CC BY
12
УДК 378.147.88
А. А. Глуханова*, А. Ю. Захарова, Е. В. Мищенко, Т. В. Савицкая
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: [email protected]
РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ПО РАСЧЕТУ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В СРЕДЕ MOODLE
Рассмотрены особенности реализации информационно-образовательных ресурсов: лекций, лабораторных работ для подготовки студентов по проблеме анализа надежности технических систем в среде Moodle 2.6. Представлены особенности создания вычисляемых вопросов для проверки знаний в указанной области.
Ключевые слова: надежность технических систем; система дистанционного обучения.
Вопрос надежности является одной из основных проблем машиностроения, приборостроения и промышленности в целом. Обеспечение надежности химических производств направлено на повышение их безопасности, экономической эффективности и создания благоприятных условий для охраны окружающей среды. Отказы химико-технологического оборудования могут привести к снижению технических характеристик ниже допустимого уровня и явиться причинами аварий с большими материальными убытками, а в отдельных случаях могут иметь катастрофические последствия. Поэтому при профессиональной подготовке выпускников технических вузов большое внимание уделяется обучению студентов основам теории надежности, применяемым при проектировании и эксплуатации оборудования и установок производственных объектов.
Для повышения эффективности и качества подготовки выпускников, организации выполнения лабораторных работ, самостоятельной подготовки и итогового контроля знаний на кафедре компьютерно-интегрированных систем в
химической технологии разрабатываются информационно-образовательные и учебно-исследовательские ресурсы, функционирующие в составе Междисциплинарной автоматизированной системе обучения (АСО), реализованной в модульной объектно-ориентированной среде МооШе 2.6 [1].
На сайте Междисциплинарной АСО [2] в среде дистанционного обучения МооШе, предназначенной для подготовки бакалавров, магистрантов и аспирантов по различным направлениям и программам, реализованы информационно-образовательные и учебно-исследовательские ресурсы, необходимые для процесса обучения в области анализа надежности технических систем и для подготовки к контролю знаний. Данная система ориентирована на проведение образовательного процесса, как в режиме реального времени, так и в системе удаленного доступа и предусматривает наличие различных типов вопросов в составе тестов,
разнообразные режимы функционирования тестов, а также предоставляет широкие возможности для анализа результатов тестирования. Система является открытой и предназначена для
многопользовательского режима работы
преподавателей, сотрудников, студентов и аспирантов.
В междисциплинарной АСО создан ряд курсов, посвященных проблемам надежности технических систем. Один из них: «Компьютерные системы проектирования химических производств» по направлению подготовки бакалавров 09.03.01 -Информатика и вычислительная техника, профиль «Системы автоматизированного проектирования», включает следующие лекции по проблемам надежности технических систем: «Методы проектирования химических производств с позиций надежности технических систем. Основные понятия теории надежности. Методы расчета аппаратурной и функциональной надежности простых и сложных систем», «Структурные, логико-вероятностные, вероятностные методы расчета надежности комбинированных систем. Метод «путей и сечений» и другие.
Второй - «Основы надежности технических систем», созданный в рамках направления подготовки бакалавров 28.03.02 Наноинженерия, профиль «Наноинженерия для химии, фармацевтики и биотехнологии», включает лекции: «Расчет показателей надежности систем с резервированием и последовательно-параллельных структур»,
«Определение показателей надежности мостовых и комбинированных структур логико-вероятностными методами и с использованием марковских случайных процессов».
Все вышеуказанные лекции включают основные понятия, определения, модели и методы расчета показателей надежности систем. Помимо лекций в упомянутых ранее курсах реализованы глоссарий основных терминов и тесты самоконтроля знаний по пройденному материалу. Также в рамках курса «Основы надежности технических систем» разработаны лабораторные работы на тему: «Расчет
показателей надёжности систем с последовательно-параллельной структурой с использованием программного комплекса МаЛаЬ» и «Расчет показателей надёжности систем с резервированием с использованием программного комплекса Ма1ЬаЬ». Все расчеты в лабораторных работах ведутся в пакете прикладных программ Ма^аЬ [3].
Задания содержат описание работы системы, а именно ее структуры, наличие/отсутствие резервных элементов, известные показатели надежности и время работы каждого элемента системы. Необходимо рассчитать неизвестные параметры надежности при первоначально заданных условиях и после изменения структуры и/или времени работы системы, сравнить полученные результаты.
С использованием функций, написанных в т-файле, студенты рассчитывают основные показатели надежности систем, варьируя их структуры, интервалы времени работы. Также Ма1ЬаЬ позволяет визуализировать проведенные вычисления посредством различных графиков, что наглядно иллюстрирует обучающимся основные зависимости теории надежности и влияние на них изменений исходной рассчитываемой системы (рис.1). Все разработанные варианты и типовые отчеты лабораторных работ были размещены в среде Moodle в формате *^осх в ресурсе «Папка».
ЕЗ Figure 1 File Edit View Insert Tools Desktop Window Help - □ X
u ü J i i* | ч ^ © © « a • | a | п Щ\ □ о
Изменение вероятности безотказной работы (ВБР)
о.э 0.8 0.7 0.6 1 05 0.4 0.3 0.2 0.1 —*— Исходная структура
* •> - -+— Добавление парал. эл.
^ ч
........
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Рис. 1. Визуальное представление влияния варьирования структуры системы на вероятность безотказной работы на заданном интервале времени
Для более квалифицированной подготовки студентов в тесты самоконтроля и итогового контроля включены более трудоёмкие вопросы, которые требуют непосредственных вычислений. В качестве таких реализованы вопросы типа «Вычисляемый» [4]. Этот тип вопроса сложен тем, что для ответа на него по представленным значениям требуется рассчитать ответ, используя при этом необходимую формулу. Данный вопрос удобно использовать, так как при каждом новом ответе на него представленные значения будут меняться случайным образом в рамках указанных в настройках диапазонах. Так диапазоны указываются для каждого подстановочного знака, присутствующего в текстовой формулировке вопроса. В качестве подстановочного знака выступают буквы английского алфавита, обязательно заключенные в фигурные скобки. В качестве примера представлен вопрос 4.1: «На испытание поставлено N = {а} элементов. Испытания проводились в течении t = {Ь} часов. В процессе испытаний отказало п = 5 элементов, при этом отказы зафиксированы в следующие моменты: Т1 = {с} ч, Т2 = ч, Тз = {е} ч, Т4 = ч, Т5 = да ч, остальные элементы не отказали. Определить среднюю наработку до отказа Т0. Ответ округлить до первого знака после запятой».
После замены всех числовых значений на подстановочные знаки можно перейти к записи формулы, по которой будет происходить расчет верного ответа: «pow({z},2)*pow((2-{z}),2)». При создании формулы используются алгебраические операции и математические функции языка PHP. Так при каждом тестировании в формулу правильного ответа подставляются случайные значения. Эти значения выбираются случайным образом из набора данных диапазона возможных значений. Также необходимо задать значение и тип погрешности (относительная, номинальная или геометрическая), формат (указать количество знаков после запятой), единицы измерения, если это требуется. Далее следует перейти к заданию диапазонов значений подстановочных знаков. Здесь нужно указать минимальное и максимальное значение подстановочного знака, сколько десятичных знаков будет иметь подстановочный знак, а также тип распределения (равномерное, логарифмическое). Затем добавляется нужное количество наборов значений подстановочного знака. На рисунке 2 представлен конечный вид реализованного вопроса в банке тестовых заданий и проверка правильности его настройки. Это необходимо разработчику для проверки возможных допущенных ошибок в таких
настройках, как диапазон значений, тип погрешности, шаблон подстановки.
В банке тестовых заданий в междисциплинарной АСО по курсу «Основы надежности технических систем» реализовано 25 вопросов представленного выше типа, а также вопросы «На соответствие» и «Множественный выбор». Всего реализовано 6
категорий вопросов. После заполнения банка тестовых заданий можно перейти к созданию тестов. Так по выше указанному курсу было реализовано 8 тестов самоконтроля на темы: «Основные понятия и определения надежности технических систем», «Определение единичных и комплексных показателей надежности систем» и другие.
На испытание поставлено N=106 элементов. Испытания проводились в течение 1=219 часов. В процессе проведения испытаний отказало 11=5 элементов, при этом отказы зафикспровалы в следующие моменты: т1=59ч! 12.=7Ъ ч> т3=8зч,т4=1ПЁ ч, т-=:цз ч, остальные элементы не отказали. Определить среднюю наработку до отказа Т0. Округлить до первого знака после запятой.
Ответ: |а1д,2 |Провершъ|
Верно
Балты за эту попытку: 5,00/5,00.
Рис. 2. Просмотр созданного вопроса
Глуханова Анна Александровна, аспирантка 1 года обучения факультета Информационных технологий и управления РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Захарова Анастасия Юрьевна, аспирантка 1 года обучения факультета Информационных технологий и управления РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Мищенко Елена Викторовна, аспирантка 1 года обучения факультета Информационных технологий и управления РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Савицкая Татьяна Вадимовна, д.т.н., профессор кафедры Компьютерно-интегрированных систем в химической технологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Moodle.org: open-source community based tools for learning. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://moodle.org/ (дата обращения: 11.05.2016).
2. Междисциплинарная автоматизированная система обучения. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://cis.muctr.ru/alk (дата обращения: 11.05.2016).
3. Официальный сайт MathWorks [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.mathworks.com/index.html?s_tid=gn_logo (дата обращения: 15.05.2016).
4. Савицкая Т.В., Глуханова А.А. Создание банка тестовых заданий в среде дистанционного обучения moodle для проверки знаний студентов по надежности технических систем // Труды Международной научно-методической конференции «Информатизация инженерного образования» - ИНФ0РИН0-2016. - М.: Изд-во МЭИ, 2016. - С. 627-630.
Glukhanova Anna Aleksandrovna, Zakharova Anastasiya Yuryevna, Mishchenko Elena Viktorovna, Savitskaya Tatyana Vadimovna
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia * e-mail: [email protected]
DEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF INFORMATION-EDUCATIONAL RESOURCES ON THE CALCULATION OF TECHNICAL SYSTEMS RELIABILITY IN THE MOODLE
Abstract
The features of the implementation of information-educational resources: lectures, laboratory work to students training in the problem of technical systems reliability analysis in Moodle 2.6 were considered. The features of calculated questions creation to test student's knowledge in this area were presented.
Key words: technical systems reliability; learning management system.
Вопрос 1
Верно
Еаллхв: 5: dd ст
