Термин фрейм (от английского frame, что означает “каркас” или “рамка”) был предложен Марвином Минским в 70-е годы для обозначения структуры знаний для восприятия пространственных сцен.
Традиционно структура фрейма может быть представлена как список свойств (слотов):
(ИМЯ ФРЕЙМА:
(имя первого слота: значение первого слота),
(имя второго слота: значение второго слота),
 (имя N-ого слота: значение N-ого слота)).
Ту же запись можно представить в виде таблицы 3.1, дополнив ее двумя столбцами.
Таблица 4.1- Структура фрейма

Имя фрейма
Имя слота	Значение слота	Способ получения слота	Присоединен- ная процедура

В таблице дополнительные столбцы предназначены для описания способа получения слотом его значения и возможного присоединения к тому или иному слоту специальных процедур, что допускается в теории фреймов. В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма. Так образуются сети фреймов.
Достоинство фрейма заключается в том, что элементы, присутствующие в описании объекта или события, группируются в самостоятельную структурную единицу, и поэтому могут извлекаться и обрабатываться как единое целое.
Специальные языки представления знаний в сетях фреймов: FRL (Frame Redivsentation Language), KRL (Knowledge Redivsentation Language) и другие программные средства.
На разных этапах формирования модели предметной области возможно использование тех или иных языков представления знаний. Например, при описании понятий предметной области лучше использовать фреймы, так как его структура представлена в виде таблицы, что обуславливает наглядность. А также, описание понятия происходит по его свойствам, что облегчает понимание.

4 Выбор среды реализации

Для разработки качественного продукта, конкурентно способного на рынке программных продуктов, необходимо применять современные среды разработки. На данный момент существуют следующие универсальные средства разработки программных продуктов: Visual Studio version 6, Borland C++ Builder 5, Delphi 6. Имеются также математические пакеты моделирования (MahLAb, MathCad, Mathematica), в последних версиях которых добавлены возможности разработки интерфейса. Однако интерфейсные возможности данных средств сильно уступает возможностям разработки интерфейса универсальным программным средам. А интерфейсная часть является очень важной для разработки качественного компьютерного учебника.
Выбор сводится в выборе языка реализации между языками высоко уровня С++ и Pascal. Достоинство Pascal является более быстрая работа компилятора, однако он менее гибкий, предоставляет меньше средств при разработке программ. Поэтому был выбран язык С++, этот язык предоставляет возможность программирования с применением объектно-ориентированного подхода. У языка С++ более развита объектно-ориентированная поддержка чем у Pascal. Для языка С++ наиболее распространены среды разработки Visual С++ и Borland C++ Builder, выбор между ними дело вкуса программиста. К плюсам Visual С++ можно отнести мощную справочную систему Microsoft Developer Network (MSDN), а к плюсам Borland C++ Builder – меньшие требования к ресурсам компьютера при разработке программ.
В качестве реализации программ в ходе преддипломной практики выбрана система Borland C++ Builder 5, которая предоставляет удобный интерфейс для разработки программ, поддержку объектно-ориентированных программ, удобная и достаточна обширная справочная система.

5 Описание реализации программы

 

5.1 Механические испытания

При исследовании образцов различных материалов в лабораторных условиях необходимо регистрировать различные параметры. Кроме того, полученные в результате экспериментов данные нужно сохранять на бумажном носителе, а так же переносить информацию в ПК.
Установка ANDA предназначена для измерения частот автоциркуляции ультразвуковых колебаний в изделиях и образцах из различных материалов, скорость распространения ультразвуковых рэлеевских волн.
В состав установки входит нагружающая машина INSTRON, циркулятор с ультразвуковыми датчиками, ПК, компьютерный осциллограф. Для повышения помехоустойчивости АЦП смонтирован непосредственно на нагружающей машине INSTRON. Для выдачи результатов на бумажном носителе предусмотрено подключение принтера.
 SHAPE  \* MERGEFORMAT

INSTRON

АЦП

циркулятор

монитор

Системный блок

Устройства ввода

Осциллограф АСК 4106

Устройство вывода

ПК

Рис. 2.1 - Структурная схема установки
Образцы зажимали в оригинальные захваты. Подвижной является нижняя траверса, способная перемещаться с точно выверенной скоростью, меняющейся в пределах 0,005 – 1000 мм/мин. Верхний захват соединен с тензометрическим датчиком, максимальная измеряемая нагрузка которого 100 кН. Сигнал, подаваемый на двигатель управления пером самописца, имеет диапазон напряжений 0-10В, для обеспечения высокой точности измерения малых нагрузок используется переключатель диапазонов, обеспечивающий изменение коэффициента усиления сигнала датчика в зависимости от максимальной предполагаемой нагрузки. В качестве дополнительного модуля, позволяющего записывать измеренную силу непосредственно на компьютер, был разработан аналого-цифровой преобразователь (АЦП) последовательного приближения на основе микросхемы цифро-аналогового преобразования (ЦАП). Управление АЦП и подсчет напряжения на выходе усилителя осуществляется компьютером.

5.2 Математическое обеспечение систем автоматизации эксперимента

Одним из важных и неформализованных этапов экспериментальных исследований является выбор математического аппарата для преобразования и интерпретации априорной информации об изучаемом объекте и обработке полученных опытных данных.
Для обработки результатов эксперимента чаще всего применяют классические методы регрессионного и дисперсионного анализов [3].

5.2.1 Регрессионный анализ

Основой задачей регрессионного анализа является построение по экспериментальным данным математической модели изучаемого объекта или процесса, которая в данном случае носит название функции регрессии, уравнения регрессии, или просто регрессии. Итак, цель регрессионного анализа – получение формульной зависимости, связывающей значение выходной переменной y (выхода, отклика) объекта с факторами x1,x2,…x_k  при наличии аддитивной помехи случайного характера:

Для вычисления коэффициентов уравнения регрессии используют, как

правило, метод наименьших квадратов (МНК), в соответствии с котором оценки  находят из условия минимизации суммы квадратов отклонений измеренных значений отклика от значений, предсказанных уравнением регрессии:
                                  (1)
Минимум S (30) ищут обычным способом приравнивания к нулю частных производных S по , , в результате чего получается система, называемая системой нормальных уравнений:
                             (2)
Решение системы (2) в матричной форме:
                              (3)
где X – матрица независимых переменных Y – вектор-столбец наблюдений B – вектор-столбец эмпирических коэффициентов регрессии
Решение системы (31) в поэлементной форме:
                              (4)
где - элементы матрицы  (ковариационной матрицы),
В случае ортогонального планирования матрица  диагональна, т.е.  при  и формула (4) принимает вид
                             (5)
а для нормированных планов, когда :
                               (6)

5.2.2 Дисперсионный анализ

Техника дисперсионного анализа заключается в разбиении общей дисперсии наблюдаемой случайной величины на составляющие, порожденные независимыми источниками влияния на исследуемую случайную величину, и последующем сравнении этих составляющих.
Если имеются m блоков наблюдений над случайной величиной y по n наблюдений в каждом блоке, то вначале вычисляются суммы квадратов:
- общая
- межблоковая                                                (7)
- внутри блоков

где         
Для вычисления оценок соответствующих дисперсий вычисленные суммы квадратов делятся на числа степеней свободы    
                  (8)
(соответственно общая оценка дисперсии, оценка дисперсии между блоками, оценка дисперсии внутри блоков или остаточная дисперсия).
Далее две составляющие  и  сравниваются между собой с помощью критерия Фишера по стандартной процедуре: вычисляется F- отношение  и сопоставляется с , выбранным из таблицы по заданному уровню значимости . При  влияние фактора A признается несущественным. Другие вычислительные формулы для сумм квадратов:

                        (9)

где , , .

5.3 Формирование модели предметной области

5.3.1 Этапы формирования модели

Рассмотрим этапы формирования модели:
1.    Идентификация проблемы;
2.    Получение (извлечение) знаний;
3.    Структурирование (концептуализация) знаний;
4.    Формализация. 
На этапе идентификации проблемы уточняется задача, планируется ход разработки модели, определяются:
-   необходимые ресурсы (время, тип ЭВМ);
-   источники знаний (книги, методики и др.);
-   классы решаемых задач.
На стадии получения (извлечения) знаний происходит получение наиболее полного из возможных представлений о предметной области и способах принятия решения в ней. Извлечение знаний может происходить с использованием различных методов.
При структурировании или концептуализации знаний выявляется структура полученных знаний о предметной области, то есть определяются:
-   терминология;
-   список основных понятий и их атрибутов;
-   отношения между понятиями.
На этом этапе происходит разработка описания знаний о предметной области в виде графа, таблицы, диаграммы, которая отражает основные концепции и взаимосвязи между понятиями предметной области.
Этап формализации заключается в разработке базы знаний на языке представления знаний.
Традиционно на этом этапе используются:
-   логические методы;
-   продукционные модели;
-   семантические сети;
-   фреймы.
В свою очередь этапы структурирования и формализации для конкретной предметной области можно разделить на несколько подэтапов:
1.  Формирование параметров и их значений;
2.  Формирование сети связей параметров;
3.  Пополнение базы знаний.
Подробное описание этих подэтапов при формировании модели анализа работоспособности элементов металлоконструкций рассмотрено далее.

5.3.2 Формирование параметров и их значений

При формировании модели предметной области сначала выделяется множество параметров (количественных и качественных), описывающих объект моделирования или моделируемый процесс.
Параметры – это характеристики предметной области.
То есть здесь определяется список основных понятий и их атрибутов.
При формировании модели анализа работоспособности элементов металлоконструкций выделяются следующие параметры:
-   марка стали;
-   вид поставки;
-   сечение;
-   текущая скорость ультразвука;
-   текущее напряжение;
-   предел упругости;
-   предел прочности;
-   скорость ультразвука;
-   коэффициент наклона;
-   коэффициент начального смещения;
-   напряжение;
-   расчитываемый предел прочности;
-   оценка локальных напряжений;
-   оценка прочности металлоконструкций.
Каждому параметру соответствует множество его дискретных или непрерывных значений. Например, для качественных параметров могут быть следующие значения:
для параметра “марка стали”- сталь Вст3кп, сталь 09Г2С, сталь 15ХСНД, сталь 10ХСНД, сталь65Г, сталь 12Х18Н10Т;
для параметра “вид поставки”- прокат горячекатанный ГОСТ 380-71, листы горячекатанные ГОСТ 16523-70, листы холоднокатаные ГОСТ 16523-70, сортовой и фасонный прокат ГОСТ 19281-73, листы и полосы ГОСТ 19282-73 и т.д.
Аналогично для количественных параметров с дискретными значениями также перечисляются все возможные значения.
Для количественных параметров с непрепывными значениями указывается интервал изменений значений. Например:
для параметра “предел упругости”- >=195 <=365 МПа;
для параметра “предел прочности”- >=360 <=490 МПа.
При формировании значений параметров “коэффициент наклона” и “коэффициент начального смещения”, были проведены исследования металлоконструкций из разных марок сталей. А получение значения параметра “напряжение” расчитывается по методике [4].
Применительно к рассматриваемой предметной области выделено четыре качественных и десять количественных параметров.

5.3.3 Формирование сети связей параметров

Следующий шаг при формировании модели - построение сети связей, вершинами которой являются параметры, а дуги отражают непосредственные зависимости параметров друг от друга. Здесь определяются отношения между понятиями предметной области.
В истоках сети располагаются, так называемые, базовые параметры, значения которых не зависят от значений других.
Все остальные параметры так или иначе зависят от базовых.
Сначала определяются параметры, которые непосредственно зависят от истоков. Они составляют второй слой сети.
Затем определяются параметры, которые непосредственно зависят от параметров предыдущего слоя и т.д.
В стоках располагаются обобщенные параметры, характеризующие моделируемый процесс в целом.
Строить сеть можно как с истоков, так и со стоков.
Для формируемой модели в истоках сети располагаются параметры, характеризующие текущую ситуацию (исходные данные): марка стали, вид поставки, сечение, текущая скорость ультразвука, текущее напряжение. От них зависят параметры, характеризующие последствия.
Стоками сети является обобщенная оценка, диагноз.
Рассмотрим процесс построения сети взаимосвязей параметров.
Истоки сети:
-   марка стали;
-   вид поставки;
-   сечение;
-   текущая скорость ультразвука;
-   текущее напряжение.
Стоки сети:
-   оценка локальных напряжений;
-   оценка прочности металлоконструкций.
Начнем строить сеть со стоков. Для этого сначала пронумеруем параметры. Заметим, что нумерация параметров в сети должна идти по слоям. В каждом слое номера параметров должны быть больше, чем у параметров предыдущего слоя. Внутри одного слоя нумерация может быть произвольной. Нумерация должна быть без пропусков.
1.  Марка стали.
2.  Вид поставки.
3.  Сечение.
4.  Текущая скорость ультразвука.
5.  Текущее напряжение.
6.  Предел упругости.
7.  Предел прочности.
8.  Скорость ультразвука.
9.  Коэффициент наклона.
10. Коэффициент начального смещения.
11. Напряжение.
12. Расчетный предел прочности.
13. Оценка локальных напряжений.
14. Оценка прочности металлоконструкций.
Чтобы записать сеть параметров, необходимо для каждого параметра (кроме истоков) перечислить параметры, от которых он непосредственно зависит.
Для формируемой модели сеть параметров записывается следующим образом:
параметр1-исток;
параметр2-исток;
параметр3-исток;
параметр4-исток;
параметр5-исток;
параметр6-зависит от 1,2,3;
параметр7-зависит от 1,2,3;
параметр8- зависит от 1;
параметр9- зависит от 1;
параметр10- зависит от 1;
параметр11- зависит от 4,7,8,9,10;
параметр12- зависит от 4,5,8,9,10;
параметр13- зависит от 6,11;
параметр14- зависит от 7,12.
На рисунке 1 представлена сеть параметров.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

 

Рисунок 5.1 - Сеть связи параметров.

5.3.4 Правила и формулы

После того, как построена сеть для формируемой модели и для каждого параметра указано, от каких параметров он непосредственно зависит, необходимо показать, как именно его значения зависят от значений других параметров, то есть раскрыть вид зависимости.
Вид зависимости может задаваться совокупностью правил, либо аналитической формулой.
Продукционные правила-PR - это структурно-лингвистические модели представления процедурных знаний предметной области (рекомендаций, указаний, стратегий), которые формально записываются в виде следующих пар [2]:
PR1:= ЕСЛИ (ситуация), ТО (действие)
PR2:= ЕСЛИ (условие применимости), ТО (действие)
PR3:= ЕСЛИ (причина), ТО (следствие)
PR4:= ЕСЛИ (посылка), ТО (заключение)
Условия представляют собой некоторую комбинацию значений параметров, от которых непосредственно зависит параметр, для которого строится правило, а заключение содержит значение этого параметра, соответствующее данной комбинации.
В левой части правила, возможно, определение нескольких наборов условий, соединенных знаком “И”:
ЕСЛИ (1 ЕСТЬ P) И (2 ЕСТЬ C) ТО (3 ЕСТЬ 1)
или, если записать короче:  P & C - 1
(значения следуют в том порядке, который соответствует порядку следования параметров).
Одному параметру в левой части правила может соответствовать не одно значение, а несколько, соединенных знаком “ИЛИ”:
ЕСЛИ (1 ЕСТЬ М) И (2 ЕСТЬ с ИЛИ п) ТО (3 ЕСТЬ 0)
или, если записать короче:  М & с, п – о.
Если в правиле какой-либо параметр принимает любое значение, то вместо перечисления всех значений знаком “ИЛИ” в правиле ставиться пробел:
М &   - 0.
Однако в правой части правил не может стоять пробел так же, как и не может быть нескольких значений, соединенных знаком “ИЛИ”.
В правилах, где сравнивается параметр с константой или с текущим значением другого параметра используются следующие обозначения: ‘=’ (равно), ‘!=’ (не равно), ‘>’ (больше), ‘<’ (меньше), ‘>=’ (больше или равно), ‘<=’ (меньше или равно).
Для одного параметра в правиле может быть указано сразу несколько сравнений, например, если значение находится в интервале между двумя числами.
Приведем некоторые правила для формируемой модели.
Имеется правило: “Если “марка стали”- сталь Вст3кп (3) и “вид поставки”- прокат горячекатаный ГОСТ 380-71 (1) и “сечение”- <20 мм, то “предел упругости”- 235 МПа”. Это правило записывается следующим образом:
ЕСЛИ (1 есть 3) и (2 есть 1) и (3 есть <20 мм), ТО (6 есть 235 МПа).
Или, если записать короче: 3& 1 & <20мм - 235 МПа.
Для числовых параметров с непрерывными значениями вид зависимости значений параметра от других может задаваться арифметической формулой.
В формуле могут использоваться следующие знаки арифметических операций: ‘+’ (сложение), ‘-’ (вычитание), ‘*’ (умножение), ‘/’(деление).
Формулы могут быть какой угодно сложности.
Для формируемой модели параметры 11 и 12 зависят от параметров 4,7,8,9,10  и 4,5,8,9,10 соответственно арифметическими формулами:
11=(((@4 / @8) - @10)/ @9)*@7
12= (@5* @9)/ (( @4 / @8)- @10),
где @4 - обозначает значение параметра 4 при заданных истоках (текущее значение параметра 4).
Применение продукционных правил как модель представления знаний позволяет создавать продукционные экспертные системы, то есть системы, основанные на правилах.
Основные достоинства продукционных систем, определяющие новый стиль программирования:
-     обеспечивается быстрый отклик на изменяющиеся в широких пределах и во многом непредсказуемые ситуации внешней среды;
-     отдельные правила могут быть независимо добавлены в базу знаний, исключены или изменены, при этом не надо перепрограммировать всю систему;
-     достигается единообразие представления знаний в базе знаний, что облегчает их понимание человеком или интерпретацию другой подсистемой;
-     с помощью продукционных правил достигается естественность выражения;
-     при наличии соответствующего программного обеспечения возможна реализация параллельных вычислений.
Итак, определено множество параметров и для каждого параметра - множество значений, построена сеть, множество правил либо формула для каждого параметра.

6 Описание программы для пользователя

Для начала работы с системой необходимо запустить программу посредством запуска исполняемого файла непосредственно (?.exe).

6.1 Интерфейс “Главная форма”

Изображение интерфейса представлено на рисунке 6.1.

На главном окне расположен основной элемент управления программой. Элементом управления в главном окне является Панель управления. Действия, происходящие при нажатии элементов управления, приведены в таблице 6.2.

7 Тестирование
Реализованная экспертная система тестировалась в Лаборатории ………………………………………………………………………………
В процессе тестирования оценивалась и проверялась работа экспертной системы с целью приведения в соответствие с реальными запросами пользователей.
Рассмотрим, например, один из результатов тестирования:
Пусть исследуется конструкция, изготовленная из стали марки Вст3кп.
Необходимо выяснить условия дальнейшей эксплуатации исследуемой конструкции.
Результат, который выдает экспертная система представлен на рисунке 6.1.
Программа выдала значение: условия эксплуатации следует корректировать.
То есть необходимо уменьшить нагрузку в исследованной точке конструкции. Если невозможно это сделать, то не следует далее эксплуатировать конструкцию в целом.

8 Технико-экономическое обоснование работы

8.1 Обоснование целесообразности выполнения работы

В данной работе представлено технико-экономическое обоснование формирования модели анализа работоспособности элементов металлоконструкций.
Разработка экспертной системы (ЭС) заключается в представлении знаний в виде модели, которая затем заносится в базу знаний. ЭС имеет существенные достоинства при решении задач в данной предметной области (ПО):
-удобство работы;
-структурированное представление знаний;
-полученные решения сопровождаются объяснениями;

8.2 Оценка уровня качества разрабатываемого продукта

(эксплуатационно-технического уровня)
Для обобщающей характеристики модели можно использовать обобщающий индекс эксплуатационно-технического уровня J_ЭТУ, который рассчитывается как произведение частных индексов [17].
Для учета значимости отдельных параметров может быть применен балльно-индексный метод:
J_ЭТУ= ,                                (7.1)
где    J_ЭТУ- комплексный показатель качества по группе показателей;
         n- число рассматриваемых показателей;
         B_i- коэффициент весомости i-ого показателя в долях единицы, устанавливаемый экспертным путем (сумма весов всех рассматриваемых показателей должна составлять единицу);
         X_i- относительный показатель качества, устанавливаемый экспертным путем по выбранной шкале оценивания.
В качестве базового варианта выбрана построенная модель представления знаний.
В таблице 7.1 представлены результаты расчета балльно-индексным методом. Использована пятибалльная шкала оценивания.
Таблица 7.1- Расчет показателя качества балльно-индексным методом

Показатели качества	Коэффициент весомости	Проект		Аналог
1 Рациональность	0.1	4	0.4	2	0.2
2 Быстродействие	0.3	5	1.5	2	0.6
3 Круг решаемых задач	0.4	5	2	2	0.8
4 Удобство работы	0.2	4	0.8	1	0.2
Итого	1	JЭТУ=4.7		JЭТУ=1.8

        
Таким образом, разработанная модель представления знаний имеет более высокий показатель эксплуатационно-технического уровня по сравнению с аналогом.

8.3 Организация и планирование работы

Планирование работ заключается в составлении перечня работ, необходимых для достижения поставленных задач; определения исполнителей каждой работы; установлении продолжительности работ в рабочих днях; построение линейного графика.
Трудоемкость работ определяется с учетом срока окончания работ, объемом выполняемых функций. Для разработки модели было задействовано два человека.
Для определения ожидаемой продолжительности работы t_ож применяется вариант использования вероятностных оценок длительности работ. Он основан на использовании трех оценок: t_max, t_min, t_н.в.
t_ож= ,               (7.2)
где    t_min - кратчайшая продолжительность заданной работы (оптимистическая оценка);
         t_max - самая большая продолжительность работы (пессимистическая оценка);
         t_н.в - наиболее вероятная по мнению экспертов продолжительность работы (реалистическая оценка).
Результаты оценки трудоемкости отдельных видов работ оформлены в таблицу 7.2.
Таблица 7.2 - Оценка трудоемкости работ

Наименование работ	Исполнители (должность)	Кол-во человек	Продолжитель-ность работ
			tmin	tmax	tн.в	tож
1.     Обоснование необходимости в разработке модели	руководитель	1	1	1	1	1
2.     Постановка задачи	руководитель инженер	2	1	1	1	1
3.     Изучение предметной области	инженер	1	5	7	6	6
4.     Подбор и изучение литературы	руководитель инженер	2	16	18	17	17
5.     Разработка и утверждение технического задания	руководитель инженер	2	4	5	5	5
6.          Формирование исходных данных для создания ЭС	инженер	1	4	6	5	5
7.          Формирование параметров и их значений для ЭС	инженер	1	10	13	12	12
8.          Формирование сети параметров, правил и формул, используемых в ЭС	инженер	1	11	15	13	13
9.          Тестирование модели	руководитель инженер	2	1	1	1	1
10.       Оценка полноты решения поставленной задачи	руководитель инженер	2	1	2	2	2
11.       Рассмотрение вопросов безопасности жизнедеятельности, проведение экономических расчетов	инженер	1	6	8	7	7
12.       Оформление пояснительной записки	инженер	1	13	15	14	14
Итого							84

При составлении ленточного графика был охвачен весь перечень выполненных работ по теме. Он выполнен в форме таблицы 7.3.
Таблица 7.3- Построение ленточного графика

Перечень работ	Исполнители	Трудоемкость чел/дн	численность чел.	длительность дней	Продолжительность работ, недель
					1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1.     Обоснование необходимости в разработке модели	руково- дитель	1	1	1
2.     Постановка задачи	руково-дитель инженер	1	2	2
3.     Изучение предметной области	инженер	6	1	6
4.     Подбор и изучение литературы	руково-дитель инженер	10	2	20
5.     Разработка и утверждение технического задания	руково-дитель инженер	2	2	4			SHAPE  \* MERGEFORMAT
6.     Формирование исходных данных для создания ЭС	инженер	5	1	5
7.     Формирование параметров и их значений для ЭС	инженер	12	1	12
8.     Формирование сети параметров, правил и формул, используемых в ЭС	инженер	10	1	10
9.     Тестирование ЭС	руково-дитель инженер	1	1	1
10.  Оценка полноты решения поставленной задачи	руково-дитель инженер	2	2	4
11.  Рассмотрение вопросов безопасности жизнедеятельности, проведение экономических расчетов	инженер	4	1	4
12.  Оформление пояснительной записки	инженер	10	1	10
Общая длительность проведения работ				79

8.4 Расчет затрат на выполнение работы

Смета затрат на разработку проекта состоит из прямых и накладных расходов. Смета затрат вычисляется по формуле (1).
                            C_з=З_м+З_зп+З_мв+З_нр                                                              (7.3)
где    C_з -смета затрат, руб.;
         З_м -затраты на приобретение материалов, руб.;      
         З_зп -затраты на заработную плату (ЗП), руб.;
         З_мв -затраты на оплату машинного времени, руб.;
         З_нр -накладные расходы, руб.
Затраты на заработную плату включают в себя основную заработную плату (ОЗП), дополнительную заработную плату (ДЗП), отчисления от ЗП. Размер основной заработной платы устанавливается, исходя из численности исполнителей, трудоемкости и средней заработной платы за один рабочий день.

Таблица 7.4 - Расчет основной заработной платы

Исполнители	Трудое- мкость чел/дни	Месячный оклад, руб.	Среднеднев-ная заработная плата, руб.	Сумма ОЗП, руб.
Руководитель	17	1630	74	1258
Инженер	63	1000	45.5	2866.5
Итого				4124.5
30% от ОЗП				1237.35
Всего ЗП				5361.85

Средняя заработная плата= месячный оклад/ 22 дня                 (7.4)
Отчисления во внебюджетные фонды (ОВФ) составляет 26% от основной и дополнительной заработной платы.
ОВФ = 0.26*(ОЗП+ДЗП)=0.26*(4124.5+1237.35)=1394.08           (7.5)
Материалы, приобретенные в процессе этой работы, и их стоимость приведены в таблице 7.5.
Таблица 7.5 - Затраты на материалы (З_м)

Наименование материалов	Количество	Цена за единицу, руб.	Сумма, руб.
Бумага Дискеты Ватман	1(250 листов) 3 3	143 12 5	143 36 15
Итого			194

Оплата машинного времени (М_в) определятеся:
    З_мв=Время на отладку * Стоимость 1 часа М_в                         (7.6)
Время, затраченное на выполнение работ № 6,9,10,11,12 (смотри таблицу 7.2), составляет 60 часов. Один час М_в стоит 10 рублей.
          З_мв=60*10=600 (руб)                                        (7.7)
Итак, основные затраты (ОЗ) равны
      ОЗ=З_м+ОЗП+ДЗП+ОВФ+З_мв                          (7.8)
        ОЗ=194+4124.5+1237.35+1394.08+600=7549.93                    (7.9)
Размер накладных расходов (З_нр) планируется в 20% от суммы всех прямых затрат на выполнение работы. Т.е.
               З_нр=0.2*ОЗ=0.2*7549.93=1509.98 руб                            (7.10)
Расчет сметы затрат при создании модели приведены в таблице 7.6.
Таблица 7.6 – Смета затрат при создании модели

№	Статьи затрат	Сумма, руб.
Прямые расходы
1.	Материалы	194
2.	Основная заработная плата	4124.5
3.	Дополнительная заработная плата	1237.35
4.	Отчисления во ВФ (38%)	1394.08
5.	Оплата машинного времени	600
Накладные расходы (20%)		1509.98
Итого затрат		9059.91

8.5 Расчет текущих эксплуатационных затрат

Расчёт годовых эксплуатационных издержек производится методом прямого счёта на основе составляющих, приведённых ниже.
,                                    (7.11)
где  – затраты на зарплату обслуживающего персонала с начислениями, руб.;
 – амортизационные отчисления от стоимости оборудования и устройств системы, руб.;
 – затраты на потребляемую электроэнергию, руб.;
 – затраты на вспомогательные материалы, руб.;
 – затраты на текущие ремонты, руб.
Затраты на заработную плату обслуживающего персонала с начислениями рассчитываются следующим образом:
,                                (7.12)
где     – численность обслуживающего персонала (1 человек);
 – время, затраченное разработчиком i-ой квалификации, час.;
 – почасовая заработная плата работника i-ой категории;
 – количество категорий работников;
 – коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату в долях к основной заработной плате, ;
 – коэффициент учитывающий отчисления во внебюджетные фонды (органам социального страхования), .
Время, затраченное обслуживающим персоналом, рассчитывается по исходя из того, что продолжительность работы обслуживающего персонала программы в течении рабочего дня составляет 8 часов, следовательно, за год:
Продолжительность эксплуатации программы в течение рабочего дня составляет 6 часов, таким образом, за год T_g = 6*253=1518
 часов                                              (7.13)
Данные по заработной плате работников, занимающихся эксплуатацией системы:
Количество человек – 1;
Средний размер почасовой ставки – 17 руб.;
Затраты времени на работу – 1518 часов.
На основании вышеизложенного получаем:
руб.                  (7.14)
Амортизация – это отчисленный в денежном выражении взнос основных средств, в процессе их применения, производственного использования. Амортизационные отчисления рассчитываются по формуле:
,                                           (7.15)
где     – балансовая стоимость j-того вида оборудования, руб.;
 – норма годовых амортизационных отчислений, 25% (не материальные активы – 30%);
 – количество единиц j-ого вида оборудования;
 – время работы j-ого вида оборудования, час.;
 – эффективный фонд времени работы оборудования, час.
Балансовая стоимость оборудования (компьютер), руб.
Время, затраченное на работу на компьютере, составляет 1518 часов.
Эффективный фонд времени работы оборудования можно вычислить:
,                                              (7.16)
где     – количество рабочих дней в году, 253 дней;
 – норматив среднесуточной загрузки, 7 часов.
часов
руб.
Затраты на потребляемую электроэнергию рассчитываются следующим образом:
,                                        (7.17)
где     – установленная мощность, 0.2 кВт;
 – время работы оборудования, час;
 – тариф на электроэнергию, руб.
руб.
Затраты на материалы определяются нормативом (1-2%) от стоимости технических средств:
                                             (7.18)
где     – стоимость j-ого вида оборудования.
руб.
Затраты на текущие ремонты рассчитываются следующим образом:
,                                           (7.19)
где     – балансовая стоимость j-ого вида оборудования, руб.
 – норма отчислений на текущий ремонт.
руб.
Рассчитаем ориентировочную цену модели знаний по формуле:
                                                  Ц=С+П,                                    (7.13)
где    Ц-ориентировочная цена;
                   С-себестоимость модели;
                   П-прибыль.
Рассчитаем прибыль как 25% от себестоимости:
                        П=0.25*С=0.25*1250=312.5 руб.                  (7.14)
Следовательно, Ц=1250+312.5=1562.5 руб.
Теперь можно рассчитать годовой экономический эффект от разработки модели ПО.

8.6 Расчет годового экономического эффекта выполненной работы

Оценка экономической эффективности при создании модели основывается на расчете и сопоставлении показателей сравнительной экономической эффективности капитальных вложений и проводится по формуле:
                              Э_г=(З₁*J_эту2/J_эту1 - З₂)*А₂ ,                    (7.15)
где    Э_г -годовой экономический эффект от использования моделей, руб.;
         З₁, З₂- приведенные затраты на единицу работ, выполняемых с помощью базового и разрабатываемого продукта, руб.;
         J_эту2/J_эту1- коэффициент учета изменения эксплуатационно- технического уровня разрабатываемого и базового продукта;
         А₂- объем работ, выполняемых с помощью разрабатываемого продукта, натуральные единицы.
Приведенные затраты (З_i) на единицу работ, выполняемых по базовому и разрабатываемому варианту, рассчитываются по формуле:
                                     З_i =C_i+Е_н*К_i ,                          (7.16)
где    C_i -себестоимость (текущие эксплуатационные затраты на работу), руб;
         Е_н- нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений в средства вычислительной техники, Ен=0.33;
         К_i -удельные (на единицу работ) капитальные вложения, связанные с проектированием и внедрением модели. K_i состоит из сметной стоимости разработки и себестоимости модели:
Итак,
 З₂=З_{проекта}= 1250+0.33*(1250+9059.91)=4652.27 руб                   (7.17)
 З₁=З_{аналога}=1368.75+0.33*10656.9=4885.53 руб
J_эту2/J_эту1=4.7/1.8=2.6 (см. таблицу 1)
А₂=1
Тогда,
               Э_г =(4885.53*2.6- 4652.27)*1=8050.11 руб                     (7.18)
После определения годового экономического эффекта необходимо рассчитать срок окупаемости затрат на формирование модели (Т_ок):
                                       Т_ок =K/ Э_г,                                      (7.19)
где    K -единовременные капитальные затраты на формирование модели, состоящие из сметной стоимости разработки и себестоимости модели;
         Э_г -годовой экономический эффект.
Итак,
                Т_ок =(1250+9059.91)/ 8050.11 =1.28 года                        (7.20)
Затем целесообразно рассчитать фактический коэффициент экономической эффективности разработки (Е_ф) и сопоставить его с нормативным значением коэффициента эффективности капитальных вложений (Е_н):
                                Е_ф=Эг/ К=1/ Т_ок=1/ 1.28=0.78                          (7.21)
Так как Е_ф >> Е_н, то создание и дальнейшее использование модели знаний считается эффективным.

8.7 Вывод

В ходе проделанной работы найдены все необходимые показатели, доказывающие целесообразность данной работы. Эти данные сведены в таблице 7.7.
Таблица 7.7 - Результаты экономических расчетов

Затраты на выполнение работы	9059.91 руб.
Себестоимость модели	1250 руб.
Коэффициент экономической эффективности	0.78
Экономический эффект	8050.11 руб.
Срок окупаемости	1.28 года

Разработанная модель анализа работоспособности элементов металлоконструкций может быть реализована в любой программной среде. Ее использование позволит программистам, не общаясь с экспертом, ознакомиться с предметной областью, а также с решаемыми в ней задачами.

9 Вопросы охраны труда и безопасности жизнедеятельности

9.1 Введение

В связи с научно-техническим прогрессом проблема взаимодействия человека и современной техники стала весьма актуальной. Чрезвычайно велика роль человека-оператора, управляющего иногда не только отдельными машинами и агрегатами, но и целыми системами технических устройств, огромными потоками энергии.
Целью данного раздела является анализ опасных и вредных факторов труда инженера- программиста и разработка мер защиты от них, оценка условий труда.
В разделе также рассматриваются вопросы техники безопасности.
Работа инженера-программиста связана с программным обеспечением.
При этом используется: компьютер, цветной монитор, принтер, сканер.

9.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов

В целях предупреждения профессиональных заболеваний при воздействии опасных и вредных производственных факторов на предприятиях применяются меры по их предупреждению и устранению, а также снижению степени воздействия на работающих.
Вредные и опасные производственные факторы, согласно ГОСТ 12.0-003-74 “Опасные и вредные производственные факторы. Классификация”, подразделяются на четыре группы: физические, химические, биологические и психофизиологические. Каждая группа в свою очередь подразделяется на подгруппы.
На оператора ЭВМ (в области его рабочего места) воздействуют следующие опасные и вредные производственные факторы:
                        Физические
-      повышенный уровень ионизирующих излучений в рабочей зоне;
-      повышенный уровень статического электричества;
-      повышенный уровень электромагнитных излучений;
-      повышенная напряженность электрического поля;
-      повышенная напряженность магнитного поля;
-     повышенный уровень шума на рабочем месте;
-     прямая и отраженная блесткость.
                        Психофизиологические
-     статические, динамические перегрузки;
-     нервно-психические перегрузки;
-     зрительно-напряженные перегрузки.
Рабочее место оператора ЭВМ укомплектовано персональным ЭВМ, принтером, сканером, ксероксом. Имеющееся оборудование питается от сети напряжением 220 вольт. Таким образом, присутствует источник шума. И существует опасность поражения электрическим током.
Источником ионизирующих, электромагнитных излучений и блесткости является экран монитора персонального ЭВМ.
Для снижения степени воздействия на оператора ЭВМ опасных и вредных факторов, необходимо соблюдение требований безопасности, проведение защитных мероприятий, а также выполнение инструкции по работе с компьютером.

9.3 Требования безопасности оборудования и организации рабочего места оператора

9.3.1 Общие положения

Предельно допустимые уровни облучения в диапазоне рабочих частот определяются ГОСТом 12.1.006-84 «Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и проведение контроля» зафиксированы в таблице 8.1.
Таблица 8.1- Предельно допустимая напряженность электромагнитного поля.

Составляющие поля, по которым оценивается его воздействие и диапазон частот, Мгц	Предельно допустимая напряженность в течении рабочего дня
Электрическая составляющая: 0,06-3 3-30 30-50 50-300	50 В/м 20 В/м 10 В/м 5 В/м
Магнитная составляющая: 0,06-1,5 30-50	5 А/м 0,3 А/м

Требования к видеодисплейным терминалам (ВДТ) сформулированы в СНиП 222542-96 “Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным ЭВМ и организации работ”, согласно которому:
1. Конструкция ВДТ, его дизайн и совокупность эргономических параметров должны обеспечивать надежное и комфортное считывание отображаемой информации в условиях эксплуатации (таблица 8.2).
Таблица 8.2- Визуальные эргономические параметры ВДТ и пределы их изменений.

Наименование параметров	Пределы значений параметров
	мнним. (неменее)	макс, (не более)
Яркость знака (яркость фона)	35	120
Внешняя освещенность экрана, лк	100	250
Угловой размер знака, утл. мин	16	60

2. Дизайн ВДТ не должен предусматривать блесткость.
3.Конструкция ВДТ должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана в пределах ±30 градусов поворота корпуса в пределах ±30 градусов с фиксацией в заданном положении.
5. Конструкция ВДТ должна предусматривать наличие ручек регулировки яркости и контраста.
Конструкция клавиатуры должна предусматривать:
¾              исполнение в виде отдельного устройства с возможностью свободного перемещения;
¾              опорное приспособление, позволяющее изменять угол наклона поверхности клавиатуры в пределах от 5 до 15 градусов:
¾              клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии 100-300 мм от края.

9.3.2 Требования к организации и оборудованию рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ

1. Высота рабочей поверхности стола для взрослых пользователей должна регулироваться в пределах 680-800 мм.