Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вінницький національний технічний університет

УДК 681.3.06

МОДЕЛЮВАННЯ ЛОКАЛЬНИХ ЛЮДИНО-МАШИННИХ СИСТЕМ КОЛЕКТИВНОЇ ВЗАЄМОДІЇ

Спеціальність 01.05.02 - математичне моделювання та

обчислювальні методи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КУЗЬМІН ЄВГЕНІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ

Вінниця - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Пєтух Анатолій Михайлович, Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри програмного забезпечення

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Квєтний Роман Наумович, Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри автоматики та інформаційно-вимірювальної техніки;

кандидат технічних наук Герцій Олександр Анатолійович, Київський університет економіки і технологій транспорту, доцент кафедри телекомунікаційних технологій та автоматики.

Провідна установа: Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра автоматики та телемеханіки, Міністерство освіти і науки України, м. Львів.

Захист відбудеться “_27_” _05_______2005 р. о _9³⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.01 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розісланий “_22_” ___04_____2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Захарченко С.М.

машинний система колективний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Впровадження комп'ютерної техніки в усі сфери людської діяльності, що вимагає масової підготовки її користувачів, значно обмежується недоліками застосування сучасних комп'ютерних класів у навчальному процесі та відсутністю коштів на придбання необхідної кількості комп'ютерів з ліцензійним програмним забезпеченням. З іншого боку, людино-машинні системи (ЛМС) колективної взаємодії (КВ) є досить привабливими стосовно економічного, соціального та інших ефектів. Такі системи набувають все більшого розповсюдження, охоплюючи потужні та багатофункціональні комп'ютерні засоби, з бурхливим розвитком різноманітних напрямків наукових досліджень. Головною складовою таких систем є множина координатно-вказівних пристроїв (КВП) введення інформації та управління в межах спільної для всіх операторів зони відображення графічної інформації. Проте, незважаючи на підвищену увагу до галузі людино-машинних систем колективної взаємодії за кордоном, мало приділялось уваги до можливості використання таких систем в навчальних та інших процесах з метою підвищення ефективності використання комп'ютерної техніки. Відомі наукові дослідження обмежувались тільки різновидами таких експериментальних систем, які підтримують не більше двох координатно-вказівних пристроїв, що пов'язано зі складністю проведення досліджень колективної взаємодії великих груп, розробки апаратно-програмних комплексів експериментальних систем, недостатністю методів та математичних моделей їх дослідження. У зв'язку з цим тема даної дисертації, яка присвячена розробці та дослідженню нової моделі, методики колективної взаємодії з використанням адаптивного підходу, методу оцінювання ефективності координатно-вказівної діяльності (КВД) та апаратно-програмних засобів людино-машинних систем колективної взаємодії, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, результати яких подано в дисертаційній роботі, проводились здобувачем протягом 2000-2004 років згідно з науковим напрямком кафедри програмного забезпечення Вінницького національного технічного університету, а також в якості виконавця науково-дослідної держбюджетної програми “Перспективні технології освіти з застосуванням графічних методів групової взаємодії” 55-Д-253 (номер держреєстрації: 0102U002268).

Мета і задачі дослідження.

Метою дослідження є підвищення ефективності комп'ютерної техніки за допомогою локальної людино-машинної системи колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації (ЛМС КВ зі спільним ЗВІ) та її математичної моделі.

Об'єктом дослідження є процес колективної взаємодії в локальній людино-машинній системі зі спільним засобом відображення інформації.

Предметом дослідження є математична модель локальної людино-машинної системи колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації.

Методи дослідження - методи математичної логіки, теорії нечітких множин, теорії генетичних алгоритмів, теорії експерименту та комп'ютерного моделювання для перевірки адекватності розробленої математичної моделі та її критеріїв.

Задачі дослідження:

Аналіз існуючих людино-машинних систем колективної взаємодії.

Аналіз відомих результатів досліджень в галузі людино-машинних систем колективної взаємодії.

Розробка параметрів та критеріїв оцінювання локальних людино-машинних систем колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації.

Розробка математичної моделі локальної людино-машинної системи колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації.

Експериментальне дослідження математичної моделі ЛМС КВ зі спільним ЗВІ.

Оптимізація математичної моделі ЛМС КВ зі спільним ЗВІ.

Розробка та вдосконалення апаратно-програмного забезпечення локальної людино-машинної системи колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації.

Наукова новизна результатів:

Запропоновано нові критерії оцінювання координатно-вказівної діяльності для моделей людино-машинних систем колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації, які відрізняються комплексним врахуванням особливостей процесу координатно-вказівної діяльності. Запропоновані критерії дають можливість побудови нових математичних моделей для визначення і оцінювання ефективності координатно-вказівної діяльності.

Запропонована нова нечітка модель людино-машинної системи колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації, яка на відміну від існуючих грунтується на запропонованих в роботі критеріях оцінювання координатно-вказівної діяльності. Використання даної моделі дає можливість оцінювати якість координатно-вказівної діяльності кожного оператора системи та рівень ініціації спільних дій колективної взаємодії.

Досліджено динаміку зміни ефективності координатно-вказівної діяльності і визначено достатній рівень ініціації спільних дій колективної взаємодії, що дає можливість вдосконалити методику ініціації рівня дій колективної взаємодії.

Практичне значення одержаних результатів:

На основі проведених теоретичних досліджень розроблена методика визначення ефективності координатно-вказівної діяльності під час колективної взаємодії, яка дає можливість автоматизувати процес оцінювання учасників колективної взаємодії в ЛМС КВ зі спільним ЗВІ.

На базі запропонованої математичної моделі розроблено методику ініціації рівня дій колективної взаємодії в локальній ЛМС КВ зі спільним ЗВІ, яка підвищує ефективність використання розробленої системи під час її експлуатації.

На основі розробленої моделі та алгоритмів створено апаратно-програмний комплекс забезпечення реалізації локальної ЛМС КВ зі спільним ЗВІ, що дозволяє використовувати запропоновану систему в навчальних процесах.

Практичні результати дисертаційних досліджень впроваджені у Вінницькому національному технічному університеті в якості двох навчальних класів - експериментальних локальних ЛМС КВ зі спільним ЗВІ (кафедра програмного забезпечення - аудиторія ГАК 102 і кафедра інтелектуальних систем - аудиторія 2233), на підприємстві ТОВ “Компанія “Ліана” та МПП “Інтехсервіс” з метою підвищення ефективності використання комп'ютерної техніки. Впровадження результатів досліджень підтверджено відповідними актами. Розроблене програмне забезпечення локальної ЛМС КВ зі спільним ЗВІ захищене авторським свідоцтвом.

Особистий внесок здобувача. Усі результати, які складають основний зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. У роботах, що опубліковані у співавторстві, здобувачу належать такі ідеї і розробки:

1. Аналіз та розробка критеріїв оцінювання людино-машинних систем колективної взаємодії [1].

2. Моделювання процесів в людино-машинних системах колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації [2].

3. Експериментальне дослідження методів та ЗВІ в людино-машинних системах колективної взаємодії [3,4].

4. Методологія колективної взаємодії з використанням множини координатно-вказівних пристроїв [5].

5. Розробка людино-машинної системи колективної взаємодії на основі засобів колективного використання [6,7].

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати і теоретичні положення дисертаційної роботи доповідались і представлялись на таких конференціях:

1) на п'ятьох науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу, співробітників і студентів ВНТУ за участю інженерно-технічних працівників підприємств міста Вінниці та області (Вінниця, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 роки);

2) на VI міжнародній конференції КУСС-2001 “Контроль і управління в складних системах” (Вінниця, 2001 рік);

3) на науково-методичній конференції “Проблеми гуманізму і освіти” (Вінниця, 2002 рік);

4) на науково-практичній конференції професорсько-викладацького складу, співробітників і студентів ВДПУ (Вінниця, 2004);

5) на міжнародній науково-технічній конференції “Інтернет. Освіта. Наука” ВНТУ (Вінниця, 2002, 2004 роки).

Публікації. Результати дисертації опубліковано у 7 друкованих роботах, 3 статті з яких входять до переліку ВАК, чотири збірники тез доповідей науково-технічних конференцій, свідоцтва про реєстрацію авторських прав на програмне забезпечення.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації 179 сторінок, в яких основний зміст викладено на 109 сторінках друкованого тексту, містить 24 рисунка, 17 таблиць. Список використаних джерел складається з 121 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації, зазначено зв'язок з науковими програмами, планами та темами, сформульовано мету та задачі досліджень. Також охарактеризовано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, наведено інформацію про впровадження результатів роботи, їх апробацію та публікації.

В першому розділі розглядається загальна характеристика галузі досліджень людино-машинних систем колективної взаємодії. Проведений аналіз показав, що галузь ЛМС колективної взаємодії набуває все більшого розповсюдження, охоплюючи синхронні (асинхронні) та локальні (віддалені) системи колективної взаємодії з бурхливим розвитком різноманітних напрямків досліджень. Локальні ЛМС КВ зі спільним засобом відображення інформації є досить привабливими стосовно економічного та соціального ефекту.

Наводиться короткий огляд робіт по вивченню питання розвитку ЛМС колективної взаємодії. Проводиться огляд ЛМС КВ з метою виявлення розмаїття функцій колективної взаємодії і широкого набору спільних задач, для яких ці функції є корисними. Аналізуються відомі типи ЛМС колективної взаємодії. Наводиться їх класифікація за загальними характеристиками та визначаються перспективні напрямки досліджень в даній галузі.

Проведений аналіз показав, що головною особливістю сучасних локальних ЛМС КВ зі спільним ЗВІ є використання множини координатно-вказівних пристроїв введення інформації та управління системою в межах однієї зони відображення інформації. Але недостатня кількість досліджень в умовах використання більшої кількості КВП істотно обмежує нові галузі застосування таких систем.

Проаналізовано причини, які обумовлюють актуальність дослідження локальних ЛМС колективної взаємодії зі спільним ЗВІ, що набувають все більшого розповсюдження в різних сферах людської діяльності. Проаналізовано відомі результати досліджень в галузі локальних ЛМС КВ зі спільним ЗВІ. Проводиться їх критичний аналіз з метою обгрунтування нових напрямків досліджень локальних ЛМС КВ зі спільним ЗВІ.

Відсутність методів оцінювання ефективності координатно-вказівної діяльності як головної складової колективної взаємодії за допомогою множини КВП обумовлює пошук нових критеріїв оцінювання КВД, розробку нових моделей ЛМС КВ з метою їх дослідження.

В другому розділі розроблена узагальнена модель ЛМС КВ, що базується на таких фундаментальних поняттях групової роботи, як група взаємодії (P), ініціатор (p), група спостерігачів (O), середовище (об'єкт) (m), стан (s) і дія (a), період часу колективної взаємодії (T), час відповіді і повідомлення t(px), колективна взаємодія (і):

(і) (p, a, m, s, T, O). (1)

Визначено головні особливості узагальненої моделі ЛМС КВ:

а) ЛМС КВ зі спільним ЗВІ є локальною, тобто група взаємодії P_i знаходиться в одному місці;

б) колективна взаємодія групи P_i з середовищем (об'єктом) m_i полягає у здійсненні координатно-вказівної діяльності;

в) колективна взаємодія групи P_i спрямована на виконання однієї задачі одночасно;

г) колективна взаємодія групи P_i виконується у спільному середовищі групи над одним об'єктом одночасно;

д) середовище (об'єкт) M_i, всі дії над ним A_i та його поточний стан S_i в будь-який момент часу є видимими для всієї групи колективної взаємодії, що здійснюється за допомогою спільного ЗВІ.

Основою узагальненої моделі є функція ініціації, яка визначає рівень активації виконання множини обумовлених типів дій, в залежності від ефективності координатно-вказівної діяльності групи ініціації колективної взаємодії (Рис. 1):

F_ін(p₁, p₂, …, p_n, m) = A_ін. (2)

Порядок функціонування моделі (Рис. 1):

1. В кожний момент часу t, t[0,...,n], nN в результаті здійснення КВД кожним учасником КВ, формується множина групи ініціації:

IP_i = {p¹_i, p²_i,…,p^k_i}, (3)

де k - кількість операторів, які прийняли участь в ініціації поточної множини обумовлених типів дій, IP_i P_i.

2. Параметри множини IP_i використовуються функцією ініціації F_ін, що визначає рівень активації певної дії a_i з множини можливих дій:

A_i = {а¹_i, а²_i,…,а^l_i}, (4)

де l - кількість можливих дій над середовищем (об'єктом) m_i.

3. Якщо ефективність КВ множини IP_i задовольняє певний рівень активації відповідної дії a_i, то функція ініціації F_ін формує дію a_i.

4. Виконання дії a_i призводить до зміни стану середовища (об'єкту):

s_i a_i(s_i). (5)

5. Зміна стану середовища (об'єкту) стає видимою для кожного учасника КВ з множини P_i через проміжок часу t(P_i).

Модель ЛМС КВ не припускає безпосереднього впливу будь-якого одного учасника КВ на середовище (об'єкт).

Для визначення рівня активації на кожному етапі функціонування моделі (при виконанні кожної елементарної операції) визначається ефективність КВД всієї групи колективної взаємодії.

Для визначення ефективності КВД розроблено критерії оцінювання та експертну систему (нечітку модель). На вході нечіткої моделі знаходяться кількісні критерії оцінювання:

1. Коефіцієнт перетину осі задачі елементарної операції позиціонування K₁ та коефіцієнт зміни напрямку руху K₂, які характеризують шлях курсору за допомогою реєстрації дискретних подій (Рис. 2).

2. Мінливість траєкторії руху MV - неперервна міра, що обчислюється за допомогою координат x, y покажчика під час виконання задачі позиціонування як стандартне відхилення від середньої у відстанях пробних точок (Рис. 3):

(6)

де - кут нахилу ідеальної траєкторії руху до осі абсцис системи координат початок якої співпадає з точкою x₀, y₀:

(7)

MO - зміщення траєкторії руху, (n-1) - кількість пробних точок.

3. Зміщення траєкторії руху MO відображає тенденцію курсору відхилятися вліво чи вправо від вісі задач під час переміщення:

(8)

4. Помилка переміщення ME - це середнє відхилення пробних точок від вісі задач, не залежно від того де знаходяться точки (вище чи нижче вісі):

(9)

5. Фактичний час координатно-вказівної діяльності T.

6. Прогнозований час координатно-вказівної діяльності T_p:

(10)

де a, b - константи, R - відстань, на яку переміщується рука, W - ширина органу управління, ID - комплексний індекс складності.

7. Різниця між фактичним шляхом і початковою відстанню до об'єкта S.

8. Середня відстань покажчика і-го оператора до інших покажчиків Sv:

(11)

де cx_i, cy_i - координати початкової позиції курсору, n - загальна кількість покажчиків.

9. Середня відстань об'єкту до інших покажчиків:

(12)

де ox_i, oy_i - координати поточного об'єкту колективної взаємодії.

Проведено аналіз кількісних показників мінливості, похибки та зміщення траєкторії руху (табл. 1).

Таблиця 1 Порівняння мінливості, похибки і зміщення траєкторії руху

	Значення переміщень
Мінливість	низька	низька	висока	висока
Помилка	низька	дуже висока	висока	дуже висока
Зміщення	низьке	високе	низьке	високе

Зв'язок між вхідними змінними і вихідною змінною представлено у вигляді дерева логічного виведення (рис. 4).

Дереву логічного виведення відповідає система таких співвідношень:

де Q_i - якість координатно-вказівної діяльності i-го оператора, X_i - якість траєкторії руху, Y_i - якість використання часу, Z_i - якість зони відображення, x¹_i - коефіцієнт перетину осі задачі елементарної операції, x²_i - коефіцієнт зміни напрямку руху, x³_i - мінливість траєкторії руху, x⁴_i - зміщення траєкторії руху, x⁵_i - помилка траєкторії руху, y¹_i - фактичний час КВД, y²_i - прогнозований час КВД, y³_i - різниця між фактичним шляхом до об'єкта і початковою відстанню до об'єкта, z¹_i - середня відстань курсору i-го оператора до інших курсорів, z²_i - середня відстань об'єкта до інших курсорів.

За допомогою експертних даних розроблено систему нечітких логічних рівнянь:

В якості функцій належності застосовано відому аналітичну модель (Рис. 5):

(18)

де b, c - параметри функції належності, u - значення змінної, j - позначення терму.

Визначено алгоритм функціонування нечіткої моделі:

Фіксуються значення вхідних параметрів:

(19)

Обчислюються всі функції належності ^j(x^k*_i), ^j(y^k*_i), ^j(z^k*_i) при фіксованих значеннях параметрів x^k*_i, y^k*_i, z^k*_i.

За допомогою системи нечітких логічних рівнянь визначаються значення функцій належності ^j(x^1*_i,x^2*_i,…,x^5*_i, y^1*_i,y^2*_i,y^3*_i,z^1*_i, z^2*_i).

Визначається значення ефективності КВД:

(20)

Дефазифікація отриманої нечіткої множини дає кількісну оцінку ефективності КВД і-го оператора:

(21)

де - інтервал зміни кількісного значення змінної Q.

Ефективність КВД всієї групи взаємодії при виконанні і-ї елементарної операції:

(22)

де N - кількість операторів в групі.

В третьому розділі проведено експериментальне дослідження та оптимізацію запропонованої моделі на базі розробленої локальної ЛМС КВ.

Для одержання експериментальних даних використовувався розроблений апаратно-програмний комплекс локальної ЛМС КВ, який автоматично визначав всі вхідні кількісні показники нечіткої моделі. Експериментальна ефективність КВД визначалась за допомогою експертів.

Після порівняння експериментальних та теоретичних даних було визначено, що модель не має достатньої точності для ефективного відтворення процесу функціонування локальної ЛМС КВ і потребує оптимізації.

Задача оптимізації, у відповідності до методу найменших квадратів, полягає у знаходженні таких параметрів функцій належності нечіткої моделі b і c, які б відповідали співвідношенню:

(23)

Для оптимізації застосовано генетичні алгоритми. Параметри функцій належності представляються у вигляді хромосом:

(24)

Функція відповідності кожної хромосоми має вигляд:

(25)

Відбір хромосом здійснюється за допомогою алгоритму:

Для кожної хромосоми обчислюється функція Eval_k.

Обчислюється загальна функція відповідності популяції:

(26)

3. Визначається імовірність відбору p_k для кожної хромосоми:

(27)

4. Визначається сукупна імовірність q_k для кожної хромосоми:

(28)

Для відбору генерується випадкове число з інтервалу [0,1] і, якщо r q₁, то обирається перша хромосома, інакше обирається k-та хромосома така, що q_k-1 r q_k. Схрещування відбувається з імовірністю p_c = 0.35, мутація - p_м = 0.005.

Після оптимізації побудовано графіки експериментальної та теоретичної ефективності КВД кожного оператора, а також графік експериментальної та теоретичної ефективності всієї групи взаємодії при виконанні і-ї елементарної операції (рис. 6).

В результаті дослідження моделі після оптимізації визначено, що похибка становить менше 4% від максимального значення ефективності КВД, що свідчить про достовірність запропонованої моделі. Також визначено рівень активації виконання дій q_a над поточним об'єктом, q_a = 2,4.

В четвертому розділі розроблено апаратно-програмний комплекс локальної ЛМС КВ та представлено особливості його реалізації. Апаратно-програмний комплекс застосовано для експериментального дослідження запропонованої моделі.

Апаратний комплекс характеризується одним місцем розташування, множиною пристроїв введення, комплексом відображення спільної інформації (рис. 7) та базується на використанні принципів архітектури універсальної послідовної шини.

Основними блоками апаратного забезпечення локальної ЛМС КВ зі спільним ЗВІ є головний комп'ютер (ПЕОМ), N координатно-вказівних пристроїв (КВП 1, КВП 2, … , КВП N), M засобів відображення спільної інформаційної моделі (ЗВІ 1, ЗВІ 2, … , ЗВІ M) та інші пристрої введення інформації (ПВІ).

Програмний комплекс виконує задачі зчитування інформації з пристроїв введення, прийняття рішень щодо формування команд операційній системі, формування інформаційної моделі, визначення ефективності КВД кожного оператора (рис. 8).

Інформаційна модель базується на інформаційній моделі операційної системи (рис. 9). ЇЇ формування здійснюється за допомогою додаткової відео-поверхні.

Після запуску системи на екрані з'являється вікно керування системою і зображення курсорів викладача та інших операторів. Кожному оператору назначається відповідний курсор, яким він може керувати (Рис. 9).

Система одержання сигналів використовує інформаційні пакети, які містять інформацію про стан КВП.

Система формування команд операційній системі використовує системну чергу апаратних подій для зміни стану операційної системи.

Навчальний процес з використанням розробленої програми можна проводити за схемою:

Викладач пояснює основні принципи та показує практично, як працювати з певною групою елементів керування графічного інтерфейсу за допомогою своєї миші, при цьому всі користувачі це однаково спостерігають.

Викладач дає можливість всім користувачам спробувати виконати запропоноване завдання по роботі з поточною групою елементів керування, конкретизуючи послідовність дій по ходу його виконання. Якщо поточна дія або послідовність дій виконуються неправильно, то викладач вказує про це програмі, натискуючи маркером своєї миші відповідну кнопку панелі керування системою.

Здійснюється перехід до наступного завдання.

Виконання дій з поточною групою елементів керування в груповому режимі здійснюється таким чином:

а) оператори якнайшвидше зводять свої курсори на елементі управління (кнопка, ярлик тощо);

б) дія виконується тільки тоді (натиснення кнопки, ярлика, позиціонування тощо), коли деяка група операторів зведе свої курсори на цьому елементі керування та буде достатньою середня ефективність координатно-вказівної діяльності цієї групи.

В розділі проведено порівняльний аналіз розробленої системи зі звичайним комп'ютерним класом, наведено переваги та недоліки розробленої системи. До головних переваг можна віднести:

- зменшення часу, який витрачається на навчання, тому що один викладач працює не з кожним окремо, а з цілою групою операторів одночасно;

- в навчанні присутній так званий елемент змагання і кожен користувач намагається покращити свої результати;

- викладач має можливість слідкувати за навчальним процесом, тобто за діями всіх операторів та вносити свої зауваження і рекомендації;

- викладач має можливість демонструвати прийоми роботи з тим чи іншим об'єктом колективної взаємодії і всі оператори будуть одночасно це спостерігати;

- можливість автоматизації навчального процесу;

- будь-який користувач не може завадити навчальному процесу, виконуючи дії, які йому заманеться;

- економічна ефективність, зменшення кількості витрат на апаратне та програмне забезпечення.

Основні недоліки:

- обмеження доступу кожного користувача до системних ресурсів такої системи;

- можливість виконувати одночасно тільки одну задачу.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

В результаті виконаних досліджень запропоновано шлях підвищення ефективності комп'ютерної техніки за допомогою локальної людино-машинної системи колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації та її математичної моделі.

Основні наукові та практичні результати:

1. За допомогою аналізу людино-машинних систем колективної взаємодії виявлено недоліки, які обмежують розвиток даної галузі з урахуванням сучасних вимог щодо обчислювальної техніки.

2. Визначено, що відсутність методів оцінювання ефективності координатно-вказівної діяльності як головної складової колективної взаємодії в таких системах обумовлює пошук нових критеріїв оцінювання координатно-вказівної діяльності, розробку нової моделі людино-машинної системи колективної взаємодії з метою її дослідження. Проведений аналіз дозволив сформулювати напрямок та задачі проведення наступних досліджень.

3. Запропоновано нові критерії оцінювання координатно-вказівної діяльності для моделей людино-машинних систем колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації. Відмінність запропонованих критеріїв полягає в тому, що вони комплексно враховують особливості процесу координатно-вказівної діяльності. Практична цінність цього результату полягає в тому, що запропоновані критерії дають можливість побудови нових математичних моделей для визначення і оцінювання ефективності координатно-вказівної діяльності в локальних людино-машинних системах колективної взаємодії.

4. Запропоновано нову нечітку модель людино-машинної системи колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації. Відмінність розробленої моделі від існуючих полягає в тому, що вона грунтується на запропонованих в роботі критеріях оцінювання координатно-вказівної діяльності. Достовірність моделі підтверджена за допомогою порівняння розрахунків, проведених за даною моделлю та комп'ютерного експерименту. Практичною цінністю даного результату є те, що використання даної моделі дає можливість оцінювати якість координатно-вказівної діяльності кожного оператора системи та рівень ініціації спільних дій колективної взаємодії.

5. Досліджено динаміку зміни ефективності координатно-вказівної діяльності і визначено достатній рівень ініціації спільних дій колективної взаємодії. Практичною цінністю отриманого результату є можливість використання визначеного рівня ініціації спільних дій для оптимізації функції ініціації запропонованої математичної моделі.

6. Розроблено методику визначення ефективності координатно-вказівної діяльності під час колективної взаємодії. Практичною цінністю розробленої методики є можливість автоматизувати процес оцінювання учасників колективної взаємодії в людино-машинних системах колективної взаємодії.

7. Розроблено методику ініціації рівня дій колективної взаємодії в локальній людино-машинній системі колективної взаємодії. Практичною цінністю даного результату є підвищення ефективності використання розробленої системи під час її експлуатації.

8. Розроблено апаратно-програмний комплекс забезпечення реалізації локальної людино-машинної системи колективної взаємодії зі спільним засобом відображення інформації, що дозволяє використовувати запропоновану систему в навчальних процесах.

В дисертаційній роботі було виконано всі завдання для досягнення поставленої мети, яка була досягнута за рахунок зменшення апаратної складової, збільшення множини координатно-вказівних пристроїв, відповідного покращення рівня методу колективної взаємодії і автоматичного оцінювання координатно-вказівної діяльності за допомогою програмної складової, що використовує отримані наукові результати.

Розроблене програмне забезпечення підтвердило достовірність та дієздатність запропонованих моделей та методів. Програмне забезпечення захищене авторським свідоцтвом на твір. Результати досліджень впроваджено у Вінницькому національному технічному університеті, на підприємстві ТОВ “Компанія “Ліана” та малому приватному підприємстві “Інтехсервіс”. Впровадження підтверджене відповідними актами.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Пєтух А.М., Кузьмін Є.В. Аналіз групових комп'ютерних систем // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - №1. - С. 110-117.

Пєтух А.М., Кузьмін Є.В. Імовірнісне моделювання процесів в групових комп'ютерних системах // Матеріали VI міжнародної конференції “Контроль і управління в складних системах” (КУСС-2001). - Вінниця: УНІВЕРСУМ. - 2001. - С. 12-13.

Пєтух А.М., Кузьмін Є.В., Доценко В.І. Синтез кривих обводу об'єктів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №4. - С. 105-108.

Пєтух А.М., Кузьмін Є.В. Аналіз кривих як альтернативних форм представлення величин часу // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2001. - №4. - С. 66-70.

Обідник Д.Т., Кузьмін Є.В. Методологія групового навчання з використанням множини координатно-вказівних пристроїв // Збірник матеріалів науково-методичної конференції “Проблеми гуманізму і освіти”. - Вінниця. - 2002. - Том 2. - С. 94-97.

Пєтух А.М., Кузьмін Є.В. Система групового навчання на основі засобів колективного використання // Збірник матеріалів науково-методичної конференції “Проблеми гуманізму і освіти”. - Вінниця. - 2002. - Том 2. - С. 14-16.

Кузьмін Є.В. “Комп'ютерна програма колективної взаємодії для системи групового навчання з використанням множини координатно-вказівних пристроїв”. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір №9738 від 8.04.2004 р.

АНОТАЦІЯ

Кузьмін Є.В. Моделювання локальних людино-машинних систем колективної взаємодії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 - математичне моделювання та обчислювальні методи. - Вінницький національний технічний університет, Вінниця, 2005.

Дисертація присвячена дослідженню локальних людино-машинних систем колективної взаємодії та підвищенню ефективності комп'ютерної техніки.

Розроблено математичну модель локальної людино-машинної системи колективної взаємодії на основі нечітких множин. Запропоновано критерії оцінювання ефективності координатно-вказівної діяльності, на яких грунтується розроблена математична модель.

Досліджено характеристики запропонованої математичної моделі та проведено її оптимізацію. Результати експериментів підтверджують адекватність розробленої моделі та її ефективність при використанні в системах колективної взаємодії.

Розроблено апаратно-програмний комплекс локальної людино-машинної системи колективної взаємодії. Програмний комплекс захищений авторським свідоцтвом.

Ключові слова: локальна людино-машинна система, колективна взаємодія, координатно-вказівна діяльність, нечіткі множини.

АННОТАЦИЯ

Кузьмин Е.В. Моделирование локальных человеко-машинных систем коллективного взаимодействия. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.05.02 - математическое моделирование и вычислительные методы. - Винницкий национальный технический университет, Винница, 2005.

Диссертация посвящена исследованию локальных человеко-машинных систем коллективного взаимодействия и повышению эффективности компьютерной техники.

Предложены критерии оценивания эффективности координатно-указательной деятельности для моделей человеко-машинных систем коллективного взаимодействия, которые комплексно учитывают особенности процесса координатно-указательной деятельности.

Разработана математическая модель локальной человеко-машинной системы коллективного взаимодействия. Количественные критерии, такие как коэффициент пересечения оси задачи, коэффициент изменения направления движения, изменчивость траектории движения, смещение траектории движения, ошибка траектории движения, фактическое время координатно-указательной деятельности, прогнозируемое время координатно-указательной деятельности, разница между фактическим путем и начальным расстоянием до объекта, среднее расстояние курсора до остальных курсоров, среднее расстояние объекта до остальных курсоров, являются входными переменными нечеткого аналитического аппарата, который используется для моделирования локальной человеко-машинной системы коллективного взаимодействия.

На базе проведенных теоретических исследований разработана методика определения эффективности координатно-указательной деятельности, которая дает возможность автоматизировать процесс оценивания участников коллективного взаимодействия.

С помощью предложенной математической модели разработана методика инициации уровня действий коллективного взаимодействия, которая повышает эффективность использования разработанной системы во время ее эксплуатации.

Исследованы характеристики предложенной математической модели и проведена ее оптимизация. Исследована динамика изменения эффективности координатно-указательной деятельности и экспериментально определен достаточный уровень инициации совместных действий коллективного взаимодействия для методики инициации уровня действий коллективного взаимодействия.

Предложенная математическая модель использована для разработки экспериментального аппаратно-программного комплекса локальной человеко-машинной системы коллективного взаимодействия, с помощью которого была проведена проверка предложенной математической модели, ее исследование и оптимизация. Экспериментальный аппаратно-программный комплекс позволил получить экспериментальные данные, сравнить их с теоретическими и оптимизировать предложенную математическую модель. При этом малое среднее отклонение теоретических данных от экспериментальных свидетельствует про адекватность предложенной модели.

Полученные теоретические и экспериментальные результаты стали основой для разработки локальной человеко-машинной системы коллективного взаимодействия. Основой разработанной системы является только один персональный компьютер и множество координатно-указательных устройств, что обуславливает экономическую эффективность такой системы в сравнении с обычным компьютерным классом. Разработанная математическая модель позволила не только более целесообразно использовать многокурсорный метод коллективного взаимодействия для условия большого количества координатно-указательных устройств, но и стать составляющей частью аппаратно-программного комплекса системы для определения эффективности координатно-указательной деятельности с целью автоматического оценивания результатов работы каждого оператора.

Результаты экспериментов подтверждают адекватность разработанной модели и ее эффективность при использовании в системах коллективного взаимодействия.

Полученные теоретические результаты стали основой разработанного аппаратно-программного комплекса локальной человеко-машинной системы коллективного взаимодействия. Программный комплекс защищен авторским свидетельством.

Ключевые слова: локальная человеко-машинная система, коллективное взаимодействие, координатно-указательная деятельность, нечеткие множества.

ANNOTATION

Kuzmin E.V. Simulation of man-machine systems of collective interaction. - The manuscript.

The dissertation aimed at taking a degree of candidate of technical science on the specialty 01.05.02 - mathematical simulation and computation methods. - Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, 2005.

The dissertation is dedicated to the research of local man-machine systems of collective interaction and increasing the efficiency of computers.

The mathematical model of the local man-machine system of collective interaction has been developed on the basis of fuzzy sets. The evaluation criteria of coordinate-pointing activity effectiveness have been proposed. The criteria are the basis of the elaborated mathematical model.

The characteristics of the proposed mathematical model have been researched. The model has been optimized. The results of experiments verify the adequacy of the elaborated model and its efficiency of usage in systems of collective interaction.

The firmware of the local man-machine system of collective interaction has been developed. The software is protected by the certificate of authorship.

Key words: local man-machine system, collective interaction, coordinate-pointing activity, fuzzy sets.

Размещено на Allbest.ru

...