СОДЕРЖАНИЕ РЕФЕРАТ
............................................................................................................................................................................................................. 5
ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ......................................................................... 6
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ ........................................................................................................................ 7 ВВЕДЕНИЕ
......................................................................................................................................................................................................... 8
1. ОБЗОР СРЕДСТВ СОЗДАНИЯ ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММ И ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К УЧЕБНИКУ 11 1. 1. Системы на основе линейного текста 11 1. 2. Мультимедийные обучающие системы 11 1. 3. Системы на основе гипертекста 12 1. 3. 1. Справочная система ОС Windows 12 1. 3. 2. Пакет ГиперМетод 13 1. 4. Формулирование требований к учебнику 14 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ 15 2. 1. Основные функции системы 15 2. 2. Разработка структуры системы 15 2. 3. Формирование структуры учебника 17 2. 3. 1. Правила построения учебника 17 2. 3. 2. Алгоритм формирования структуры 18
2. 3. 3. Формат выходного файла модуля формирования структуры 21 2. 4. Алгоритм проверки корректности определений 21 2. 5. Алгоритм выделения списка исходных понятий 22 2. 6. Алгоритмы выделения подструктур 22 3. РЕАЛИЗАЦИЯ МОДУЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ 23 3. 1. Обоснование выбора среды программирования 23 3. 2. Основные функции модуля 24 3. 3. Работа с модулем 25 3. 3. 1. Запуск модуля 25 3. 3. 2. Назначение элементов модуля 25 3. 3. 3. Настройка параметров модуля 26 3. 3. 4. Выбор файла начальной страницы учебника 27
3. 3. 5. Формирование структуры учебника и запись ее в файл 27 4. РЕАЛИЗАЦИЯ МОДУЛЯ ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ СТРУКТУРЫ 28 4. 1. Обоснование выбора среды программирования 28 4. 2. Основные функции модуля 31
4. 3. Требования к аппаратному и программному обеспечению 31 4. 4. Установка модуля 32 4. 5. Работа с модулем 32 4. 5. 1. Запуск модуля 32 4. 5. 2. Назначение элементов модуля 32 4. 5. 3. Загрузка файла структуры 34 4. 5. 4. Окно просмотра структуры 34 4. 5. 5. Панель управления 35 4. 5. 6. Настройка параметров модуля 36 4. 5. 7. Установка внешнего вида структуры 37 4. 5. 8. Обработка и анализ структуры 37 5. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 39 5. 1. Краткая характеристика работы и её назначение. 39
5. 2. Определение затрат на создание программного продукта 39 5. 2. 1. Расходы на оплату труда разработчика программы 39 5. 2. 2. Затраты на оплату машинного времени 42 5. 2. 3. Расчёт общих расходов 46 5. 3. Выводы 46 6. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА 47 6. 1. Краткая характеристика разработки 47 6. 2. Безопасность проекта 47 6. 2. 1. Электробезопасность 47 6. 2. 2. Пожарная безопасность 49 6. 2. 3. Требования к уровням шума и вибрации 51 6. 2. 4. Пыль и вредные химические вещества 52 6. 2. 5. Микроклимат 53 6. 2. 6. Вентиляция 54 6. 3. Эргономичность проекта 55 6. 3. 1. Эргономические принципы при создании ПО АСУ. 55
6. 3. 2. Эргономические требования к системам отображения информации. 57 6. 3. 3. Описание зрительной работы оператора. 58 6. 3. 4. Организация рабочего места оператора. 62 6. 3. 5. Эргономические требования к рабочему месту 63 6. 3. 6. Освещенность рабочего места. 64 6. 4. Экологичность проекта. 66
6. 5. Методы обеспечения стойкости типовых схем, узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры к воздействию сильных ЭМИ 68 6. 5. 1. Общие сведения 68 6. 5. 2. Конструкционные методы 68 6. 5. 3. Схемотехнические методы. 69 6. 5. 4. Структурно-функциональные методы 72 6. 6. Выводы 72 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
............................................................................................................................................................................................. 75 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ
СПИСОК..................................................................................................................................... 76 РЕФЕРАТ
В ходе работы над предлагаемым к рассмотрению дипломным проектом разработана система, предназначенная для выделения структуры гипертекстового электронного учебника на языке HTML и решения на ней определенных задач. Система реализована в виде двух отдельных модулей: модуля формирования структуры и модуля обработки и отображения сформированной структуры гипертекстового электронного учебника.
Модуль формирования структуры реализован в среде визуального программирования Borland Delphi 3. 0 и обеспечивает выполнение следующих функций: обработка файлов электронного учебника и построение структуры понятий (определений и теорем);
запись полученной структуры в файл, необходимый для работы второго модуля. Модуль обработки и отображения сформированной структуры реализован в виде апплета на языке Java и выполняет следующие функции:
считывание файла со структурой, сформированного первым модулем; проверка корректности данной структуры;
отображение на экране структуры либо подструктуры в виде графа, вершинами в котором являются определения или теоремы, а дуги отражают связи между ними; анализ структуры - выделение списка исходных понятий, выделение по заданному понятию подсписка, включающего в себя все понятия, через которые определено заданное, поиск в структуре понятий;
возможность просмотра текста любого определения или теоремы. Данный дипломный проект направлен на повышение эффективности работы преподавателей при создании электронных обучающих систем, позволяя улучшить качество и уменьшить сроки разработки подобных систем. ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ № п/п. Наименование Обозначение Формат 1. Требования к учебнику со стороны разработчика. А1 2. Требования к учебнику со стороны пользователя. А1 3. Алгоритм формирования структуры. А1 4. Представление структуры. А1 5. Интерфейс с пользователем. А1 ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
HTML (Hipertext Markup Language) – язык разметки гипертекста. HTTP (Hipertext transfer protocol) – протокол передачи гипертекста. ОС –операционная система ПЭВМ – персональная электронно-вычислительная машина ВВЕДЕНИЕ
За последние десятилетия наблюдается существенное увеличение объемов и сложности учебных материалов, изучаемых в средней и высшей школах. При этом во многих учебных заведениях наблюдается недостаток высококвалифицированных преподавательских кадров. Большие трудности часто возникают при оперативной подготовке, изготовлении и распространении учебных пособий различных видов. Указанные факторы негативно сказываются на качестве подготовки обучаемых. В связи с этим большое внимание уделяется применению прогрессивных методик обучения, в том числе предполагающих использование вычислительной техники. Программы, предназначенные для передачи обучаемому знаний и/или умений, получили название“Автоматизированные обучающие системы” (АОС). Интерес к разработке АОС наблюдается с конца 50-х — начала 60-х годов. Развитие обучающих систем в настоящее время идет в направлении придания им свойства адаптации к целям и условиям обучения.
В течении почти ста лет психологи значительную часть своих научных усилий тратили на то, чтобы понять процесс научения. При этом исследовались, главным образом, факторы, влияющие на быстроту усвоения и утрату полученных знаний. В результате этих усилий был установлен ряд надежных принципов, которые могут быть использованы для построения схем обучения.
Принципы обучения имеют прямое отношение к разработке автоматизированных обучающих систем. Рассмотрим кратко каждый из этих принципов: Обучение идет быстрее и усваивается глубже, если учащийся проявляет активный интерес к изучаемому предмету.
Обучение является более эффективным, если формы приобретения знаний и навыков таковы, что без труда могут быть перенесены в условия "реальной жизни", для чего они и предназначены. Обычно это означает, что учащемуся важнее научиться находить правильные ответы на вопросы, чем просто узнавать их. Обучение идет быстрее, если учащийся "узнает результат" каждого своего ответа немедленно. Если ответ правилен, то учащийся должен тотчас получить подтверждение этого, если неправильный - он столь же быстро должен узнать об этом. Даже незначительная задержка резко тормозит обучение. В настоящее время наши учащиеся вынуждены часто подолгу ждать результатов своего ответа. Обучение идет быстрее, если программа по предмету построена по принципу последовательного усложнения материала. Занятия следует начинать с самых простых заданий, для выполнения которых учащийся уже владеет необходимыми навыками и знаниями. Постоянно уровень сложности материала повышается. Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута желательная степень опытности и умения.
Знание результатов своей работы стимулируют выполнение очередного задания. Трудности, которые учащемуся необходимо преодолевать, должны возникать перед ним последовательно одна за другой, а успешное их преодоление развивает высокий уровень активности.
Поскольку обучение само по себе индивидуально, процесс обучения следует организовать так, чтобы каждый ученик мог проходить программу соответственно своим индивидуальным особенностям. По ряду причин одни усваивают материал быстрее других, поэтому обучение тех и других в одной группе затруднительно. Решение многих из этих проблем возможно только с использованием обучающих программ. Лишь очень немногие из тех, кто работает в области создания таких программ, намереваются создать средство, предназначенное для замены учителя в классной аудитории. Самое большое, на что можно реально рассчитывать, - это надеяться, что эти системы облегчат труд учителя, освободив его от функций которые учитель и так почти не может выполнить, а именно на протяжении всего курса предмета, на каждом этапе немедленно после усвоения материала контролировать результат. Тогда у учителя будет больше возможностей для выполнения задач, которые под силу только человеку-учителю и в выполнении которых никакая машина не может его заменить.
Для реализации большинства вышеизложенных принципов обучения в автоматизированной обучающей системе просто необходима четкая структуризация учебного материала. Большинство же имеющихся на сегодняшний день систем разработки не обеспечивает возможности подробной структуризации учебного материала. Во многих случаях разработчику автоматизированной обучающей системы требуется наглядно представить ее структуру не только в общем виде, с точностью в лучшем случае до целой темы, как это позволяет сделать большинство систем, но и более конкретно, с деталировкой до более мелких структур, таких как определения, теоремы, алгоритмы и др. Это позволит разработчику увидеть возможные недоработки, неполноту материала, отсутствие каких-либо промежуточных элементов, необходимых для логической связи понятий. По данной структуре сразу можно будет увидеть базовые понятия, являющиеся основополагающими для данного учебника, знание которых необходимо перед началом процесса обучения. По такой структуре можно легко определить правильность последовательности подачи материала для обучаемого, проверить корректность введенных определений. Наличие подобной структуры может послужить отправной точкой для построения интеллектуальной системы обучения, позволяющей в зависимости от уровня знаний пользователя указывать оптимальный путь обучения и контролировать усвоенные знания, выработать рекомендации по изменению плана учебного процесса. Все это в целом позволит усовершенствовать цикл обучения и уменьшить временные затраты, необходимые на изучение.
Реализация вышеперечисленных возможностей послужила основанием для разработки системы формирования и обработки структуры электронного учебника. За основу был взят гипертекстовый учебник, написанный на языке HTML, разработанный на кафедре АИТ РТФ.
Обзор средств создания обучающих программ и формирование требований к учебнику В настоящее время создано довольно большое количество автоматизированных обучающих систем и средств их создания. По виду представления учебного материала их можно разделить на три основных вида - в виде простого, мультимедийного или гипертекстового документов. Системы на основе линейного текста
Представление материала в виде обычных документов, то есть линейного текста, подразумевает наличие некоторого текстового материала, разбитого на темы и страницы, может быть, содержащего некоторые рисунки. Ознакомление обучаемого с данным текстом идет в заранее определенной последовательности, которую он не может изменить. В лучшем случае подобная система предлагает вернуться на шаг назад или к начать обучение с самого начала.
Системы с подобной организацией данных обычно не предполагают каких-либо тестовых программ, а если таковые имеются, то все на что они способны, это вернуть обучаемого к предыдущей пройденной теме или выставить ему оценку за прочитанный материал. Именно прочитанный, а не изученный.
Как видно из вышеизложенного, системы подобного типа мало подходят для реализации сколько-нибудь серьезных задач обучения. Мультимедийные обучающие системы
Мультимедийные обучающие системы позволяют гармонично объединить лекцию с демонстрацией учебного материала, практикум в виде компьютерного имитатора, тестирующую систему и все дополнительные материалы в едином интерактивном компьютерном учебнике. Мультимедийный учебник не просто разгружает преподавателя от каждодневных рутинных функций, но значительно повышает интерес обучаемых к предмету, ускоряет обучение и обеспечивает лучшее усвоение знаний. Но мультимедийные системы обучения требуют соответствующей аппаратной поддержки, занимают большие объемы памяти, что несколько ограничивает область их применения. Системы на основе гипертекста
Третьей разновидностью обучающих систем являются гипертекстовые системы обучения.
Гипертекст как подход к управлению информацией отличается от других подходов (например, СУБД) тем, что основной вид деятельности пользователя при работе с ним состоит не столько в поиске нужной информации, сколько в ознакомлении с определенным предметом посредством просмотра ряда информационных фрагментов, связанных между собой по смыслу. Ознакомление осуществляется в определенной последовательности, обусловленной целями пользователя. Возможность варьирования последовательности ознакомления с содержанием гипертекста, в отличие от линейного текста, осуществляется за счет разбиения информации на фрагменты (темы) и установления между ними связей, как правило, позволяющих пользователю перейти от изучаемой в текущий момент темы к одной из нескольких связанных с ней тем. Очевидно, что большей гибкостью в смысле удовлетворения различных целей пользователей обладает гипертекст с большим количеством связей между темами.
Рассмотрим некоторые средства создания гипертекстовых систем. Справочная система ОС Windows
Один из подходов состоит в создании структуры данных на основе справочной системы Windows. Этот подход имеет несколько очевидных плюсов, главный из которых - уже реализованная навигационная система, включающая в себя систему поиска по ключевым словам, автоматическое создание глоссария, возможность вывода документов на печать. Файлы справочной системы могут содержать как форматированный текст, так и графику, и анимацию. Однако, создание таких файлов требует специального программного обеспечения, с помощью которого производится процесс компиляции, сами файлы справки не могут бать изменены "на лету"–для этого требуется компилятор. Файлы справки не могут содержать программных элементов, справочная система не содержит какого-либо внутреннего языка для их создания. Но, взамен этого, существует средство, с помощью которого мы можем запускать исполняемые файлы, находящиеся на жестком диске локального компьютера. Присутствует также некоторая разъединенность текстового материала и обучающих (или тестирующих) программ.
Самым же главным минусом использования справочной системы Windows является невозможность ее модификации, невозможность изменения интерфейса. Окно просмотра учебника является встроенным в операционную систему объектом и возможности внести изменения в его навигационный механизм не предоставлено. Пакет ГиперМетод
Система разработки Пакет ГиперМетод –инструмент для создания электронных каталогов, учебников и рекламных изданий на CD-дисках, систем помощи и публикаций в Internet, а также других мультимедиа приложений и электронных изданий.
ГиперМетод позволяет создавать красивые и сложные мультимедиа приложения, отвечающие самым современным стандартам, объединяя в одно целое звук, видео, рисунки, анимацию, текст и гипертекст.
С помощью этого пакета сделаны профессиональные мультимедиа продукты: образовательная энциклопедия "Русский музей. Живопись", справочник "Российский софт", диск "Ваша собака", мультимедиа учебник "Социальная компетентность", а также множество других электронных изданий, каталогов продукции, информационных систем.
Стандартный вариант пакета содержит всего два модуля - Монтажный Стол, предназначенный для общего дизайна и просмотра приложения и программу просмотра, представляющую собой тот же монтажный стол без элементов редактирования.
Профессиональный вариант пакета дополнен следующими модулями: ассистент по связям - создает гипертекстовые связи автоматически по заданным разработчиком правилам;
ассистент по текстам - автоматически генерирует гипертексты из больших текстов; ассистент по структуре - помогает проверять структуру разрабатываемого приложения;
ассистент по установке - автоматически создает дистрибутив мультимедиа CD ROM приложения.
Как видно из вышеизложенного, данный пакет более ориентирован на разработку мультимедиа-приложений, и не является специализированным средство для создания обучающих систем. Хотя в нем присутствуют некоторые возможности, которые необходимы при разработке обучающих систем, например, возможность анализа структуры, автоматическое генерирование гипертекстов и связей, но отсутствие таких вещей, как возможность вставки тестирующих программ и анализ их результатов делают эту систему непригодной для разработки качественной обучающей системы. Формулирование требований к учебнику
Подводя итог всему вышесказанному, можно отметить отсутствие или недостаточную развитость во всех рассмотренных системах некоторых средств, весьма важных и полезных для разработчиков и пользователей автоматизированной обучающей системы. Можно сформулировать список возможностей, которые должны быть в автоматизированной обучающей системе. Для пользователей:
Организация обучения разного уровня - от начального знакомства до подробного усвоения материала. Возможность предоставления материала исходя из цели обучения. Компоновка материала по результатам тестовых проверок. Для разработчиков: Проверка корректности введенных определений. Формирование списка неопределяемых понятий.
Построение для выделенных понятий (и для всего учебника) графа связи с определяющими понятиями - иерархический граф понятий.
В данном проекте реализована вторая часть этих возможностей, относящаяся к разработчикам обучающих систем. Но на основе данного проекта с некоторыми доработками можно реализовать и часть возможностей, относящуюся к пользователям. Разработка алгоритмов
Система выделения и обработки структуры электронного учебника (далее “система”) была разработана для обработки гипертекстового учебника, реализованного на языке HTML. В ней были реализованы принципы, изложенные в предыдущем разделе. Основные функции системы Система выполняет следующие основные функции:
Построение структуры понятий электронного гипертекстового учебника. Отображение полученной структуры в наглядном и удобном для пользователя виде: поиск элемента в структуре;
возможность перехода от просмотра структуры к просмотру учебника; Обработка полученной структуры: проверка корректности определений в структуре; выделение списка исходных (неопределяемых) понятий; выделение подструктуры по заданному множеству понятий. Разработка структуры системы
Система предназначена для обработки гипертекстового электронного учебника, написанного на языке HTML. Язык HTML - это язык описания Web-страниц, поэтому для просмотра данного учебника используется Web-браузер.
Исходя из требований к автоматизированным обучающим системам, изложенных в предыдущем разделе, очевидно, что для реализации таких функций, как компоновка материала по результатам тестовых проверок или исходя из заданной цели обучения, необходима очень тесная интеграция системы с учебником. Хотя в данном проекте эти функции не реализованы, нельзя изначально лишать себя возможности реализовать их в будущем.
Отсюда мы имеем, что, так как учебник просматривается через браузер, то для тесной с ним связи необходимо, чтобы разрабатываемая система также работала под управлением браузера. В главе 3 подробно рассмотрены возможные варианты реализации такой работы, сейчас же остановимся только на одном моменте, имеющем на данном этапе принципиальное значение.
Дело в том, что основное назначение браузеров это просмотр Web-страниц в Internet. Поэтому из соображений безопасности на программы, которые могут выполняться браузерами, наложены серьезные ограничения. Они не имеют доступа к ресурсам компьютера пользователя, не могут читать или писать файлы, запускать какие-то программы с его компьютера.
Очевидно, что разрабатываемая система, построив структуру учебника, должна где-то ее хранить. В принципе, возможен вариант хранения полученной структуры в оперативной памяти компьютера. Но у этого варианта есть серьезные недостатки. Во-первых, расходуется лишняя память. Во-вторых, структуру учебника придется каждый раз при запуске системы формировать заново. На стадии разработки учебника это может быть не так критично, учитывая то, что структура будет изменяться довольно часто. Но при использовании данной системы для анализа редко меняющегося учебника формирование структуры при каждом запуске становится неприемлемым, тем более что при большом объеме учебника этот процесс может занимать несколько минут. В-третьих, структура существует только во время работы системы, что не дает возможности работать со структурой отдельно от учебника, сохранять историю изменения структуры учебника.
Исходя из всего вышесказанного, возникла идея разделить систему на два отдельных функционально-законченных модуля. Первый модуль будет производить обработку электронного учебника, формирование его структуры и запись данной структуры в файл в определенном формате. Данный модуль является самостоятельным приложением, не зависящим от браузера и поэтому на него не накладываются все вышеописанные ограничения, связанные с политикой безопасности браузеров. Назовем его модулем формирования структуры.
Второй модуль возьмет на себя все функции, связанные с отображением и обработкой полученной структуры. Этот модуль является программой, исполняемой под управлением браузера, а именно Java-апплетом. Так как Java-апплеты имеют возможность читать файлы с тех серверов, откуда они запущены, то проблем с загрузкой файла структуры, сформированного первым модулем, не будет. Подробно обоснование выбора среды программирования приведено в главе 4. Назовем данный модуль модулем обработки и отображения структуры. Формирование структуры учебника
Электронный учебник представляет из себя совокупность параграфов определенных типов. Эти типы - определения, теоремы, пояснения, примеры, доказательства, алгоритмы и др. В данном проекте разработанная система работает с двумя основными типами параграфов - с определениями и теоремами. Правила построения учебника
Для обеспечения возможности формирования структуры учебника последний должен быть построен по определенным правилам. Были разработаны следующие правила построения вышеназванных параграфов.
Для отметки начала и конца параграфов было решено использовать следующие конструкции. Начало параграфа отмечается следующим образом: ,
где метка_начала_параграфа представляет из себя строку, составленную из ключевого слова, идентифицирующего факт начала и тип параграфа, и строки, представляющей из себя краткое название параграфа. Например, . В данном примере ключевым словом является startdef, которое означает начало параграфа типа определение, в котором определяется понятие "Автомат Мура". Все пробелы в названии параграфа должны быть заменены на символы подчеркивания. Это связано с тем, что некоторые средства генерации и просмотра HTML страниц не допускают пробелов в параметре NAME тэга .
Конец параграфа отмечается аналогичной конструкцией, с той только разницей, что ключевое слова заменяется на другое, идентифицирующее конец параграфа. Выбор подобных конструкций основан на следующих соображениях. Во-первых, вставка данных конструкций никак не отражается на внешнем виде HTML-документа. Во-вторых, данные конструкции одновременно являются метками параграфов с точки зрения HTML, то есть не вводя никаких дополнительных меток, мы можем построить ссылку на любой описанный подобным образом параграф. В-третьих, использование именно таких конструкций облегчает построение гипертекстового документа, так как многие средства разработки гипертекстов, например, Microsoft Word, позволяют делать в тексте закладки, которые преобразуются как раз в подобные тэги.
Таким образом, параграф, например, типа определение, имеет следующий вид: текст определения.
Если в тексте определения встречаются ссылки на другие параграфы, они должны быть оформлены в следующем виде: .
Подобное оформление параграфов позволяет построить структуру понятий с учетом всех имеющихся связей между ними. Алгоритм формирования структуры
Структура электронного учебника формируется следующим образом. Весь процесс разбит на два этапа.
Первый этап - просмотр учебника и составление списка всех понятий, построенных по описанной выше схеме. При этом для каждого параграфа составляется список всех ссылок, обнаруженных внутри него, в виде имени страницы плюс непосредственно имени ссылки.
Второй этап - анализ данного списка понятий, с целью построения связей между ними. Анализируются внутрипараграфные ссылки и на их основе строятся связи между понятиями.
Блок-схема алгоритма первого этапа представлена на Ошибка! Неизвестный аргумент ключа. , второго на Ошибка! Неизвестный аргумент ключа...
рис. 2. 1. Блок-схема первого этапа алгоритма формирования структуры.
рис. 2. 2. Блок-схема второго этапа алгоритма формирования структуры. Формат выходного файла модуля формирования структуры
Файл, содержащий структуру электронного учебника, представляет из себя обычный текстовый файл.
Первая строка файла всегда содержит полный путь к папке, в которой находится обработанный электронный учебник.
Следующие строки представляют собой описания вершин графа понятий и имеют следующий формат: идентификатор, имя, адрес, тип,
где идентификатор - уникальный номер вершины, имя - название вершины, совпадающее с определяемым понятием, адрес - относительный путь и имя файла, содержащего данное понятие, тип - числовое значение, определяющее тип вершины (0 - определение, 1- теорема). Все эти параметры перечислены через запятую. Заканчивается часть описаний вершин графа строкой, содержащей слово “Edges”. После этой строки до конца файла идут списки смежностей каждой вершины. Одна строка содержит один список смежностей, который начинается с номера вершины, к которой этот список относится, и далее через запятую перечислены номера смежных с ней вершин. Алгоритм проверки корректности определений
Определение считается корректным, если оно не определяется через само себя, либо через понятия, которые определяются через него. Иными словами, если применить это к графу понятий, то можно сказать, что в графе должны отсутствовать контуры. Для отыскания контуров в графе понятий используется метод поиска в глубину с сохранением пути.
Суть алгоритма поиска в глубину заключается в следующем. Пусть у нас имеется граф G = . Начинаем поиск с произвольной вершины v0.
Выбираем произвольную вершину u, смежную с v0 и повторяем поиск от вершины u. В общем случае допустим, что мы находимся в некоторой вершине v. Если существует еще не просмотренная вершина u, смежная для v, то повторяем поиск, начиная с вершины u. Если непросмотренных вершин, смежных с v, нет, то считаем вершину v использованной и возвращаемся в вершину, из которой попали в v. Если при возврате получаем v = v0, то считаем алгоритм завершенным и все вершины являются использованными. Идея поиска контуров с помощью метода поиска в глубина состоит в следующем. При поиске сохраняется путь, состоящий из просмотренных вершин, если мы встречаем уже просмотренную вершину, значит обнаружен контур. При этом по запомненному пути мы можем восстановить вершины данного контура. Алгоритм выделения списка исходных понятий
Исходными понятиями являются те понятия, при определении которых не используются другие содержащиеся в учебнике понятия. В графе понятий таковыми являются начальные вершины графа, то есть не имеющие входящих дуг. Алгоритм выявления подобных понятий тривиален. Просматриваются все вершины графа, и те вершины, которые не имеют входящих дуг, включаются в данный список. Алгоритмы выделения подструктур
Подструктуры по заданному множеству понятий могут выделяться двумя способами. Первый способ - выделение подграфа от исходных понятий, то есть от начальных вершин, до выбранных вершин. Второй - выделение подграфа от выбранных вершин до конечных вершин графа понятий. Для обоих вариантов используется в принципе одинаковый подход.
В первом варианте для каждой начальной вершины графа отыскивается путь в каждую из выбранных вершин. Полученные в результате этого пути объединяются и получается искомая подструктура.
Во втором варианте отличие состоит в том, что для каждой выбранной вершины графа отыскиваются пути к каждой конечной вершине. Затем также происходит объединение полученных путей.
Отыскание пути между двумя вершинами производится с использованием метода поиска в глубину, уже описанного выше. Поиск пути с его помощью осуществляется следующим образом. Чтобы найти путь между вершинамиv и u методом поиска в глубину, нужно начать поиск в вершине v и продолжать его до посещения вершины u. В момент посещения вершины uпоследовательность просмотренных (но неиспользованных) вершин будет определять путь изv в u. Реализация модуля формирования структуры
Модуль формирования структуры реализован в среде визуального программирования Delphi 3. 0 фирмы Borland и предназначен для работы в среде Windows 95/98/NT. Обоснование выбора среды программирования
На этапе подготовки задания на дипломный проект рассматривалось несколько возможных вариантов реализации данного модуля.
Сформулируем основные критерии, по которым производился выбор среды программирования для создания данного модуля.
1) Создание максимально возможного удобства в работе. Для этого программа должна иметь удобный и современный интерфейс пользователя.
2) Работа модуля должна выполняться с максимально возможной скоростью. Нежелательны ситуации, в которых пользователю длительное время придется ожидать окончания работы модуля. Поддержка длинных имен файлов. Максимальная простота в установке и использовании модуля. Минимальные затраты на разработку модуля.
В ходе последующего анализа имеющихся средств программирования на основании перечисленных критериев был выбран вариант написания данного модуля с использованием системы визуального программирования Borland Delphi 3. 0 для Windows95. Данное заключение основывалось на следующем.
Среда визуального программирования Delphi 3. 0 работает в среде Windows 95 и предоставляет программисту возможность реализации всех достоинств графического интерфейса этой системы. Так как подавляющее большинство пользователей персональных компьютеров работают сегодня в среде операционных систем семейства Windows, то этот интерфейс является для них наиболее привычным и удобным. Многие системы разработки приложений для Windows генерируют код-полуфабрикат, который не может быть выполнен процессором без дополнительной трансляции во время работы самой программы, что существенно снижает производительность компьютера. Delphi же использует настоящий компилятор и компоновщик и генерирует стопроцентный машинный код. Такая реализация лишена непроизводительных затрат, что делает программы, написанные на Delphi, максимально эффективными.
Так как Delphi 3. 0 является средой программирования для Windows 95, то, как и сама операционная система Delphi поддерживает длинные имена файлов и папок. Для запуска программ, написанных на Delphi, не требуются никакие дополнительные библиотеки, интерпретаторы кода и прочее. Достаточно взять один-единственный сгенерированный исполняемый файл и запустить его там, где нужно. Для установки программы на другой компьютер не требуется создание каких-либо дистрибутивов, не нужен процесс инсталляции, достаточно переписать исполняемый файл программы.
Среда визуального программирования Delphi 3. 0 является мощным средством для быстрой и качественной разработки программ для операционной системы Windows 95. Имеющаяся библиотека визуальных компонентов позволяет создать интерфейс с пользователем за считанные минуты. Объектно-ориентированный язык Object Pascal, положенный в основу Delphi, является расширением языков Turbo Pascal и Borland Pascal фирмы Borland и нашел в себе отражение новых веяний в программировании. Компонентный принцип, используемый в Delphi, позволяет создавать полноценные Windows-приложения, написав минимальное количество строк кода. Delphi представляет собой открытую систему, позволяя добавлять свои компоненты в систему, модифицировать уже имеющиеся стандартные компоненты благодаря тому, что предоставлены их исходные тексты. Благодаря всему этому разработка программ в среде Delphi становится легкой и приятной.
Таким образом, выбранная платформа, как было показано выше, удовлетворяет поставленным требованиям, поэтому выбор был остановлен на данной системе программирования. Основные функции модуля Модуль обеспечивает выполнение следующих функций:
выбор файла страницы электронного учебника, с которого начнется обработка и который является начальным файлом учебника, либо выбор папки, в которой находится учебник;
обработка учебника, начиная с заданного файла или всех файлов учебника в заданной папке с целью построения структуры учебника;
запись полученной структуры в выходной файл в определенном формате, необходимый для работы модуля обработки и отображения структуры. Работа с модулем Запуск модуля
Запуск модуля осуществляется путем запуска исполняемого файла “HTMLScan. EXE”. При этом на экране появляется окно формы данного модуля, изображенное на Ошибка! Неизвестный аргумент ключа...
Рис. 3. 1. Внешний вид главной формы модуля формирования структуры. Назначение элементов модуля Окно формы модуля содержит следующие элементы:
поле ввода “Начальная страница учебника для обработки”- предназначено для ввода имени файла страницы учебника, с которой начнется обработка;
кнопка “Обзор”- предназначена для выбора файла начальной страницы учебника посредством стандартного диалога Windows;
флажок “Просматривать все файлы в папке”- предназначен для включения режима обработки всех файлов в текущей папке, независимо от того найдены на них ссылки или нет;
кнопка “Параметры”- позволяет настраивать параметры модуля, такие как имена тэгов, которыми помечены элементы структуры и имя файла, в который записывается структура; группа “Статистика работы”- отображает текущее состояние работы программы: имя файла, который в данный момент времени обрабатывается; общее количество обработанных файлов; количество найденных на данный момент времени определений и теорем; общее время обработки учебника;
кнопка “Старт” - нажатием на данную кнопку начинается процесс обработки учебника; кнопка “Выход” - завершение работы программы. Настройка параметров модуля
Для настройки параметров модуля необходимо нажать на кнопку “Параметры”в окне формы. При этом на экране появится окно параметров системы, изображенное наОшибка! Неизвестный аргумент ключа... Рис. 3. 2. Окно настройки параметров модуля.
Для указания модулю тэгов, которыми в тексте учебника выделяются определения и теоремы, необходимо в полях ввода в соответствующей группе ввести значения“Начальный тэг” и “Конечный тэг”. Первоначально, при открытии данного окна, в полях ввода отображаются тэги, используемые по умолчанию.
В поле ввода “Имя файла структуры”можно указать имя файла, в который программа будет записывать полученную структуру учебника. Имя файла по умолчанию“STRUCT. DAT”. Выбор файла начальной страницы учебника
Для выбора файла начальной страницы учебника необходимо ввести его имя в поле ввода, озаглавленное“Начальная страница учебника для обработки”, либо, нажав кнопку “Обзор”, найти необходимый файл в стандартном диалоге открытия файла Windows, и нажать кнопку“Открыть”. При этом выбранный файл с полным путем к нему появится в поле ввода “Начальная страница учебника для обработки”. Если необходимо просмотреть все файлы в текущей папке, независимо от того, связаны они с начальной страницей или нет, тогда необходимо отметить флажок“Просматривать все файлы в папке”. Этот режим может понадобиться в том случае, если пользователь не уверен, что учебник представляет собой цельную связанную структуру, охватывающую все файлы учебника. На стадии анализа структуры это сразу позволит выявить недостающие связи. Формирование структуры учебника и запись ее в файл
Для начала формирования структуры электронного учебника необходимо нажать на кнопку“Старт”. Работу программы можно контролировать по группе “Статистика работы”. По окончании обработки учебника система записывает полученную структуру в файл, указанный в настройках модуля (по умолчанию“STRUCT. DAT”) в папку, в которой расположен учебник и выдает сообщение о завершении обработки. Реализация модуля обработки и отображения структуры
Модуль обработки и отображения структуры учебника реализован на языке Java, в качестве апплета. В виду того, что Java является машинно-независимым языком, то данный модуль способен работать на любой аппаратной платформе. Обоснование выбора среды программирования
На этапе подготовки задания на дипломный проект рассматривалось несколько возможных вариантов реализации данного модуля.
Сформулируем основные критерии, по которым производился выбор среды программирования для создания данного модуля.
Создание максимально возможного удобства в работе. Для этого модуль должна иметь удобный и современный интерфейс пользователя.
Модуль должен интегрироваться с электронным учебником, чтобы при работе со структурой была возможность сразу же просмотреть интересующий элемент в учебнике.
В ходе последующего анализа в качестве языка для реализации модуля был выбран язык Java, а в качестве инструмента для разработки - пакет Java-Workshop 2. 0 фирмы Sun Microsystems. Данное решение основывалось на следующем. Электронный учебник, работа с которым ведется, написан на языке HTML и для его просмотра может использоваться любой стандартный браузер Internet. Соответственно интеграция модуля с учебником означает, что данный модуль тоже должен работать под управлением браузера, чтобы иметь возможность доступа к учебнику.
Существует несколько вариантов для реализации подобного рода взаимодействия между программой и браузером. Реализация модуля как программы с интерфейсом CGI.
CGI - Common Gateway Interface является стандартом интерфейса (связи) внешней прикладной программы с информационным сервером типа HTTP, Web. Обычно гипертекстовые документы, извлекаемые из WWW серверов, содержат статические данные. С помощью CGI можно создавать CGI-программы, называемые шлюзами, которые во взаимодействии с такими прикладными системами, как система управления базой данных, электронная таблица, деловая графика и др. , смогут выдать на экран пользователя динамическую информацию. Программа-шлюз запускается WWW сервером в реальном масштабе времени. WWW сервер обеспечивает передачу запроса пользователя шлюзу, а она в свою очередь, используя средства прикладной системы, возвращает результат обработки запроса на экран пользователя. Программа-шлюз может быть написана практически на любом языке программирования.
Недостатки данного варианта очевидны. Этот вариант требует обязательной установки WWW-сервера, очень тяжело организовать нормальный интерфейс с пользователем, весь вывод в окно браузера осуществляется только командами HTML, что очень сильно усложняет реализацию и ограничивает возможности программы. Плюсом данного варианта является то, что CGI-программа за исключением интерфейса является полноценной программой, на которую не накладываются какие-либо ограничения из соображений безопасности. Использование языков сценария JavaScript или VB Script.
JavaScript - новый язык для составления сценариев (скриптов), разработанный фирмой Netscape. Этот язык по сути является подмножеством языка Java, но имеет свою специфику. Язык VB Script также является языком для создания скриптов, разработанный компанией Microsoft. Как следует из названия, в основу этого языка лег Visual Basic. Основным применением этих языков является создание интерактивных Web-страниц. Текст скрипта записывается непосредственно в HTML страницу и исполняется браузером. Язык JavaScript поддерживается в браузерах Netscape Navigator начиная с версии 2. 0 и Internet Explorer начиная с версии 3. 0. VB Script поддерживается только в Internet Explorer начиная с версии 3. 0. Данные языки функционально очень ограничены и ориентированы в основном на работу с документами HTML, создание пользовательского интерфейса и выполнение элементарных функций. Полностью отсутствуют возможности работы с файлами, используемые структуры данных и возможные операции над ними слишком примитивны, чтобы позволить построить достаточно сложную программу. Создание Java-апплета.
Язык Java был задуман как машинно-независимый и объектно-ориентированный язык программирования для Internet. Так как язык HTML, используемый в качестве стандарта в Internet, не мог решить многих проблем, связанных с предоставлением пользователю качественно новых возможностей для работы в Сети (просмотр страниц, содержащих видеоизображения и звук, управление просмотром и удобные графические средства для работы), то возникла необходимость в некотором унифицированном языке, одинаково интерпретируемом на различных аппаратных платформах. Первоначально в качестве такого языка хотели использовать С++ путем расширения его возможностей и адаптации к требованиям работы в сети. Но в процессе работы прояснилось, что ряд черт языка С++ не удовлетворяет требованиям языка для сети. Основным недостатком было явное распределение памяти и соответственно работа с указателями, что затрудняло бы использование программ на различных платформах. В результате был создан объектно-ориентированный машинно-независимый синтаксически схожий с С++ язык программирования в сети Java.
Язык Java можно использовать для разработки программ двух типов: самостоятельных приложений и апплетов. Самостоятельное приложение создается как отдельная программа, выполняемая интерпретатором языка Java. Апплет - это программный код, выполняемый интерпретатором языка Java, встроенным в Web-браузер.
В настоящее время интерпретаторы языка Java встроены в наиболее популярные Web-браузеры, такие, как Netscape Navigator и Microsoft Internet Explorer. Компилятор языка Java выполняет перевод программы в так называемый байт-код. Байт-код является машинно-независимым кодом, сформированным в соответствии со спецификациями JVM (Java Virtual Machine). Интерпретатор языка Java выполняет скомпилированный байт-код, используя необходимые классы той аппаратной платформы, на которой он выполняется.
Данный вариант наиболее подходит для реализации поставленной задачи. Апплет является практически полнофункциональным приложением, за исключением некоторых ограничений, накладываемых соображениями безопасности. Он обеспечивает возможность создания графического пользовательского интерфейса, подобного интерфейсу системы Windows. Имеется возможность управления просмотром документов в браузере, построения на экране сложных графических изображений. Язык Java предоставляет мощные средства для создания и обработки сложных структур данных. Новые браузеры используют сейчас наряду с интерпретаторами Java также динамические компиляторы, что значительно увеличивает скорость выполнения апплетов.
Таким образом, последний вариант, то есть реализация модуля в виде апплета, наиболее удовлетворяет поставленным требованиям, поэтому выбор был остановлен на данном варианте. Основные функции модуля Модуль обеспечивает выполнение следующих функций:
считывание файла со структурой электронного учебника, сформированного модулем формирования структуры;
проверка данной структуры на корректность, и в случае обнаружения некорректности отображение некорректного участка структуры; отображение считанной структуры на экране в виде графа; отображение списка исходных (неопределяемых) понятий; поиск заданного элемента в графе по его названию;
возможность просмотра выбранного элемента непосредственно в электронном учебнике;
выделение подструктуры по заданному множеству исходных понятий. Требования к аппаратному и программному обеспечению
Как уже говорилось выше, данный модуль представляет собой апплет, и, следовательно, предназначен для просмотра Web-браузером. В настоящее время наибольшее распространение получили два Web-браузера - это Microsoft Internet Explorer и Netscape Navigator. Однако, несмотря на то, что оба эти браузера поддерживают апплеты Java, существуют некоторые различия в их интерпретации, связанные с отсутствием единого стандарта и конкурирующей политикой фирм Microsoft и Netscape. Исходя из того, что браузер Internet Explorer на данный момент времени получил наибольшее распространение, данный модуль ориентирован именно на работу с ним - в часности, с версией Internet Explorer 4. 0. Для использования Internet Explorer 4. 0 необходимо, чтобы система удовлетворяла следующим минимальным требованиям:
процессор 486 с тактовой частотой 66 МГц (рекомендуется Pentium); в случае ОС Microsoft Windows 95: оперативная память 8 Мбайт, при использовании активного рабочего стола 16 Мбайт;
в случае ОС Microsoft Windows NT 4. 0: оперативная память 16 Мбайт, при использовании активного рабочего стола 24 Мбайт и установленный пакет Service Pack 3 (или более поздний);
от 40 до 70 Мбайт места на жестком диске (в зависимости от вида установки); мышь. Установка модуля Установка модуля заключается в следующем:
копирование каталога STRUCT на жесткий диск компьютера. Данный каталог содержит класс апплета и прочие классы, необходимые для работы модуля. Рекомендуется размещать данный каталог в каталоге, содержащем электронный учебник, так как в этом случае файл структуры, созданный модулем формирования структуры в этом же каталоге, будет автоматически загружен модулем обработки структуры (в случае использования параметров по умолчанию);
внедрение модуля в одну из страниц учебника, либо создание отдельной HTML страницы, используемой для запуска модуля. В обоих случаях необходимо вставить в документ следующий код:
Данный код может быть дополнен или могут быть изменены такие параметры, как ширина и высота, но имя класса должно остаться неизменным, причем регистр букв также имеет значение. Работа с модулем Запуск модуля
Запуск модуля осуществляется в браузере через страничку, содержащую ссылку на апплет модуля. Его можно встроить как в отдельную страницу HTML, так и в одну из страниц электронного учебника. В любом случае сам по себе апплет представляет на экране кнопку, изображенную наОшибка! Неизвестный аргумент ключа... При нажатии на эту кнопку активизируется главное окно апплета, которое и является основным рабочим окном модуля. Данное окно изображено наОшибка! Неизвестный аргумент ключа... Назначение элементов модуля Окно формы модуля содержит следующие основные элементы: Главное меню, включающее в себя следующие пункты:
меню “Вид”, через которое можно выбрать способ представления графа; Рис. 4. 1. Внешний вид апплета в окне браузера.
Рис. 4. 2. Вид главного окна модуля обработки и отображения структуры.
меню “Обработка”, содержащее функции для анализа и обработки графа понятий; меню “Свойства”, в котором настраиваются такие параметры системы. меню “Выход”, предназначенное для завершения работы с системой. Прокручивающееся окно для просмотра графа понятий.
Панель управления, содержащая элементы для управления положением окна просмотра и масштабом изображения. Загрузка файла структуры
При запуске главного окна модуля автоматически проверяется наличие в каталоге, откуда был открыт содержащий апплет файл HTML, файла с именем“STRUCT. DAT”. Если данный файл обнаруживается в каталоге, то структура загружается из него. Если же файл с таким именем отсутствует, то на экран выдается сообщение об ошибке и работа модуля завершается.
Сразу после загрузки структура подвергается анализу на корректность. В случае обнаружения в ней некорректных связей выдается соответствующее сообщение и в окне просмотра отображается некорректная цепочка понятий. В этом случае необходимо исправить в учебнике указанные некорректности, сформировать заново его структуру и затем уже продолжить работу по ее анализу.
При успешном открытии и чтении файла в окне просмотра отобразится искомый граф понятий и модуль будет готов для работы с ним. Окно просмотра структуры
Окно просмотра предназначено для отображения структуры учебника. Структура отображается в виде ориентированного графа, в котором вершинами являются понятия учебника, то есть определения и теоремы, а дуги изображают связи между ними. Определения изображаются в виде прямоугольников, внутри которых находится определяемое понятие. Теоремы изображены эллипсами, внутри которых расположено краткое название теоремы.
Окно просмотра имеет две линейки прокрутки - вертикальную и горизонтальную, с помощью которых можно прокручивать изображение соответственно по обоим осям. Для выбора какого-либо понятия в окне структуры необходимо щелкнуть по нему мышкой. При этом данный элемент будет отмечен по периметру точками. Выбор элемента используется для построения подструктур, содержащих заданный элемент или несколько заданных элементов.
Выбрать сразу несколько элементов можно нажав и удерживая клавишу “SHIFT”и щелкая курсором мыши по требуемым элементам. Также множественный выбор можно провести, нажав кнопку мыши и, удерживая ее, обвести нужный прямоугольник и отпустить кнопку. При этом все вершины, попавшие внутрь этого прямоугольника, будут помечены как выбранные.
При двойном щелчке мышью на какой-либо вершине графа активизируется окно браузера, и в нем открывается текст выбранного определения или теоремы. Вершины графа в окне просмотра можно перемещать. Для этого необходимо навести курсор мыши на вершину, нажать кнопку мыши и, не отпуская, вести ее в нужном направлении. При этом все связи этой вершины автоматически потянутся за ней. Доведя вершину до нужного места, нужно отпустить кнопку мыши и вершина зафиксируется на новом месте. Панель управления
На панели управления расположены элементы, предназначенные для управления просмотром структуры учебника, а именно положением окна просмотра и масштабом изображения. Эти элементы включают в себя индикатор положения окна просмотра, кнопку центрирования окна и кнопки управления масштабом.
Индикатор положения окна просмотра представляет из себя квадратную область, в которой находится черная рамка. Квадратная область обозначает все поле, на котором может располагаться изображение структуры, а рамка показывает границы видимой части, то есть той, которая отображается в данный момент в окне просмотра.
Положение окна просмотра можно изменять с помощью данной рамки следующим образом: наведя курсор мыши внутрь рамки, нажать на кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, двигать в нужном направлении. При этом в окне просмотра изображение структуры также будет сдвигаться соответственно движениям рамки. Для фиксации положения окна необходимо отпустить кнопку мыши. Кнопка “По центру”, расположенная под индикатором положения окна просмотра, предназначена для возвращения области просмотра в центр изображения. При запуске модуля окно просмотра всегда находится в центре изображения.
Ниже расположены три кнопки управления масштабом. Кнопка “Масштаб/2” уменьшает текущий масштаб изображения вдвое, кнопка “Масштаб*2” увеличивает текущий масштаб вдвое, кнопка “Масштаб=1”устанавливает масштаб 1: 1. Текущее значение масштаба изображения можно проконтролировать по индикатору масштаба, расположенному чуть выше кнопок и представляющего из себя надпись“Масштаб: ”и после него численное значение текущего масштаба. При запуске модуля масштаб устанавливается один к одному. Настройка параметров модуля
Для настройки параметров используется меню “Свойства”. Оно содержит следующие пункты: “Показывать панель управления”. Представляет собой элемент меню типа переключатель. С его помощью можно отключить или включить отображение панели управления, при этом в случае отключения панели окно просмотра структуры разворачивается на весь экран, позволяя охватить большую часть отображаемой структуры. Данный переключатель продублирован нажатием клавиши“S” на клавиатуре.
“Отображать теоремы”. Данный пункт меню также является переключателем. Он служит для переключения режима отображения графа. Если он включен, то отображается полная структура определения и теоремы и все связи между ними. Если его отключить, то в окне просмотра будут отображены только определения и их связи.
“Расстояние между узлами”. Служит для установки горизонтального и вертикального промежутков между вершинами графа. При выборе данного пункта меню выводится окно диалога, изображенное наОшибка! Неизвестный аргумент ключа... Рис. 4. 3
В полях ввода “Расстояние по вертикали” и “Расстояние по горизонтали”указывается соответственно вертикальный и горизонтальный промежуток между узлами в пикселах. Чтобы применить сделанные изменения, необходимо нажать кнопку“Применить”, для отказа от изменений - кнопку “Отмена”. “Шрифт”. Пункт предназначен для выбора типа и размера шрифта, которым будут отображаться названия элементов структуры. При выборе данного пункта на экране появляется диалоговое окно, изображенное наОшибка! Неизвестный аргумент ключа... Рис. 4. 4
Введя желаемые значения в поля “Название шрифта” и “Размер шрифта”, можно либо применить сделанные изменения, нажав кнопку “Применить”, либо отказаться от них, нажав кнопку “Отмена”. Установка внешнего вида структуры
Внешний вид графа задается с использованием меню “Вид”. Это меню содержит подменю “Дерево”, которое позволяет расположить граф понятий в виде дерева с корнем в выбранной вершине, направленное в одном из следующих направлений: вверх, вниз, влево или вправо. Перед выполнением данного действия обязательно должна быть выбрана вершина, которая будет являться корневой.
При этом в виде дерева располагается та часть графа, которая является поддеревом с корнем в выбранной вершине. Остальная часть остается в неизменном виде.
Второй пункт данного меню “CGD” предлагает другой алгоритм укладки графа, так называемый “CGD-алгоритм” (CGD - Clan-based Graph Decomposition). Обработка и анализ структуры
Функции обработки и анализа структуры собраны в меню “Обработка”. Первый подпункт данного меню называется “Поиск”. Он предназначен для поиска понятия в графе по его названию. При выборе данного пункта меню на экран выводится диалоговое окно, в котором предлагается ввести название искомого элемента, либо часть названия. Для начала поиска необходимо нажать кнопку“Искать”. При этом просматриваются все вершины графа и в случае совпадения введенного слова с названием какой-либо вершины, или с началом названия, данная вершина помещается в центр окна просмотра. Если же совпадений не обнаружено, то выводится сообщение о том, что искомый элемент не найден.
Подпункт меню “Подструктура”предназначен для выделения из исходного графа различных подграфов. Он содержит два подпункта: “Вверх” и “Вниз”. Для работы данных алгоритмов обработки необходимо, чтобы на графе была выделена хотя бы одна вершина.
В случае выбора подпункта “Вверх”отображается подграф, содержащий все вершины, через которые лежит путь от исходных понятий к выделенной вершине, то есть, иными словами, отбираются все понятия, через которые определено заданное понятие. В случае нескольких выделенных вершин процесс построения подграфа производится для каждой из них и результирующие подграфы объединяются.
В случае, если выбран подпункт “Вниз”, отображается подграф, для которого выбранная вершина является начальной, причем эта вершина является единственной начальной. Этот подграф показывает какие понятия определены через выбранное. Если выбрано несколько вершин, такой подграф строится по каждой из них и затем результирующие подграфы объединяются.
Пункт меню “Исходные понятия”предназначен для отображения списка исходных понятий. Исходными понятиями являются те, которые не определены ни через какие другие понятия, то есть вершины графа, являющиеся начальными. Исходные понятия отображаются в окне просмотра в виде последовательности вершин без связей между ними. По окончании исследования для восстановления первоначального вида графа понятий используется пункт меню“Сброс”. При выборе данного пункта в окне просмотра появляется исходный граф структуры в виде, в каком он был перед началом работы. Организационно-экономическое обоснование проекта
В этой главе произведен расчет затрат на разработку данного программного комплекса. Краткая характеристика работы и её назначение.
Данная работа нацелена на помощь в разработке электронных средств обучения и автоматизацию учебного процесса. В результате внедрения разработанного комплекса программ ожидается повышение качества и скорости обучения студентов, а также облегчение труда преподавательского состава. Определение затрат на создание программного продукта
Затраты на создание программного продукта складываются из расходов по оплате труда разработчика программы и расходов по оплате машинного времени при отладке программы: Зспп = Ззпспп + Змвспп + Зобщ, где Зспп - затраты на создание программного продукта; Ззпспп - затраты на оплату труда разработчика программы; Змвспп - затраты на оплату машинного времени; Зобщ - общие затраты. Расходы на оплату труда разработчика программы
Расходы на оплату труда разработчика программы определяются путем умножения трудоёмкости создания программного продукта на среднюю часовую оплату программиста (с учётом коэффициента отчислений на социальные нужды) : Ззпспп=t * Tчас. Расчёт трудоёмкости создания программного продукта
Трудоёмкость разработки программного продукта можно определить следующим образом : t = t о+ tа + tб + tп + tд + tот где tо - затраты труда на подготовку описания задачи; tа - затраты труда на разработку алгоритма решения задачи; tб - затраты труда на разработку блок-схемы алгоритма решения задачи; tп - затраты труда на составление программы по готовой блок-схеме; tд - затраты труда на подготовку документации задачи; tот - затраты труда на отладку программы на ЭВМ при комплексной отладке задачи;
Составляющие затрат, в свою очередь можно вычислить через условное число операторов Q. В нашем случае число операторов в отлаженной программе Q = 4000. Расчёт затрат труда на подготовку описания
Оценить затраты труда на подготовку описания задачи не возможно, т. к. это связано с творческим характером работы, вместо этого оценим затраты труда на изучение описания задачи с учётом уточнения описания и квалификации программиста определяются: tи = Q * B /(75.... 85 * K), где B - коэффициент увеличения затрат труда вследствие недостаточного описания задачи, уточнений и некоторой не доработки, B=1, 2.... 5; K - коэффициент квалификации разработчика, для работающих до 2 лет К=0. 8;
В связи с тем, что при изучении описания данной задачи потребовалось много уточнений и доработок в описании коэффициент B принимаем равным 4. Таким образом, получим tи = 4000 * 4/(80 * 0. 8) = 250 (чел-час). Расчёт затрат труда на разработку алгоритма Затраты труда на разработку алгоритма решения задачи : tа = Q/(60.... 75 * K) = 4000/(70*0. 8) = 71. 43(чел-час). Расчёт затрат труда на разработку блок-схемы
Затраты труда на разработку блок-схемы алгоритма решения задачи вычислим следующим образом: tб = Q /(60.... 75 * K) = 4000/(70*0. 8) = 71. 43(чел-час). Расчёт затрат труда на составление программы
Затраты труда на составление программы по готовой блок-схеме вычислим по формуле: tп = Q/(60.... 75 * K) = 4000/(70*0. 8) = 71. 43(чел-час). Расчёт затрат труда на отладку программы
Затраты труда на отладку программы на ЭВМ при комплексной отладке задачи: tот = 1. 5 * tAот , где tAот - затраты труда на отладку программы на ЭВМ при автономной отладке одной задачи;
tAот = Q/(40.... 50 * K) = 4000/(45*0. 8) = 111. 11(чел-час). Отсюда tот = 1. 5*111. 11 = 166. 67(чел-час). Расчёт затрат труда на подготовку документации
Затраты труда на подготовку документации по задаче определяются: tд = tдр + tдо , где tдр - затраты труда на подготовку материалов в рукописи; tдо - затраты на редактирование, печать и оформление документации; tдр = Q/(150.... 200 * K) = 4000/(200*0. 8) = 25(чел-час); tдо = 0. 75 * tдр = 0. 75*25 = 18. 75(чел-час); Отсюда tд = 18. 75 + 25 = 43. 75(чел-час).
Итак общую трудоёмкость программного продукта можем рассчитать: t = 250+71. 43+71. 43+71. 43+43. 75+166. 67 = 674. 71(чел-час). Расчёт средней зарплаты программиста
Средняя зарплата программиста в современных рыночных условиях может варьироваться в широком диапазоне. Для расчёта возьмём среднюю часовую оплату труда, которая составляет Тчас= 10 руб/час, что составляет 1760 руб/мес при 8-ми часовом рабочем дне и 5-ти дневной рабочей неделе. Эта цифра близка к реальной заработной плате программиста на предприятии, где проводилась работа.
Затраты на оплату труда программиста состоят из зарплаты программиста и отчислений на социальные нужды. Отчисления на социальные нужды включают в себя: пенсионный фонд (29%), медстрах (3. 6%), соцстрах (5. 4%), фонд занятости (1. 5%), сбор на образование (1%).
Итого отчисления на социальные нужды составляют 40. 5%. Отсюда затраты на оплату труда программиста составляют: Ззпспп = 674. 71 * 10 * 1. 405= 9479. 68 руб. Затраты на оплату машинного времени
Затраты на оплату машинного времени при отладке программы определяются путём умножения фактического времени отладки программы на цену машино-часа арендного времени: Змвспп = Счас * t эвм, где Счас - цена машино-часа арендного времени, руб/час; tэвм - фактическое время отладки программы на ЭВМ; Расчёт фактического времени отладки Фактическое время отладки вычислим по формуле: tэвм = tп + tдо + tот; tэвм = 71. 43 +18. 75 +166. 67= 256. 85 часа. Расчёт цены машино-часа Цену машино-часа найдём по формуле: Счас = Зэвм/Тэвм , где Зэвм - полные затраты на эксплуатацию ЭВМ в течении года; Тэвм - действительный годовой фонд времени ЭВМ, час/год; Расчёт годового фонда времени работы ПЭВМ IBM PC AT Общее количество дней в году - 365. Число праздничных и выходных дней - 119.
Время простоя в профилактических работах определяется как еженедельная профилактика по 4 часа. Итого годовой фонд рабочего времени ПЭВМ составляет : Тэвм = 8*(365-119) - 52*4 = 1760 часа. Расчёт полных затрат на эксплуатацию ЭВМ
Полные затраты на эксплуатацию ЭВМ можно определить по формуле : Зэвм = (Ззп + Зам + Зэл + Звм + Зтр + Зпр), где Ззп - годовые издержки на заработную плату обслуживающего персонала, руб/год; Зам - годовые издержки на амортизацию, руб/год; Зэл - годовые издержки на электроэнергию, потребляемую ЭВМ, руб/год; Звм - годовые издержки на вспомогательные материалы, руб/год; Зтр - затраты на текущий ремонт компьютера, руб/год; Зпр - годовые издержки на прочие и накладные расходы, руб/год; Амортизационные отчисления
Сумма годовых амортизационных отчислений определяется по формуле : Зам = Сбал * Нам , где Сбал - балансовая стоимость компьютера, руб/шт. ; Нам - норма амортизации, %;
Согласно постановления совета министров СССР от 22 октября 1990 года № 1072 “О единых нормах амортизационных отчислений на полное восстановление основных фондов народного хозяйства СССР” Нам = 12. 5%.
Балансовая стоимость ПЭВМ включает отпускную цену, расходы на транспортировку, монтаж оборудования и его наладку : Сбал = Срын + Зуст ; где Срын - рыночная стоимость компьютера, руб/шт. , Зуст - затраты на доставку и установку компьютера, руб/шт.
Компьютер, на котором велась работа, был приобретен по цене Срын= 9000 руб, затраты на установку и наладку составили примерно 10% от стоимости компьютера Зуст = 10% * Срын = 0. 1 * 9000 =900 руб. Отсюда Сбал = 9000 + 900 = 9900 руб. /шт. а Зам = 9900 * 0. 125= 1237. 5 руб/год. Расчёт затрат на электроэнергию
Стоимость электроэнергии, потребляемой за год, определяется по формуле: Зэл = Рэл * Тэвм * Сэл * А, где Рэвм - суммарная мощность ЭВМ, Сэл - стоимость 1кВт*ч электроэнергии,
А - коэффициент интенсивного использования мощности машины. Согласно техническому паспорту ЭВМ Рэвм = 0. 22 кВт, стоимость 1кВт*ч электроэнергии для предприятий Сэл = 0. 548 руб. , интенсивность использования машины А = 0. 98. Тогда расчётное значение затрат на электроэнергию: Зэл = 0. 22*1760*0. 548*0. 98 = 207. 94 руб. Расчёт затрат на текущий ремонт
Затраты на текущий и профилактический ремонт принимаются равными 5% от стоимости ЭВМ: Зтр = 0. 05 * Сбал = 0. 05*9900 = 495 руб. Расчёт затрат на вспомогательные материалы
Затраты на материалы, необходимые для обеспечения нормальной работы ПЭВМ составляют около 1% от стоимости ЭВМ : Звм = 0. 01*9900 = 99 руб. Прочие затраты по эксплуатации ПЭВМ
Прочие косвенные затраты, связанные с эксплуатацией ПЭВМ, состоят из амортизационных отчислений на здания, стоимости услуг сторонних организаций и составляют 5% от стоимости ЭВМ: Зпр = 0. 05*9900 = 495 руб.
Годовые издержки на заработную плату обслуживающего персонала Издержки на заработную плату обслуживающего персонала складываются из основной заработной платы, дополнительной и отчислений на заработную плату: Ззп = Зоснзп + Здопзп + Зотчзп .
Сумма основной заработной платы определяется исходя из общей численности работающих в штате: Зоснзп = 12*еЗiокл , где Зiокл - тарифная ставка i-го работника в месяц, руб. ;
В штат обслуживающего персонала должны входить инженер-электронщик с месячным окладом 1000 руб. и электрослесарь с окладом 500 руб.
Тогда, учитывая, что данный персонал обслуживает 10 машин, имеем издержки на основную заработную плату обслуживающего персонала составят: Зоснзп = 12*(1000 + 500)/10 = 1800 руб.
Сумма дополнительной заработной платы составляет 60% от основной заработной платы: Здопзп = 0. 6*1800 = 1080 руб.
Сумма отчислений на социальные нужды составляет 40. 5% от суммы дополнительной и основной заработных плат: Зотчзп = 0. 405*(1800 + 1080) = 1166. 4 руб.
Тогда годовые издержки на заработную плату обслуживающего персонала составят: Ззп = 1800 + 1080 +1166. 4= 4046. 4 руб.
Полные затраты на эксплуатацию ЭВМ в течении года составят: Зэвм = 4046. 4+1237. 5+207. 94+99+495+495= 6580. 84 руб. Тогда цена машино-часа арендуемого времени составит Счас = 6580. 84 / 1760 = 3. 74 руб. А затраты на оплату машинного времени составят: Змвспп = 3. 74 * 256. 85 = 960. 62 руб. Расчёт общих расходов
Общие расходы это расходы на освещение, отопление, коммунальные услуги и т. п. Они принимаются равными одной трети основой зарплате разработчика программы т. е. 2249. 03 руб. Тогда затраты на создание программного продукта составят: Зспп =9479. 68 + 960. 62 + 2249. 03= 12689. 33 руб. Выводы
В результате расчета затраты на создание данного программного продукта составили 12689. 33 руб. Данная цифру сложно оценить, так как имеющиеся на рынке подобные продукты слишком специфичны и количество их очень мало. Но можно предположить, что для потенциальных покупателей, которыми являются в основном учебные заведения, обычно стесненные в средствах, она окажется достаточно большой. Для снижения затрат можно предложить следующие решения. Как видно, три четверти расходов представляют из себя затраты на оплату труда программиста. Снизить эти затраты можно путем повышения эффективности труда программиста за счет использования более современных ЭВМ для работы, повышения удобства рабочего места и прочих факторов. Например, при замене использовавшегося при разработке компьютера Pentium-166 на более современный Pentium II-300 время составления программы и ее отладки сократилось бы почти вдвое, а цена машино-часа выросла бы приблизительно на 20%. Также при более бережном и аккуратном отношении к компьютерной технике возможно снизить затраты на ремонт, а так же уменьшить привлечение дополнительного персонала на обслуживание компьютеров. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭкологИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
При создании сложных автоматизированных систем управления все чаще практикуют системное проектирование, на ранних стадиях которого поднимаются вопросы эргономического обеспечения, таящего в себе большие резервы повышения эффективности и надежности всей системы. Это связано с всесторонним учетом человеческого фактора в процессе проектирования. Основной задачей эргономического обеспечения является оптимизация взаимодействия между человеком и машиной не только в период эксплуатации человеко-машинных систем, но и при изготовлении и даже утилизации технических компонентов. Это достигается в результате проведения и выполнения комплекса взаимоувязанных по значению, логике и последовательности эргономических процедур и мероприятий, осуществляемых в ходе разработки системы человек-машина и при ее эксплуатации. Краткая характеристика разработки
Тема дипломного проекта –разработка комплекса программ, предназначенных для формирования структуры электронного учебника и решения на ней определенных задач, таких как выделение списка исходных понятий, выделение путей по заданному множеству понятий, определение корректности введенных понятий, отображение структуры в удобном для пользователя виде. Комплекс функционально делится на следующие блоки: блок выделения структуры электронного учебника, производящий непосредственное сканирование электронного учебника, предварительную его обработку и запись результатов в файл, использующийся в дальнейшем модулем обработки и отображения структуры; блок обработки и отображения структуры электронного учебника. Безопасность проекта Электробезопасность
В соответствии с ГОСТ 12. 1. 019-79 [1] под электробезопасностью понимают систему организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги и статического электричества. В отличие от других источников опасности электрический ток нельзя обнаружить без специального оборудования и приборов, поэтому воздействие его на человека чаще всего неожиданно. Проходя через организм человека электрический, ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое действие. В результате термического воздействия вызывается разогрев организма и возникают ожоги участков тела, в результате электролитического воздействия разлагается кровь и другие органические жидкости в организме.
Биологическое воздействие проявляется в возбуждении и раздражении тканей и непроизвольном судорожном сокращении мышц.
Значение силы тока, проходящего через организм человека, зависит от напряжения под которым находится человек и от сопротивления участка тела к которому приложено это напряжение. Учитывая, что большинство поражений происходит при напряжении 127, 220 и 380 В, а пробой кожи начинается при напряжении 40-50 В, в качестве безопасного напряжения переменного тока в нашей стране выбрано 42 В, 110 В для постоянного тока. Основными причинами электротравматизма являются:
случайное прикосновение к токоведущим частям, в результате ведения работ вблизи или на этих частях; неисправность защитных средств, которым пострадавший прикасался к токоведущим частям; ошибочное принятие находящегося под напряжением оборудования как отключенного;
неожиданное возникновение напряжения из-за повреждения изоляции там, где в нормальных условиях его быть не должно; контакт токопроводящего оборудования с проводом, находящимся под напряжением; замыкание фаз на землю и тому подобное; появление напряжения на токоведущих частях оборудования в результате ошибочного включения тогда, когда на нем выполняют работу; замыкание между отключенными и находящимися под напряжением проводами; наведение напряжения от соседних работающих установок и так далее.
Эксплуатация комплекса предполагается на ПЭВМ. Источником питающего напряжения является сеть переменного тока с напряжением 220 В, на которую распространяется ГОСТ 25861-83 [2].
В соответствии с требованиями для предупреждения поражений электрическим током необходимо:
чётко и в полном объёме выполнять правила производства работ и правила технической эксплуатации;
исключить возможность доступа оператора к частям оборудования, работающим под опасным напряжением, неизолированным частям, предназначенным для работы при малом напряжении и не подключенным к защитному заземлению;
применять изоляцию, служащую для защиты от поражения электрическим током, выполненную с применением прочного сплошного или многослойного изоляционного материала, толщина которого обусловлена типом обеспечиваемой защиты; подводить электропитание к ПЭВМ от розетки здания при помощи специальной вилки с заземляющим контактом;
защитить от перегрузок по току, рассчитывая на мощность, потребляемую от сети; а также защитить от короткого замыкания оборудование, встроенное в сеть здания;
надёжно подключить к заземляющим зажимам металлические части, доступные для оператора, которые в результате повреждения изоляции могут оказаться под опасным напряжением;
проверить, что защитный заземляющий проводник не имеет выключателей и предохранителей, а также надёжно изолирован. Пожарная безопасность
Под пожарной охраной понимают систему государственных и общественных мероприятий, направленных на охрану от огня людей и собственности. Горение - это химический процесс соединения вещества с кислородом, сопровождающийся выделением тепла и света. Для возникновения и протекания процесса горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя (обычно это кислород, находящийся в воздухе, фтор, хлор, озон и т. д. ) и источников воспламенения, причём первые два элемента должны быть в соответствующем количественном соотношении, а источник воспламенения должен иметь определённую температуру и запас энергии, достаточные для нагревания вещества до необходимой температуры.
Пожар - это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. Особенностью пожаров в закрытых помещениях является сравнительно медленное горении в течение первых 30-40 минут из-за недостаточного притока воздуха в зону горения. После разрушения остекления интенсивность пожара резко возрастает. Скорость горения различных веществ колеблется в широких пределах.
Пожарная безопасность помещений, имеющих электрические сети, регламентируется ГОСТ 12. 1. 033-81 [3], ГОСТ 12. 1. 004-85 [4]. Работа оператора ЭВМ должна вестись в помещении, соответствующем категории Д пожарной безопасности (негорючие вещества и материалы в холодном состоянии). Огнестойкость здания по СНиП 2. 01. 02-85 [5] соответствует I степени (стены выполнены из искусственного или натурального камня и являются несущими, в перекрытиях здания отсутствуют горючие материалы).
В конструкции дисплеев используются специальные разъемы, уменьшающие переходное сопротивление, и, соответственно, нагрев. ЭВМ нельзя располагать вблизи источников тепла или термоизлучателей, на экраны дисплеев не должны падать прямые солнечные лучи. Устанавливать ЭВМ необходимо так, чтобы задняя и боковые стенки отстояли не менее чем на 0. 2 м от других предметов. Для соблюдения теплового режима в корпусе ЭВМ предусмотрены вентиляционные отверстия и охлаждающий вентилятор. Внутренний монтаж выполнен проводом с повышенной теплостойкостью. Пожарная безопасность объекта обеспечивается: системой предотвращения пожара; системой противопожарной защиты; организационно-техническими мероприятиями.
Предотвращение пожара в помещении достигается минимальным количеством предметов из горючих материалов, их безопасным расположением, а также отсутствием легковоспламеняющихся материалов.
Противопожарная защита помещения обеспечивается применением автоматической установки пожарной сигнализации (ПС-Л1), наличием средств пожаротушения, применением основных строительных конструкций здания с регламентированными пределами огнестойкости, организацией своевременной эвакуации людей, применением средств коллективной и индивидуальной защиты людей. Организационно-технические мероприятия должны включать организацию обучения служащих правилам пожарной безопасности. Требования к уровням шума и вибрации
Возникает вопрос о влиянии помех на оператора и характеристиках его “помехоустойчивости”. С точки зрения воздействий на оператора помехи могут быть различны. Одни из них постоянны и действуют в течении всего рабочего дня, другие случайны. В рабочих помещениях компании основными источниками акустических шумов являются шумы ПЭВМ. ЭВМ являются также источниками шумов электромагнитного происхождения (колебания элементов электромеханических устройств под влиянием переменных магнитных полей). Кроме того, в данных помещениях, возникает структурный шум, то есть шум, излучаемый поверхностями колеблющихся конструкций стен, перекрытий, перегородок здания в звуковом диапазоне частот. Систематический шум может вызвать утомление слуха и ослабление звукового восприятия, а также значительное утомление всего организма. Однако не все шумы вредны. Так, привычные не резко выраженные шумы, сопровождающие трудовой процесс, могут благоприятно влиять на ход работы; нерезкие шумы, характеризующиеся периодичностью звуков, например, музыка, в силу своей ритмичности не только не отвлекают от работы, но и вызывают положительные эмоции, способствуют повышению эффективности труда.
Для устранения или ослабления неблагоприятных шумовых воздействий целесообразно изолировать рабочие помещения, размещая их в частях здания, наиболее удаленных от городского шума - расположенных в глубине здания, обращенных окнами во двор и т. п. Шум ослабевает также благодаря зеленым насаждениям, поглощающим звуки. Оптимальные показатели уровня шумов в рабочих помещениях конструкторских бюро, кабинетах расчетчиков, программистов определяются по ГОСТ 12. 1. 003-83 [6]. Характеристики постоянного шума - уровни звукового давления в децибелах в октавных полосах со среднегеометрическими частотами в герцах приведены в таблице 6. 1. Уровень, дБ 63 152 250 500 1000 2000 4000 8000 Частота, Гц 71 61 54 49 45 42 40 38 Таблица 6. 1. Уровни звукового давления в октавных полосах.
Допустимый уровень шума при умственном труде, требующем сосредоточенности, 50дБ. Для уменьшения шума и вибрации в помещении оборудование, аппараты и приборы устанавливаются на специальные фундаменты и амортизирующие прокладки. Если стены и потолки помещения являются источниками шумообразования, они должны быть облицованы звукопоглощающим материалом. Пыль и вредные химические вещества
Воздух помещений загрязняется пылью, образующейся при обработке металла, пластмасс, древесины и других материалов, газами, выделяющимися при работе оборудования, неправильной эксплуатации тепловых агрегатов, при некоторых технологических процессах и химических реакциях, парами различных веществ. Воздушная среда загрязняется, как ядовитыми, так и неядовитыми веществами. Ядовитые (токсичные) вещества нарушают нормальную жизнедеятельность организма и могут привести к временным или хроническим патологическим изменениям. Однако и нетоксичные вещества при длительном воздействии, особенно при больших концентрациях могут стать причиной различных заболеваний, например, кожных или болезней внутренних органов. Степень и характер нарушений нормальной работы организма, вызываемых вредными химическими веществами, зависит от пути попадания его в организм, дозы, времени воздействия, концентрации вещества, растворимости, состояния человеческого организма, атмосферного давления, температуры, и, конечно, от состава загрязнения. Одним из проявлений воздействия вредных веществ является отравление. Отравления могут возникнуть внезапно при попадании в организм большого количества вредных веществ. Такие отравления называют острыми и расследуются как случаи производственного травматизма. Существует и другой вид отравления - профессиональное, которое развивается в течение длительного времени. К ядовитым газовым примесям атмосферного воздуха относят: оксид углерода (II) - угарный газ (ПДК - 20 мг/м3); сероводород (ПДК - 10 мг/м3); аммиак (ПДК - 20 мг/м3); выхлопные газы автомобилей и так далее.
Помимо газов в воздухе могут находиться мельчайшие частицы твёрдого вещества размерами от тысячных долей до одного миллиметра. Загрязнение воздуха пылью ухудшает санитарно-гигиенические условия труда. Такой воздух может стать причиной ряда болезней.
По действию на организм человека пыль разделяют на ядовитую (свинцовая, ртутная) и неядовитую (угольная, известняковая, древесная). Ядовитая пыль попадая в организм человека или оседая на коже, может вызвать острое отравление или хроническое заболевание. Другим фактором, определяющим опасность пыли для человека является её концентрация - содержание частиц в единице объёма воздуха (мг/м3). Естественно, что масса вдыхаемой человеком пыли зависит от интенсивности дыхания, от вида выполняемой работы. Например, человек в неподвижном состоянии потребляет 10-12 л/мин, а при интенсивном физическом труде 50-70 л/мин. Следовательно, человек, выполняющий тяжёлую физическую работу в запыленной атмосфере, быстрее подвергается заболеванию.
В целях борьбы с пылью и загрязнением в рабочем помещении каждый день должна проводится влажная уборка. Микроклимат
Наиболее значительным фактором производительности и безопасности труда является производственный микроклимат, который характеризуется температурой и влажностью воздуха, скоростью его движения, а также интенсивностью радиации, и должен соответствовать ГОСТ 12. 1. 005-88 [7] и СНиП 2. 04. 05-86 [8] (табл. 6. 2. ). Параметры микроклимата Значения параметров Зимой летом 1. Температура, °C 22-24 23-25 2. Скорость воздушных масс, м/с 0. 1 0. 1-0. 2 3. Относительная влажность, % 40-60 40-60
Таблица 6. 2. Требования к параметрам микроклимата в производственном помещении. Исследования показали, что высокая температура в сочетании с высокой влажностью воздуха оказывают большое влияние на работоспособность оператора. При таких условиях резко увеличивается время сенсомоторных реакций, нарушается координация движений, увеличивается количество ошибок.
Высокая температура отрицательно сказывается и на ряде психологических функций человека. Уменьшается объем запоминаемой информации, резко снижается способность к ассоциациям, ухудшается протекание ассоциативных и счетных операций, понижается внимание.
Относительная влажность в пределах 40 - 60% мало сказывается на состоянии человека. При влажности 99 - 100% практически выключается регулирующий механизм потоотделения и быстро наступает перегревание.
Для поддержания необходимых температуры и влажности рабочее помещение оснащено системами отопления и кондиционирования, обеспечивающими постоянный и равномерный нагрев, циркуляцию, а также очистку воздуха от пыли и вредных веществ.
В помещениях предполагающих эксплуатацию системы требования к параметрам микроклимата в целом выполнены. Вентиляция
Для поддержания в помещениях нормального, отвечающего гигиеническим требованиям состава воздуха, удаления из него вредных газов, паров и пыли используют вентиляцию.
Вентиляция - это регулируемый воздухообмен в помещении. Вентиляцией называют также устройства, которые её создают. По способу перемещения воздуха в помещении различают естественную и искусственную вентиляцию. Возможно их сочетание - смешанная вентиляция. Естественная вентиляция подразделяется на аэрацию и проветривание.
Механическая вентиляция, в зависимости от направления движения воздушных потоков, может быть вытяжной (отсасывающей), приточной (нагнетающей) и приточно-вытяжной. Если вентиляция происходит во всём помещении, то её называют общеобменной. Вентиляция сосредоточенная в какой-либо зоне, называется местной (локализующей). По времени действия вентиляция делится на постоянно действующую и аварийную.
При естественной вентиляции воздух поступает в помещение и удаляется из него вследствие разности температур, а также под действием ветра. Аэрация - это организованная естественная вентиляция, выполняющая роль общеобменной. Механическая вентиляция обеспечивается вентиляторами, забирающими воздух из мест, где он чист, и направляющих его к любому рабочему месту или оборудованию, а также удаляющими загрязнённый воздух. При механической вентиляции воздух перед его потреблением можно подвергнуть обработке: подогреть, увлажнить или подсушить, очистить от пыли и т. д. , а также очистить перед выбросом в атмосферу. Эргономичность проекта Эргономические принципы при создании ПО АСУ. 1) Принцип минимального рабочего усилия.
Человек-оператор (ЧО) должен выполнять только ту работу, которая необходима, но не может быть выполнена системой. Не должно быть повторения уже сделанной работы. Данный аспект предъявляет соответствующие требования и к рабочей документации. Она должна обладать доступностью, полнотой, целенаправленностью на решение определенной задачи или комплекса задач; структурированностью. 2) Принцип максимального взаимопонимания.
Система обеспечивает полную поддержку пользователю, то есть ЧО не должен заниматься поиском информации; выдаваемая на видеоконтрольное устройство информация не требует интерпретации или перекодировки.
3) Принцип минимального объема оперативной памяти пользователя. От ЧО требуется, чтобы он запоминал как можно меньше. Это объясняется тем, что скорость переработки информации оператором и его пропускная способность ограничены. На них влияет множество факторов, начиная от качества средства взаимодействия человека с техническими средствами АСУ и всей информационной моделью и кончая уровнем напряженности операторской деятельности и общим психофизическим состоянием человека. 4) Принцип минимального расстройства человека-оператора.
Расстройство пользователя (производственные причины), может возникнуть : из-за какого-то препятствия в решении поставленной задачи; из-за появления и обнаружения ошибок.
Для сбоев по первой причине целесообразно иметь методику самопроверки ПО и наличия обратной связи от системы, даже если конечные результаты работы еще не видны. Во втором случае система обязана быстро сообщить об ошибках и по возможности указать случаи, где они могут появиться еще. Для повышения производительности ЧО путем целенаправленного поиска информации целесообразно сигнал об ошибке отображать в точке аварийной фиксации внимания. В заключение исправления ошибки система возвращать операцию к той точке, где она была прервана. 5) Принцип учета профессиональных навыков пользователя.
В процессе эргономического обеспечения системы на ранних этапах проектирования предусматриваются и проводятся мероприятия, учитывающие облик некоторого абстрактного человека, который планируется разработчиками к взаимодействию с компонентами системы. 6) Принцип максимального различия человеческих характеров.
Мышления людей, их характеры различны, поэтому терминальная информация от системы по-разному может восприниматься пользователями. Поэтому целесообразно, чтобы система содержала, к примеру, способы как наглядного, так и слухового воздействия на конкретного ЧО, различимые пользователем.
7) Принцип максимального контроля со стороны человека-оператора. Данный принцип можно охарактеризовать следующими требованиями к функционированию ЧО:
пользователь должен иметь возможность изменить очередность обработки, выполняемой системой;
пользователь должен контролировать последовательность работы и особенно там, где нет последовательно определенных операций;
пользователь должен иметь возможность создавать свои программные модули и хранить их в памяти системы для использования в будущем.
Эргономические требования к системам отображения информации. Эргономические требования определяют необходимые параметры яркостных, временных и пространственных характеристик зрительной информации.
Оценка яркостного режима включает нормирование уровня яркости, ее перепадов в поле зрения наблюдателя для достижения требуемых показателей эффективности обработки зрительной информации. Оптимальным считается такое значение уровня яркости, при котором обеспечивается максимальное проявление конкретной чувствительности. При установке оптимального диапазона яркостей, находящихся в поле зрения оператора, необходимо обеспечить перепад яркостей, близкий к уровню адаптации.
Максимально допустимый перепад яркостей в поле зрения оператора не должен превышать 1: 100. Оптимальными же являются соотношения 20: 1 между источником света и ближайшим окружением и 40: 1 между самым светлым и самым темным участками изображения. Контрастность изображения снижается при внешнем освещении тем значительнее, чем ниже яркость экрана и чем больше яркость, создаваемая освещением. Контраст между системой отображения информации и его непосредственным окружением не должен превышать соотношения 3: 1. Средства отображения информации отвечают следующим техническим требованиям: яркость свечения экрана не менее 100 Кд/м2;
минимальный размер точки растра не более 0. 6 мм для цветного монитора; контрастность изображения не менее 0. 8;
частота регенерации изображения в текстовом режиме не менее 72 Гц; количество точек растра на строку не менее 640; наличие антибликового покрытия экрана; размер экрана не менее 31 см по диагонали; высота символов на экране не менее 3. 8 мм; расстояние от глаз оператора до экрана 40-80 см;
монитор должен быть оборудован поворотной подставкой, позволяющей перемещать его в горизонтальной и вертикальной в пределах 130-200 мм и изменять угол наклона экрана на 10-15°. Описание зрительной работы оператора.
Качество зрительного восприятия определяется энергетическими, пространственными и временными характеристиками сигналов, поступающих к оператору. В соответствии с названными характеристиками сигналов выделяются группы основных параметров зрительного анализатора:
энергетические - диапазон воспринимаемых яркостей, контраст, слепящая яркость; пространственные - острота зрения, поле зрения, объем восприятия; временные - латентный период реакции, время адаптации, критическая частота мельканий. 1) Энергетические параметры.
Основной характеристикой зрительного анализатора является чувствительность. Его эффективное функционирование возможно в большом диапазоне интенсивностей сигналов, при этом сохраняется высокая чувствительность к интенсивности. Диапазон чувствительности зрительного анализатора лежит в пределах 10-7-10-5 Кд/м2. Нижняя граница определяется минимальной интенсивностью светового потока, вызывающей ощущение. Эту величину называют порогом световой чувствительности. Он изменяется в очень широких пределах в процессе адаптации зрительного анализатора к внешнему световому воздействию; количественные оценки его зависят от длительности и характера адаптации (темновая или световая). Абсолютный порог чувствительности зрительного анализатора характеризует наиболее высокую чувствительность, достигаемую в ходе темновой адаптации в течение нескольких часов (до 3-4 часов). Абсолютная чувствительность зрения достаточно высока. При достижении порога абсолютной чувствительности световые ощущения вызываются лучистой энергией, равной всего нескольким квантам. При практических расчетах для повышения надежности проектируемых систем “человек-машина”рекомендуется исходить из максимального порога чувствительности, равного 5. 2*10-6 Кд/м2.
В поле зрения оператора одновременно могут попадать предметы разной яркости. Для оценки разности объектов в этом случае используется понятие адаптивной яркости. Оно определяется как средневзвешенное значение яркостей, попадающих в поле зрения. За счет адаптации глаза осуществляется“настройка”зрительного анализатора на эту яркость. Наиболее благоприятные условия для работы оператора создаются при яркостях адаптации от нескольких десятков до нескольких сотен Кд/м2. Увеличение или уменьшение яркости снижает чувствительность к световым тонам. Наиболее контрастирующим соотношением являются (в порядке убывания светового контраста): синий на белом, черный на белом, зеленый на белом, черный на желтом, зеленый на красном, красный на желтом, красный на белом, оранжевый на черном, черный на пурпурном, оранжевый на белом, красный на зеленом. Субъективная оценка яркостей воспринимаемого сигнала зависит от яркости окружающего фона, поэтому для практических целей используется относительный порог (порог контрастной чувствительности). Различают прямой контраст, рассчитываемый для светлого объекта на темном фоне, и обратный контраст - для светлого объекта на темном фоне. Для нормальной работы зрительного анализатора значение контраста должно находиться в диапазоне от 0. 65 до 0. 95. Наиболее низкая световая чувствительность получается в ходе световой адаптации и характеризуется предельно допустимой яркостью источника, вызывающей эффект ослепления, то есть нарушение работы зрительного анализатора. Абсолютно слепящая яркость соответствует 225000 Кд/м2. Эффект ослепления может наступить и в случае, если в поле зрения оператора находятся сигналы разной интенсивности. При этом сигналы с большей яркостью могут вызвать ослепление. В общем случае слепящая яркость определяется размером светящейся поверхности наблюдаемого объекта и яркостью сигнала, а также уровнем адаптации глаз. 2) Пространственные параметры.
Пространственные характеристики зрительного анализатора определяются воспринимаемыми глазом размерами предметов и их местоположением в пространстве. В эти группы включают остроту зрения, поле зрения, объем зрительного восприятия.
Острота зрения характеризует способность глаз различать мелкие детали и представляет собой минимальный угол, при котором две равноудаленные точки видны как раздельные. Угол зрения в 1°соответствует единице остроты зрения и считается пределом разрешающей способности глаза, обусловленным размерами световоспринимающих элементов палочек и колбочек. Так как 1°соответствует 5 мкм сетчатки, то при диаметре палочек и колбочек 2-7 мкм абсолютный предел разрешения равен 0. 3° - 0. 5°. Но такой предел достижим только при оптимальных условиях наблюдения и использования фовеальной области (центральной ямки, наиболее плотно заполненной колбочками). Более того, вследствие явления оптической дифракции реальный предел приближается к 2°. Острота зрения зависит от уровня освещенности, расстояния до рассматриваемого предмета и его положения относительно наблюдателя, возраста последнего. Поле зрения определяется при фиксированном взгляде как пространство в пределах которого возможна проекция изображения на сетчатку глаза. Оно зависит от возможностей оптической системы глаз, площади и характера распределения фоторецепторов, выступающих частей лица. Условно поле зрения можно разбить на три зоны:
центрального зрения (размером 4°-7°, соответствующим желтому пятну сетчатки), где возможно наиболее четкое различение деталей;
ясного видения (30°-35°), где при неподвижном глазе можно распознать предмет без различных мелких деталей;
периферического зрения (75°-90°), где предметы обнаруживаются, но не распознаются. Зона периферического зрения играет важную роль в ориентации во внешней обстановке. Объекты, попавшие в эту зону, могут быть быстро перемещены в зону ясного видения с помощью установочных движений глаз.
Объем восприятия определяется числом объектов наблюдения, которое может охватить оператор в течение одной зрительной фиксации. При предъявлении человеку не связанных между собой объектов наблюдения объем восприятия составляет 4-8 элементов. 3) Временные параметры.
Временные характеристики зрительного анализатора определяются временем, необходимым для возникновения зрительного ощущения при определенных условиях работы оператора. В группу этих характеристик входят: латентный (скрытый) период зрительной реакции, длительность инерции ощущения, критическая частота мельканий, время адаптации.
Латентный период - это интервал времени между моментом подачи сигнала и началом ответной реакции (возникновением ощущения). Это время зависит от интенсивности сигнала (чем сильнее раздражитель, тем реакция на него короче), его значимости, сложности работы оператора, возраста и других индивидуальных способностей человека. В среднем же латентный период зрительной реакции составляет 160 - 240 мс.
Длительность инерции ощущения определяется интервалом времени между моментом окончания воздействия раздражителя и моментом исчезновения зрительного ощущения, то есть это время сохранения воздействия света на сетчатку после окончания этого воздействия. Оно зависит от яркости и угловых размеров объекта. Если возникает необходимость в последовательном реагировании оператора на дискретно появляющиеся сигналы, то период их следования должен быть равен не меньше времени сохранения ощущения (равного 0. 2 - 0. 5 с).
Критическая частота мельканий (КЧМ) - это частота появления светового сигнала, при котором он, как раздражитель, воспринимается непрерывно. Эта частота зависит от яркости, размеров и конфигурации знаков. При обычных условиях наблюдения КЧМ = 15? 25 Гц, при зрительном утомлении несколько снижается. Адаптация - изменение чувствительности глаза в зависимости от воздействия на него световых сигналов, является важным свойством глаза, характеризующим его как самонастраивающуюся систему. Различают две формы адаптации: темновую (при переходе от света к темноте) и световую (при переходе от темноты к свету). При переходе в темноту световая чувствительность глаз увеличивается. Чем меньше разность яркостей, тем быстрее рост световой чувствительности. Переход из темноты в зону действия больших уровней яркости вызывает уменьшение световой чувствительности, которая тем меньше, чем выше уровень яркости. Время адаптации определяется ее видом и находится в пределах от нескольких секунд до нескольких минут при световой адаптации и десятков минут при темновой. Яркость поля адаптации определяет вид освещения: ночное (менее 0. 01 Кд/м2); сумеречное (от 0. 01 до 10 Кд/м2); дневное (более 10Кд/м2). Им соответствует ночное, сумеречное, дневное зрение. Организация рабочего места оператора.
На комфортность работы оператора влияют организация рабочего места оператора, средства отображения информации, органы управления машиной. Они должны быть максимально удобны для человека, чтобы не создавать помех и чувства дискомфорта в процессе работы, а также способствовать наименьшей утомляемости. Основным способом обеспечения условий комфорта оператора ЭВМ является организация его рабочего места. В этом вопросе не существует мелочей, так как любой, на первый взгляд, несущественный фактор в процессе длительного воздействия может вызвать состояние дискомфорта, отрицательно сказаться на результатах деятельности и, возможно, привести к заболеванию. При длительной работе оператора за экраном монитора у операторов отмечается напряжение зрительного аппарата с появлением жалоб на неудовлетворенность работой, головные боли, раздражительность, нарушение сна, усталость и болезненные ощущения в глазах, пояснице, руках и области шеи. Под рабочим местом оператора ЭВМ понимается зона трудовой деятельности в системе“человек-машина”, оснащенная техническими средствами и вспомогательным оборудованием, необходимым для решения конкретных производственных задач.
Рабочее место оператора организовано в соответствии с требованиями стандартов и технических условий по безопасности труда.
При взаимном расположении элементов рабочего места учитывается: рабочая поза человека - оператора;
пространство для размещения оператора, позволяющее осуществлять все необходимые движения;
физические, зрительные и слуховые связи между оператором и оборудованием; возможность обзора пространства за пределами рабочего места; возможность ведения записей, размещения документации и материалов, используемых оператором.
Конструктивное и внешнее оформление оборудования создает условия для минимальной утомляемости. Конструкция рабочей мебели должна обеспечивать возможность индивидуальной регулировки соответственно росту работающего для поддержания удобной позы и соответствать требованиям ГОСТ 12. 2. 032-78 [9], ГОСТ 22269-76 [10]. При правильной организации рабочего места производительность труда операторов ЭВМ увеличивается на 8-20%. Эргономические требования к рабочему месту
Конструкция рабочего места и взаимное расположение всех его элементов (сиденье, органы управления, средства отображения информации) должны соответствовать антропометрическим, физиологическим и психологическим требованиям, а также характеру работы.
Данная конструкция рабочего места обеспечивает выполнение трудовых операций в пределах зоны деятельности моторного поля. Зоны досягаемости моторного поля в вертикальных и горизонтальных плоскостях для средних размеров тела человека приведены на рис. 6. 1. Выполнение трудовых операций “часто” и “очень часто” обеспечивается в пределах зоны досягаемости и оптимальной зоны моторного поля, приведенных на рис. 6. 2 (зоны 1, 2).
Расположение средств отображения информации, в данном случае это дисплей ЭВМ соответствуют СНиП 2. 01. 02-85 [5]. Рис. 6. 1. Зоны досягаемости моторного поля тела человека.
Рис. 6. 2. Зоны досягаемости и оптимальной зоны моторного поля.
Для снижения нагрузки на глаза, дисплей должен быть установлен наиболее оптимально с точки зрения эргономики: верхний край дисплея должен находится на уровне глаз, а расстояние до экрана должно составлять от 28 до 60 см. Мерцание экрана должно происходить с частотой fмер>70 Гц.
Рабочие места в лаборатории расположены перпендикулярно оконным проемам, это сделано с той целью, чтобы исключить прямую и отраженную блесткость экрана от окон и приборов искусственного освещения, которыми являются лампы накаливания, т. к. газоразрядные лампы при работе с дисплеями применять не рекомендуется (с целью снижения нагрузки на глаза). Освещенность рабочего места.
При проектировании рабочего места должна быть решена проблема как искусственного, так и естественного освещения. Освещение не только необходимо для выполнения производственных заданий, оно еще и влияет на психическое и физическое состояние работающего. Требования к рациональной освещенности производственных помещений сводятся к следующим: правильный выбор источников света и системы освещения;
создание необходимого уровня освещенности рабочих поверхностей; ограничение слепящего действия света; устранение бликов, обеспечение равномерного освещения;
ограничение или устранение колебаний светового потока во времени. При недостаточной освещенности и напряжении зрения состояние зрительных функций находится на низком функциональном уровне, в процессе выполнения работы развивается утомление зрения, понижается общая работоспособность и производительность труда, возрастает количество ошибок.
Освещенность на рабочем месте должна соответствовать зрительным условиям труда согласно гигиеническим нормам. Так, в соответствии с ГОСТ 12. 1. 006-84 [11], освещенность при работе с дисплеем должна быть 200 лк, а в сочетании с работой с документами - 400 лк.
Равномерное освещение понимается как отношение интенсивностей наименьшего и наибольшего световых потоков. Отношение освещенностей рабочей поверхности к полной освещенности окружающего пространства не должно превышать 10: 1, так как при переводе взгляда с ярко- на слабоосвещенную поверхность глаз вынужден адаптироваться, что ведет к развитию утомления зрения и затрудняет выполнение производственных операций.
Применяется мягкий рассеянный свет из нескольких источников, светлая окраска потолка, стен и оборудования.
Направление света определяется необходимостью объемного восприятия объекта и стремлением не допустить ослепления прямым или отраженным светом. Удобным направление искусственного света считается слева сверху и немного сзади. Прямая блесткость появляется в результате наличия источника света непосредственно в поле зрения оператора, отраженная блесткость - в результате наличия внутри поля зрения отражающих ярких поверхностей. Прямую блесткость можно уменьшить избегая ярких источников света в пределах 60 см от центра поля зрения. Отраженную блесткость можно уменьшить используя рассеянный свет и применяя матовые поверхности вместо полированных. Для уменьшения бликов от экрана монитора, затрудняющих работу оператора, необходимо использовать экранные фильтры, повышающие контрастность изображения и уменьшающие блики, или мониторы с антибликовым покрытием.
Важной задачей является выбор вида освещения (естественное или искусственное). Применение естественного света имеет ряд недостатков: поступление света как правило, только с одной стороны; неравномерность освещенности во времени и пространстве; ослепление при ярком солнечном свете и т. п.
Применение искусственного освещения помогает избежать рассмотренных недостатков и создать оптимальный световой режим. Однако применение помещений без окон создает в ряде случаев у людей чувство стесненности и неуверенности. И для правильной цветопередачи нужно выбирать искусственный свет со спектральной характеристикой, близкой к солнечной. Экологичность проекта.
Основным вредным воздействием на природу для данного проекта являются различные излучения. В помещении, где предполагается эксплуатация системы, основным источником электромагнитного, ионизирующего и лазерного излучения, электростатического и магнитного поля является ПЭВМ, а точнее, ее монитор устройство для визуального представления информации, хранимой в памяти ЭВМ. Использующиеся в качестве мониторов жидкокристаллические дисплеи не дают вредных излучений, поэтому рассмотрим только излучения мониторов на основе электронно-лучевых трубок. Такие мониторы являются источником нескольких видов электромагнитного излучения определенных диапазонов электромагнитного спектра. Реальная интенсивность каждого диапазона, частота и другие параметры зависят от технической реализации конкретного монитора, наличия экранирования и других факторов. Возможные электромагнитные излучения и поля:
рентгеновское излучение - возникает внутри электронно-лучевой трубки, когда разогнанные электроны тормозятся материалом экрана;
оптические виды излучения - возникают при взаимодействии электронов и люминофора экрана;
высокочастотные электромагнитные поля - связаны с частотой формирования элементов изображения, а также с интенсивностью электронного луча; низкочастотные электромагнитные поля - возникают в связи с потенциалом разгона и проводимостью поверхности экрана;
К условиям применения электронно-лучевой трубки относятся внешняя освещенность и расстояние наблюдения. Внешняя освещенность делится на три уровня: низкий (10 - 50 лк); средний (500 - 1000 лк); высокий (более 10000 лк).
Если освещенность превышает 30000 лк, то необходимы меры для ее снижения. Источником рентгеновских лучей внутри монитора является внутренняя флуоресцирующая поверхность экрана. Незначительное рентгеновское излучение регистрируется лишь на расстоянии нескольких миллиметров от поверхности экрана, на расстоянии же от экрана 30 - 40 см рентгеновское излучение не регистрируется.
Для защиты от вредного воздействия излучений возможно применение заземленных защитных экранов, значительно уменьшающих их интенсивность. Кроме того, рекомендуется использовать мониторы, отвечающие спецификации MPR II, разработанной Шведским Национальным Советом по Измерениям и Тестированию (указывается зарубежный стандарт, так как большая часть эксплуатируемой и закупаемой вычислительной техники произведена не в России). Спецификация определяет уровень электромагнитного излучения мониторов для двух полос частот: 5 Гц - 2 кГц и 2 - 400 кГц. Напряженность электрического поля в нижней полосе не должна превышать 25 В/м, в верхней - 2. 5 В/м, соответственно напряженность магнитного поля 250 и 2. 5 нТ
Интенсивность энергетических воздействий в рабочем помещении нормируется ГОСТ 12. 1. 002-84 [12].
Методы обеспечения стойкости типовых схем, узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры к воздействию сильных ЭМИ Общие сведения
Проблема обеспечения стойкости современной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) к воздействию электромагнитных излучений (ЭМИ) так же, как и для ионизирующих излучений (ИИ), имеет ярко выраженный системный, комплексный характер как в техническом, так и в организационном отношениях. Обусловлено это тем, что, влияние ЭМИ выражается как в непосредственном воздействии полей на элементы и блоки РЭА, так и в воздействии импульсных напряжений и токов, наводимых ЭМИ в проводах и кабелях, на элементы входов РЭА. Поэтому стойкость радиоэлектронных систем к воздействию ЭМИ зависит не только от стойкости элементов к воздействию полей ЭМИ, но и от их электрической прочности и от того, как соединяются и компонуются эти элементы. Каждый из типов аппаратуры требует конкретного комплекса мероприятий, сущность которых раскрыта ниже в изложении методов повышения и обеспечения стойкости РЭА к действию ЭМИ: конструкционных, схемотехнических, структурно-функциональных [13], [14]. Тот или иной метод повышения стойкости следует выбирать применительно к конкретной аппаратуре в зависимости от ее функционального назначения и конструктивных особенностей. Конструкционные методы
Общий принцип конструкционных методов защиты от ЭМИ состоит в улучшении экранирования кабелей, аппаратуры, выбора наилучших схем заземления для каждого конкретного случая.
Экранирование является наиболее радикальным и, можно сказать, единственным эффективным способом защиты проводных линий. Оно позволяет одновременно решать следующие задачи: уменьшать опасные напряжения, наводимые в линиях под действием ЭМИ, а также уровни полей, проникающих в экранированные блоки по линиям связи. При использовании экранированных проводных линий следует учитывать, что эффективность экранирования в значительной степени зависит от места присоединения экранирующей оплетки к системе заземления объектов и качества этих соединений. Применение экранирующей оболочки, не соединенной с заземлением, не дает практически экранирующего эффекта. Это объясняется тем, что в данном случае в оболочке не возникают токи, поле которых могло бы уменьшить магнитную составляющую ЭМИ. Помимо экранирования для уменьшения амплитуды напряжений, действующих в соединительных линиях в результате воздействия ЭМИ, следует выполнять эти связи с помощью симметричных линий. Симметрирование заключается в скручивании с определенным шагом проводов линии для выравнивания параметров каждого из них по отношению к земле. В этом случае напряжение, действующее на нагрузке, равно разности напряжений, наведенных ЭМИ в прямом и обратном проводах линии, и тем меньше, чем меньше отличаются полные сопротивления этих проводов относительно земли или экранной оболочки линии.
Значительное снижение влияния напряжений и токов, наводимых ЭМИ в соединительных линиях на элементы аппаратуры, достигается применением гальванического разделения внутренних и внешних линий связи. В качестве элементов гальванического разделения могут быть использованы трансформаторы, датчики Холла и т. д.
Выбор того или иного конструктивного метода защиты от действия ЭМИ зависит от особенностей защищаемой аппаратуры. Перечисленные мероприятия позволяют существенно снизить наводимые в соединительных линиях и действующие на подключенную к ним аппаратуру токи и напряжения. Однако имеются случаи, когда этих мер недостаточно. В этом случае обычно используются схемотехнические методы повышения стойкости РЭА к действию ЭМИ. Схемотехнические методы.
Использование этих методов повышения стойкости аппаратуры к воздействию ЭМИ определяется тем, что не всегда удается осуществить идеальное экранирование. Кроме того, с внешних кабельных линий и соединений аппаратуры могут поступать наведенные ЭМИ импульсные напряжения, превышающие электрическую прочность отдельных элементов или вызывающие сбои, ложные срабатывания и другие нежелательные процессы. В таких случаях для ограничения значительных по амплитуде токов и напряжений используют вилитовые и газонаполненные искровые разрядники.
Защита с помощью разрядников состоит в том, что в каждую жилу кабеля параллельно нагрузке включается разрядник. При возрастании амплитуды импульса до напряжения зажигания разрядника последний пробивается и замыкает жилу кабеля на землю. Разрядники чаще всего используются в качестве первой ступени многоступенчатых схем защиты. В некоторых случаях в качестве первой ступени защиты могут быть использованы специальные защитные фильтры. Принципиальные схемы таких фильтров не отличаются от общепринятых. Однако при выборе комплектующих элементов, входящих в состав защитных фильтров, необходимо руководствоваться тем, что эти элементы подвергаются воздействию значительных по амплитуде импульсных напряжений. В целом первая ступень защитного устройства необходима для ограничения энергии, поступающей на следующие ступени защитного устройства. В качестве этих ступеней (вторая, третья и т. д. ) защиты применяются кремниевые диоды и стабилитроны. Эти элементы защиты при правильном схемном решении способны понизить опасное напряжение с сотен вольт до 1 В и менее. Для ограничения опасного напряжения диоды включаются с нагрузкой параллельно или последовательно. Последовательное включение диода с нагрузкой часто встречается в схемах продольной защиты устройств. При таком включении диода ограничение напряжения на нагрузке происходит только в одном направлении. Для защиты от импульсов напряжения любой полярности используется встречно-параллельное включение диодов. Барьерные емкости используемых в подобных схемах диодов должны быть минимальными, чтобы не влиять на частотную характеристику схемы. Подобным схемам присущ существенный недостаток: порог ограничения этих схем не превышает 0, 3 .... 0, 4 В. Для повышения порога ограничения входного напряжения до 0, 6.... 0, 8 В в каждую ветвь последовательно включаются два диода. При этом общая емкость устройства защиты уменьшается вдвое. Однако дальнейшее увеличение числа диодов в ветвях нежелательно, так как увеличивается общее активное сопротивление ветви и, как следствие, ухудшается способность схемы ограничивать перенапряжения. Для увеличения порога ограничения вместо диодов можно использовать кремниевые стабилитроны. В этом случае порог ограничения определяется напряжением стабилизации стабилитрона. Однако кремниевые стабилитроны обладают большой барьерной емкостью, что влияет на частотные свойства защищаемой аппаратуры. Для уменьшения барьерных емкостей применяют комбинацию стабилитронов и высокочастотных диодов, благодаря чему достигаются высокий порог ограничения и малая барьерная емкость устройства защиты. Кроме приведенных выше схем защиты входа аппаратуры существуют схемы защиты отдельных элементов от перегрузок по току и напряжению, основанные на применении дополнительных элементов, поглощающих часть энергии помехи. К таким защитам относятся: включение последовательной LC-цепи, применение шунтирующего диода, включение выравнивающих конденсаторов, включение диода в коллекторную цепь для защиты транзистора от перенапряжений одной полярности, включение токоограничивающих резисторов последовательно с выводами транзисторов.
В последнее время широко распространен такой вид ограничителей напряжения, как лавинные диоды. Это кремниевые диоды с p-n-переходом, использующие эффект лавинного пробоя и характеризующиеся высоким показателем нелинейности вольт-амперной характеристики. Последнее означает, что в широком диапазоне токов перегрузки напряжение на ограничительном диоде, а следовательно в защищаемой цепи, изменяется незначительно. Эти приборы образуют отдельный подкласс диодов и имеют наименование“диод ограничительный”. Ограничительные диоды подразделяют на симметричные, несимметричные и с встроенными малоемкостными импульсными диодами, они имеют диапазон порога ограничения напряжений 0, 7.... 3100 В. Ограничительные диоды стали неотъемлемой частью интегральных схем, МОП-транзисторов и гибридных схем. Они предохраняют эти схемы не только от переходных процессов, но и от электростатических разрядов. В этом случае для защиты ИС ограничительные диоды включают в каждую цепь питания. Особенно чувствительны к переходным процессам микропроцессоры. Их отказы могут возникать даже при перенапряжениях 10 В и длительности импульса 30 нс. Ограничительные диоды, установленные в цепях питания и во входных цепях микропроцессора, обеспечивают его защиту от всех видов перенапряжений. Описанные схемотехнические методы предназначены в основном для предотвращения необратимых отказов элементов и аппаратуры РЭА. В результате их действия, основанного на шунтировании или запирании защищаемых цепей на время действия перегрузки, неизбежно происходит потеря или искажение передаваемой в это время полезной информации. Для обеспечения возможности передачи неискаженной информации во время воздействия ЭМИ, наряду с конструкционными и схемотехническими методами, могут быть использованы структурно-функциональные методы. Структурно-функциональные методы
Суть методов заключается в правильном выборе функциональных принципов построения аппаратуры и структуры сигналов. В связи с тем, что уровень стойкости РЭА существенно зависит от исходных принципов, заложенных в нее на начальном этапе проектирования, то соответствующий выбор принципа и алгоритма передачи рабочих сигналов при разработке функциональной схемы изделия может во многом содействовать снижению чувствительности аппаратуры к действию ЭМИ или восстановлению ее работоспособности после воздействия.
Общепринятыми принципами для всех видов аппаратуры являются применение в аппаратуре дублирования, резервирования критичных подсистем, увеличение мощности рабочих сигналов, размыкание цепей в нерабочем состоянии и т. д. Другие принципы вытекают из специфики конкретных изделий РЭА. Обычно требования по стойкости к ЭМИ вступают в противоречия с другими требованиями к аппаратуре. Поэтому необходимо тщательно взвешивать уже на начальном этапе проектирования РЭА все преимущества и недостатки выбранных мер по обеспечению требуемого уровня стойкости РЭА к действию ЭМИ и продолжать решать эту задачу на всех этапах разработки, производства и эксплуатации систем. Выводы
В соответствии с изложенными в п. п. 6. 2, 6. 3 и 6. 4 требованиями к рабочему месту и помещению с точки зрения безопасности и экологичности рассмотрим, в какой степени этим требованиям соответствует рабочее место, на котором производилась работа.
Требования электробезопасности, указанные в п. 6. 2. 1, в рабочем помещении полностью соблюдены.
Пожарная безопасность обеспечена не в полной мере - отсутствует пожарная сигнализация, огнетушители. Из средств пожаротушения имеются по два гидранта на каждом этаже здания. Также на каждом этаже вывешен план эвакуации людей в случае пожара.
Шумы и вибрации на рабочем месте практически отсутствуют. Рабочее помещение расположено окнами во двор, поэтому уличных шумов и вибраций нет. Шум и вибрация в помещении создаются только работающими ПЭВМ, но они создают максимальный уровень шума до 35дБ (по техническому паспорту), что соответствует СНиП 2. 01. 02-85 [5] (меньше 50дБ).
Концентрация вредных веществ в воздухе рабочего помещения ничтожно мала и не опасна для здоровья. Содержание обычной пыли в атмосфере помещения также невелико, так как ежедневно производится влажная уборка помещения. Требования к микроклимату и вентиляции обеспечиваются автономным кондиционером КБ2-2. 24В-11Т2. Данный кондиционер осуществляет автоматическое поддержание заданной степени охлаждения или нагрева, осушение, вентиляцию и очистку воздуха от пыли. Производительность обработки воздуха у кондиционера 500 м3/ч, что позволяет поддерживать оптимальный микроклимат в помещении объемом 180 м3. В ввиду того, что все рабочие помещения имеют относительно небольшую площадь, то в теплое время года приемлемым является проветривание открытием окон перед началом рабочего дня и в течение обеденного перерыва.
Конструкция рабочего места и взаимное расположение всех его элементов (сиденье, органы управления, средства отображения информации) соответствуют антропометрическим, физиологическим и психологическим требованиям, а также характеру работы. Конструкция рабочей мебели обеспечивает возможность индивидуальной регулировки соответственно росту работающего для поддержания удобной позы. Дисплей расположен так, что его верхний край находится на уровне глаз на расстоянии около 40 см, что укладывается в в допустимые рамки от 28 до 60 см. Частота мерцания экрана fмер=100 Гц, что соответствует условию fмер>70 Гц.
Рабочее место расположено перпендикулярно оконным проемам, это сделано с той целью, чтобы исключить прямую и отраженную блесткость экрана от окон и приборов искусственного освещения, которыми являются лампы накаливания. Интенсивность энергетических воздействий от ПЭВМ не превышает норм, установленных ГОСТ 12. 1. 002-84 [12], допускающих работу в помещении в течение всего рабочего дня.
На основании вышесказанного можно сделать вывод, что рабочее место удовлетворяет экологическим нормам и требованиям безопасности, за исключением пожарной безопасности. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результатом данной дипломной работы явилась система формирования, обработки и анализа структуры электронного гипертекстового учебника, написанного на языке HTML. Данная система призвана облегчить труд преподавателей в частности и разработчиков автоматизированных обучающих систем вообще. Разработанная система решает следующие задачи:
Построение структуры понятий электронного гипертекстового учебника. Отображение полученной структуры в наглядном и удобном для пользователя виде (в виде графа): поиск элемента в структуре;
возможность перехода от просмотра структуры к просмотру учебника; Обработка полученной структуры: проверка корректности определений в структуре; выделение списка исходных (неопределяемых) понятий; выделение подструктуры по заданному множеству понятий.
Разработанная система состоит из двух функционально законченных модулей: модуля формирования структуры, реализованного в среде визуального программирования Delphi 3. 0, и модуля отображения и обработки структуры, реализованного в виде Java-апплета...
В ходе работы над проектом был проведен анализ сегодняшнего состояния автоматизированных обучающих систем и средств их разработки, были выявлены их достоинства и недостатки. На основе этого были сформулированы требования к обучающей системе, часть из которых легла в основу данного дипломного проекта. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ГОСТ 12. 1. 019-79. ССБТ. Электробезопасность. Общие требования. ГОСТ 25861-83. Машины вычислительные и системы обработки данных. Требования электрической и механической безопасности и методы испытаний. ГОСТ 12. 1. 033-81. ССБТ. Пожарная безопасность объектов с электрическими сетями. ГОСТ 12. 1. 004-85. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. СНиП 2. 01. 02-85. Противопожарные нормы и правила.
ГОСТ 12. 1. 003-83. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. ГОСТ 12. 1. 005-88. ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.
СНиП 2. 04. 05-86. Отопление, вентиляция и кондиционирование. ГОСТ 12. 2. 032-78. ССБТ. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования.
ГОСТ 22269-76. Система “человек-машина”. Рабочее место оператора. Взаимное расположение элементов рабочего места. Общие эргономические требования.
ГОСТ 12. 1. 006-84. ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Общие требования безопасности.
ГОСТ 12. 1. 002-84. ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Мырова Л. О. , Чепиженко А. З. Обеспечение стойкости аппаратуры связи к ионизирующим и электромагнитным излучениям. М. : Радио и связь, 1988. ГОСТ 18298-79. Стойкость аппаратуры, комплектующих элементов и материалов радиационная. Термины и определения.
Алгоритмы и программы решения задач на графах и сетях / Нечепуренко М. И. , Попков В. К. , Майнагашев С. М. и др. - Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1990. 515с. Кристофидес Н. Теория графов. М. , "Мир", 1978.
Баженова И. Ю. Язык программирования Java - М. : Диалог-МИФИ, 1997 - 288 с. Джамса К. Изучи сам JAVA сегодня - Мн. : ООО "Попурри", 1996 - 416 с. Норенков Ю. И. , Михайловский О. В. Адаптивная автоматизированная обучающая система. //Конференция по искусственному интеллекту КИИ -94. Сб-к трудов. Тверь, 1994. - С. 72-76.
Андриенко Г. Л. , Андриенко Н. В. Интеллектуальная гипертекстовая система для исследования проблем и обучения. // Конференция по искусственному интеллекту КИИ-94. Сб-к трудов. Тверь, 1994. - С. 58-62.
Миллер Т. , Пауэл Д. Использование Delphi 3. Специальное издание. К. : Диалектика, 1997. Доклад Уважаемые члены аттестационной комиссии!
За последнее время существенно увеличились объемы и сложност учебных материалов в средней и высшей школах. Поэтому большое внимание уделяется применению прогрессивных методик обучения, в том числе с использованием вычислительной техники.
Существует довольно много обучающих систем и средств для их разработки. Проведенный анализ показал либо отсутствие, либо недостаточную развитость в данных системах некоторых средств, весьма важных и полезных для разработчиков и пользователей. Поэтому мы сформулировали список некоторых требований обучающим системам. Требования к среде разработчика учебника изображены на плакате 1. Требования к учебнику со стороны пользователя изображены на плакате 2. Реализация всех этих возможностей выходит за рамки одного проекта, поэтому в данном проекте решаются только следующие задачи:
формирование структуры понятий электронного гипертекстового учебника; визуализация полученной структуры в наглядном и удобном для пользователя виде; обработка полученной структуры, то есть: проверка корректности определений в структуре; выделение списка исходных (неопределяемых) понятий;
выделение подструктуры по заданному множеству понятий, то есть по цели обучения или по результатам тестирования.
Исходными данными для проекта послужил гипертекстовый электронный учебник, написанный на языке HTML, о котором шла речь в предыдущем дипломном проекте. Как было сказано, учебник логически разбит на параграфы определенного типа (определение, теорема и пр. ) и данные параграфы синтаксически выделены в HTML страницах. Подобная организация позволяет обрабатывать данный учебник с целью формирования его структуры.
Для решения названных задач необходимо было выбрать форму представления структуры. Известно несколько способов описания таких структур (в виде семантических сетей, в виде И-ИЛИ графа и т. д. ). Для решения моих задач наиболее удобным показалось представление структуры в виде ориентированного графа. В этом графе вершинам соответствуют понятия, и два понятия связаны дугой, если одно понятие непосредственно определяется через другое. Так как исходный учебник просматривается через браузер, то для тесной с ним связи необходимо, чтобы разрабатываемая система также работала под управлением браузера. Но из соображений безопасности, на программы, которые могут выполняться браузерами, наложены серьезные ограничения, например, отсутствие возможности записи файлов. В связи с этим было принято решение реализовать систему в виде двух отдельных функционально законченных модулей. Первый модуль производит обработку электронного учебника, формирование его структуры и запись данной структуры в файл в принятом формате. Данный модуль является самостоятельным приложением и реализован в среде программирования Delphi 3. 0. Алгоритм его работы изображен на плакате 3. Процесс формирования структуры разбит на два этапа.
Первый этап - просмотр учебника и составление списка всех понятий, построенных по описанной в предыдущем проекте схеме. При этом для каждого параграфа составляется список всех ссылок, обнаруженных внутри него, в виде имени страницы плюс непосредственно имени ссылки.
Второй этап - анализ данного списка понятий, с целью построения связей между ними. Анализируются внутрипараграфные ссылки и на их основе строятся связи между понятиями.
Второй модуль выполняет функции, связанные с отображением и обработкой полученной структуры. Этот модуль является программой, исполняемой под управлением браузера, а именно Java-апплетом. Внешний вид его показан на плакате 5.
Данный модуль считывает сформированную первым модулем структуру учебника и отображает ее в виде ориентированного графа. Визуализация потребовала определения вида вершин на экране, их расположения, связей между ними. Вершины типа определения представляются в виде прямоугольника, типа теорема - в виде эллипса, связи между ними изображены стрелками.
Первой задачей обработки структуры является задача проверки ее корректности. Понятие А считается некорректным, если оно определено через понятие В, которое в свою очередь определено через понятие А, напрямую или косвенно. Иными словами, если применить это к графу понятий, то можно сказать, что в графе не должно быть контуров. Для отыскания контуров в графе понятий используется известный метод поиска в глубину с сохранением пути.
Второй задачей является выделение списка исходных понятий. Исходными понятиями являются те понятия, при определении которых не используются другие содержащиеся в учебнике понятия. В графе понятий таковыми являются начальные вершины графа, то есть не имеющие входящих дуг. Алгоритм выделения этого списка таков. Просматриваются по очереди все вершины графа, если данная вершина не имеет входящих дуг, то она заносится в список исходных понятий. Представление списка исходных понятий показано на плакате 4.
Следующей задачей является выделение подструктур по заданному множеству понятий. Здесь возможны два варианта.
В первом варианте необходимо выделить подструктуру по цели, то есть от вершин цели до исходных понятий. Во втором варианте выделяется подструктура учебника по выявленным в процессе тестирования студента, известным ему понятиям, которые в данном случае считаются исходными.
Для обоих вариантов используется один и тот же метод: находятся пути для каждой пары вершин, одна их которых выбранная, а другая конечная или начальная, затем эти пути объединяются и получается искомая подструктура.
Результатом данного дипломного проекта явилась система формирования структуры электронного гипертекстового учебника и решение на ней ряда задач. Разработанная система состоит из двух функционально законченных модулей: модуля формирования структуры, реализованного в среде визуального программирования Delphi 3. 0, и модуля отображения и обработки структуры, реализованного в виде Java-апплета...