Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Выпускная квалификационная работа магистра.

Пояснительная записка: 111 с., 8 табл, 32 рис, 3 прил, 9 ист.

Графическая документация: 8л.А4

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА, СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, ТЕОРИЯ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ, ПАТЕНТЫ, ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ, КОМПЕТЕНЦИЯ, ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ, ПРОГРАММИРОВАНИЕ.

Объектом проектирования и исследования является информационная технология формирования компетенций в области использования геометрических эффектов в изобретательской деятельности.

Разработана структурная схема технологии, которая позволяет эксперту индексировать патентную информацию по геометрическим эффектам, добавляя их в связи к патентам, а с другой стороны, помогает студенту повышать компетенции по использованию геометрических эффектов в патентах, при работе подсказывая по нужным ему функциям полезные геометрические эффекты и приводя соответствующие патенты-аналоги.

СОДЕРЖАНИЕ

• Реферат
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ОБЗОР ПРОБЛЕМАТИКИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
• 1.1 Описание и системный анализ предметной области
• 1.1.1Метод проектирования
• 1.1.2Программирование
• 1.1.3ТРИЗ
• 1.1.4Метод тестов
• 1.1.5Методы педагогики высшей школы
• 1.1.6Методы многокритериальной оценки
• 1.2 Постановка цели и задач исследования
• 1.2.1 Цели и задачи разрабатываемого комплекса
• 1.3 Инноватор WEB
• 1.3.1 Активатор
• 1.4 Разработка информационно-логической структуры системы
• 1.4.1 Диаграмма вариантов использования
• 1.4.2 Диаграмма состояний
• 1.4.3 Диаграмма классов
• 1.5 Разработка сценариев вариантов использования5
• 1.6 Логическая структура БД2
• 1.7 Ожидаемые научные результаты
• 1.8 Ожидаемая практическая значимость
• Выводы по главе
• 2. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
• 2.1 Описание Архитектуры системы
• 2.2 Обоснование выбора средств разработки
• 2.3 Разработка физической структуры базы данных
• 2.4 Физическая структура БД
• 2.5 Диаграммы компонентов и развертывания, описание программной реализации
• 2.6 Диаграмма последовательности
• 2.7 Диаграмма кооперации
• 2.8 Диаграмма деятельности
• 2.9 Расчет объема ВЗУ
• 2.10 Расчет необходимого объема ОЗУ
• 2.11 Разработка методики испытаний
• 2.12 Описание контрольного примера
• Выводы по главе
• 3. НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВНЕДРЕНИЕ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
• 3.1 Описание объекта исследования
• 3.2 Получение исходных данных
• 3.3 Результаты тестирования
• 3.4 Обработка результатов тестирования
• 3.5Анализ полученных результатов
• 3.6Основные понятия математической статистики
• 3.6.1Реализация математической модели
• Вывод по главе
• 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ И ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ПЕРИОД ОБУЧЕНИЯ
• 4.1 Описание выполнения собственной исследовательской работы
• 4.2 Описание руководства выполнением исследовательских работ подшефными студентами в семестре
• 4.3 Электронное портфолио
• Вывод по главе
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А
• ПРИЛОЖЕНИЕ Б
• ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ

Стратегия модернизации образования рассматривает компетентностный подход как основу формирования информационной компетентности специалиста.

Перед человеком всегда стоит множество задач, требующих нестандартного, творческого подхода, решение которых происходит методом проб и ошибок, последовательным перебором множества вариантов и выбором среди них того, который оказывается наиболее работоспособным. ТРИЗ[1] (теория решения изобретательских задач) - наука, действительно сумевшая адекватно описать процесс творчества. Результатом данного подхода является оригинальная идея, или изобретение.

В современном мире существует не только материальная собственность, но и интеллектуальная. Подтвердить право на нее можно при помощи патентов [2]. Владелец патента, доказав, что его патент используется в каком-либо изобретении, имеет право взымать отчисления с его изобретателя.

В последнее время патентные споры - чрезвычайно актуальная тема. За право использовать идею судятся не только отдельные лица, но и целые корпорации, так как победа довольно прибыльна, ведь компенсации за использование сторонних патентов могут составлять миллионы.

В данной работе была разработана система, которая с одной стороны позволяет методисту индексировать патентную информацию по геометрическим эффектам, добавляя их в связи к патентам, а с другой стороны, помогает студенту повышать компетенции по использованию геометрических эффектов в патентах, при работе подсказывая по нужным ему функциям полезные геометрические эффекты и приводя соответствующие патенты-аналоги.

1. ОБЗОР ПРОБЛЕМАТИКИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Описание и системный анализ предметной области

1.1.1 Метод проектирования

включает совокупность трёх составляющих:

- пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования (рисунок);

- критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций;

- нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания проектируемой системы [7].

Рисунок 1 - Представление технологической операции проектирования

Практически любой технологический процесс может быть частью сложного процесса. Он может включать в себя набор простых (менее сложных) технологических процессов и операций. Он может начинаться с любого уровня и не включать, например, этапы или операции, а состоять только из действий. Для реализации этапов технологического процесса могут использоваться разные программные среды и технологические операции и инструкции.

Реальное применение любой технологии проектирования, разработки и сопровождения ИС невозможно без выработки ряда стандартов (правил, соглашений), которые должны соблюдаться всеми участниками проекта. К ним относят стандарты:

ѕ проектирования;

ѕ оформления проектной документации;

ѕ пользовательского интерфейса.

Проектирование вообще и ИС в частности обычно осуществляется поэтапно. В общем случае основные этапы проектирования, заключаются в проведении некоторой последовательности исследований (рисунок 2).

Рисунок 2 - Этапы последовательности исследований

1.1.2 Программирование

Программирование можно разбить на несколько стадий:

ѕ анализ

ѕ проектирование; разработка комплекса алгоритмов;

ѕ кодирование и компиляцию -- написание исходного текста программы и преобразование его в исполнимый код с помощью компилятора;

ѕ тестирование и отладку -- выявление и устранение ошибок в программах,

ѕ испытания и сдачу программ;

ѕ сопровождение

В узком смысле (так называемое кодирование) под программированием понимается написание инструкций (программ) на конкретном языке программирования (часто по уже имеющемуся алгоритму -- плану, методу решения поставленной задачи). Соответственно, люди, которые этим занимаются, называются программистами (на профессиональном жаргоне -- кодерами), а те, кто разрабатывают алгоритмы -- алгоритмистами, специалистами предметной области, математиками[8].

В более широком смысле под программированием понимают весь спектр деятельности, связанный с созданием и поддержанием в рабочем состоянии программ -- программного обеспечения ЭВМ. Иначе это называется «программная инженерия» («инженерия ПО»). Сюда входят анализ и постановка задачи, проектирование программы, построение алгоритмов, разработка структур данных, написание текстов программ, отладка и тестирование программы (испытания программы), документирование, настройка (конфигурирование), доработка и сопровождение.

Программирование для ЭВМ основывается на использовании языков программирования, на которых записывается программа. Чтобы программа могла быть понята и исполнена ЭВМ, требуется специальный инструмент -- транслятор.

В настоящее время активно используются интегрированные среды разработки, включающие в свой состав также редактор для ввода и редактирования текстов программ, отладчики для поиска и устранения ошибок, трансляторы с различных языков программирования, компоновщики для сборки программы из нескольких модулей и другие служебные модули.

Текстовый редактор среды программирования может иметь специфичную функциональность, такую как индексация имен, отображение документации, средства визуального создания пользовательского интерфейса. С помощью текстового редактора программист производит набор и редактирования текста создаваемой программы, который называют исходным кодом. Язык программирования определяет синтаксис и изначальную семантику исходного кода. Компилятор преобразует текст программы в машинный код, непосредственно исполняемый электронными компонентами компьютера. Интерпретатор создаёт виртуальную машину для выполнения программы, которая полностью или частично берёт на себя функции исполнения программ [7].

1.1.3 ТРИЗ

ТРИЗ - теория решения изобретательских задач -- область знаний, исследующая механизмы развития технических систем с целью создания практических методов решения изобретательских задач. «Цель ТРИЗ: опираясь на изучение объективных закономерностей развития технических систем, дать правила организации мышления по много экранной схеме».

Работа над ТРИЗ была начата Г. С. Альтшуллером и его коллегами в 1946 году. Первая публикация -- в 1956 году -- это технология творчества, основанная на идее о том, что «изобретательское творчество связано с изменением техники, развивающейся по определённым законам» и что «создание новых средств труда должно, независимо от субъективного к этому отношения, подчиняться объективным закономерностям». Появление ТРИЗ было вызвано потребностью ускорить изобретательский процесс, исключив из него элементы случайности: внезапное и непредсказуемое озарение, слепой перебор и отбрасывание вариантов, зависимость от настроения и т. п. Кроме того, целью ТРИЗ является улучшение качества и увеличение уровня изобретений за счёт снятия психологической инерции и усиления творческого воображения.

Основные функции и области применения ТРИЗ:

ѕ решение изобретательских задач любой сложности и направленности;

ѕ прогнозирование развития технических систем;

ѕ пробуждение, тренировка и грамотное использование природных способностей человека в изобретательской деятельности (прежде всего образного воображения и системного мышления);

ѕ совершенствование коллективов (в том числе творческих) по направлению к их идеалу (когда задачи выполняются, но на это не требуется никаких затрат).

ТРИЗ не является строгой научной теорией. ТРИЗ представляет собой обобщённый опыт изобретательства и изучения законов развития науки и техники [7].

В результате своего развития ТРИЗ вышла за рамки решения изобретательских задач в технической области, и сегодня используется также в нетехнических областях (бизнес, искусство, литература, педагогика, политика и др.)

1.1.4 Метод тестов

Тестом называют стандартизированное, краткое, ограниченное во времени психодиагностическое испытание, предназначенное для установления, прежде всего:

ѕ количественных психоиндивидуальных различий. Л.Кронбах - тесты предназначены описывать индивидуальные психологические различия с помощью количественной шкалы. Штерн в 1911 году описывал требования к тестам. С помощью тестовых оценок происходит ранжирование людей.

ѕ тест представляет собой набор заданий, которые испытуемые должны выполнять по жестко-определенной инструкции, строго детерминирующей поведение. Инструкция жестко задает поведение испытуемого.Выполнение тестов оценивается по критерию правильности. За правильно выполненное задание начисляются баллы[7].Стимульный материал теста должен восприниматься всеми испытуемыми одинаково.

Выделяют следующие методы тестов:

ѕ конститутивные методики (методики структурирования);

ѕ конструктивные методики (методики конструирования);

ѕ интерпретативные методики;

ѕ катактические методики;

ѕ экспрессивные методики;

ѕ импрессивные методики;

ѕ аддитивные методики;

ѕ опросники различных видов.

1.1.5 Методы педагогики высшей школы

Одна из важнейших проблем дидактики - проблема методов обучения - остается актуальной как в теоретическом, так и непосредственно в практическом плане. В зависимости от ее решения находятся сам учебный процесс, деятельность преподавателя и студентов, а следовательно, и результат обучения в высшей школе в целом.

Термин «метод» происходит от греческого слова «methodos», что означает путь, способ продвижения к истине.

В педагогической литературе нет единого мнения относительно роли и определения понятия «метод обучения». Так, И. Ф. Харламов дает следующее определение сущности этого понятия: «Под методами обучения следует понимать способы обучающей работы учителя и организации учебно-познавательной деятельности учащихся по решению различных дидактических задач, направленных на овладение изучаемым материалом».

Ю. К. Бабанский считает, что «методом обучения называют способ упорядоченной взаимосвязанной деятельности преподавателя и обучаемых, направленной на решение задач образования».

Т. А. Ильина понимает под методом обучения «способ организации познавательной деятельности учащихся».

Остановимся еще на одной классификации - классификации методов по характеру (степени самостоятельности и творчества) деятельности обучаемых. Эту весьма продуктивную классификацию еще в 1965 г. предложили И. Я. Лернер и М. Н. Скаткин. Они справедливо отметили, что многие прежние подходы к методам обучения основывались на различии их внешних структур или источников. Поскольку же успех обучения в решающей степени зависит от направленности и внутренней активности обучаемых, характера их деятельности, то именно характер деятельности, степень самостоятельности, проявление творческих способностей и должны служить важным критерием выбора метода. И. Я. Лернер и М. Н. Скаткин предложили выделить пять методов обучения, причем в каждом из последующих степень активности и самостоятельности в деятельности обучаемых нарастает.

1. Объяснительно-иллюстративный метод. Учащиеся получают знания на лекции, из учебной или методической литературы, через экранное пособие в «готовом» виде. Воспринимая и осмысливая факты, оценки, выводы, студенты остаются в рамках репродуктивного (воспроизводящего) мышления. В вузе данный метод находит самое широкое применение для передачи большого массива информации.

2. Репродуктивный метод. К нему относят применение изученного на основе образца или правила. Деятельность обучаемых носит алгоритмический характер, т.е. выполняется по инструкциям, предписаниям, правилам в аналогичных, сходных с показанным образцом ситуациях.

3. Метод проблемного изложения. Используя самые различные источники и средства, педагог, прежде чем излагать материал, ставит проблему, формулирует познавательную задачу, а затем, раскрывая систему доказательств, сравнивая точки зрения, различные подходы, показывает способ решения поставленной задачи. Студенты как бы становятся свидетелями и соучастниками научного поиска. И в прошлом, и в настоящем такой подход широко используется.

4. Частично-поисковый, или эвристический, метод. Заключается в организации активного поиска решения выдвинутых в обучении (или самостоятельно сформулированных) познавательных задач либо под руководством педагога, либо на основе эвристических программ и указаний. Процесс мышления приобретает продуктивный характер, но при этом поэтапно направляется и контролируется педагогом или самими учащимися на основе работы над программами (в том числе и компьютерными) и учебными пособиями. Такой метод, одна из разновидностей которого - эвристическая беседа, - проверенный способ активизации мышления, возбуждения интереса к познанию на семинарах и коллоквиумах.

5. Исследовательский метод. После анализа материала, постановки проблем и задач и краткого устного или письменного инструктажа обучаемые самостоятельно изучают литературу, источники, ведут наблюдения и измерения и выполняют другие действия поискового характера. Инициатива, самостоятельность, творческий поиск проявляются в исследовательской деятельности наиболее полно. Методы учебной работы непосредственно перерастают в методы научного исследования.

Итак, в педагогической литературе представлен широкий спектр методов обучения. Но какие методы обучения использовать? Какие взять за основу? Какие из них содержат оптимальные обучающие возможности?

Известен подход, в котором удачно обобщен в алгоритме «оптимальный выбор метода обучения» (Ю. К. Бабанский). Он состоит из семи шагов:

1. Решение о том, будет ли материал изучаться самостоятельно или под руководством педагога; если студент может без излишних усилий и затрат времени достаточно глубоко изучить материал самостоятельно, помощь педагога окажется излишней. В противном случае в той или иной форме она необходима.

2. Определение соотношения репродуктивных и продуктивных методов. Если есть условия, предпочтение должно отдаваться продуктивным методам.

3. Определение соотношения индуктивной и дедуктивной логики, аналитического и синтетического путей познания. Если эмпирическая база для дедукции и анализа подготовлена, дедуктивные и синтетические методы вполне по силам для взрослого человека. Они, бесспорно, предпочтительнее как более строгие, экономные, близкие к научному изложению.

4. Меры и способы сочетания словесных, наглядных, практических методов.

5. Решение о необходимости введения методов стимулирования деятельности студентов.

6. Определение «точек», интервалов, методов контроля и самоконтроля.

7. Продумывание запасных вариантов на случай отклонения реального процесса обучения от запланированного [7].

1.1.6 Методы многокритериальной оценки

При применении большинства методов возникают две основные проблемы: как получить оценки по отдельным критериям и как объединить, агрегировать эти оценки в общую оценку полезности альтернативы. В типичном методе принятия решения роли трех участников (или групп участников) - лиц, принимающих решение (ЛПР), экспертов и консультантов - определены следующим образом. Консультанты (иногда вместе с ЛПР) разрабатывают обычно перечень критериев. При этом определяется, как измерять уровень качества по каждому критерию, т. е. как строить шкалу измерений. Чаще всего используют балльные шкалы (от 1 до 10 или от 0 до 1). Далее на сцену выступают эксперты, которые рассматривают обычно в качестве «измерительных приборов». Эксперты оценивают каждую из альтернатив по шкале из критериев. Если экспертов несколько, то их оценки сводятся к единой. При наличии оценок каждой из альтернатив по каждому из критериев возможен переход к получению общей ценности альтернативы. Такой переход осуществляется обычно на основании формулы, агрегирующей (т. е. объединяющей) оценки по отдельным критериям в общую оценку полезности альтернативы. Существует масса подобных формул. Выбор той или иной из них чаще всего определяется консультантом. На этом этапе иногда (при большом числе альтернатив и критериев) используется ЭВМ, в которую вводятся общий вид формулы, оценки альтернатив по критериям, а получают на выходе общие оценки альтернатив.

Разные методы принятия решения при многих критериях отличаются способом перехода к единой оценке полезности альтернатив. Можно выделить ряд групп таких методов.

Прямые методы. В них зависимость общей полезности альтернативы от оценок по отдельным критериям известна заранее. Чаще всего используется вид зависимости, при котором определяются численные показатели важности критериев (т. е. их удельный вес), умножаемые на оценки по критериям. Этот метод называется методом «взвешенной суммы оценок критериев». Из других прямых методов необходимо назвать метод «дерева решений». Через просмотр всех вариантов выбора определяются альтернативные варианты решения. Для каждого альтернативного варианта подсчитываются вероятности осуществления, которые умножаются на его ценность в деньгах.

Методы компенсации, при которых оценки одной альтернативы пытаются уравновесить (скомпенсировать) оценками другой альтернативы. Это наиболее простой метод, при котором выписывают достоинства и недостатки каждой из альтернатив. Затем вычеркивают попарно достоинства (или недостатки) и изучают то, что осталось.

Методы порогов несравнимости задают правила сравнения двух альтернатив, при котором одна альтернатива считается лучше другой (например, оценки первой по большинству критериев лучше). В соответствии с заданным правилом альтернативы делятся (попарно) на сравнимые (одна лучше другой, либо эквивалентные) и несравнимые. Изменяя отношения сравнимости, получаем разное число пар сравниваемых альтернатив.

Аксиоматические методы определяют ряд свойств, которым должна удовлетворять зависимость общей полезности альтернативы от оценок по отдельным критериям. Эти свойства проверяются путем получения информации от ЛПР. В соответствии с этой информацией делается вывод о той или иной форме зависимости.

Человеко-машинные методы применяются в том случае, когда модель проблемы известна частично. Человек, используя ЭВМ, определяет желаемые соотношения между критериями.

Этими пятью группами методов охвачено большинство известных на сегодняшний день методов принятия управленческих решений, которыми я руководствовался и применял в дипломном проекте [7].

1.2 Постановка цели и задач исследования

В данной дипломной работе встала задача - в рамках ТРИЗ, помочь обучаемому, предлагая ему пути реализации его изобретения, при этом отталкиваясь от близких к его тематике патентов, но не используя их напрямую, а обходя, путем использования геометрических эффектов, на которых они основываются.

1.2.1 Цели и задачи разрабатываемого комплекса

Основные цели разрабатываемого комплекса:

1) позволять эксперту индексировать патентную информацию по геометрическим эффектам, добавляя их в связи к патентам;

2) помогать студенту повышать компетенции по использованию геометрических эффектов в патентах, при работе подсказывая по нужным ему функциям полезные геометрические эффекты и приводя соответствующие патенты-аналоги.

Для выполнения поставленных целей необходимо выполнять следующие задачи:

1) коэффициент патентов по степени их близости к предметной области изобретения;

2) индексирование патентной информации по геометрическим эффектам;

3) разработка алгоритма оценки релевантности геометрических эффектов относительно цели изобретения;

4) расчет и вывод наиболее подходящих геометрических эффектов.

5) разработка итогового теста для контроля сформированности компетенций и формирования отчетов о динамике повышения компетентности отдельным студентом и группы студентов.

6) Разработка схемы технологии формирования компетенций

1.3 Инноватор WEB

Базирующееся на ТРИЗ программное обеспечение поддержки Структурированных Инноваций. Программа разработана для групповой и индивидуальной работы и обеспечивает процесс создания высокоэффективных концепций.

Программа содержит инструменты для:

ѕ определения проблемы;

ѕ определения целей;

ѕ функционального моделирования;

ѕ формулирования направлений генерации идей;

ѕ рекомендации по генерации идей (изобретательские приемы);

ѕ инструменты оценки идей;

ѕ создания и выбора концепций.

В программу так же входит электронный учебник по основам ТРИЗ и Структурированным Инновациям.

1.3.1 Активатор

Базирующееся на ТРИЗ программное обеспечение поддержки Структурированных Инноваций. Программа разработана для индивидуальной работы, обеспечивает процесс освоения метода направленной генерации идей.

Программа содержит:

ѕ электронный учебник по основам Структурированных Инноваций;

ѕ поддержку процесса Структурированных Инноваций;

ѕ рекомендации по генерации идей (изобретательские приемы).

Путь к изобретению - это электронная книга по основам ТРИЗ. Разработана для индивидуальной работы, обеспечивает процесс освоения метода генерации идей с использованием изобретательских приемов.

Все программные комплексы используют ТРИЗ, но их общая проблематика не схожа. Разрабатываемая система направлена на развитие компетенций в области использования геометрических эффектов в ТРИЗ, чем и отличается от рассмотренных программных комплексов.

Таблица 1 - Сравнение аналогов

Свойства	Активатор	Инноватор WEB	Проектируемая система
Анализ Ситуации		v
Сбор данных по проблеме и системе
Формулирование задач	v	v	v
Функциональное моделирование проблемосодержащей системы		v
Формулирование направлений поиска	v	v	v
Направленная генерация идей (изобретательские приемы)	v	v
Документирование идей			v
Оценка идей			v
Построение концепций	v	v

1.4 Разработка информационно-логической структуры системы

Язык UML представляет собой унифицированный язык визуального моделирования, который разработан для специфицирования (создания спецификации), конструирования, визуализации и документирования компонентов программного обеспечения и бизнес-процессов. Язык UML может быть использован для построения концептуальных и логических моделей сложных систем самого различного целевого назначения.

Конструктивное использование языка UML основывается на применении общих принципов объектно-ориентированного проектирования:

- Принцип абстрагирования, который предписывает включать в модель только те аспекты проектируемой системы, которые имеют непосредственное отношение к выполнению системой своих функций;

- Принцип многомодельности, который представляет собой утверждение о том, что никакая единственная модель не может с достаточной степенью адекватности описывать различные аспекты сложной системы. При этом наиболее общими представлениями сложной системы принято считать статическое (структурное) и динамическое (описание логики процессов) представления;

Принцип иерархического построения моделей сложных систем, который предписывает рассматривать процесс построения модели на разных уровнях абстрагирования или детализации в раках фиксированных представлений.

Представления о модели сложной системы фиксируются на языке UML в виде специальных графических конструкций - диаграмм:

ѕ Вариантов использования;

ѕ Классов;

ѕ Поведения:

ѕ Состояний;

ѕ Деятельности;

ѕ Взаимодействия:

ѕ Последовательности;

ѕ Кооперации;

ѕ Реализации:

ѕ Компонентов;

ѕ Развертывания.

1.4.1 Диаграмма вариантов использования

Диаграмма вариантов использования описывает функциональное назначение системы. Проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров, взаимодействие которых с системой отображается в виде взаимосвязанных вариантов использования.

Диаграмма вариантов использования разрабатываемой системы представлена на (рисунке 3).

Система содержит 3 актанта: методист, студент и преподаватель. Каждый может войти в систему. Методист управляет базой данных программы (добавление, удаление записей), редактирует связи этих записей. Преподаватель формирует отчеты о динамике повышения компетентности отдельным студентом и группы студентов. Студенты повышают компетенции по использованию геометрических эффектов в патентах.



Рисунок 4 - Диаграмма сущностных классов

Рисунок 5 - Диаграмма классов управления



Рисунок 6 - Диаграмма граничных классов

1.4.2 Диаграмма состояний

Диаграмма состояний описывает процесс изменения состояний одного или нескольких экземпляров классов, т.е. моделирует все возможные изменения в состоянии конкретного объекта, которые вызваны внешними воздействиями со стороны других объектов или извне. Диаграмма состояний представляет динамическое поведение сущностей на основе спецификации их реакции на восприятие некоторых конкретных событий. Главное назначения этой диаграммы - описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение элемента модели в течении его жизненного цикла.

Диаграмма состояний для системы представлена на (рисунке 7).

Рисунок 7 - Диаграмма состояний.

1.4.3 Диаграмма классов

Класс - описание множества объектов, обладающих общими атрибутами, операциями, отношениями и поведением. Класс является результатом операции обобщения. Поэтому класс - всегда абстрактное понятие. Задание конкретных значений атрибутов и определяет экземпляр класса - объект, обладающий конкретным поведением. Объект может появляться во всех отношениях класса и всех его предков.

Класс имеет имя, списки атрибутов, операций или методов.

Операция - спецификация (описание) результата преобразования или запроса, которые должен выполнить вызываемый объект. Имеет имя и список параметров.

Метод - процедура, непосредственно реализующая операцию; у нее есть алгоритм и описание процедуры. Обычно метод задаётся на геометрическом уровне представления класса в модели проектирования, когда уже выбран алгоритм и способ его реализации.

Атрибуты класса - свойства или характеристики данного класса, которые могут принимать только одно значение из некоторого множества значений определенного типа.

Классы могут находиться между собой в различных отношениях (связях). Базовыми отношениями являются:

- отношения зависимости;

- отношения ассоциации;

- отношения обобщения;

- отношения реализации.

Классы по своей роли в системе делятся на группы:

- сущностные классы: объекты этих классов представляют собой блоки длительно хранимой информации, используемые для организации баз данных и знаний, файловых систем хранения данных различной логической структуры; в основном в этих классах развит атрибутный раздел, однако имеется небольшое число операций контроля ограничений целостности, как стандартных, так и специфичных для данной предметной области. Диаграмма сущностных классов представлена на рисунке 4.

- классы управления: объекты этих классов являются активными, берущими на себя управление и организацию вычислительных процессов; чаще всего это стандартные компоненты операционных систем и систем управления базами данных (СУБД), таймеры, координаторы и т.п. Диаграмма классов управления представлена на рисунке 5.

- граничные классы: объекты этих классов реализуют интерфейсы системы с внешней средой и различными пользователями. Диаграмма граничных классов представлена на рисунке 6.

- классы прикладной логики: объекты этих классов реализуют основную логику решения задач приложения; обычно это отдельные программные или аппаратные модули, осуществляющие сложные расчеты, решение оптимизационных задач и т.п.

1.5 Разработка сценариев вариантов использования

Сценарий - текстовое описание последовательности действий, необходимых для выполнения экземпляра варианта использования. Сценарий пишется по определённому шаблону. При создании сценариев тщательно прорабатывается интерфейс системы, и учитываются отношения между вариантами использования. Для абстрактных вариантов использования, являющихся обобщениями конкретных вариантов, сценарии обычно не пишут.

Вариант использования: формирование справочников методистом

Краткое описание: данный вариант использования позволяет пользователю (конкретному методисту) формировать и заполнять справочники по патентам и связанным с ними геометрическим эффектам.

Актант: методист.

Предусловия:

ѕ Система загружена

ѕ Открыто окно методиста

ѕ Загружена информация из справочника

Основной поток событий:

1. Система выводит на экран страницу методиста со следующими полями:

ѕ Патенты

ѕ геометрические эффекты

ѕ Связанные геометрические эффекты

Также на форме располагаются пять кнопок - «Добавить», «Очистить выделение», «Выбор режима», «Справка», «Удалить».

2. Методист выбирает необходимый патент и связывает с ним геометрические эффекты, выбирая нужные данные из справочника и нажимая необходимые кнопки.

В поле «Геометрические эффекты» выводится все геометрические эффекты, содержащиеся в справочнике. Список содержит следующие геометрические эффекты:

1) газоплотный компенсатор;

2) гиперболоид;

3) бесшпоночное соединение;

4) подпорная стенка;

5) регулятор времени;

6) оголовок сваебойного молота;

7) микрокапсулирование;

8) игла Фреза;

9) высевающий аппарат;

10) перестраивающийся резонанс;

11) лесосплавный лоток.

В поле «Патенты» выводится все патенты, содержащиеся в справочнике. Список содержит следующие патенты:

1) применяется для компенсации температурных пере-мещений в крупных промышленных агрегатах;

2) устройство для контроля количества жидкости в цилиндрических сосудах;

3) способ передачи крутящего момента в соединениях вала с охватывающей деталью в различных отраслях народного хозяйства;

4) способ возведения и производства подпорных стенок в строительстве;

5)способ управления элементами автоматических устройств;

6)способ реализации двухпозиционного регулятора;

7) способ механической обработки;

8) способ получения изо пентана;

9) способ нанесения антикоррозионного теплоизоляционного покрытия;

10) способ устранения патологически измененных вен;

11) утюжок для прижима шлифовальной ленты;

12) дисково-ложечный высеивающий аппарат для посева проросших семян пропашных культур;

13) спиральная антенна с перестраиваемой резонансной частотой;

14) узкополосный резонансный магнитоакустический фильтр свч;

15) линия задержки с распределенными параметрами;

16) загрузочное устройство и распределительный лоток для шахтной печи;

17) исполнительный механизм для сортирующих устройств;

18) устройство для отделения клубней картофеля от комков почвы и камней;

19) устройство для рыхления шахты;

20) фильтр непрерывного действия.

В поле «Связанные геометрические эффекты» выводится список только тех геометрических эффектов, которые связаны с выбранным патентом.

В модуле «Изобретателя» присутствует список действий и идей, которые так же влияют на связанные геометрические эффекты с патентами.

Список действий для геометрических эффектов

1) регулирование, например, протяженности, силы, момента;

2) соединение, например, деталей;

3) получение слепка;

4) создание опоры;

5) получение опоры;

6) интенсификация воздействий;

7) амортизация;

8) ориентация предметов;

9) перемешивание;

10) управление, например, движением жидкости, сыпучих тел;

11) создание вибраций;

Идеи для геометрического эффекта по действиям:

1) целью и идеей регулирования является как можно более высокое использование сил, момента, протяженности;

2) стремясь технологично соединить детали, уйти от шляпок в своих соединениях;

3) можно сделать слепок ладони, оставив его на память, как сувенир;

4) у деталей подвески Точка Опоры. Полиуретановые детали отлично выдерживают температурные перепады, трение, они гидро -, озоно - и маслобензоустойчивы и не теряют своих качеств долгие годы;

5) устойчивое положение в любом положении тела;

6) идея инфантилизации на уроке является установление полного доверия между учащимися и преподавателем, который создает доброжелательную атмосферу;

7) идея гашения колебаний (демпфирования) и поглощения толчков и ударов, действующих на корпус (раму) транспортного средства;

8) при переходе к геометрическому пространству учащиеся наряду с опорой на схему тела вынуждены часто абстрагироваться от нее. Так, при определении пространственного размещения геометрических объектов за исходную точку отсчета часто принимается не наблюдатель, а любой, произвольно выбранный элемент;

9) идея на примере газа. Газ, попадающий в атмосферу, смешивается с окружающим воздухом за считанные секунды, тогда как процессы перемешивания в мантии Земли длятся несколько сотен миллионов лет и даже больше;

10) два физических подхода - макроскопический (термодинамический) и микроскопический (молекулярно-кинетический) - дополнили друг друга. Идея о том, что вещество состоит из молекул, а те, в свою очередь, из атомов нашла убедительное подтверждение.

11) самый простой пример идея которого заключается в, механической вибрации наблюдается, когда мы барабаним пальцами по столу. Каждый палец, ударяя по столу с разной силой и интервалом включения в действие, производит работу, вызывающую ударные волны в материале стола.

Действия кнопок:

1) при нажатии на кнопку «Выбор режима» появляется новое окно, на котором можно выбрать режим, в котором будет продолжена работа: «Методист» или «Изобретатель»;

2) при нажатии на кнопку «Справка» появляется окно со справочной информацией по текущему состоянию базы данных;

3) при нажатии на кнопку «Добавить» происходит добавление выделенных геометрических эффектов в связь к патенту; добавленные эффекты отображаются в поле «Связанные геометрические эффекты»;

4) при нажатии на кнопку «Удалить» происходит удаление выделенных геометрических эффектов из связи с патентом;

5) нажатие на кнопку «Подобрать эффект» выводит геометрический эффект из списка, с последующим перебором;

6) при нажатии на кнопку «Очистить выделение» происходит сброс всех выделений выбранных геометрических эффектов;

7) после добавления или удаления необходимых связей вариант использования успешно завершается.

Альтернативы

А1. Геометрический эффект уже есть в списке

Система выводит предупреждение о том, что геометрический эффект уже присутствует в списке связанных эффектов, повторное добавление в данном случае невозможно.

Вариант использования: функционал изобретателя

Краткое описание: данный вариант использования позволяет пользователю (конкретному студенту) повышать компетенции по использованию геометрических эффектов в патентах.

Актант: студент.

Предусловия:

ѕ Система загружена

ѕ Открыто окно изобретателя

ѕ Загружена информация из справочника

Основной поток событий

1. Система выводит на экран страницу изобретателя со следующими полями:

ѕ Тема задачи;

ѕ Описание задачи;

ѕ Подобранный геометрический эффект;

ѕ Патенты, использующие подобранный геометрический эффект;

ѕ Описание патента;

ѕ Средняя оценка коэффициента геометрический эффекта;

ѕ Общее количество оценок коэффициента геометрического эффекта;

ѕ Выбор оценки геометрического эффекта;

Также на форме располагаются шесть кнопок - «Открыть», «Сохранить» и «Выбор режима», «Справка», «Подобрать эффект», «Оценить эффект».

2. Методист заполняет поля ввода, выбирая нужные данные из справочника и нажимая необходимые кнопки.

Поля «Тема задачи» и «Описание задачи» заполняет пользователь. Они заполняются в том случае, когда сам пользователь (он же изобретатель) желает сохранить в файл информацию о своей задаче для последующего его использования.

В поле «Подобранного геометрического эффекта» выводится один геометрический эффект.

Поле «Патенты, использующие подобранный геометрический эффект» заполняется после того, как выбирается геометрический эффект. В поле выводится список только тех патентов, с которыми связан геометрический эффект.

В поле «Описание патента» выводится описание выделенного патента. Изначально выделяется первый патент из списка и водится его описание.

Поле «Выбор оценки коэффициента геометрического эффекта» представлен в виде выпадающего списка, состоящего из трех оценок: «1», «2» «3» «4» «5».

При нажатии на кнопку «Открыть» появляется диалоговое окно, в котором нужно выбрать требуемый файл. Файл имеет расширение «*.inv».

При нажатии на кнопку «Сохранить» появляется диалоговое окно сохранения задания в файл, в котором указывается имя файл и путь, по которому он сохранится.

При нажатии на кнопку «Выбор режима» появляется новое окно, на котором можно выбрать режим, в котором будет продолжена работа: «Методист» или «Изобретатель».

При нажатии на кнопку «Справка» появляется окно со справочной информацией по текущему состоянию базы данных.

Нажатие на кнопку «Подобрать эффект» выводит геометрический эффект из списка, с последующим перебором.

При нажатии на кнопку «Оценить эффект» происходит оценка текущего геометрического эффекта в соответствии с выбранной оценкой.

Альтернативы

А1. Не все поля заполнены

Система выводит предупреждение о том, что не заполнено одно из полей, сохранение в данном случае невозможно

1.6 Логическая структура БД

Рисунок 8 -Логическая структура БД

В процессе анализа предметной области, формирования требований к системе и построения информационно-логического проекта системы по методологии UML были выделены основные сущности системы. Следующим этапом проектирования системы является построение логического проекта базы данных. Наиболее известными моделями данных являются следующие: иерархическая, сетевая, реляционная, постреляционная, объектно-ориентированная. Для разработки логического проекта базы данных была выбрана реляционная модель данных. Реляционная модель - структура данных, представленная в виде совокупности взаимосвязанных упорядоченных наборов элементов. Множество наборов элементов называется отношением между элементами. Полная атрибутивная логическая модель базы данных проектируемой системы, построенная с помощью программного средства проектирования баз данных ERWin, представлена на рисунке.

Выделены следующие сущности:

- Пользователь (Id пользователя, Роль)

- Ключевое слово(Id ключевого слова, Ключевое слово)

- Патент (Id Патента, Название патента, Номер патента, Дата публикации патента, Ссылка на патент)

- Геометрический эффект (Id геометрического эффекта, Название геометрического эффекта, Кратное описание геометрического эффекта)

Выполняемая функция(Id Выполняемой функции, Название)

1.7 Ожидаемые научные результаты

При выполнении работы планируется получить новые научные и практические результаты:

ѕ будет разработана связь, которая позволять методисту индексировать патентную информацию по геометрическим эффектам, добавляя их в связи к патентам;

ѕ будет разработана связь, повышать компетенции по использованию геометрических эффектов в патентах, при работе подсказывая по нужным ему функциям полезные геометрические эффекты и приводя соответствующие патенты-аналоги.

ѕ разработка алгоритма оценки релевантности геометрических эффектов относительно цели изобретения;

ѕ будет разработана функция расчета и вывода наиболее подходящих геометрических эффектов.

ѕ будет разработан итоговый тест для контроля сформированности компетенций и формирования отчетов о динамике повышения компетентности отдельным студентом и группы студентов.

1.8 Ожидаемая практическая значимость

Работа направлена на повышение качества образования и заинтересованности студентов в развитии изобретательской деятельности. Повышение качества получаемого образования выбрано мною, так как я считаю её одной из самых основных проблем. По данным министерства образования РФ, ежегодно в высшие учебные заведения страны поступают более 1,5 миллионов человек. Причины поступления у всех разные кому-то нужны «корочки», кто-то косит от армии, а кто-то действительно хочет получить дополнительные знания и профессию, но всех их объединяет одно. Всех их нужно обучить в высококвалифицированных специалистов своей области. Эта задача утопична и невыполнима, но все больше ученых занимаются вариантами решения данного вопроса. При подготовке к выполнению работы я познакомился с трудами В.М.Радомского [1], Г.С. Альтшуллер [2], С.А.Пиявского [5]. Для улучшения процесса образования они предлагают более эффективное использование имеющихся ресурсов как внутренних: аудитории, преподавательский состав, совмещение и углубленное обучение; так и внешних: субсидии государства, использование внеучебной, внеаудиторной деятельности с целью повышения заинтересованности к получению образованию и развития профессионально значимых качеств. К сожалению, в каждом из этих подходов существуют значительные проблемы с математическим и информационным обеспечением. По этой причине, к актуальным задачам, можно отнести создание информационной технологии формирования компетенций в области использования геометрических эффектов в изобретательской деятельности.

Выводы по главе

В данной главе удалось объединить исходные данные для разработки технологии Информационной системы формирования компетенций в области использования геометрических эффектов в изобретательской деятельности. Познакомиться с основными проблемами образования и трудами ученых, занимающихся данными вопросами. Получилось объяснить, почему была выбрана именно эта тематика и пройти путь от зарождения идеи до составления конкретного плана решения поставленных задач, также в первой главе удалось составить список требований ко всему проекту.

2. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

2.1 Описание Архитектуры системы

Архитектура системы может быть различной в зависимости от решаемой задачи автоматизации. Такими задачами могут быть:

- мониторинг (продолжительные измерение и контроль с архивированием полученной информации);

- автоматическое управление (в системе с обратной связью или без нее);

- диспетчерское управление (управление с помощью человека-диспетчера, который взаимодействует с системой через человеко-машинный интерфейс);

- обеспечение безопасности.

Архитектура клиент-сервер применяется в большом числе сетевых технологий, используемых для доступа к различным сетевым сервисам. Кратко рассмотрим некоторые типы таких сервисов (и серверов).

Web-серверы

Изначально представляли доступ к гипертекстовым документам по протоколу HTTP (Huper Text Transfer Protocol). Сейчас поддерживают расширенные возможности, в частности работу с бинарными файлами (изображения, мультимедиа и т.п.).

Серверы приложений

Предназначены для централизованного решения прикладных задач в некоторой предметной области. Для этого пользователи имеют право запускать серверные программы на исполнение. Использование серверов приложений позволяет снизить требования к конфигурации клиентов и упрощает общее управление сетью.

Серверы баз данных

Серверы баз данных используются для обработки пользовательских запросов на языке SQL. При этом СУБД находится на сервере, к которому и подключаются клиентские приложения.

Файл-серверы

Файл-сервер хранит информацию в виде файлов и представляет пользователям доступ к ней. Как правило файл-сервер обеспечивает и определенный уровень защиты от несакционированного доступа.

Прокси-сервер

Во-первых, действует как посредник, помогая пользователям получить информацию из Интернета и при этом обеспечивая защиту сети.

Во-вторых, сохраняет часто запрашиваемую информацию в кэш-памяти на локальном диске, быстро доставляя ее пользователям без повторного обращения к Интернету.

Файрволы (брандмауэры)

Межсетевые экраны, анализирующие и фильтрующие проходящий сетевой трафик, с целью обеспечения безопасности сети.

Почтовые серверы

Представляют услуги по отправке и получению электронных почтовых сообщений.

Серверы удаленного доступа (RAS)

Эти системы обеспечивают связь с сетью по коммутируемым линиям. Удаленный сотрудник может использовать ресурсы корпоративной ЛВС, подключившись к ней с помощью обычного модема.

Это лишь несколько типов из всего многообразия клиент-серверных технологий, используемых как в локальных, так и в глобальных сетях. В разрабатываемой системе используется клиент-серверная архитектура. В роли сервера выступает сервер базы данных и СУБД Microsoft SQL Server R2 SP1.

2.2 Обоснование выбора средств разработки

При выборе средств разработки системы такого рода, необходимо выбрать такие средства, при которых разработка была эффективной и базировалась на современных информационных технологиях. Разработка должна вестись с использованием многофункциональной платформы. В качестве такой платформы была выбрана Microsoft .NET Framework.

Платформа .NET Framework - это один из компонентов системы Windows. Он позволяет создавать и использовать приложения нового поколения. Назначение платформы .NET Framework:

- создание целостной объектно-ориентированной среды программирования допускающей различные варианты реализации: код может храниться и выполняться локально; выполняться локально, а распространяться через Интернет; или выполняться удаленно;

- предоставление среды выполнения кода, в которой число конфликтов при развертывании программного обеспечения и управлении версиями будет сведено к минимуму;

- обеспечение безопасности выполнения кода в среде - в том числе кода, созданного неизвестным разработчиком или разработчиком с частичным доверием;

- предоставление среды выполнения кода, позволяющей устранить проблемы, связанные с производительностью сред на основе сценариев или интерпретации;

- унификация работы разработчиков в совершенно разных приложениях: как в приложениях Windows, так и в веб-приложениях;

- использование промышленных стандартов во всех областях обмена данными и, как следствие, обеспечения совместимости кода, созданного в .NET Framework, с другими программами.

Платформа .NET Framework состоит из двух основных компонентов: среды CLR и библиотеки классов .NET Framework. Среда CLR - это фундамент платформы .NET Framework. Это своеобразный агент, управляющий кодом во время его выполнения, предоставляющий ключевые службы, связанные с такими процессами, как управление памятью, потоками и удаленными операциями, а также обеспечивающий безопасность типов и другими способами контролирующий правильность кода, гарантируя безопасность и стабильность приложений. Понятие управления кодом является для среды основополагающим. Библиотека классов, второй основной компонент платформы .NET Framework, является обширным объектно-ориентированным набором типов, которые можно использовать для разработки самых различных приложений - от классических приложений с интерфейсом командной строки или графическим интерфейсом пользователя до новейших приложений на базе технологий Silverlight, например веб-форм и веб-служб XML.

Платформа .NET Framework может располагаться на неуправляемом компоненте, который загружает среду CLR в собственные процессы и инициирует выполнение управляемого кода -- тем самым создавая среду приложений, в которой может выполняться как управляемый, так и неуправляемый код.

Для реализации моей программной системы в качестве среды разработки была выбрана Microsoft Visual Studio 2010.

Visual Studio 2010 представляет важные усовершенствования для разработчиков на основе трех главных идей.

- Быстрая разработка приложений;

- Эффективная совместная работа в группе;

- Новый пользовательский интерфейс.

Visual Studio 2010 содержит усовершенствованные средства разработки, отладчики, функции работы с базами данных и новые возможности для создания современных приложений на разных платформах.

В Visual Studio 2010 разработчики могут ориентироваться на различные версии .NET Framework в одной и той же среде разработки. Можно создавать приложения для .NET Framework 2.0, 3.0, 3.5 или 4.0, то есть поддерживать множество проектов в одной среде.

Вместе Visual Studio и .NET Framework снижают надобность в написании общего связующего кода, сокращая время разработки и позволяя сосредоточить усилия на решении бизнес-задач.