Разработка адаптивных интерфейсов информационных систем на основе композиционных правил нечеткой логики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

Разработка адаптивных интерфейсов информационных систем на основе композиционных правил нечеткой логики

Тагирова Л.Ф.

Кофанова В.В.

Черкасов К.А.

В настоящее время в глобальных информационных сетях получают все более широкое распространение информационные ресурсы (веб-сайты), ориентированные на разнородных пользователей, под которыми имеются в виду лица, принадлежащие разным возрастным категориям, различным социальным слоям, имеющие различные культурные традиции и области профессиональных интересов и т.д.

В этой связи все большое внимание в области разработки средств вычислительной техники уделяется проблеме персонализации компьютерных систем к требованиям пользователей. Это, в свою очередь, выдвигает ряд требований к разработке интерфейса [1].

Интерфейс имеет важное значение для любой программной системы и является неотъемлемой ее составляющей, ориентированной, прежде всего, на конечного пользователя. Именно через интерфейс пользователь судит о прикладной программе в целом; более того, часто решение об использовании прикладной программы пользователь принимает по тому, насколько ему удобен и понятен пользовательский интерфейс [2].

В идеале интерфейс - это не только посредник, помощник, но и средство, контролирующее уровень нагрузки пользователя и его эмоциональное состояние. Именно такие требования к разработке интерфейса являются первостепенными поскольку “всеобщая” компьютеризация населения приводит к ряду нарушений функционального состояния психического и физического здоровья пользователя, в том числе физического здоровья пользователя.

Интерфейсы, реализующие данные требования, как правило, создаваемые с использованием систем искусственного интеллекта, в частности, генетических алгоритмов, моделей Маркова, сетей Байеса и др., называются интеллектуальными.

Они представляют совокупность программных и аппаратных средств, обеспечивающих пользователя, не имеющего специальной подготовки в области вычислительной техники возможностью применения компьютера для решения задач, возникающих в области профессиональной деятельности, либо полностью без посредников - программистов, либо с незначительной помощью. Отличительными особенностями таких интерфейсов является наличие знаний о предметной области, системной модели мира и пользователе [1].

Трудоемкость проектирования и разработки интерфейса достаточно велика. По оценкам специалистов в среднем она составляет более половины времени реализации проекта.

Сложность разработки адаптивных интерфейсов заключается в том, что должны «угодить всем» - обеспечить удобный интуитивно понятный механизм доступа к информации для пользователей разных категорий.

Выходом из ситуации может служить динамическое формирование пользовательского интерфейса, адаптированного под актуального пользователя в данный момент использующего прикладную программу [3].

С современных исследованиях в области разработки пользовательских интерфейсов большое внимание уделяется не только базовому уровню работы с компьютерной техникой, но и эмоциональному состоянию пользователя. Это обусловлено тем, что в современных автоматизированных системах пользователям требуется за ограниченное время обрабатывать значительные объёмы информации. Возникающая при этом информационная перегрузка отрицательно сказывается на эффективности работы пользователей.

Адаптация рабочего интерфейса с учётом когнитивных особенностей пользователя позволяет создать индивидуальный интерфейс, ориентированный на модификацию параметров информационных потоков от системы к пользователю для максимального согласования с когнитивным профилем [4].

Задача адаптации пользовательского интерфейса информационных сервисов ставится исходя из необходимости привлечения и удержания пользователей. С учетом этой цели в задачи входит упрощение использования сервиса для пользователя. Для решения задачи адаптации интерфейса используются модели пользователя.

Ключевым условием для адаптации интерфейса является возможность его изменения в зависимости от внешних факторов, таких как действия пользователя [5].

Хотелось отметить, что проблема разработки адаптивных пользовательских интерфейсов коснулась и ООО АО “НК Роснефть” - российская нефтегазовая компания, крупнейшая в мире компания-производитель нефти. В данной организации существует проблема учета нефтегазового оборудования.

На сегодняшний день в организации закуплено достаточное количество нефтедобывающего оборудования. Этой задачей занимаются сотрудники дочерней организации РН “Сервис”. Сотрудникам РН “Сервис” проблематично спрогнозировать график технического обслуживания и ремонта проконтролировать его исполнение в срок.

Мониторингом работы оборудования и графиком их ремонтных работ занимаются операторы службы технической поддержки с помощью автоматизированной системы. Однако сотрудники данной службы имеют различный базовый уровень владения компьютером. В результате чего, сотрудникам с начальным уровнем подготовки приходится тратить большое количество времени на поиск компонентов меню и нужных кнопок, при работе с автоматизированной системы. Следовательно, автоматизированная система должна иметь адаптивный интерфейс, который в зависимости от профессиональных пользователя, а также его эмоционального состояния позволит предоставить наиболее эргономичный и дружелюбный интерфейс.

Анализ проблем разработки адаптивных интерфейсов позволил выявить ряд проблем теоретического и практического характера.

Так, проблемы практики носят объективный характер и обусловлены следующим:

- в организации нефтедобывающей отрасли внедряется все большее число оборудования, которое необходимо сопровождать своевременно проводить ТО и передавать в ремонт,

- существующие системы, обслуживающие нефтедобывающее оборудование имеют достаточно сложный интерфейс,

- при работе с системами нефтедобывающей отрасли привлекается как правило ограниченный круг пользователей.

Проблемы теории заключаются в том, что обработка заявок на ремонт и техническое обслуживание оборудование достаточно трудоемкий процесс, а также привлечение пользователей требует от системы множество индивидуальных интерфейсов взаимодействия с системой.

Выявленные проблемы определили противоречие между существенно возросшей нагрузкой на существующую автоматизированную систему мониторинга работы нефтедобывающего оборудования и требованием привлечения пользователей с разным базовым уровнем компьютерной грамотности.

На основании выше изложенного объектом исследования является информационное и программное обеспечение адаптации пользовательских интерфейсов прикладных программ.

Предмет исследования: методы, модели и средства автоматизации информационных процессов адаптации пользовательских интерфейсов прикладных программ.

В качестве границ исследований будем считать автоматизированные системы технического обслуживания нефтедобывающего оборудования.

Целью исследования является автоматизация информационных процессов адаптации пользовательских интерфейсов прикладных программ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд научных задач:

системный анализ предметной области АО «НК Роснефть»;

разработка методов, моделей и алгоритмов для разработки приложения для адаптации пользовательских интерфейсов прикладных программ;

разработка прототипа адаптивного пользовательского интерфейса;

проведение эксперимента с целью оценки эффективности разработанного приложения;

оценивание эффективности предложенных методов, моделей и средств.

Гипотеза: создание приложения, в рамках которого были бы реализованы данные задачи, позволит сократить время на выполнение операций и увеличить эффективность рабочего процесса сотрудников, обслуживающих автоматизированные системы, что окажет положительное воздействие на нефтедобывающий процесс в целом.

Для решения рассмотренной проблемы в работе предлагается разработать шаблон или прототип адаптивного пользовательского интерфейса.

Создание адаптивного пользовательского интерфейса предполагается реализовать в два этапную оценку. На первом этапе оценивается профессиональные характеристики пользователя, отражающие уровень владения компьютером. Второй этап предполагает оценку эмоционального состояния пользователя, который взаимодействует с системой в данный момент. На основе анализа полученных данных предполагается генерировать тот интерфейс, который соответствует именно этому пользователю.

В ходе проведения научного исследования были определены исходные типы пользователей: новичок, обычный, уверенный, квалифицированный, программист. Выделены характеристики работы с компьютерной техникой, каждая из которых оценивается по трехбалльной шкале: высокий, низкий и средний уровень сформированности [6] (таблица 1).

Таблица 1. Характеристики групп пользователей

В таблице 1 уровни обозначены следующим образом. Максимально возможный равен единице.

Высокий - 0,75-1 балл.

Средний - 0,51-0,74 балла.

Низкий - 0-0,5 балл.

Помимо этого, были определены три эмоциональных состояния пользователя - расслабленное, адекватное, стрессовое.

На пересечении типов пользователей и эмоциональных состояний формируются типы интерфейсы для каждого варианта.

Для реализации предложенной методики было принято решение о разработке программного средства, которое позволит проектировать адаптивные интерфейсы прикладных программ.

Предполагается, что при входе в систему, пользователь проходит оценку профессиональных качеств. Затем оценку эмоционального состояния. После прохождения теста в блоке тестирования эмоционального состояния пользователя ему разрешается работать с системой, предварительно настроив систему, компьютер для данного пользователя в соответствии с его моделью.

Наглядное представление процесса проектирования адаптивных интерфейсов представлено в виде функциональной модели на рисунке 1. Функциональная модель реализована в виде контекстной диаграммы методологии IDEF0, реализованной с помощью средства BP-WIN. Декомпозиция контекстной диаграммы представлена на рисунке 2.

Рисунок 1. Контекстная диаграмма в нотации IDEF0

Как видно на рисунках процесс разработки адаптивных интерфейсов включает в себя шесть этапов. На начальном этапе формируются справочники. Затем формируется база оценочных средств по которым будет производится оценка профессиональных качеств и качеств эмоционального состояния пользователя.

Рисунок 2. Декомпозиция контекстной диаграммы

При первом входе в систему пользователю будет предоставлена возможность прохождения контрольно-измерительных материалов для оценки профессиональных качеств. Полученные данные сохраняются в базу данных системы. На основе метода композиционных правил в программе будет предусмотрена возможность определить, к какой группе относится пользователь (базовый уровень).

Далее пользователю предоставляется возможность пройти оценку эмоционального состояния с помощью различных психологических тестов.

На пересечении профессиональных качеств и эмоционального состояния пользователей формируются модели интерфейсов. На заключительном этапе происходит непосредственное создание прототипа пользовательского интерфейса.

Для формирования модели интерфейса пользователя предполагается использование одного из методов искусственного интеллекта - метод композиционных правил нечеткой логики. Имеются два множества: совокупность групп пользователей и совокупность шаблонов интерфейсов, которые нужно максимально эффективно подобрать для пользователей с заданными характеристиками. Таким образом, входными данными являются указанные множества, а выходными - степени соответствия шаблонов интерфейсов пользователям.

Была построена нечеткая модель, основанная на двух бинарных нечетких отношениях S и T. Первое из этих нечетких отношений строится на двух базисных множествах Х и Y, а второе - на двух базисных множествах Y и Z.

Здесь X={x1, x2, x3, x4, x5} описывает множество интерфейсов,

Y={y1, y2, y3, y4, y5, y6, y7, y8, y9, y10} - множество характеристик пользователей, а Z={z1, z2, z3, z4, z5} - множество групп пользователей.

В данном контексте нечеткое отношение S содержательно описывает характеристики интерфейсов, а Т - характеристики пользователей.

Элементы универсумов имеют следующий содержательный смысл:

x1 - шаблон интерфейса 1, x2 - шаблон интерфейса 2, x3 - шаблон интерфейса 3, x4 - шаблон интерфейса 4, x5 - шаблон интерфейса 5; y1 - компьютерная грамотность, y2 - системный опыт, y3 - опыт работы с подобными программами, y4 - машинопись, y5 - мышление, y6 - память, y7 - моторика, y8 - дальтонизм, y9 - концентрация внимания, y10 - эмоциональная устойчивость; z1 - новичок, z2 - обычный пользователь, z3 - уверенный пользователь, z4 - квалифицированный, z5 - программист, хакер, администратор.

Таким образом, предложенная методика позволит автоматизировать процесс проектирования пользовательского интерфейса, повысит производительность работы операторов службы технической поддержки, что в конечном итоге повысит производительность организации в целом.

В заключении хотелось бы отметить, что применение адаптивных пользовательских интерфейсов предлагается для использования в системах с большим числом пользователей, так как он обеспечивает простой и удобный алгоритм взаимодействия пользователя с системой, позволяющий не только оценить профессиональный уровень владения компьютером, но и эмоциональное состояние пользователя, что немаловажно, если пользователь работает с системой автоматизации или управления, особенно когда его ошибки могут привести к катастрофическим последствиям.

Список литературы

пользовательский интерфейс прикладной программа

1. Курзанцева Л.И. О построении интеллектуального интерфейса компьютерной системы со свойствами адаптации // Комп'ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6. - С. 104-110.

2. Клещев А.С., Грибова В.В. Методы и средства разработки пользовательского интерфейса: современное состояние. http:// http://guimachine.ru/?p=937.

3. Шишаев М.Г., Ломов П.А., Диковицкий В.В. Формализация задачи построения когнитивных пользовательских интерфейсов мультипредметных информационных ресурсов // Труды Кольского научного центра РАН. №3, Серия “Информационные технологии”, выпуск 4. 2013. - С. 90-97.

4. Верлань А.Ф., Сопель М.Ф., Фуртат Ю.О. Об организации адаптивного пользовательского интерфейса в автоматизированных системах // Известия Южного федерального университета. 2014. № 9. С. 100-110.

5. Гумиров Ш. Ш. Метод адаптации пользовательского интерфейса телекоммуникационных сервисов на основе скрытых марковских моделей //Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии. 2010. Том 8, выпуск 2. - С. 43-53.

6. Зубкова Т.М., Ишакова Е.Н. Проектирование интерфейса программного обеспечения с использованием элементов искусственного интеллекта / Т.М. Зубкова, Е.Н. Ишакова // Программные продукты и системы, № 1 (30) 2017. С. 5-14.

Размещено на Allbest.ru