Адаптивное дистанционное обучение принятию решений на основе технологии экспертных систем ситуационного управления Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Educational Technology & Society 6(3) 2003 ISSN 1436-4522

Адаптивное дистанционное обучение принятию решений на основе технологии экспертных систем ситуационного управления

Болотова Л.С., Губарев В.А., Коваленко С.М., Смирнов С.С. кафедра вычислительной техники Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет), Москва, Россия с vt@fVms.mirea.ru

АННОТАЦИЯ

В условиях рыночной экономики умение принимать адекватные решения составляет основу деятельности предпринимателя любого ранга. Обучение принятию решений, учитывая специфику контингента, должно быть дистанционным и адаптивным. Предлагается интеллектуальная технология, удовлетворяющая этим условиям, основанная на использовании экспертных систем ситуационного управления (ЭССУ). Дается краткое описание соответствующих учебных средств, реализованных в виде программных комплексов: предметно-ориентированной ЭССУ "Руководитель" и

инструментальной проблемно-ориентированной ЭССУ "Решатель". Описаны процессы обучения: на ЭССУ "Руководитель" - принятию системных решений с использованием предварительно подготовленного набора проблемных ситуаций в заданной сфере профессиональной деятельности обучаемого; на ЭССУ "Решатель" - навыкам системного мышления и построения прикладных экспертных систем, поддерживающих разрешение возникающих проблемных ситуаций.

Ключевые слова

адаптивное обучение, принятие управленческих решений.

Введение

В условиях рыночной экономики, высокой деловой активности и конкуренции основу деятельности субъектов любого уровня составляют выработка и принятие решений по стратегии и тактике функционирования управляемых организаций (предприятий).

Все служащие муниципальных и территориальных образований всех уровней, руководители крупных производств, корпораций и других предпринимательских организаций являются, по существу, управленцами. От способности к управлению, особенно муниципальных управленцев, сегодня зависит благополучие практически всех граждан, включая малый и средний бизнес.

Учитывая невозможность, как правило, совершенствования квалификации управленцев с отрывом от производства в системах очного обучения, является актуальным развитие технологий дистанционного обучения (ДО) обеспечивающих обучение управленцев системному мышлению, анализу и принятию решений в проблемных ситуациях.

Потенциальный контингент обучающихся в этом случае характеризуется следующими особенностями:

- широчайшей возрастной и профессиональной амплитудой;

- географической разбросанностью и неравномерной распределенностью по территории России;

- различными образовательными цензами групп населения;

- высокой явной и скрытой безработицей;

- низкими уровнем доходов на душу населения и качеством жизни;

- высоким уровнем социальной напряженности и недовольства своим положением значительных групп населения.

Поэтому обучение должно осуществляться по технологиям ДО, изменяемым (адаптируемым) в зависимости от социального состава обучаемых, их начального образовательного уровня, места (ранга) в иерархии сферы их профессиональной деятельности и особенностей деловых (производственных) ситуаций.

Массовая подготовка управленцев с учетом изложенных требований возможна в рамках адаптивного ситуационного дистанционного обучения (АСДО) на основе технологии экспертных систем ситуационного управления (ЭССУ).

Методология

В качестве концептуальной и теоретической базы АСДО могут быть использованы существующие концепции и методы системного анализа, ситуационного управления и моделирования, искусственного интеллекта.

Основу учебно-методической базы и информационно - справочного обеспечения АСДО должны составлять модели управления и принятия решений на региональном уровне и уровне малого предпринимательства.

В качестве инструментальных программных средств создания таких моделей в Московском институте радиотехники, электроники и автоматики (МИРЭА) совместно с Санкт-Петербургским государственным университетом экономики и финансов (СПбУЭФ) разработаны экспериментальные образцы инструментальных проблемно- и предметно-ориентированных экспертных систем ситуационного управления (ЭССУ):

1. ЭССУ универсального типа «Решатель малых проблем» («Решатель»);

2. ЭССУ «Руководитель», проблемно и предметно-ориентированная на управление муниципальными образованиями и малым бизнесом, на основе которой разработан ситуационный тренажер - имитатор (СТИ «Руководитель»).

Проведенные исследования показали, что для использования ЭССУ «Руководитель» и «Решатель» в дистанционном учебном процессе должна быть обеспечена, наряду с другими учебными средствами, их программная поддержка установленной в центре ДО системой дистанционного обучения (СДО).

Адаптивность учебного процесса с использованием ЭССУ обеспечивается инвариантностью принципов ситуационного управления и инструментальных средств ЭССУ к конкретному содержанию сферы управленческой деятельности и предметной области принятия решений. Это позволяет использовать единую оболочку ЭССУ для различных практических задач обучения принятию решений различных категорий обучаемых.

В комплект учебно-методических материалов АСДО на основе ЭССУ входят:

- блок ознакомительных (теоретических) материалов;

- программный комплекс в составе СТИ «Руководитель» и ЭССУ «Решатель»;

- инструкции пользователя для работы с СТИ «Руководитель» и «Решатель»;

- банк демонстрационных моделей проблемных ситуаций;

- методическое пособие по оформлению результатов обучения.

Процесс обучения может быть организован в три этапа.

На первом этапе обучаемый осваивает необходимый именно ему теоретический материал по тематике организации и управления малыми предприятиями, управления муниципальными образованиями. Сюда могут входить блоки знаний из экономики, права, финансов, социологии, психологии, конкретных технологий производства, реализованные как учебные средства традиционных технологий ДО: кейс-технологий, компьютерных обучающих программ и др.

На втором этапе выполняется обучение анализу проблемных ситуаций и принятию решений в условиях, когда каждый выбранный вариант решения порождает множество последствий - создает другие проблемные ситуации, которые также необходимо решать или соглашаться с их существованием (например, с

необходимостью дополнительных затрат). Обучение производится на СТИ «Руководитель» на наборе заранее разработанных проблемных ситуаций.

На третьем этапе руководитель (управленец) обучается основам системного анализа, разработке моделей проблемных ситуаций, которые встречаются в практике его профессиональной деятельности и принятию решений по этим ситуациям. Обучение проводится на ЭССУ «Решатель».

Реализация

Основной составляющей СТИ «Руководитель» является модель муниципального образования. В модель муниципального образования входят:

- модель объекта управления;

- модель субъекта управления;

- дискретная ситуационная сеть (ДСС) проблемных ситуаций;

- модель целевой ориентации, представленная графами «Дерево целей объекта» и «Дерево целей субъекта».

- сетевые графики объекта и субъекта, отражающие поэтапный процесс достижения целей управления;

- модели ресурсных комплексов «Финансы», «Трудовые ресурсы»,

«Основные фонды», «Материалы».

Графически модели представлены в форме графов. Например, в модели объекта управления вершинами графа являются основные компоненты функционирования муниципального образования (МО), так называемые элементарные объекты (ЭО) - население, производство, финансовый рынок и др., а дуги представляют ресурсные потоки взаимодействия компонентов; в модели ДСС вершины графа - проблемные ситуации МО, дуги - причинно-следственные связи между ними.

Процесс обучения на СТИ «Руководитель» состоит в следующем:

- на графе ДСС (рис. 1 ) выбирается вершина, соответствующая выбранной

для обучения проблемной ситуации, и вызывается окно анализа ситуации (рис. 2);

!■ ^тш! дчиддял|Ч1»Ьмп * цр ч ■ ■ л і ІІІ

Рис. 1. Пример графа ДСС в ЭССУ «Руководитель».

- в окне анализа ситуации отображаются данные, описывающие проблему: характеристики состояния различных ЭО; переменные равновесия,

отражающие наличие ресурсов и потребность в них; предлагаемые варианты решений (управляющих воздействий).

11В • ,!,Л„ _Л1±1

—м—— - ±\ I__________

:№1Р#щй|«-0Ге1 ■ урЛ^-#> р* ОТ-рь* ЙМЫГ £■№ ?!

Пй'рМН:£Г1| ■ |СЛЦГ1а: ПЗ СТВфк¥■ ОЫа! |Г'ЛИг.1Н1|

Г СП р нЭ нос г и я услуга п: р«тнг|г в4рт1и 1ранс+«- 7)

Р’ивраЧжк' ь у упуги т |нтн'г 1^вн^«1|

Гм-рвГшамГг. ■ ■'ПгиНЛ'т 1 :■■ "■■■‘ш Гъ1 |рВМВН ?1’

Г и - р м:; и: ■: г п в > спугае кннн-ш^аь* чдегш (р ш с+. 7\

;|||1р|Дн«гь ■ услуги ттиясгрй чнсгт Iрв.ни-§- 11

НЧиШЙЛЬ И !•'".!• 1№ ■!*рН*'ЧЕР1«рЁР1Г" УС1»^ «■ 'П'Ы.мрРЧВ^РЁгёНЁР' N"1 I I

Кшичнг» Г1|^'■ИмЫЫИи >Ы Нм ШЛГШ ЁЛА1#ЛЛМГ№П1р1Ш1Л«рН !Г|-'|П1М 7|

Ьц

■— т-и- —ж-п-

0 И№ВД

N шии

Н Е-ЕХЮТ

и ННй

3» іг

□ 1Ь>ИМ

и ПИЛЯ

А 4

N ІЕ.

Гінчіакп ‘чі аисссо# я №11 'Лннчнхти |ріА;н 1|‘« ‘Кии? 4пи и рлтр * Нтпн -"ти’ррАнЕ-с'-и

ГМІІІЧ »Р -ими) >0Ь1 -^т.-1 11■ ^т»| Я^—|>ИІЄі 1Г-»ЗСЧ 'Р*!'™ Мч-Ч* ....

Рмгынюм на ■кэп# ■ ЛП47 "Прч-л-иал і|Ш>г 7Ґ «а ЗПЗ ’РіяНі». і ;^=да“ Нкін-іні члірмнкгп

І'итіюм ні вк-заі ■ ПОЗ-1 '^г+ин-:-і-а ірінс-- І Г ли ЗІ?! “І іине-к і:уи‘ Нэпмчт чвпр«4нЕ-ггь

І'Нлнш'ИІЬ#! лаОЦ'ШИї# ІЯ Ншиї) і &/**• ІряФпН 2|‘ Ы 'Зі)Т ‘І-Чв-* ЕГІгЧ1 ■ ■■ 'р-іЬ+С-СIII

Ііаагьгнніь :пиишн:і-» - пірн-міхарс-и озн рійіні І н х:п#мсгн ■ Ю

І !ли игяніь піашм."нс ічи - пв^рпминрзи а’Р- рвАгнн ї ■ ■гпрчаггвя . 119

ТдаДО’рні'Ь 1 іі-ш-ціиі Т4Р і Пір№■ мир!.*ДО 1 *4#-:>чв 1 г ч"

ТррДЬуСГрЕЩН £ЛВІ|ІШНЕіаН И ПЭкрНыНШпризма ^ РЛЙЙГИ 1 1ЫН1Ь ґі

Груавусгрзніь =памнахн=і-ан ■ І'-зринчіхарсі-ун рнанд 2 .в мини ,

Рис. 2. Пример оконной формы для анализа ситуаций в ЭССУ «Руководитель».

Обучаемый анализирует значения переменных равновесия. Если некоторые из них имеют значения «наличие МЕНЬШЕ потребностей», то обучаемый должен выбрать из предложенного списка управляющих воздействий те, реализация которых, по его мнению, со временем обеспечит достижение равновесия. При этом обучаемый должен конкретизировать параметры выбранных управляющих воздействий и запустить механизм логического вывода.

Далее в окне анализа ситуаций отображаются новые значения описанных выше переменных, характеризующие степень равновесия и последствия решения проблемы при помощи выбранных управляющих воздействий.

Варьируя управляющими воздействиями, их количественными и качественными характеристиками, обучаемый должен достичь максимально возможного количества равновесий в ЭО при как можно меньших затратах ресурсов на разрешение проблемной ситуации.

В результате неоднократных тренировок обучаемый вырабатывает системные навыки принятия решений по управлению подведомственной ему сферы деятельности.

В ходе тренировок при возникновении затруднений обучаемый может консультироваться с тьютором.

ЭССУ “Решатель” представляет собой проблемно-ориентированную инструментальную ЭССУ, предназначенную для проектирования прикладных (проблемно-предметно-ориентированных) экспертных систем.

Основными программными компонентами ЭССУ «Решатель» являются:

- редактор объектов предметной области (рис. 3);

- редактор отношений между объектами (рис. 4);

- редактор правил (рис. 5);

- редактор стратегий управления правилами;

- редактор моделей проблемной и целевой ситуаций;

- модули анализа (рис. 6) и проведения логического вывода;

- модуль отображения результатов логического вывода;

- модуль составления отчетов.

1 Ь'фЬПиуоСинИлПрЦДОпДОйбПК!* Ш -Jda

..:пкч 1 F. і.р ,гч. Ііі/інцИч 111h№1 ■ III ишгик cnAci і! t4t-nk і им.

М.'і 1 ■ г. II і111 у мГіу ■■ н |i.m<imhJ ІІЦД 7ї ї! Vі

1 ІЛр^КМ!ИГЬГк™і hT 1 IMI^UI-KIl Г1. ^ . 1 р.І-П;L-.-. 1.1: н:111 ДОрфЦфМЙІ гі;чрнккі!к№і кля рамочм/ г-1 Я К І* hi И 1*1 Гін 'Ik- іУЇ | і.іПі:-'ill. Mill: 1 пСе^пгчсі+шсиі pdh>4tr4 tenwW

Пмнінми лайиші мll■;--;|ПГм■ мl-v 1 її 1= Т11 ьМніИ;і '1+-ГмИіі

і 11 Ч імЛіі гі-мнин (іиі инсж о оіг пулчинтч PtiGchI РнНет? Гпм.іпцір Иуио \ Ам 11 ■*< іуч V:J V і Ні.і ви rpvrt.:і Су(і 1,5* т .;ш г. -іни Чслуги Мир+м-досрскн V Румуні і:і'->т-ьн '.ic.'vi :і С і щэдп &-!■ лі.--Чі.іуІ м ЧДОЧЙ Янмчис гк» рзНаїи? □4ь«м Ummit ||СС0|1фЭАМПГТ|| ИИ ' fH'Gn'Jl 1 И U MLT I -Ці па rf.hCi+ji 11, u :i ii'iih- i.iii'. і ,L> |ііЛ.ічга i-^jsf д = paSoiicf-upcMii I-JIMI^' (ф^г-и , *.-f ІЧИІ-Г.І. .fl.-41't* уііітуї 4 Cl l|kr-OC г-| 0,',|КИ У С JTyi'rl yg№№Mli і^.ч*,|іі*ЗшінСПиі>Н.**<^В ЧмЦІн рлВ41-№ МЕС 1 Л»пііТч-і|нЛті.ГііІ,

Hl-Н'.чн Ги іни ■ ЛіінЬ іі і Ъалкп ипп сюЯс і на.

ГІрлчсчіап і'^ґюііз.1 □ид ус гм

femHTb LJflHi?l і Ь ЛибШнгь VflMJJJ» I'JIIluhhlm 11,

Tinwothiw '!л |.-.'f jm^'i 1 ■ Но—:мш. Закрить

Рис. 3. Оконная форма редактора объектов предметной области.

Редактор объектов предметной области предназначен для описания объектов предметной области через их свойства. Для каждого свойства можно определить тип, множество значений, значение по умолчанию.

Редактор отношений между объектами предназначен для установления п-местных отношений между объектами предметной области.

Редактор правил предназначен для создания и модификации базы правил-продукций. На данный момент используется два типа правил-продукций: правила-действия, предназначенные для описания решений по управлению объектами предметной области; вспомогательные правила, предназначенные для установления причинно-следственных взаимосвязей между значениями отдельных факторов.

■ мн.) II 1 II-М 1

Ilb+i'i'fc illlV- І пі*-.і'гЧцР+ IMk Аі|ліПіГіЧіш!

Ийг і і і і ^ ■ 11:11 |ірн :ііі у мУдм |іі#віііі7 М'чндомвдніім н-і .■•■■ ■■ ,|і і!. ц и l н.т->-;і г ь їч і Hv . і ч і' і г. ■ 1 1 ■ 7414-СНгНфІ EH 1'S№3HlJ ІПУ[ііЬгн»]і4лпеі и “¥<ігч мі'|^|^мііві:,гn .iilyll^|ai

Ц»І№№ЧК С^ЕШІ ІЖ

N'^mi'j .. ..

1 v.in^'b 1 Hlfe*alb

'iL 1 .ІІьІMlllhal ц-чкитт

Гліпі? • V інчк Itvn'r. її Jl-jlvri ГрГ IWhk ■|и-'-г i іу.гУ. 1 )ІГи.Мт1 ■іСПЛ гі llrl-Htj-J.E-i •Н,щгпГап*ііуиі ‘■ГЛ^Т.І ҐГІЦр-І ҐИГМ 4LIW1 Л 1ІМНІІМП «ИМ V# ■'л-Кіг■ Ir.l fL-BJГ1 LIIі Гг-к»-н-.iHMbJV.'UpHiHibPг--3-!*—ЧІ'лїаи' і ЛНМ ЗLОВД' 1F■ ДОММ|1 'гіДи u'J ІШНг^ІМИ^^МНМІ'ґЬНрт^ЛМЕГнПгП'ІН^ІРігіІШ < 1;Г• 1 1 '•.а*1 п т И Ч" 5 і| і її шр і и Л--Ц1 \ гін 11 > FfrHliHi-ДДі Н-ГМ киї.» tfjj

Г-4У1і-к'-І1ггіНі-І -ЦЇТ-І-І! II! V':fial4H(ti.«4ciL-l{ РМЯД+ІВДІЛЛР^ '•1'"ГМИ1! firfeiN.JIwi ЗНІІЦ4.-І 1Kl3■ Я 1 |*VJil.l І-.--. 1 Ии Л.-а pirJ hV"'H-UH' r L- PH УТЛ-m 1 j І\в»«цшрЛАічшсги>#ііШ| К~."-' ,1 -■ V,b t* ™Ь 1 |Пии> . ГЧ.-1'H Сок-з hw- ,ч 141 u я чТ"'і и-а !*+■ 1 її и г і -,чіг:аіагіМк|

3K|U'Le

Рис. 4. Оконная форма редактора отношений между объектами.

Рис. 5. Оконная форма редактора правил.

Редактор стратегий управления правилами предоставляет возможность настроить механизм логического вывода под особенности конкретной базы знаний.

Редактор моделей проблемной и целевой ситуаций предназначен для описания шаблонов этих ситуаций, предлагаемых на этапе анализа для заполнения пользователю.

Модули анализа ситуаций, проведенного логического вывода и отображения его результатов реализуют исследование построенной модели предметной области и, если модель построена верно, на экране монитора отображаются рекомендации по разрешению заданной проблемной ситуации (вариант решения).

Обучение с использованием ЭССУ «Решатель» производится в форме построения базы знаний прикладной ЭССУ для какой-либо вновь возникшей задачи управления, например управление подготовкой и использованием кадров в районе города.

Чтобы решить собственную задачу (построить модель новой проблемной ситуации) на ЭССУ «Решатель», обучаемый должен выполнить следующие задания:

- в процессе консультации с тьютором сформулировать постановку задачи и определить ее предметную область;

- произвести декомпозицию предметной области задачи и ее описание на понятийном уровне, т. е. сформировать ее концептуальную модель;

- в соответствии с концептуальной моделью завести в системе необходимые множества объектов, их свойств и отношений между ними, для чего воспользоваться соответствующими редакторами;

- создать продукционную базу правил, для чего воспользоваться редактором правил, входящим в «Решатель», и, в соответствии с выделенным множеством решений, завести в системе правила-действия, а также, при необходимости, описать вспомогательные правила;

- настроить механизм логического вывода на особенности созданной базы знаний, т.е. посредством специального модуля определить стратегию управления правилами;

- задать шаблоны описания моделей проблемной и целевой ситуаций, для чего воспользоваться соответствующим модулем;

- оценить качество базы знаний на примерах конкретных проблемных ситуаций, для чего требуется использовать модуль анализа ситуаций (рис. 6), в котором через значения факторов необходимо описать

ситуацию и запустить процесс логического вывода для ее анализа и выработки рекомендаций;

- сформировать и предоставить тьютору отчет о проделанной работе, который содержит: рекомендуемые решения для анализируемых

проблемных ситуаций; обоснование реализаций путем представления всех используемых правил базы знаний; подробное описание базы знаний.

~!£1л

ІІІЛЛІІ ■Чіґіі-гкг,і ■ мір ішіі ^.|П ШчК іЬ.ш.І-г-і

II.II...с....- .и...«, |и- П.

у шИ

■ Ьц»1. I I |

■|ЛЧНК1Ч1Ш11^Н1ЦН#* ]|Ш1Ь |

Рис. 6. Оконная форма модуля анализа проблемных ситуаций.

Успешное выполнение этих заданий будет свидетельствовать о выработке у обучаемого навыков системного анализа и разработки моделей новых проблемных ситуаций в сфере своей деятельности.

ЭССУ «Руководитель» используется в СПбУЭФ для обучения принятию решений предпринимателей и работников муниципальных образований. В настоящее время прошли обучение несколько сотен работников.

ЭССУ «Решатель» используется в учебном процессе МИРЭА для обучения системному мышлению и построению моделей проблемных ситуаций для систем самой различной природы.

Заключение

Экспериментальные образцы ЭССУ «Руководитель» и «Решатель» созданы в рамках эскизного проекта Центра адаптивного дистанционного обучения, разработанного по заказу Московского фонда подготовки кадров.

Предложенные программные комплексы обучения принятию управленческих решений - ЭССУ «Руководитель» и «Решатель» - могут использоваться в адаптивном дистанционном обучении широкого контингента обучаемых различных сфер профессиональной деятельности и первоначальной квалификации.

Инвариантность метода ситуационного управления, на котором основана реализация этих ЭССУ, к конкретным предметным областям открывает широкие возможности для дальнейшего сотрудничества.

Литература

[Болотова Л. С. и др., 1991] Болотова Л.С., Иноземцев С.П., Ященко Н.Ю. Модели и методы представления знаний в системах искусственного интеллекта СПб, изд. ВИКИ им А.Ф. Можайского. 1991г.

[Болотова Л. С. и др., 2001] Болотова Л.С., Губарев В.А., Мороз Ю.В., Смирнов С.С. Проектирование и реализация систем ситуационного управления на современном этапе развития интеллектуальных технологий. //Сборник научных трудов ФГУП НИИ «Восход». - МИРЭА. - М, 2001г.

[Кукор Б.Л., 1996] Кукор Б.Л. Организационное моделирование процесса

управления предпринимательской деятельностью в регионе, СПбУЭФ, 1996, 234 с.