ПРОГРАММНЫЙ  КОМПЛЕКС  МАТЕМАТИЧЕСКОГО  МОДЕЛИРОВАНИЯ  В  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ  ПРОЦЕССЕ

Прошин  Дмитрий  Иванович

канд.  техн.  наук,  доцент  Пензенского  государственного  технологического  университета,  г.  Пенза

E -mail:  proshindi@mail.ru

Руденко  Наталия  Николаевна

старший  преподаватель  Пензенского  государственного  технологического  университета,  РФ,  г.  Пенза

E-mail: 

PROGRAMME  COMPLEX  OF  MATHEMATIC  MODELING  IN  THE  STUDY  PROCESS

Proshin  Dmitry

candidate  of  Engineering  Science,  A.P.,  Penza  State  Technological  University,  Russia,  Penza

Rudenko  Natalia

senior  instructor  Penza  State  Technological  University,  Russia,  Penza

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены  назначения  и  возможности  модулей  специализированного  комплекса  программ,  встраиваемого  в  единый  интегрированный  комплекс  сетевых  автоматизированных  лабораторий,  для  математического  моделирования  организационно-экономического  компонента  вектора  знаний  образовательного  процесса.

ABSTRACT

The  article  deals  with  the  usage  and  possibilities  of  models  specialized  in  complex  programme  included  in  the  united  integrative  complex  of  net  automized  laboratories,  for  needs  of  mathematic  modeling  of  organisingly-economic  component  of  knowledge  vector  in  study-process.

Ключевые  слова:   специализированный  комплекс  программ;  интегрированный  комплекс  сетевых  автоматизированных  лабораторий;  организационно-экономический  компонент  вектора  знаний.

Keywords:  specialized  programme  complex;  the  integrative  complex  of  net  automized  laboratories;  organisingly-economic  component  of  knowledge  vector.

Для  задач  математического  моделирования  образовательного  процесса  по  организационно-экономическому  компоненту  (ОЭК)  вектора  знаний  [1]  предлагается  использовать  специализированный  комплекс  программ,  встраиваемый  в  разработанный  в  ПензГТУ  единый  интегрированный  комплекс  сетевых  автоматизированных  лабораторий  (ИКСАЛ),  позволяющий  объединять  все  виды  научной  и  учебной  деятельности  вуза  в  единую  систему  [3].

Программный  комплекс  является  модульным  приложением,  которое  позволяет  загружать  данные  посредством  взаимодействия  с  SQL-сервером.  Каждый  модуль  может  использоваться  во  всех  программных  компонентах  ИКСАЛ  за  счёт  различных  наборов  сервисов  [2]. 

Модульное  приложение  структурировано  в  трёх  уровнях  (рисунок  1). 

Расширяемая  программная  оболочка  (РПО)  представляет  собой  нулевой  уровень,  в  который  входит  основной  набор  функций,  а  также  общий  графический  web-интерфейс,  обеспечивающий  управление  математическим  моделированием  объектов  специальности  в  контексте  всех  компонент  вектора  знаний,  в  том  числе  и  в  контексте  ОЭК.

Первый  уровень  включает  в  себя  модули,  поддерживающие  встраиваемые  в  интерфейс  графические  и  функциональные  оболочки  для  дополнительных  модулей  второго  уровня.

Модули  с  рабочими  процедурами  расчёта  и  моделирования  реализуются  на  базе  сервисов  второго  уровня.

Рассмотрим  назначение  и  возможности  модулей  [2,  3,  6].

Модуль  хранения  результатов  моделирования  используется  для  хранения  результатов  моделирования  —  качественные  и  количественные  характеристики  отобранных  функциональных  наборов,  произведённых  модулями  первого  уровня.  Модуль  интерпретации  математических  выражений  выполняет  программные  вычисления  значений  пользовательских  форм  математических  моделей  для  параметрической  идентификации.  В  ОЭК  этого  модуля  включены  процедуры  моделирования  анализа  и  оценивания  объектов  специальности  в  пространстве  технико-экономических  индикаторов  [1].

Рисунок  1.  Уровни  программного  комплекса  построения  математических  моделей

Модуль  ручного  ввода  и  редактирования  данных  позволяет  в  удобной  форме  вводить  и  редактировать  экспериментальные  данные  и  создавать  сложные,  зависимые  таблицы  с  наборами  результативных  и  определённых  признаков.  В  модуле  диаграмм  и  графиков  реализуется  ActiveX  интерфейс,  дающий  графическое  представление  данных,  находящихся  в  системе.  Единые  компоненты  встроенной  поддержки  диаграмм,  используется  для  представления  информации  всеми  модулями  системы.  Модуль  универсального  хранилища  данных  позволяет  хранить  иерархию  связей  между  таблицами  и  является  сервисным  интерфейсом  к  реляционной  базе  данных  на  основе  SQL-сервера.  Данные  таблиц  используются  для  процедур  обработки  множества  экспериментальных  массивов  и  в  процессе  предварительной  обработки  экспериментальной  выборки.

Модуль  централизованной  обработки  ошибок  служит  для  вывода  и  фиксации  сообщений  об  ошибках,  т.к.  модули  расширения  создаются  разными  разработчиками  и  необходимо  разработать  и  применить  однотипный  подход  к  обработке  ошибок. 

Модули  первого  уровня  обнаруживаются,  регистрируются  и  загружаются  модулем  управления  внешними  модулями,  который  представляет  интерфейсы  для  обратного  взаимодействия  с  РПО.

На  первом  уровне  системы  находится  модуль  экспорта  и  импорта,  обеспечивающий  загрузку  и  активизацию  модулей  экспорта  и  импорта  второго  уровня,  что  позволяет  расширять  возможности  комплекса  за  счёт  разработки  новых  модулей  «конвертеров».

Загрузка  модулей  сглаживания  и  интерполяции  второго  уровня  осуществляется  модулем  предварительной  обработки  информации.  Для  доступа  к  рабочим  процедурам  предоставляется  графический  интерфейс,  взаимодействующий  с  интерфейсом  РПО.

Авторская  методика  [2]  построения  однофакторных  и  многофакторных  зависимостей  реализована  в  модуле  идентификации  математических  моделей,  также  представляет  собой  графический  интерфейс,  взаимодействующий  с  интерфейсом  РПО,  осуществляет  загрузку  и  регистрацию  модуля  идентификации  на  основе  заданных  преобразований  координат  и  модуля  параметрической  идентификации  математических  моделей  заданной  формы  [5,  6].

Отчёты  со  статистическими  характеристиками,  характеризующие  данные  и  модели  формируются  модулём  расчёта  основных  статистических  характеристик  на  основе  входных  данных  по  индексу  таблицы  данных  и  буфера  результатов  моделирования.

Модуль  идентификации  на  основе  заданных  преобразований  координат  осуществляет  с  требуемой  точностью  процедуру  идентификации  на  основе  входной  информации:  уровня  преобразований  и  индекса  таблицы  с  экспериментальными  данными.  При  этом  выполняется  следующая  последовательность:  перебор  сочетаний  преобразований  координат  и  преобразование  в  соответствии  сними  результативного  признака  таблицы  с  экспериментальными  данными;  оценка  параметров  математической  модели;  проверка  диапазона  точности  и,  в  заключение  —  синтез  вида  математической  модели  на  основе  преобразования  координат.

Задачи  параметрической  идентификации  с  n  параметрами  решает  модуль  параметрической  идентификации  математических  моделей  заданной  формы.  Возможен  выбор  конкретного  метода  оптимизации:  методы  золотого  сечения,  деления  отрезка  пополам,  градиентного  спуска  с  полиномиальной  аппроксимацией  по  координатам,  Фибоначчи.  Входными  параметрами  являются  структура  математической  модели,  шаг  оптимизации,  начальные  значения  параметров  и  заданная  точность  расчёта.

Программный  модуль  моделирования  объектов  специальности  обеспечивает  решение  задач  образовательного  процесса  на  всех  стратах  обучения  по  организационно-экономическому  компоненту  [4].

Разработанный  программный  комплекс  математического  моделирования  объектов  специальности  представляет  единую  систему,  обеспечивающую  проведение  исследований,  как  объектов  специальности,  так  и  самого  образовательного  процесса  в  едином  векторном  пространстве  знаний  с  использованием  элементов  математического  и  физического  моделирования  [6]. 

Методика  формирования  управляемых  координат  образовательного  процесса  —  вектора  знаний,  основана  на  анализе  видов  деятельности  выпускников  специальности,  структур  предприятий  и  типовых  проектов  по  рассматриваемой  специальности  и  требует  выявления  предметных  составляющих  —  в  данном  случае  —  организационно-экономического  компонента  [1]. 

Главной  особенностью  интегрированного  комплекса  сетевых  автоматизированных  лабораторий  является  возможность  математического  и  физического  моделирования  систем  управления  и  технических  объектов,  различающихся  и  по  физическим  законам  и  по  динамике  протекания  процессов,  т.  е.  многофункциональность,  позволяющая  моделировать  и  образовательный  процесс  в  вузе  [6].

Список  литературы:

1.Прошин  Д.И.  Концепция  построения  интегрированных  обучающих  систем  по  вектору  знаний  /  Д.И.  Прошин,  И.А.  Прошин,  Р.Д.  Прошина  //  Кибернетика  и  высокие  технологии  XXI  века  (С&Е-2010):  Cб.  статей  XI  Междунар.  научно-технической  конференции.  Секция  2.6.  Воронеж:  Воронежский  гос.  университет,  2010.  —  С.  877—889.

2.Прошин  Д.И.  Построение  математических  моделей  объектов  исследования  в  условиях  интегрированного  комплекса  сетевых  автоматизированных  лабораторий  /  Д.И.  Прошин,  И.А.  Прошин,  Р.Д.  Прошина  //  Журнал  научных  публикаций  аспирантов  и  докторантов.  —  2009.  —  №  5.  —  С.  167—171.

3.Прошин  Д.И.  Принципы  системной  организации  профессиональной  подготовки  в  вузе  /  Д.И.  Прошин,  Р.Д.  Прошина  //  Педагогическое  образование  и  наука.  —  2009.  —  №  10.  —  С.  76—79.

4.Прошин  Д.И.  Подготовка  высококвалифицированных  кадров  для  предприятий  машиностроения  по  вектору  знаний  (статья)  //  Известия  Самарского  научного  центра  Российской  академии  наук.  —  2011.  —  Т.  13.  —  №  1—3.  —  С.  727—731.

5.Прошин  Д.И.  Принципы  системной  организации  профессиональной  подготовки  в  вузе  (статья)  /Д.И.  Прошин,  Р.Д.  Прошина  //  Педагогическое  образование  и  наука.  —  2009.  —  №  10.  —  С.  76—79.

6.Прошин  И.А.  Математическая  модель  образовательного  процесса  в  пространстве  вектора  знаний  /  И.А.  Прошин,  Д.И.  Прошин,  Н.Н.  Прошина  //  ΧΧΙ  век:  итоги  прошлого  и  проблемы  настоящего  плюс.  —  2012.  —  №  03.  —  С.  153—160.