Разработка автоматизированной обучающей системы "3D Атлас оборудования"

Размещено на http://www.allbest.ru/

65

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА»

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Разработка автоматизированной обучающей системы «3D Атлас оборудования»

Студента Наумовой Ульяны Валерьевны

ЗАДАНИЕ

Перечень вопросов, подлежащих разработке в дипломной работе:

Технико-экономическая характеристика деятельности отдела «Обучающие системы» компании «Корпоративные системы Плюс».

Постановка задачи.

Анализ существующих разработок и обоснование выбора технологии.

Разработка концепции АОС «3D Атлас оборудования».

Обоснование проектных решений по видам обеспечения АОС «3D Атлас оборудования».

Разработка системной архитектуры АОС «3D Атлас оборудования».

Информационное обеспечение АОС «3D Атлас оборудования».

Программное и технологическое обеспечение АОС «3D Атлас оборудования».

Реализация внедрения и сопровождения АОС «3D Атлас оборудования» согласно корпоративной методологии «Корпоративные системы Плюс».

Расчет экономической эффективности АОС «3D Атлас оборудования».

Графическая часть: электронная презентация к докладу при защите дипломной работы Слайд1. Титульный лист.

Слайд2. Актуальность исследования.

Слайд 3. Объект, предмет, цель исследования.

Слайд 4. Задачи исследования.

Слайд 5. На защиту ВКР выносится.

Слайд 6. Технико-экономическая характеристика компании «Корпоративные системы Плюс».

Слайд 7. Технико-экономическая характеристика отдела ОС.

Слайд 8. Постановка задачи.

Слайд 9. Модель системы «AS-IS».

Слайд 10. «Узкие» места предметной области.

Слайд 11. Образ решения.

Слайд 12. Концепция системы.

Слайд 13. Интерфейс системы.

Слайд 14. Модель системы «TO-BE».

Слайд 15. Результаты расчета технико-экономического эффекта системы.

Слайд 16. Апробация результатов ВКР.

Слайд 17. Заключительный слайд.

Консультанты по работе (с указанием относящихся к ним разделов): нач. бюро сопровождения и развития отдела ОС ООО «Корпоративные системы Плюс» Скарлыгина Н.В.

Дипломный руководитель: канд. пед. наук, доц. Назарова О.Б.

Руководитель от предприятия: нач. отдела ОС ООО «Корпоративные системы Плюс» Чудинова Ю.А.

РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа

Пояснительная записка: 26 рис., 16 табл., 36 источников, 2 приложения. «Разработка автоматизированной обучающей системы «3D Атлас оборудования»

Ключевые слова: автоматизированная обучающая система, оценка знаний, процесс обучения, сетевая версия, локальная версия, устройство оборудования, результаты.

«3D Атлас оборудования» представляет собой автоматизированную обучающую систему и включает в себя трехмерные модели основных промышленных агрегатов. По данной системе смогут обучаться молодые специалисты горно-металлургической отрасли. «3D Атлас» каждого агрегата показывает не только обобщенную конструкцию технологической установки, но и устройство ее отдельных узлов. В «3D Атласе», кроме изучения конструкции технологической установки, существует также возможность контроля и оценки знаний.

«3D Атлас оборудования» разработан в двух версиях - сетевой и локальной. Сетевая версия разработана на основе СУБД MS SQL Server и позволяет централизованно контролировать процесс обучения и результаты тестирования обучающихся по сети. Локальная версия разработана на основе СУБД Firebird и устанавливается отдельно на каждый компьютер, а с результатами обучения можно ознакомиться только с локального компьютера.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Технико-экономическая характеристика деятельности отдела «Обучающие системы» компании «Корпоративные системы Плюс»

1.2 Постановка задачи

1.3 Анализ существующих разработок и обоснование выбора технологии

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ АОС «3D АТЛАС ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Разработка концепции АОС «3D Атлас оборудования»

2.2 Обоснование проектных решений АОС «3D Атлас оборудования» по видам обеспечения АС

2.3 Разработка системной архитектуры АОС «3D Атлас оборудования»

ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ АОС «3D АТЛАС

ОБОРУДОВАНИЯ»

3.1 Информационное обеспечение АОС «3D Атлас оборудования» 46

3.2 Программное и технологическое обеспечение АОС «3D Атлас оборудования»

3.3 Реализация внедрения и сопровождения АОС «3D Атлас оборудования»

согласно корпоративной методологии «Корпоративные системы Плюс»

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. УЧЕТ ЗАТРАТ НА РЕАЛИЗАЦИЮ ПРОЕКТА, ЭКСПЛУАТАЦИЮ И СОПРОВОЖДЕНИЕ

4.1 Выбор и обоснование методики расчета экономической эффективности

4.2 Расчет показателей экономической эффективности проекта

ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время, производство металлургических продуктов непрерывно связано с высокой отдачей и бесперебойной работой оборудования. Персонал, знающий устройство и принципы работы технологической установки, сможет поддерживать ее в рабочем состоянии и не допустить аварий на производстве. Именно поэтому важно поддерживать уровень подготовки и квалификации персонала на должном уровне, отвечающем современным требованиям эксплуатации оборудования.

На сегодняшний день существуют различные способы подготовки и повышения квалификации персонала, такие, как: обучение на рабочем месте, лекции, обучающие курсы. Но, согласно статистике, наиболее эффективным способом, на сегодняшний день, является подготовка персонала с помощью электронного обучения. К современным технологиям электронного обучения относятся мультимедийные обучающие системы, разрабатываемые в отделе обучающих систем компании «Корпоративные системы Плюс». Одним из новых направлений в области разработки обучающих систем является «3D Атлас оборудования».

Актуальность исследования заключается в необходимости разработки автоматизированной обучающей системы (АОС) «3D Атлас оборудования». Данная система будет являться новым направлением в разработке обучающих систем отдела ОС ООО «Корпоративные системы Плюс».

Тема исследования: разработка автоматизированной обучающей системы «3D Атлас оборудования».

Объект исследования: процесс разработки мультимедийных обучающих систем.

Предмет исследования: разработка обучающей системы «3D Атлас оборудования» в качестве тиражируемого продукта.

Цель исследования: разработать автоматизированную обучающую систему «3D Атлас оборудования» для расширения портфеля тиражируемых продуктов отдела ОС компании «Корпоративные системы Плюс».

Задачи:

провести анализ предметной области, выявить «узкие» места предметной области и сформулировать предложения по их устранению;

провести анализ существующих автоматизированных обучающих систем, разрабатываемых в отделе ОС;

провести расчет экономической эффективности использования АОС «3D Атлас оборудования»;

сформировать техническое задание на разработку АОС «3D Атлас оборудования»;

реализовать АОС «3D Атлас оборудования».

Теоретическая значимость исследования заключается в возможности использования АОС «3D Атлас оборудования» в образовательной и научной деятельности различных учебных заведений.

Практическая значимость состоит в возможности эффективного обучения и контроля знаний молодых специалистов, обучающихся на промышленных специальностях. АОС «3D Атлас оборудования» будет способствовать изучению устройства основного технологического оборудования, не выходя на производственные площадки, что позволит улучшить подготовку молодых специалистов и в будущем избежать аварийных ситуаций, связанных с неправильной эксплуатацией оборудования.

Методы исследования: в работе используются инструменты методологий структурного (SADT и ARIS) анализа и проектирования AllFusion Data Modeler (Erwin), MS Visio.

Материалы работы были апробированы на Международной научнопрактической конференции «Современные материалы, техника и технология» Юго-Западного Государственного Университета, на VIII Международной научнопрактической Интернет конференции «Молодежь. Наука. Инновации» Российского Государственного Университета Инновационных технологий и

Предпринимательства, Международной научно-практической конференции

«Новые информационные технологии в образовании «НИТО 2014»,

Всероссийской научно-практической конференции «Студент и наука - 2014».

На защиту ВКР выносится:

расчет технико-экономической эффективности использования

автоматизированной обучающей системы «3D Атлас оборудования»; техническое задание на разработку АОС «3D Атлас оборудования»;

автоматизированная обучающая система «3D Атлас оборудования».

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Технико-экономическая характеристика деятельности отдела «Обучающие системы» компании «Корпоративные системы Плюс»

Первым этапом предпроектного обследования является анализ предметной области. Предметная область исследования - деятельность отдела обучающих систем (ОС) компании «Корпоративные системы Плюс» в области разработки мультимедийных обучающих систем.

ООО «Корпоративные системы Плюс» существует на рынке программного обеспечения с 2002 года. Деятельность компании основывается на создании и проектировании информационных систем с использованием современных разработок для создания приложений и баз данных [27].

Предметом деятельности компании являются такие направления, как:

«GPS» - внедрение и сопровождение системы GPS-навигации;

«Автопарк» - анализ, оптимизация и автоматизация процессов работы и управления автотранспортным предприятием;

«Зарплата и кадры» - разработка программных решений и различного рода приложений, позволяющих оптимизировать бизнес-процессы управления персоналом;

«Финансы и бухгалтерский учет» - разработка, внедрение и сопровождение корпоративных информационных систем, позволяющих эффективно управлять нормативной справочной информацией, а также оптимизировать процессы по управлению ресурсами предприятия;

«Обучающие системы» - разработка и проектирование компьютерных систем для обучения и проверки знаний в диалоговом режиме с применением средств компьютерного 3D-дизайна и других мультимедийных технологий [27].

Можно выделить основные направления деятельности компании:

разработка и внедрение ПО для комплексной автоматизации предприятия;

установка и сопровождения систем контроля над работой автотранспорта (мониторинг и охрана движимой техники);

создание, разработка и продажа мультимедийных обучающих систем для подготовки и переподготовки персонала предприятий [27].

Особое внимание в рамках предметной области следует уделить последнему направлению. Непосредственной разработкой данных систем занимается отдел «Обучающих систем» («ОС»).

Отдел «ОС» образован в 2006 году. В состав отдела входят высококвалифицированные специалисты в области разработки, внедрения и сопровождения программных продуктов. Организационная диаграмма отдела представлена на рис. 1.

Рисунок 1 - Организационная структура отдела ОС

Исходя из представленной выше организационной структуры, следует заметить, что основными направлениями деятельности отдела ОС являются металлургия, машиностроение и нефтегазовая промышленность. Следовательно, обучающие системы, разрабатываемые отделом ОС, имеют промышленную направленность.

Обучающие системы позволяют освоить конструкцию, назначение и основные принципы безопасной эксплуатации технологических установок; изучить системы управления технологическим процессом; приобрести знания и навыки проведения технологического процесса; изучить основные признаки появления аварийных ситуаций на производстве, а также отработать действия по устранению аварий.

Разрабатываемые системы позволяют не только усвоить теоретический материал, но и отработать практические навыки и умения управления промышленным оборудованием в ходе технологического процесса.

Типовая обучающая система состоит из 4-х блоков:

Конструкция агрегата (создание 3-х мерной модели на основе 3Dмоделирования). Данный блок позволяет досконально изучить строение оборудования, его основные узлы и объекты. В данном блоке обучающийся может ознакомиться с подробным описанием объектов, их технологических характеристик. Также в блоке доступны чертежи, видео- и анимационные ролики, предназначенные для ещё более наглядного изучения конструкции.

Изучение работы пультов управления агрегатом. Особенность этого блока заключается в том, что процесс обучения управления агрегатом наиболее приближен к реальной работе АСУ ТП. Изучение системы управления производится на основе ее виртуальной модели, которая полностью повторяет логику реальной автоматизированной системы управления технологическим процессом.

Моделирование технологического процесса. В данном блоке обучающийся совершенствует знания по проведению технологического процесса. По окончании работы пользователь получает отчет о совершенных действиях в технологическом процессе - паспорт технологического процесса (например, паспорт плавки; паспорт прокатки). Особенность данного блока в том, что для реализации и визуализации технологического процесса используется математическая модель, обычно разрабатываемая сторонней организацией.

Изучение основных действий по предотвращению аварийных ситуаций. Работая в этом блоке, пользователь изучает признаки появления аварийной ситуации и отрабатывает действия, необходимые для предотвращения аварий.

В каждом из блоков предусмотрены два режима работы: демонстрационный режим (изучение работы агрегата с использованием теоретического материала, подсказок и дополнительной документации) и режим тестирования (проверка усвоенного материала без использования вспомогательной информации) [27].

Таким образом, разрабатываемые обучающие системы позволяют:

снизить материальные затраты на обучение работников предприятия;

повысить уровень подготовки сотрудников промышленного предприятия;

производить обучение в теоретическом режиме, и отрабатывать усвоенные знания и навыки на практике [27].

Выводы по параграфу 1.1

В параграфе 1.1 была рассмотрена характеристика предприятия ООО «Корпоративные системы Плюс», а также определена предметная область исследования - деятельность отдела обучающих систем компании «Корпоративные системы Плюс» в области разработки обучающих систем.

1.2 Постановка задачи

Рассмотрим предметную область - деятельность отдела мультимедийных обучающих систем компании «Корпоративные системы Плюс» в области разработки мультимедийных обучающих систем.

Разработка типовых мультимедийных обучающих систем - процесс трудоемкий и затратный. Он затрагивает работу многих участников команды разработчиков, таких, как:

менеджер проекта - осуществляет управление проектом, отвечает за составление требований к проекту, связь с заказчиком, координирует деятельность программиста, моделера и тестировщика;

программист проекта - занимается разработкой исходных кодов проекта и реализацией требований к проекту, а также отладкой программы;

моделер - отвечает за разработку 3D-моделей оборудования, разработкой дизайна технологических схем, элементов пультов управления;

тестировщик - осуществляет тестирование проекта, поиск ошибок и недостатков в работе программы, сбор и составление замечаний, а также контроль за их исправлением.

Процесс разработки обучающих систем осуществляется в соответствии со стадиями и разделами ГОСТ 34.601-90 (Стадии создания АС) [1].

При этом, выделяются и 3 укрупненные стадии создания автоматизированной системы:

предпроектную, включающую стадии 1, 2, 3 (формирование требований к автоматизированной системе; разработка концепции автоматизированной системы; техническое задание);

проектную, включающую стадии 4, 5, 6 (эскизный проект; технический проект; рабочая документация);

послепроектную, включающую стадии 7, 8 (ввод в действие;

сопровождение автоматизированной системы).

Рассмотрим основные стадии и этапы разработки типовых мультимедийных обучающих систем.

1. Предпроектная стадия

Первым этапом является формирование требований к разрабатываемой ОС. Данный этап содержит обследование предметной области, выявление целей и задач, которые должна выполнять система, выявление первоначальных требований пользователей к системе, - выполнение перечисленных задач осуществляет менеджер проекта. По итогам обследования составляется план работ. Объем работ, а также сроки реализации проекта согласовываются с консультирующим специалистом со стороны заказчика.

После обследования предметной области менеджер проекта разрабатывает концепцию АС, удовлетворяющую требованиям пользователей или варианты концепции. На данном этапе составляется образ проекта - в обязательном порядке определяются границы проекта по методике «Будет/Не будет».

Далее менеджером проекта составляется техническое задание на программный продукт. Техническое задание в обязательном порядке отправляется на согласование с заказчиком, после чего вносятся определенные корректировки.

2. Проектная стадия

Следующим этапом является реализация проектных решений по системе или отдельным ее частям. В данный этап входят: заполнение базы данных (осуществляется менеджером проекта), разработка математической модели для блока «Технологический процесс» (выполнение данной задачи осуществляется сторонним специалистом), программистом разрабатываются прототипы блоков «Пульт управления», «Технологический процесс» и «Аварийные ситуации».

Далее программист занимается реализацией модулей по блокам «Пульт управления», «Технологический процесс», «Аварийные ситуации» в соответствии с техническим заданием; после чего совершается подключение готовой математической модели к блоку «Технологический процесс». Также на данном этапе программист занимается настройкой и отладкой программы.

Менеджер проекта описывает модели конструкции агрегата. Блок «Конструкция агрегата» наиболее прост в реализации и не требует затрат программиста. Поэтому данный этап осуществляется одним из последних, когда остальные блоки уже реализованы. Далее, моделер реализует описанные менеджером проекта модели конструкции агрегата.

Последними этапами разработки являются тестирование и отладка программы, которые осуществляются тестировщиком.

Следующий основной этап - составление рабочей документации проекта, за которое ответственен менеджер проекта.

3. Послепроектная стадия

На данной стадии менеджер проекта осуществляет ввод системы в эксплуатацию: установку системы на предприятии, проведение приемочных испытаний, сдача проекта заказчику, проведение пуско-наладочных работ и настройку проекта, а также обучение пользователей по работе с программой.

Этап сопровождения разработанной системы лежит на всей команде проекта и обеспечивается на протяжении всего жизненного цикла программы, вплоть до ее утилизации.

Описанные выше этапы разработки типовых обучающих систем (предпроектная и проектная стадии) можно представить с помощью диаграммы ARIS eEPC, разработанной с помощью инструментального средства MS Visio (см. рис. 2).



Рисунок 2 - Модель системы «AS-IS»

Анализ узких мест

В процессе обследования предметной области был выявлен ряд недостатков, связанных с трудоемкостью разработки типовых мультимедийных обучающих систем:

Система разрабатывается конкретно под заказчика, который имеет авторские права на владение и использование программного продукта, что запрещает последующее использование системы фирмой-разработчиком.

Трудоемкость разработки (участие в разработке программистов, а также сторонних специалистов, занимающихся разработкой математических моделей).

Длительный срок разработки (в среднем, 6 месяцев).

Высокая стоимость продукта - основными клиентами отдела являются крупные промышленные предприятия с большими потоками денежных средств в области обучения и переподготовки персонала; государственные учебные заведения зачастую не могут позволить себе покупку столь дорогостоящих систем.

Большие массивы информации в системе - часто система может затрагивать полный производственный цикл.

Невозможность разработки такой системы для мелких предприятий, или для учебных заведений из-за высокой стоимости продукта. Как следствие, уменьшение клиентской базы компании.

Для решения перечисленных проблем, связанных с трудоемкостью разработки типовых мультимедийных обучающих систем, было принято решение разработать систему «3D Атлас оборудования».

Дополнение текущей базы ОС данной системой позволит:

иметь пакет тиражируемых программных продуктов, что позволит увеличить бюджет фирмы за счет продажи системы любым потенциальным клиентам;

пополнить клиентскую базу отдела ОС такой аудиторией, как учебные заведения - ВУЗы и ССУЗы, а также различные коммерческие учебные заведения; ? сократить трудоемкость разработки системы примерно в 3-4 раза (по сравнению с типовой ОС) за счет реализации только одного блока «Конструкция оборудования» и использования общих, уже существующих программных компонентов, что приведет к сокращению затрат фирмы на разработку;

сократить сроки реализации системы в 3-4 раза, по сравнению с типовой обучающей системой;

уменьшить стоимость продукта, по сравнению с типовой ОС, примерно в 5-6 раз.

Границы области по методике «Будет/Не будет» Определим границы проекта, используя методику «Будет/Не будет».

Проект будет:

проект будет внешним, поскольку функционирование АОС будет проходить под контролем компании ООО «Корпоративные системы Плюс»;

проект будет предназначен в основном для студентов учебных заведений - различных ВУЗов и ССУЗов;

проект будет предназначен для изучения конструкции промышленных агрегатов, их устройства, назначения и принципов работы, а также для контроля знаний обучающихся;

проект будет полномасштабной системой накопления и использования информации о конструкции промышленного оборудования, его назначении и основных принципов работы;

проект будет предусматривать сохранение результатов обучения, которые позволят объективно оценить уровень знаний обучающихся, а также отследить динамику обучения.

Проект не будет:

проект не будет экспертной системой принятия решений.

Выводы по параграфу 1.2

В параграфе 1.2 был проанализирован основной бизнес-процесс организации - разработка мультимедийных обучающих систем промышленной направленности. Были описаны основные процессы предметной области, в результате чего разработана модель AS-IS.

На основании выполненной работы был проведен анализ «узких» мест предметной области. Для устранения «узких» мест было предложено разработать автоматизированную обучающую систему «3D Атлас оборудования». В результате определены границы предлагаемого проекта по методике «Будет/Не будет».

1.3 Анализ существующих разработок и обоснование выбора технологии

На данный момент в компании разработано более 80 типовых мультимедийных обучающих систем. Главной целью ОС является обучение технологического персонала, развитие практических навыков с одновременной теоретической подготовкой, а также подготовка сотрудников к принятию быстрых качественных решений.

В рамках обследования предметной области был проведен анализ существующих типовых мультимедийных обучающих систем.

Требования, предъявляемые к ОС:

система должна содержать модуль сбора, хранения и обработки информации;

система должна предусматривать возможность регистрации пользователей и хранение их учетных записей в БД;

система должна предусматривать возможность разграничения прав доступа и организации определенной политики безопасности;

система должна обеспечить непрерывную работу, обработку пользовательских запросов, устойчивость к сбоям;

система должна обеспечивать контроль знаний обучающихся на основе заложенной системы оценки знаний;

система должна быть удобна и проста в эксплуатации;

система должна обеспечивать интересный и увлекательный процесс обучения.

Выделим критерии анализа для сравнения типовых ОС и АОС «3D Атлас оборудования»:

Наличие всех четырех блоков обучения («Конструкция агрегата», «Пульт управления», «Технологический процесс», «Аварийные ситуации»).

Регистрация пользователей и разграничение прав доступа.

Проверка знаний пользователя.

Сохранение результатов обучения.

Формирование детальной отчетности по результатам обучения.

Компактность системы.

Возможность локальной работы, без развертывания и эксплуатации сервера.

Легкость восприятия обучения.

Простота послепродажного обслуживания.

Программа не требует установки дополнительного ПО.

Требования к аппаратному обеспечению минимальны.

Проведем сравнительный анализ существующих ОС и системы «3D Атлас оборудования» на основе выделенных критериев.

Таблица 1 - Сравнительные характеристики рассматриваемых систем

Функции систем	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
3D Атлас оборудования	-	+	+	+	-	+	+	+	+	+	+
Типовые ОС	+	+	+	+	+	-	-	-	-	-	-

На основе проведенного анализа, можно заметить, что система «3D Атлас оборудования» соответствует почти всем выделенным критериям, в отличие от типовых ОС.

Система будет представлять собой компактную мультимедийную обучающую систему. Она не будет разрабатываться под конкретного заказчика, а значит, будет свободна в распространении.

По сравнению с типовыми ОС, система «3D Атлас оборудования» будет содержать в себе только один блок обучения - это конструкция агрегата, его назначение и основные принципы работы.

Принципы и способы ведения технологического процесса, в котором участвует тот или иной агрегат, на каждом предприятии схожи, но один и тот же агрегат, участвующий в технологическом процессе, имеет своеобразные технологические особенности и характеристики, различное строение его отдельных узлов. На конкретных предприятиях агрегат может снабжаться дополнительными устройствами и приборами; установка и расположение оборудования могут также отличаться.

Главной идеей разработки 3D Атласа было показать обобщенную конструкцию технологической установки и наглядно разобрать, какие бывают вариации его отдельных узлов. В 3D Атласе собраны наиболее распространенные типы оборудования, показаны их различия, описаны их преимущества и недостатки. Такая совокупность информации поможет обучающимся сформировать целостное представление о конструкции агрегата, его назначении и принципах работы.

Функциональные возможности типовых ОС схожи с предлагаемой системой «3D Атлас оборудования». Но одной из ключевых особенностей атласов является то, что система будет разработана в двух версиях: на основе MS SQL Server (как у типовых ОС), и на основе СУБД Firebird, поддерживающей клиент-серверную архитектуру. В последней СУБД роли клиента и сервера исполняет один и тот же компонент. Различия между двумя версиями системы будут рассмотрены ниже.

Такой функционал позволяет системе работать локально - без подключения к явному серверу. Система «3D Атлас оборудования» устанавливается локально на каждый ПК и работает без подключения к сети. Также, установка системы проста и удобна, и не требует специальных знаний программирования. Это является одним из основных достоинств АОС «3D Атлас оборудования».

Таким образом, разработка системы «3D Атлас оборудования» является оптимальным решением для развития нового направления в разработке ОС.

Выводы по параграфу 1.3

В параграфе 1.3 был проведен сравнительный анализ существующих разработок ОС и системы «3D Атлас оборудования», а также обоснование выбора технологии проектирования. Учитывая результаты анализа, было определено, что система «3D Атлас оборудования» является оптимальным решением по устранению «узких» мест предметной области.

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ

В первой главе данного исследования была представлена краткая характеристика предприятия ООО «Корпоративные системы Плюс», а также определена предметная область исследования - разработка мультимедийных обучающих систем.

На стадии постановки задачи была рассмотрена предметная область и описаны основные процессы разработки типовых ОС, в результате чего была разработана модель процессов AS-IS. На основании выполненной работы был проведен анализ «узких мест» предметной области, для устранения которых было предложено разработать АОС «3D Атлас оборудования». По результатам анализа существующих разработок был сделан вывод о том, что разработка АОС «3D

Атлас оборудования» будет являться оптимальным решением по устранению «узких мест» предметной области.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ АОС «3D АТЛАС ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Разработка концепции АОС «3D Атлас оборудования»

На основе проведенного анализа предметной области перейдем к разработке и описанию концепции рассматриваемой автоматизированной обучающей системы «3D Атлас оборудования».

Автоматизированная обучающая система «3D Атлас оборудования» представляет 3D версию чертежей металлургического и гидравлического оборудования, применяемых на различных видах производства, и предназначена для тщательного изучения конструкции оборудования, назначения его отдельных элементов, а также принципов работы того или иного агрегата.

Целями создания АОС «3D Атлас оборудования» являются:

предоставление готового решения для организации обучения, с помощью которого процесс изучения устройства оборудования станет более наглядным и интересным, а также приближенным к реальному производственному процессу;

развитие нового направления тиражируемых продуктов;

увеличение клиентской базы компании «Корпоративные системы Плюс» за счет того, что 3D Атлас ориентирован на конкретную пользовательскую аудиторию - студентов ВУЗов и ССУЗов, обучающихся на промышленных специальностях в учебных заведениях.

С помощью АОС предполагается решение следующих задач:

возможность изучения конструкции и принципов работы оборудования посредствам 3D моделей реальных агрегатов, а также анимационных роликов;

возможность проверки знаний обучающихся посредствам тестирования по основным объектам конструкции;

возможность сохранения и просмотра результатов обучения; возможность формирования отчетности по результатам обучения;

разграничение доступа к изучаемой информации.

Внедрение АОС «3D Атлас оборудования» не предполагает изменений в организационной структуре предприятия, приобретающего АОС. Но использование данной системы требует от преподавателей знание функционала и умения работать с системой для обеспечения качества процесса обучения.

Рассмотрим требования к системе.

Бизнес-требования

Рассматриваемая предметная область - разработка обучающих систем в отделе обучающих систем компании «Корпоративные системы Плюс». Разработка типовых мультимедийных обучающих систем является трудоемким и затратным процессом, как в денежном, так и во временном отношении. В связи с разработкой систем под конкретного заказчика, каким обычно выступают крупные промышленные предприятия, разрабатываемые системы являются дорогим проприетарным продуктом. Разработка и продвижение таких систем является неудобным, а зачастую и невозможным, с точки зрения тиражируемости и массовой продажи разрабатываемых продуктов. Тем не менее, тиражируемый продукт, для удовлетворения бизнес-требований, должен решать и свою основную задачу - организация процесса обучения.

Поэтому задача создания готового решения, которое смогло бы удовлетворить как потребности бизнеса, так и потребности целевой аудитории (ВУЗы и ССУЗы) является основной.

Бизнес-цели

Бизнес-цель 1. Увеличение прибыли компании за счет массовой продажи 3D Атласов.

Бизнес-цель 2. Возможность конкурентоспособности разрабатываемого продукта.

Бизнес-цель 3. Способность в полной мере отвечать требованиям целевой аудитории - студентам ВУЗов и ССУЗов.

Бизнес-цель 4. Организация качественного процесса обучения за счет использования 3D Атласа.

Бизнес-цель 5. Обучение и проверка знаний молодых специалистов ВУЗов и ССУЗов.

Бизнес-цель 6. Совершенствование и улучшение продукта.

Критерии успеха

Критерий успеха 1. Детальная проработка потребностей рынка, а также анализ конкурентов.

Критерий успеха 2. Качественное выполнение обязанностей всех участников разработки проекта.

Критерий успеха 3. Постоянная и, осуществляемая в полной мере, обратная связь с заказчиком.

Факторы бизнес-риска

Фактор бизнес-риска 1. Существует вероятность, что продукт не будет отвечать потребностям рынка.

Фактор бизнес-риска 2. Не все сотрудники образовательных учреждений, приобретающих 3D Атласы, готовы к организации процесса обучения с использованием данной системы. Может потребоваться временные ресурсы на оказание консультационных услуг и обучение персонала.

Образ решения

Автоматизированная обучающая система «3D Атлас оборудования» будет представлять собой готовое решение для организации обучения молодых специалистов ВУЗов и ССУЗов. Обучение специалистов будет проходить посредством изучения трехмерных моделей промышленных агрегатов. Все объекты конструкции, а также вся необходимая для изучения информация, будет подключена в базу данных. Работа пользователя с базой данных будет происходить посредствам экранных форм. На основе хранимой в системе информации должен обеспечиваться качественный процесс обучения, а также своевременного контроля знаний. Кроме того, в системе будет возможен просмотр результатов обучения в любое удобное для пользователя время. В системе также будет предусмотрено разграничение прав доступа пользователей, что обеспечит информационную безопасность при эксплуатации системы.

Рассмотрим основные функции разрабатываемой системы.

Основная функция 1. Регистрация пользователей в системе.

Основная функция 2. Обеспечение обучения в режиме демонстрации, посредствам изучения 3D моделей конструкции технологических установок.

Основная функция 3. Обеспечение проверки знаний обучаемых в режиме тестирования.

Основная функция 4. Обеспечение хранения и доступа к результатам тестирования.

Основная функция 5. Формирование сводной отчетности по обучению (только в сетевой версии системы).

Основная функция 6. Разграничение прав доступа к информации системы.

Перейдем к рассмотрению основных предположений и зависимостей, которые могут возникнуть при эксплуатации разрабатываемой системы.

Предположения и зависимости Применимо только к сетевым версиям АОС «3D Атлас оборудования».

Предположения и зависимости 1. При использовании сетевой версии 3D Атласа должен использоваться некий сервер, на который устанавливается база данных системы, а также система администрирования.

Предположения и зависимости 2. Все компьютеры, на которых установлены сетевые версии 3D Атласа, должны иметь доступ по локальной сети к серверу.

На основе сформированного образа решений о проекте с целью устранения неясностей на ранних стадиях процесса разработки перейдем к созданию прототипа будущей системы. В качестве прототипа системы рассмотрим модель TO-BE, которая позволит смоделировать процессы предметной области «как будет» в результате использования системы. Модель процессов TO-BE рассматриваемой предметной области разработана с использованием инструментального средства MS Visio и представлена на рисунке 3.

Опишем модель. Разработка автоматизированной обучающей системы «3D Атлас оборудования» повлечет за собой изменения в организационной структуре проектной команды, занимающейся непосредственной разработкой 3D Атласа. Из состава команды исключается программист, занимающийся реализацией клиента и сервера программы (функционирование 3D Атласа не требует специальных динамических библиотек под клиент и сервер) и подключением математической модели; и сторонняя организация, занимающаяся непосредственной разработкой математической модели - она не используется в рассматриваемой АОС.

Наряду с этими изменениями, у менеджера проекта добавляется новая обязанность - перевод базы данных проекта с СУБД MS SQL Server на СУБД Firebird, поскольку атласы разрабатываются в двух версиях - локальной и сетевой.

Таким образом, разработка нового решения «3D Атлас оборудования» позволит расширить линейку обучающих систем, предлагая две версии АОС (локальная и сетевая), при этом сократив затраты на участие в разработке программиста проекта и сторонней организации-разработчика математической модели.

Рисунок 3 - Модель системы «TO-BE»

Выводы по параграфу 2.1

В результате разработки концепции АОС «3D Атлас оборудования» были определены основные цели и задачи системы, а также бизнес-требования к системе, бизнес - цели и критерии успеха, бизнес-риски, связанные с созданием системы, сформирован образ решения проекта «3D Атлас оборудования», рассмотрены основные функции системы, предположения и зависимости проекта.

На основе определенных требований к системе построена модель бизнеспроцессов (to-be) предметной области, с учетом выявленных «узких» мест предметной области - разработки мультимедийных обучающих систем в отделе обучающих систем компании SIKE.Корпоративные системы.

2.2 Обоснование проектных решений АОС «3D Атлас оборудования» по видам обеспечения АС

В состав обеспечивающих подсистем входят следующие виды обеспечения: организационное, лингвистическое, математическое, информационное, программное, технологическое и техническое. Рассмотрим более подробно каждый из видов обеспечения относительно разрабатываемой АОС.

1. Организационное обеспечение

Организационное обеспечение - это совокупность документов, устанавливающих организационную структуру, права и обязанности пользователей и эксплуатационного персонала АС в условиях функционирования, проверки и обеспечения работоспособности АС [2]. Рассмотрим основные виды требований, предъявляемых к видам организационного обеспечения:

1.1 Требования к структуре и функциям подразделений, участвующих в разработке и функционировании системы:

список сотрудников, участвующих в разработке АОС (команда проекта);

документация по структуре и распределению обязанностей в отделе ОС компании «SIKE.Корпоративные системы»;

регламенты по работе персонала, участвующего в разработке АОС;

внутренние стандарты организации по разработке и сопровождению АОС.

1.2 Требования к организации и функционированию системы и порядку взаимодействия персонала, участвующего в разработке системы:

стандарт на составление технического задания - ГОСТ 34.602-89 [3];

внутренние регламенты по планированию работы сотрудников; ? корпоративные стандарты на написание проектной документации;

проектная документация: техническое задание, план работ.

1.3 Требования к защите от ошибочных действий персонала, участвующего в эксплуатации системы:

инструкции по эксплуатации системы;

документально оформленные требования по информационной

безопасности системы, где подробно указаны требования к созданию учетных действия пользователей.

2. Лингвистическое обеспечение

Лингвистическое обеспечение - это совокупность средств и правил для формализации естественного языка, используемых при общении пользователей и эксплуатационного персонала АС с комплексом средств автоматизации при функционировании АС [2].

Относительно разрабатываемой АОС «3D Атлас Оборудования» будем рассматривать следующие виды лингвистического обеспечения:

2.1 Язык программирования высокого уровня:

Delphi - язык программирования, который используется в одноимённой среде разработки. Delphi выбран в качестве алгоритмического языка и используется для разработки основных компонентов системы и используемых динамических библиотек [29].

2.2 Требования к кодированию и декодированию данных:

OpenGL (Open Graphics Library -- открытая графическая библиотека, графический API) -- спецификация, определяющая независимый от языка программирования платформонезависимый программный интерфейс для написания приложений, использующих двумерную и трёхмерную компьютерную графику. Является графическим стандартом в области компьютерной графики [30].

2.3 Язык манипулирования данными, а также язык взаимодействия пользователя и технических средств:

SQL (Structured Query Language - «язык структурированных запросов») - универсальный компьютерный язык, применяемый для создания, модификации и управления данными в реляционных базах данных. SQL является, прежде всего, информационно-логическим языком, предназначенным для описания хранимых данных, для извлечения хранимых данных и для модификации данных [31].

2.4 Средства описания предметной области (объекта автоматизации)

IDEF1X (IDEF1 Extended) - Data Modeling - методология построения реляционных структур (баз данных), относится к типу методологий «Сущностьвзаимосвязь» (ER -- Entity-Relationship) и, как правило, используется для моделирования реляционных баз данных, имеющих отношение к рассматриваемой системе.

ARIS (сокр. от англ. Architecture of Integrated Information Systems) - методология компании IDS Scheer для моделирования бизнес-процессов предметной области.

3. Математическое обеспечение

Математическое обеспечение - это совокупность алгоритмов для решения задач и обработки информации с применением вычислительной техники. В состав математического обеспечения АОС «3D Атлас оборудования» входит техническая документация с описанием алгоритмов решения конкретных задач.

4. Информационное обеспечение

Информационное обеспечение - это совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология построения базы данных (БД) [2].

Рассмотрим основные виды информационного обеспечения относительно АОС «3D Атлас оборудования».

4.1 Входные и выходные документы, а также методы их построения:

внутрикорпоративные шаблоны технического задания, плана работ, замечаний, инструкций;

методические материалы и чертежи для разработки трехмерных моделей.

4.2 Состав и методы построения экранных форм для ввода первичной информации, а также форм для вывода на экран результатной информации. В «3D Атласе» предусмотрены следующие формы, обеспечивающие ввод и вывод информации:

форма регистрации пользователя;

форма авторизации пользователя;

главный экран системы;

форма статистики по результатам обучения;

форма просмотра результатов обучения;

форма вызова отчетов по обучению (только в сетевой версии);;

форма отчета по обучению (только в сетевой версии);

форма справочников системы (только в сетевой версии);

форма отчетов по администрированию (только в сетевой версии).

4.3 Способ организации информационной базы. Под информационной базой АОС будет пониматься база данных, представляющая собой некую совокупность данных и предназначенная для хранения необходимой для обучения информации. Работа пользователя с базой данных будет происходить посредствам экранных форм. На основе хранимой в системе информации должен обеспечиваться качественный процесс обучения, а также своевременного контроля знаний.

Способ организации информационной базы будет описан более подробно в главе «Реализация проектных решений».

5. Программное обеспечение

Программное обеспечение - это совокупность программ, реализующих функции и задачи АС и обеспечивающих устойчивую работу комплексов технических средств [2]. Рассмотрим программное обеспечение с точек зрения общего и специального ПО.

5.1 Общее ПО:

операционная система Windows XP/7;

программная среда для разработки прикладных программ Borland

Delphi 7;

программная среда для разработки 3D моделей «3ds Max»;

СУБД Microsoft SQL Server;

СУБД Firebird;

компиляторы; ? интерпретаторы;

5.2 Специальное ПО:

графический движок AOSGraf.dll;

программа запуска проекта MTSShell.exe.

6. Техническое обеспечение

Техническое обеспечение - это комплекс технических средств (технические средства сбора, регистрации, передачи, обработки, отображения, тиражирования информации, оргтехника и др.), обеспечивающих работу ИТ [1]. К техническому обеспечению АОС относятся:

электронные вычислительные машины, осуществляющие обработку

информации;

локально-вычислительные сети, обеспечивающие передачу

информации;

средства подготовки данных на машинных носителях;

средства сбора и регистрации информации;

средства накопления и хранения данных и выдачи результатной

информации;

вспомогательное оборудование и организационная техника.

Выводы по параграфу 2.2

В данном параграфе было представлено общее описание проектных решений АОС «3D Атлас оборудования» по основным видам обеспечения:

организационное обеспечение;

лингвистическое обеспечение;

математическое обеспечение;

информационное обеспечение;

программное обеспечение;

техническое обеспечение.

Состав и компоненты видов обеспечений рассмотрены исходя из целей и задач АОС «3D Атлас оборудования».

2.3 Разработка системной архитектуры АОС «3D Атлас оборудования»

Системная архитектура - это базовая организация системы, воплощенная в ее компонентах, их отношениях между собой и с окружением, а также принципы, определяющие проектирование и развитие системы [8].

Системная архитектура определяет правила формирования компонентов системы и обеспечения взаимодействия между ними. К системной архитектуре относится: прикладная архитектура, архитектура данных и техническая архитектура. Рассмотрим эти компоненты более подробно, исходя из концепции АОС «3D Атлас оборудования». Начнем с прикладной архитектуры.

Прикладная архитектура включает в себя прикладные системы (приложения), обеспечивающие исполнение бизнес-функций и бизнес-процессов, интерфейсы взаимодействия прикладных систем между собой и с внешними системами и источниками или потребителями данных, средства и методы разработки и сопровождения приложений.

АОС «3D Атлас оборудования» можно разделить на несколько подсистем, обеспечивающих выполнение определенных функций системы. К таким

подсистемам относятся:

подсистема авторизации/регистрации;

подсистема изучения конструкции в режиме демонстрации;

подсистема контроля знаний в режиме тестирования;

подсистема накопления, хранения и обработки результатов обучения;

подсистема отчетности;

дополнительная система администрирования.

В зависимости от версий системы - локальной или сетевой, наличие данных подсистем варьируется. Различия между версиями представлено в таблице 2.

автоматизированная обучающая система

Таблица 2 - Наличие обеспечивающих подсистем в зависимости от версии

№	Наименование подсистем	АОС «3D Атлас оборудования»
		Сетевая версия	Локальная версия
1.	Подсистема авторизации	+	+
2.	Подсистема изучения конструкции в режиме демонстрации	+	+
3.	Подсистема контроля знаний в режиме тестирования	+	+
4.	Подсистема контроля знаний в режиме тестирования	+	+
5.	Подсистема накопления, хранения и обработки результатов обучения	+	+
6.	Подсистема отчетности	+	-
7.	Дополнительная система администрирования	+	-

Работа пользователя с перечисленными подсистемами происходит посредством экранных форм (интерфейса). Экранные формы будут подробно рассмотрены в главе 3.

Следующий компонент системной архитектуры - это архитектура данных.

Архитектура данных включает в себя автоматизированные базы данных, обеспечивающие накопление, хранение и обработку данных, применяемые для этого системы управления базами данных или хранилищами данных, правила и средства санкционирования доступа к данным.

Первой составляющей архитектуры данных является автоматизированная база данных, которая предназначена для накопления, хранения и обработки данных. Поскольку АОС «3D Атлас оборудования разрабатывается в двух версиях - локальной и сетевой, то базы данных соответствующих версий реализованы в различных СУБД. Но структура базы данных АОС «3D Атлас оборудования», а соответственно и инфологическая модель базы данных для двух версий СУБД является практически одинаковой. Структура базы данных системы сетевой версии представлена на рисунке 4. Модель разработана с использованием Case-средства AllFusion Data Modeler (Erwin) в нотации IDEF1X.

Рисунок 4 - Структура БД АОС «3D Атлас оборудования (сетевая версия)

Локальная версия АОС «3D Атлас оборудования» не поддерживает систему администрирования (в отличие от сетевой версии), которая необходима для создания пользователей, наделения их соответствующими правами и др. Вся необходимая информация о пользователях содержится в БД проекта (не в БД системы администрирования, как это сделано для сетевой версии) специальной таблице Users. В связи с этим, инфологическая модель локальной версии АОС претерпевает некоторые изменения (см. рисунок 5).

Рисунок 5 - Структура БД АОС «3D Атлас оборудования (локальная версия)

Подробное описание структуры базы данных АОС «3D Атлас оборудования» будет рассмотрена в главе 3.

Второй составляющей архитектуры данных является система управления базами данных или хранилища данных.

База данных локальной версии атласа реализована в СУБД Firefird Embedded. Выбор данной СУБД обусловлен тем, что локальная версия «3D Атласа оборудования» должна быть компактной системой, не требующей для своего функционирования установки отдельного серверного приложения для администрирования баз данных. Следовательно, СУБД, в которой разрабатывается база данных системы, должна обеспечивать локальное взаимодействие клиента и сервера баз данных. В СУБД Firefird Embedded роль клиента и сервера баз данных выполняет один и тот же компонент [32]. Это позволяет избежать дополнительной установки специального ПО, в отличие от MS SQL Server.

База данных сетевой версии «3D Атласа оборудования» реализована в MS SQL Server - системе управления реляционными базами данных; основным используемым языком запросов в данной СУБД является Transact-SQL.

Последней составляющей архитектуры данных являются правила и средства функционирования доступа к данным. Правила доступа к данным в АОС «3D Атлас оборудования» определяются наличием определенных прав доступа в соответствии с ролями пользователей. В системе существует три роли: системный администратор, преподаватель и ученик. Каждая из этих ролей обладает определенными полномочиями. Разграничение прав доступа в соответствии с ролями представлено в таблице 3.

Таблица 3 - Соотношение прав доступа к данным и ролями пользователей

№	Право доступа к данным	Роль
		Системный администратор	Преподаватель	Ученик
1.	Запуск системы	+	+	+
2.	Запуск режима демонстрации	+	+	+
3.	Запуск режима тестирования	+	+	+
4.	Просмотр собственных результатов тестирования	+	+	+
5.	Просмотр всех результатов тестирования	+	+	-
6.	Возможность просматривать справочники в системе	+	+	-
7.	Возможность редактирования справочников в системе	+	+	-
8.	Формирование отчета по обучению	+	+	+
9.	Формирование отчетов системы администрирования	+	+	-
10.	Возможность создания новых пользователей	+	-	-
11.	Создание прав доступа	+	-	-
12.	Присвоение прав доступа ролям	+	-	-

Таким образом, исходя из представленных в таблице данных, роль системного администратора имеет наибольшие полномочия, по сравнению с преподавателем и учеником. Системный администратор имеет полный доступ к информации, хранящейся в системе, а также полные права на администрирование.

Следующий компонент системной архитектуры - это технологическая архитектура, которая, в свою очередь, состоит из сетевой архитектуры и архитектуры платформ.

...