходимость преподавателя в проверке действий каждого ученика для последующей корректировки оценок, что требует дополнительных усилий преподавателя, а также, временных затрат.

Преимуществами и положительными качествами экспертной системы являются:

Постоянство компетенции. Человеческая компетенция ослабевает со временем. Перерыв в деятельности человека-эксперта может серьезно отразиться на его профессиональных качествах.

Легкость передачи или воспроизведения. Передача знаний от одного человека другому – долгий и дорогой процесс. Передача искусственной информации – это простой процесс копирования программы или файла данных.

Устойчивость и воспроизводилось результатов. Эксперт как человек может принимать в тождественных ситуациях разные

38

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

решения из-за эмоциональных факторов, в то время как результаты ЭС – стабильны.

Стоимость. Эксперты, особенно высококвалифицированные обходятся очень дорого. ЭС, наоборот, сравнительно недороги. Их разработка дорога, но они дешевы в эксплуатации.

Вместе с тем разработка ЭС не позволяет полностью отказаться от эксперта-человека. Хотя ЭС хорошо справляется со своей работой, тем не менее в определенных областях человеческая компетенция явно превосходит искусственную. Однако и в этих случаях ЭС может позволить отказаться от услуг эксперта с высокой квалификацией, оставив эксперта средней квалификации, используя при этом ЭС для усиления и расширения его профессиональных возможностей.

ЭС может заменить существующую систему оценивания на тренажере, предложить возможный выход из ситуации на основе собранных данных. Она избавит преподавателя от необходимости лично проверять каждого обучающегося на предмет совершенных ошибок, поскольку будет выводить полную информацию о сложившихся ситуациях − например, столкновение двух вагонов, или ушедший на чужой путь состав.

Связи между понятиями

Рис. 2. Диаграмма связей для объектов вагон, отцеп, чужак

39

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

В рамках разработки прототипа экспертной системы, было принято решение выделить наиболее часто совершаемые ошибки учеников на тренажерном комплексе сортировочной горки, и уже на основе этих ошибок создавать факты и правила.

Таким образом, для объяснения принятого решения, о виновном в прибытии чужака и определении вида торможения на тормозной позиции нужно выделить следующие понятия:

Объяснение в прибытии чужака.

Объяснение несоответствия рекомендуемой скорости выхода с ТП у конкретного отцепа.

Естественно-языковое описание. Формализация знаний на основе естественно-языковой знаковой системы приводит к формированию естественно-языкового описания, текста. Текст является наиболее полным представлением знаний субъекта. Он отражает не только сами образы, но и процесс их порождения, т.е. содержит

идекларативную и процедурную компоненты знания. Инструментарием естественно-языкового представления знаний является сам естественный язык, который можно рассматривать как «универсальный код» представления знаний.

Вследствие неверных действий операторов сортировочной горки, отцеп расформированного состава может прийти на путь, отличающийся от пути, предписанного отцепу в сортировочном листе. Причин случившемуся инциденту может быть несколько, но наиболее часто встречающейся причиной является ранее произошедшее столкновение отцепов. При столкновении первый вагон первого отцепа и последний вагон второго отцепа сцепляются,

ив дальнейшем, первый отцеп весь оставшийся отрезок пути будет следовать за вторым.

Существующая система оценки не учитывает этот фактор при расчете баллов. Ошибка закрепляется за зоной ответственности ученика, который не мог предотвратить столкновение, которое было допущено в предыдущей зоне ответственности.

Судя по результатам тренировки и итоговой статистики ошибок видно, что ошибка была зачтена ученику с ролью ДСПГ(О), и факт столкновения и сцепления на предыдущей зоне никак не учи-

40