Разработка программных средств по распознаванию образов

Сюда относятся не только задачи распознавания зрительных и слуховых образов, но и задачи распознавания сложных процессов и явлений, возникающих, например, при выборе целесообразных действий руководителем предприятия или выборе оптимального управления технологическими, экономическими, транспортными или военными операциями. В каждой из таких задач анализируются некоторые явления, процессы, состояния внешнего мира, всюду далее называемые объектами наблюдения.

Прежде чем начать анализ какого-либо объекта, нужно получить о нем определенную, каким-либо способом упорядоченную информацию. Такая информация представляет собой характеристику объектов, их отображение на множестве воспринимающих органов распознающей системы.

Но каждый объект наблюдения может воздействовать по-разному, в зависимости от условий восприятия. Например, какая-либо буква, даже одинаково написанная, может в принципе как угодно смещаться относительно воспринимающих органов. Кроме того, объекты одного и того же образа могут достаточно сильно отличаться друг от друга и, естественно, по-разному воздействовать на воспринимающие органы.

Каждое отображение какого-либо объекта на воспринимающие органы распознающей системы, независимо от его положения относительно этих органов, принято называть изображением объекта, а множества таких изображений, объединенные какими-либо общими свойствами, представляют собой образы. При решении задач управления методами распознавания образов вместо термина "изображение" применяют термин "состояние". Состояние -- это определенной формы отображение измеряемых текущих (или мгновенных) характеристик наблюдаемого объекта. Совокупность состояний определяет ситуацию. Понятие "ситуация" является аналогом понятия "образ". Но эта аналогия не полная, так как не всякий образ можно назвать ситуацией, хотя всякую ситуацию можно назвать образом. Ситуацией принято называть некоторую совокупность состояний сложного объекта, каждая из которых характеризуется одними и теми же или схожими характеристиками объекта. Например, если в качестве объекта наблюдения рассматривается некоторый объект управления, то ситуация объединяет такие состояния этого объекта, в которых следует применять одни и те же управляющие воздействия. Если объектом наблюдения является военная игра, то ситуация объединяет все состояния игры, которые требуют, например, мощного танкового удара при поддержке авиации.

Выбор исходного описания объектов является одной из центральных задач проблемы ОРО. При удачном выборе исходного описания (пространства признаков) задача распознавания может оказаться тривиальной и, наоборот, неудачно выбранное исходное описание может привести либо к очень сложной дальнейшей переработке информации, либо вообще к отсутствию решения. Например, если решается задача распознавания объектов, отличающихся по цвету, а в качестве исходного описания выбраны сигналы, получаемые от датчиков веса, то задача распознавания в принципе не может быть решена.

2. ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ И ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.1 Характеристика предметной области

В качестве предметной области может выступать любое автоматизированное рабочее место (АРМ) специалиста, которому по роду своей деятельности предполагается работать с графическими данными, представленными в электронном виде различных форматов на ПЭВМ. Работа данного специалиста подразумевает:

- выбор изображение (образа) в предложенном виде (текстовый файл, графическое изображение в электронном виде, различные данные на бумажном носителе);

- подготовка данных к обработке и анализу (сканирование, копирование);

- обработка данных (выполнение необходимых действий для распознавания образа для улучшения восприятия);

- анализ полученных данных.

В результате всех операций по обработке данных, предусмотренных производственным циклом, должен сформироваться набор данных (образов), анализ которых не представляет труда и не занимает много рабочего времени, то есть выходная информация представлена в том виде, который подразумевает принятие единственно правильного решения в процессе работы с этими данными.

Деятельность специалиста по распознаванию образов можно представить схематично (рисунок 2.1).

Результат исследования предметной области дипломного проекта - разрабатываемое программное средство по распознаванию образов значительно увеличит производительность пользователей данного средства, улучшит качество обрабатываемой информации и позволит принять наиболее правильное решение.

Рисунок 2.1. Этапы распознавания образа

2.2 Предмет разработки и функциональные требования

Предметом разработки является программное средство по распознаванию образов. Область применение данного средства - обработка и анализ графических данных, работа с изображениями по распознаванию и поиску соответствий, изменение структуры образа для последующего анализа с использованием человеческого фактора.

Функциональные требования:

1) Требования к интерфейсу программного средства. Интерфейс программного средства должен быть простым, понятным для пользователя, информативным, наличие информационных и вспомогательных панелей обязательно. На панель быстрого доступа должны быть вынесены кнопки, дублирующие пункты меню.

2) Требования к разделению доступа. Разрабатываемое программное средство должно быть доступно по своим функциональным возможностям каждому пользователю без ограничения. Ограничения накладываются только на доступ к исполняемому файлу и файлам с данными, доступ к которым определяется системным администратором или пользователем компьютера.

3) Требование к программному обеспечению:

- операционная система - не ниже MS WINDOWS 2000/NT/XP;

- наличие графических редакторов

4) Требование к аппаратному обеспечению:

- наличие видеокарты RADEON X1900 XTX или RADEON X1950 XTX;

- процессор Intel Core 2 Quad.

4) Требования к эргономике и технической эстетике. Программное средство должно быть оптимизировано для просмотра при разрешении 1024*768, 1280*1024 без горизонтальной полосы прокрутки и без пустых полей для основных типов разрешения. Результатом разработки должно стать программное средство, устанавливаемое на ПЭВМ без каких либо специфических требований к аппаратной и программной части компьютера. Удобство и простота в использовании предполагают комфортную и продуктивную работу с данным программным средством

2.3 Информационное обеспечение программных средств

Аппарат векторной и матричной алгебры рассматривался в качестве основного математического аппарата описания различных образов потому, что он способен описывать произвольную точку и соответственно любую сумму точек в пределах выбранной матрицы. Однако, для целей распознавания образов, необходим математический аппарат, способный описывать произвольную точку и произвольную сумму таких точек не в матрице, а в произвольном пространстве. Для достижения этой цели можно предложить использовать уравнение (1).

 (2.1)

где x, y, s,… - измерения пространства, в котором определяется точка, теоретически количество измерений ничем не ограничено; x₁, y_1, s_{1, …} - значения параметров, определяющих в пространстве конкретную точку; [ ] - знак, обозначающий целую часть числа.

Для всех x, y, s,… больших нуля и при условии, что выполняются все равенства: x=x₁, y= y_1, s=s_{1, …} z будет равно единице, а в противном случае будет принимать значение равное нулю. Если необходимо, что бы z могло принимать одно единственное значение, равное единице при выполнении выше, приведенных условий, то уравнение (2.1) необходимо переписать в виде уравнения (2.2). В этом уравнении при не выполнении хотя бы одного из равенств: x=x₁, y= y_1, s=s_{1, …} будет возникать ситуация деления на ноль.

(2.2)

Необходимо обратить внимание на то, что производить сокращения в уравнении (2.2) нельзя, что связано с возможностью возникновения ситуации деления на ноль. Так, выражение: x/x можно заменить единицей для всех значений x кроме значения x равного нулю. Таким образом, если в ходе вычислений по выражению x/x возможна ситуация, когда x будет принимать значение равное нулю, то для избежания ошибок заменять выражение x/x на единицу нельзя. Аналогичную ситуацию мы имеем и с уравнением (2.2).

Сумма уравнений вида (2.1) или (2.2) способна описывать произвольную сумму точек в произвольном пространстве.

Используя уравнения вида (2.1) или (2.2) можно описывать любой образ без учета "фона" и формирования матрицы. Уравнения легко преобразуются при изменении системы отсчета, их вид зависит исключительно от свойств описываемого образа. Объем каждого из двух сравниваемых уравнений может быть любым и различие их объемов не влияет на процедуру сравнения.

Схема работы программы приведена на рисунке 2.2.

Рис.2.2. Схема работы программы распознавания образов

При реализации программы не было реализовано показанное на схеме параллельное сравнение уравнений из памяти с уравнением образа. Это сравнение осуществлялось последовательно, что предопределило большие затраты времени на процедуру распознавания. К сожалению, на это пришлось пойти из-за отсутствия компьютера способного обеспечить необходимую параллельность работы.

3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПО РАСПОЗНАВАНИЮ ОБРАЗОВ

3.1 Назначение и цель создания

Целью данной дипломной работы является разработка программного средства по распознаванию образов.

Основная цель программного средства - обработка и анализ графического изображения (образа), представленного в электронном виде и хранящемся на ПЭВМ. Задачи, решаемые программным средством:

- загрузка данных в нужном формате;

- обработка изображения (образа), настройка параметров для выполнения анализа;

- анализ изображения (образа) для выявления соответствия.

Положительными результатами внедрения и использования программного средства являются:

- сокращение времени обработки данных;

- улучшение качества обрабатываемых изображений;

- увеличение степени обработки в несколько раз;

- увеличение скорости распознавания.

При создании программного средства по распознаванию образов использовался язык объектно-ориентированного программирования C++Builder 6.0.

3.2 Требование к программным средствам

Требования к функциям программного средства. Программные средства должны:

– содержать необходимый инструментарий для работы с программой;

– предоставлять доступ к ресурсам проекта в удобном и понятном виде;

– обрабатывать и анализировать изображения в соответствии с предусмотренной методикой;

Требования к интерфейсу пользователя. Основное достоинство хорошего интерфейса пользователя заключается в том, что пользователь всегда чувствует, что он управляет программным обеспечением, а не программное обеспечение управляет им. Для создания у пользователя такого ощущения «внутренней свободы» интерфейс должен обладать целым рядом свойств, описанных ниже:

? естественность интерфейса заключается в том, что он не вынуждает пользователя существенно изменять привычные для него способы решения задач. В системе это свойство реализовано следующим образом: сохранены обозначения и терминология предметной области, используются знакомые понятия и образы, что обеспечивает интуитивное понимание интерфейса;

? согласованность интерфейса позволяет пользователю использовать ранее приобретённые знания для уяснения новых аспектов работы. Так как в основу подсистемы учета успеваемости студентов заложен стандартный пользовательский интерфейс работы в среде Windows, то проектируемая система обладает данным свойством;

? дружественный интерфейс: изучение любого программного продукта происходит методом проб и ошибок, поэтому для этого в подсистеме предусмотрено предупреждение таких ситуаций, которые могут вызвать ошибку;

? простота интерфейса подразумевает, что не нужно усложнять восприятие и понимание информации, возникающей перед глазами пользователя. Для этого при выполнении очередного шага задания перед пользователем будет отображаться минимально необходимая информация. Необходимо также избегать многословных командных имён и сообщений и размещать элементы управления на экране с учётом их смыслового значения и логической взаимосвязи;

? гибкость, необходимо учитывать как профессиональный опыт работы с компьютером, так и производительность труда конкретного пользователя;

? эстетическая привлекательность заключается в том, чтобы на экране формировалась такая среда, которая помогала пользователю понять предоставляемую информацию, сосредотачиваться на ней и, по возможности, уменьшать нагрузку на человека (недопустимо использование ярких красок в заголовках меню, резких перемещений, пугающих изображений и т. д.).

Требования к реактивности системы.

К показателям, описывающим реактивность системы, относят все временные характеристики, которые должны обеспечивать комфортную работу пользователя. При проектировании системы накладывается условие быстрого и точного ввода данных, нахождения решения, быстрого формирования отчётов по результатам вычислений.

Время формирования выходной документации (распознанных образов), включая время печати не должно превышать 1 минуты.

Требования к защите информации. Защита информации основывается на доступе к рабочему месту пользователя (персональному компьютеру) определенного круга лиц, имеющих права на пользования данным компьютером.

Требования к надёжности системы. Надежность системы подразумевает надежную работу ПК, на котором установлена проектируемая информационная система.

Необходимо предусмотреть резервное копирование накапливаемой информации в определенный интервал времени.

3.3 Описание функциональных возможностей и схем диалога

Общий вид программы представлен на рисунке 3.1.



Рисунок 3.1. Общий вид программы

1 - заголовок. Отображает текущий статус приложения (ожидание действий пользователя или обработка изображения). После применения любого фильтра к статусу добавляется продолжительность выполнения последней операции (в миллисекундах).

2 - меню. С его помощью можно получить доступ к основным функциям приложения.

3 - панель кнопок, дублирует некоторые пункты меню для обеспечения более быстрого доступа к ним.

4 - панель инструментов, включающая в себя управление масштабом изображения и настройки фильтров - увеличение или уменьшение яркости при применении фильтра («Яркость») и количество применений выбранного фильтра к рисунку («Проходы»). Используется в том случае, когда однократное применение фильтра не дает требуемого результата. Действие команды можно заменить вызовом определенного фильтра нужное количество раз.

5 - изображение до применения фильтра.

6 - изображение после применения фильтра. Сразу после открытия изображения в областях 5 и 6 совпадают, так как никаких модификаций еще не было произведено. На представленном рисунке в области 5 находится исходное изображение, а в области 6 - изображение в негативе. При использовании следующего фильтра изображение из области 6 будет перемещено в область 5, а в область 6 будет помещено изображение, обработанное выбранным фильтром. Изображения в областях 5 и 6 можно перетаскивать с помощью левой кнопки мышки, при этом позиции изображений взаимно дублируются.

7 - полоса прогресса обработки изображения. С помощью меню ее можно отображать и скрывать.

Описание команд меню.

Меню «Файл»

«Открыть» - для выбора и открытия изображения. Соответствующая кнопка на панели задач - . Следует учитывать, что поддерживаются только 24-х разрядные (формат цвета) файлы формата BMP. При попытке открыть файл другого формата будет выдано сообщение об ошибке.

«Сохранить» - для выбора папки, в которую будет сохранен файл и названия файла. Соответствующая кнопка на панели задач - .

«Выход» - выход из программы. Все несохраненные изменения будут утеряны.

Меню «Правка»

«Отменить» - отменяет последнее действие. Соответствующая кнопка на панели задач - . Отменить можно только одно действие.

«Перезагрузить» - заново загружает последний открытый файл. Соответствующая кнопка на панели задач - . Все изменения будут утеряны.

Меню «Вид»

«Отдалить» - уменьшает изображение в 1,5 раза. Соответствующая кнопка на панели задач - .

«Реальный размер» - устанавливает исходный размер изображения. Соответствующая кнопка на панели задач - . Если размер изображения равен исходному, этот пункт меню недоступен, также как и кнопка на панели задач.

«Приблизить» - увеличивает изображение в 1,5 раза. Соответствующая кнопка на панели задач - .

«Всегда наверху» - если эта опция установлена, приложение будет перекрывать другие открытые окна или программы, то есть будет поверх их.

«Показать прогресс» - отображает или скрывает полосу прогресса. Показ прогресса целесообразно использовать при работе с большими изображениями, обработка которых может занимать длительное время.

«Сброс позиции» - возвращает изображения в верхний левый угол соответствующей области. Ее можно использовать, если, например, в результате изменения размера формы изображение оказалось вне области просмотра. Соответствующая кнопка на панели задач - .

Меню «Фильтры»

«Контур» - выделение контуров изображения одним из трех методов.

«Резкость» - увеличение или уменьшение резкости. Уменьшение можно реализовать одним из двух методов - первый более быстрый, но эффект менее заметен, второй дает больший эффект, но в ущерб скорости.

«Тиснение» - эффект дает результат, подобный тиснению на металле. Можно выбрать выпуклый или вогнутый способ тиснения.

«Кора» - придает изображению эффект «шершавости».

«В движении» - смазывает изображение. Такой эффект иногда возникает при съемке движущихся объектов.

«Негатив» - инвертирует цвета в изображении.

«Оттенки серого» - уравнивает три составляющие цвета, за счет чего исчезают все цвета, кроме оттенков серого.

«Привести к цвету» - можно выбрать одну из трех составляющих цвета, к которой будет приведено изображение.

Меню «Анализ»

«Отсеять цвет» - при выборе этого пункта меню панель масштабирования будет заменена на следующую:

Цвет - тот цвет, который будет отсеян. Чтобы произвести отсеивание нужно выбрать цвет и щелкнуть по изображению в области 5 правой кнопкой мыши.

Разброс - насколько точным будет отсеивание. Чем больше значения, тем большее количество оттенков цвета будет включено в отсеивание.

S-общая - общая площадь изображения.

S-цвета - площадь цвета, удовлетворяющего запросу.

Процент - предыдущая величина, представленная в процентах.

«Диаграмма» - отображение трех цветовых составляющих цвета в виде диаграммы. Имеется возможность увеличить или уменьшить каждую из составляющих, задав величину (положительную или отрицательную) и нажав кнопку «Выполнить коррекцию».

Меню «Помощь»

«Справка» - открыть этот документ. Соответствующая кнопка на панели задач - .

«О программе» - информация о программе.

4. ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТА

4.1 Общие положения

Эффективность - одно из наиболее общих экономических понятий, не имеющих пока единого общепризнанного определения. Принципиально, это одна из возможных характеристик качества системы, а именно ее характеристика с точки зрения соотношения затрат и результатов функционирования системы. Однако при обосновании экономической эффективности дипломной работы акцентируется внимание на тех показателях, которые позволят получить экономию средств от использования создаваемого программного обеспечения.

Обязательным условием для получения экономического эффекта является наличие оборудования, необходимого для функционирования информационной системы. Оборудование, в ряде применений, например, при наборе текстов, проектировании лекционных курсов, дизайне документов, выступает как средство производства. Здесь его эффективность ясна и достаточно высока. Но в большей части применений данное оборудование является не средством производства, а средством обеспечения процессов информационной системы.

До приобретения оборудования следует продумать и принять решение по следующим вопросам:

- для какой цели будет использовано;

- как построена действующая система информации и документооборота;

- как может быть улучшена система информации и документооборота;

- какие программные комплекты (пакеты прикладных программ) следует приобрести и что следует программировать вследствие специфики конкретной задачи;

- какие аппаратные средства необходимы для построения комплекса;

- какой технико-экономический эффект ожидается от построения информационно-управляющей системы и системы документооборота.

Главный эффект информационных систем - это повышение качества управления и качества основных производственных процессов, а не прямая экономия и ускорение обработки данных, хотя это тоже очень важно и является наиболее существенным стимулом к приобретению организациями и предприятиями информационных систем.

Обязательными требованиями при определении экономической эффективности внедряемого программного продукта являются правильный выбор исходной базы для сравнения и соблюдения сопоставимости по организационно-техническим и экономическим условиям, времени осуществления затрат и получения результатов.

Экономический эффект можно рассматривать как результат внедрения какого либо мероприятия, выраженный в стоимостной форме, в виде экономии от его осуществления. Основными источниками экономии при внедрении создаваемого программного обеспечения могут быть:

- улучшение показателей основной деятельности в результате использования автоматизированных систем управления;

- увеличение объемов и уменьшение сроков переработки информации;

- уменьшение численности персонала, в том числе высококвалифицированного, занятого обслуживанием программных средств, автоматизированных систем и т.д.

Критерии качества представляют собой измеряемые численные показатели в виде некоторой целевой функции, характеризующие степень выполнения программами своего назначения. В зависимости от этапа в жизненном цикле программы, от задачи использования и целей анализа, от характеристики внешних условий и т.д., доминирующим становится один из нескольких критериев. В результате создаются некоторые шкалы важности и доминирования критериев, используемые с учетом особенностей задач анализа. К превалирующему показателю предъявляются следующие основные требования:

- критерий должен численно характеризовать степень выполнения основной целевой функции системы, наиболее важной для данного этапа анализа или синтеза;

- критерий должен обеспечивать возможность определения затрат, необходимых для достижения его различных значений, а также степени влияния на показатель качества различных внешних факторов и параметров;

- критерий должен быть по возможности простым по содержанию, хорошо измеряемым и иметь малую дисперсию, т.е. слабо зависеть от множества неконтролируемых факторов.

Эффективность или качество систем в большинстве случаев желательно сопоставить с затратами в тех же единицах измерения.

Показатели качества программ могут использоваться для оценки и сравнения комплексов программ в процессе выбора из имеющихся средств или при планировании разработок, а также как контролируемые характеристики при определении состояния проектирования программ и для управления процессом разработки. При этом показатели могут отражать либо сами программы при их функционировании, либо процесс их развития в жизненном цикле. Такая неоднозначность показателей качества программ, широкий спектр назначения программных комплексов и зависимость показателей от рассматриваемых этапов жизненного цикла затрудняют обобщенную оценку качества программ.

Критерии качества условно разделяются на функциональные и конструктивные, а также по выделению и упорядочиванию их по этапам жизненного цикла программ. Функциональные критерии отражают основную специфику применения и степень соответствия программ их целевому назначению. В системах обработки информации функциональные показатели отражают номенклатуру исходных данных, достоверность результатов, разнообразие функций редактирования и др.

В ряде случаев функциональные критерии можно свести к некоторым показателям обобщенной экономической эффективности применения комплексов программ в жизненном цикле. Эффективность функционирования комплексов программ проявляется на этапе эксплуатации и возрастает по мере проведения модернизаций в процессе сопровождения. При завершении жизненного цикла эффективность функционирования убывает до нуля.

Конструктивные критерии качества программ более или менее инвариантны к их целевому назначению и основным функциям. К ним относятся сложность программ, надежность функционирования, используемые ресурсы ЭВМ, корректность и т.д.

В свою очередь конструктивные характеристики комплексов программ целесообразно разделить на основные критерии (показатели) качества и факторы (параметры), влияющие на их значения. Деление на критерии и факторы является условным и может изменяться в зависимости от целей анализа. Иногда выделенные факторы могут приобретать смысл самостоятельных локальных критериев качества, а общие критерии при этом могут играть роль ограничений. Предельные значения показателей качества определяются экономическими факторами и техническими ограничениями.

4.2 Методика расчета критериев эффективности

При оценке эффективности создаваемого программного продукта используют обобщающие и частные показатели.

К основным обобщающим показателям экономической эффективности относятся:

- годовой экономический эффект;

- коэффициент экономической эффективности функционирования

- программного продукта;

- срок окупаемости системы.

Годовой экономический эффект от разработки и внедрения программного продукта определяется как разность между годовой экономией (или годовым приростом прибыли) от функционирования системы и суммарными затратами на создание системы:

Э = П-К ,(4.1)

Где Э - годовой экономический эффект, тыс.тг.;

П - годовая экономия (годовой прирост прибыли), тыс.тг.;

К - суммарные затраты, тыс.тг.

Коэффициент экономической эффективности единовременных затрат (Е_к) представляет собой отношение годовой экономии (годового прироста прибыли) к единовременным затратам (Р) на разработку и внедрение программного продукта:

Е_к = П / Р (4.2)

Срок окупаемости (Т) представляет собой отношение единовременных суммарных затрат на разработку и внедрение программного продукта к годовой экономии (годовому приросту прибыли):

Т = Р / П (4.3)

Расчет перечисленных обобщающих показателей предполагает предварительное вычисление частных показателей, характеризующих создаваемый или модернизированный программный продукт, таких как:

- годовая экономия (годовой прирост прибыли);

- единовременные затраты на разработку и внедрение системы;

- длительность обработки информации;

- надежность технических средств;

- увеличение затрат вследствие ненадежности КТС (комплекса технических средств), тыс.тг.;

- достоверность и др.

Годовая экономия функционирования программного продукта рассчитывается следующим образом:

П = (П1 + П2 + П3) (1 + Е_н Т), (4.4)

где П1 - экономия, получаемая в t - году в результате сокращения затрат трудовых и материальных ресурсов, тг/год;

П2 - экономия, получаемая в t - году в результате повышения качества новой техники, ее потребительских свойств, тг/год;

П3 - дополнительная прибыль в t - году от приоритетной новизны решения, полученного в автоматизируемой системе в кратчайшие сроки, тг/год;

Е_н - норматив эффективности капитальных вложений (тг/год)/тг.

Значение Е_н принимается равным 0,15 для всех отраслей народного хозяйства. Е_н представляет собой минимальную норму эффективности капитальных вложений, ниже которых они нецелесообразны.

Т - сокращение длительности автоматизируемого процесса, лет.

В соответствии со значением разрабатываемого программного продукта, (АРМ, САПР) расчет показателей П1, П2 и П3 имеет свои особенности и производится применительно к конкретным объектам автоматизации.

Суммарные затраты на создание и внедрение программного продукта (К), приведенные в формуле (1) определяются следующим образом:

К = И_г + (k_р + Е_н)*Р, (4.5)

где И_г - годовые текущие издержки на функционирование программного продукта (без учета амортизации на реновацию), тг.;

Р - единовременные затраты на создание программного продукта, тг.;

k_р - норма реновации основных фондов функционирования программного продукта, определяемая с учетом фактора времени;

k_р = Е_н / [(1+ Е_н)^Тсл - 1 ], (4.6)

где т_сл - срок службы средств технического обеспечения системы, лет;

Е_н - норматив приведения разновременных затрат и результатов, численно равный нормативу эффективности капитальных вложений.

Если для коэффициента Е_к в формуле (2) выполняется условие Е_к >= Е_н, капитальные вложения считаются экономически эффективными.

Значения коэффициента реновации k_р в зависимости от срока службы приведены в таблице 3.1.

Таблица 4.1 Значение коэффициента реновации k_р

Срок службы	kр	Срок службы	kр	Срок службы	kр
1	1,0000	6	0,1296	11	0,0540
2	0,4762	7	0,1054	12	0,0468
3	0,3021	8	0,0874	13	0,0408
4	0,2155	9	0,0736	14	0,0352
5	0,1638	10	0,0627	15	0,0315

Экономический эффект функционирования программного продукта за весь расчетный период определяется разностью суммарных результатов:

Эо = По - Ко (4.7)

Суммарные по годам расчетного периода экономия и затраты рассчитываются следующим образом:

_t=tk

По = Пt * t(4.8)

^t=tn

_t=tk

Ко = Кt * t , (4.9)

^t=tn

где Пt и Кt - соответственно экономия и затраты в t -ом году расчетного периода, тг.;

tn и tk - соответственно начальный и конечный годы расчетного периода;

t - коэффициент приведения разновременных затрат и результатов к расчетному году.

Значения для различных временных интервалов приведены в таблице 3.2.

Таблица 4.2 Значения коэффициентов приведения к расчетному году

Число лет, предшествующих расчетному году		Число лет, следующих за расчетным годом
5 4 3 2 1 0	1,6105 1,4641 1,3310 1,2100 1,1100 1,0000	1 2 3 4 5 6	0,9091 0,8264 0,7513 0,6830 0,6209 0,5645

Расчет единовременных затрат на создание программного продукта определяются по формуле:

Р = Р_П + Р_К ,(4.10)

где Р_П - предпроизводственные затраты, тг.;

Р_К - капитальные затраты на создание, тг.

Предпроизводственные затраты на создание программного продукта определяются по формуле:

Р_П = Р_ПР + Р_ПО + Р_ИО + Р_ВВ,(4.11)

где Р_ПР - затраты на проектирование, тг.;

Р_ПО - затраты на программирование, создание программных изделий, образующих программное обеспечение продукта, тг.;

Р_ИО - затраты на подготовку информационного обеспечения длительного пользования, включение в состав программного продукта информационно-поисковой базы, создание базы данных, тг.;

Р_ВВ - затраты на отладку и ввод программного продукта в работу, тг.

В случае использования в проектируемой системе типовых проектных решений в расчет принимаются только затраты на разработку оригинальных решений для данного предприятия или конкретного назначения и на привязку к нему типовых проектных решений.

Предпроизводственные затраты могут быть определены также через сметную стоимость работ по созданию программного продукта, которая рассчитывается по формуле:

С = tпр*Сд , (4.12)

где tпр - приведенная трудоемкость создания программного продукта, чел.-дн.;

Сд - стоимость 1 чел.-дн.,тг.

В состав капитальных затрат Рк входят расходы на приобретение комплекса технических средств и его стандартного обеспечения, а также расходы на установку КТС, его монтаж и наладку. Величина капитальных затрат определяется по формуле:

Рк = Рктс + Рмонт + Ринв + Рзд + Рос + Ртр + Рсоп + Рвысв, (4.13)

где Рктс - сметная стоимость КТС, тг.;

Рмонт - затраты на установку, монтаж и запуск КТС в работу, тг.;

Ринв - затраты на производственно-хозяйственный инвентарь, тг.;

Рзд - затраты на строительство и реконструкцию зданий для размещения КТС, тг.;

Рос - сумма оборотных средств, тг.;

Ртр - транспортно-заготовительные расходы, тг.;

Рсоп - сметная стоимость системы стандартного обеспечения применения КТС, тг.;

Рвысв - остаточная удельная стоимость высвобожденных средств, тг.

Остаточная стоимость определяется на основе первоначальной стоимости оборудования, срока эксплуатации техники и годовой нормы амортизационных отчислений:

Рвысв = Р'в*(1-а*Ттехн),(4.14)

где Р'в - первоначальная стоимость высвобожденных технических средств, тг.;

а - годовая норма амортизации;

Ттехн - срок эксплуатации высвобожденного оборудования, лет.

Расчет затрат на создание программного обеспечения.

При расчете затрат на создание программного обеспечения (Рпо) используют следующие показатели:

- трудоемкость разработки программного изделия;

- длительность разработки программного изделия.

В качестве основного фактора, определяющего трудоемкость и длительность разработки программного обеспечения следует принять размер исходного текста записи алгоритмов и данных. За единицу нормирования принимается число исходных команд программного изделия.

Под исходной командой понимается физически представимая строка в бланке программы, на экране дисплея, на распечатке программы и т.п. Для быстрой приближенной оценки трудоемкости и длительности программного изделия может использоваться базовая модель. Затраты труда (или трудоемкость разработки программного изделия t)определяются по формуле, чел.-мес.:

t = 3,6 * (n)^1,2(4.15)

где n - число тысяч исходных команд.

Длительность разработки программного изделия Т рассчитывается по формуле, мес.:

Т = 2,5 *(t)^0,32(4.16)

Производительность труда группы разработчиков программного изделия Пр, исх.команд/чел.-мес., определяется по формуле:

Пр = 1000 * n / t (4.17)

Среднее число исполнителей Чn рассчитывается исходя из определенных или заданных характеристик трудоемкости и длительности разработки программного изделия по формуле, чел.:

Чn = t / Т(4.18)

Расчет текущих затрат.

Расчет годовых текущих затрат на функционирование программного продукта (Иг) может выполняться двумя методами.

Первый метод предполагает определение текущих затрат посредством расчета основных составляющих:

Иг = Икса + Из,(4.19)

где Икса - годовые текущие затраты на эксплуатацию КСА, тг/год;

Из - годовые затраты на заработную плату специалистов в условиях функционирования программного продукта с начислениями, тг/год.

Затраты Икса определяются по формуле:

Икса = i * Иктс + Исоп + Ип + Из (4.20)

где i коэффициент использования КСА в данной автоматизированной системе;

Иктс - годовые затраты на эксплуатацию КТС без учета заработной платы персонала, тг/год;

Исоп - годовые затраты на поддержание и актуализацию системы обеспечения применения КТС (хранение, обновление, контроль данных и программ), тг/год;

Ип - годовые затраты на содержание и ремонт производственных помещений, тг/год;

Из - годовая зарплата работников группы эксплуатации КСА с начислениями, тг/год. Второй метод позволяет рассчитывать текущие затраты на функционирование системы путем определения суммарных затрат и общесистемных затрат. При этом годовые текущие затраты Иг определяются по формуле:

 _n

Иг = Иi + Исист,(4.21)

^{i = 1}

где Иi - затраты, вызванные решением i-й задачи (тг/год);

n - число задач, решаемых в течение года;

Исист - общесистемные затраты за год, тг/год.

Выбор одного из методов расчета обуславливается наличием исходных данных для выполнения расчетов, а также стадий создания или функционирования программного продукта, на которой производится расчет.

В период создания программного продукта предпочтение должно быть отдано второму методу, а при выполнении расчетов затрат в функционирующей системе целесообразно использовать первый метод.

Пример оценки экономической эффективности создаваемого АРМ специалиста.

Для расчета экономической эффективности создаваемого АРМ необходимо определить ряд исходных параметров, которые удобно представить в виде таблицы.

Таблица 4.3 Исходные данные

Наименование показателей	Усл.обозн.	Ед.измерения	Значения показателя
			без АРМ	в условиях АРМ
1. Количество задач решаемых за год	Nз	задач/год	50	50
2. Трудоемкость обработки информации по одной задаче	tз	час	20 чел/час	0,15 час (маш.времени)
3. Количество документов-отчетов	Nд	шт/год	500	500
4. Время печати одного документа отчета	tд	час	3 чел/час	0,1 час (маш.вр)
5. Стоимость одного часа машинного времени	СМ	тенге	-	150
6. Сметная стоимость КТС	РКТС	тенге	-	108500
7.Эксплуатационные расходы на функционирование АРМ (% от сметной стоимости) - амортизация 5 % - текущий ремонт 2 % - содержание оборудования 2,5 % ИТОГО:	Иктс	тенге тенге тенге тенге	- - - -	5425 2170 2712,5 10307,5
8. Удельная стоимость трудозатрат одной машинистки	Смм	тг/чел-ч	33	-
Наименование показателей	Усл. обозн.	Ед.измерения	Значения показателя
			без АРМ	в условиях АРМ
9. Удельная стоимость трудозатрат специалиста отдела	Сс	тг/чел-ч	67	-
10. Время создания БД	tбд	час маш. вр.	-	7
11. Время отладки и ввода АРМ	tвв	час маш. вр.	-	4
12. Высвобождение 1 штатной единицы секретаря-машиниста: - зарплата - социальный налог (21%); пенсионный фонд (10%) - расходы на охрану труда 10% ИТОГО:		тенге тенге тенге тенге	8000 1470 700 10170	- - - -
13. Программный продукт	n	тыс.исх. команд	-	1
14. Удельная стоимость трудодня программиста	Спр	тенге	500	500
15. Период функционирования АРМ	T	лет	-	3

4.3 Расчет затрат на создание и функционирование электронного ресурса дистанционного обучения

Расчет единовременных затрат на создание и ввод АРМ:

Р = Рп + Рк

Рк = 0, т.к. используется старая вычислительная техника

Р = Рп = Рпо + Рио + Рвв

Трудоемкость разработки программного продукта определяется:

t = 3,6 * (1)^1,2 = 3,6 (чел-мес)

Длительность разработки программного продукта Тп определяется:

Тп = 2,5 *(3,6)^0,32 = 3,7 (мес)

Среднее число исполнителей (Чп) реализации программного продукта рассчитывается следующим образом:

Чп = t /Т = 3,6 / 3,7 = 1 (чел)

Определим затраты на программирование через стоимость затрат по созданию программного продукта:

Рпо = Спр * Тп * 24 = 500 * 3,7 * 24 = 44400 (тг)

Рио = См * tбд = 150 * 7 = 1050 (тг)

Рвв = См * tвв = 150 * 4 = 600 (тг)

Р = 44400 + 1050 + 600 = 46050 (тг)

Расчет текущих затрат на функционирование АРМ

а) годовые текущие затраты:

Иг = Иктс + Из = 10307,5 + 15000 * 12 = 303690 (тг)

(15000 - заработная плата специалиста отдела, тг/мес)

б) суммарные текущие затраты на функционирование АРМ за 3 года с приведением к расчетному году (первому году функционирования АРМ):

И = Иг * (0 + 1 + 2)

И = 303690 * (1,0 + 0,91 + 0,83) = 832110,6 (тг)

(значения i взяты из таблицы 18)

3 Расчет суммарных затрат на создание и функционирование АРМ:

Кг = Р + Иг = 46050 + 303690 = 349740 (тг)

Расчет суммарных затрат на создание и 3-х летнее функционирование программного продукта определяется как:

К = Р + И = 46050 + 832110,6= 878160,6 (тг)

4.4 Расчет экономии от функционирования электронного ресурса дистанционного обучения

Расчет экономии от сокращения штатной единицы:

П1 = 10170 * 12 = 122040 (тг/год)

4.4.2 Расчет экономии прибыли за счет сокращения сроков выполнения задач:

П2 = Сс*tз*Nз - См*0.15* Nз

П2 = 67*20*50 - 150*0,15*50 = 65875 (тг/год)

4.4.3 Расчет экономии прибыли за счет сокращения времени на печать документов:

П3 = Смм*tд*Nд - См*0.1 Nд

П3 = 33*3*500 - 150*0,1*500 = 42000 (тг/год)

Расчет годовой прибыли:

П = (П1 + П2 + П3) * (1 + Е_н * Т)

П = (122040+ 65875 + 42000) * (1 + 0,15 * 2) = 528804,5 (тг)

Расчет экономии от функционирования программного продукта за 3 года:

По = П * (0 + 1 + 2 + 3)

По = 528804,5 * (1,0 + 0,91 + 0,83) = 1448924,33 (тг)

Оценка экономического эффекта, получаемого за год и за 3-х летнее функционирование АРМ:

Годовой экономический эффект:

Эг = П - Кг

Эг = 528804,5 - 349790 = 179014,5 (тг)

Экономический эффект за 3 года:

Э = По-К

Э = 1448924,33 - 878160,6 = 570763,73 (тг)

Коэффициент экономической эффективности единовременных затрат:

Ек = (П - Иг) / Р

Ек = (528804,5 - 303690) / 46050 = 4,88

Срок окупаемости

Т = Р / (П - Иг)

Т = 46050/ (528804,5 - 303690) = 0,2 (лет)

5. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

5.1 Общие положения по безопасности проекта

Безопасность - это состояние деятельности, при которой с определённой вероятностью исключаются потенциальные опасности, влияющие на здоровье человека. Безопасность следует понимать как комплексную систему мер по защите человека и среды обитания от опасностей, формируемых конкретной деятельностью.

Комплексную систему в условиях производства составляют следующие меры защиты: правовые, организационные, экономические, технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические.

Трудно себе представить современный мир без персональных компьютеров. Компьютерная техника проникла во все отрасли производства. Однако широкое применение персональных компьютеров сопровождается рядом негативных последствий, связанных, в первую очередь, с состоянием здоровья пользователей.

Многочисленные исследования выявили следующие основные факторы риска возникновения неблагоприятных расстройств, состояния здоровья у пользователей компьютеров:

- особенности экранного изображения, отличающие его от традиционного бумажного текста (самосветящийся характер, дискретность, мерцание, дрожание, наличие бликов);

- особенности наблюдения во время работы, связанные с двумя взаимодополняющими (для возникновения зрительного утомления) факторами: длительной фиксацией взгляда на экран монитора и периодической интенсивной перефокусировкой глаза с клавиатуры (бумаги) на экран и обратно;

- особенности собственно деятельности, заключающиеся в монотонном, длительном ее характере, нередко в условиях дефицита времени и нервно-эмоциональных нагрузок вследствие высокой цены за допущенную ошибку;

- особенности двигательной активности, связанные со статичностью позы и постоянным напряжением небольшой группы мышц.

Практическая реализация указанных факторов риска может приводить к зрительному и общему утомлению, болевым ощущениям в позвоночнике и различных группах мышц. Этих нарушений можно избежать. Человек должен оставаться здоровым и работоспособным как во время, так и после длительной работы с компьютером.

Опасным называется производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к внезапному ухудшению здоровья. Если производственный фактор вызывает заболевание или снижает работоспособность, то его считают вредным (ГОСТ 12.0.002-80). В зависимости от уровня продолжительности воздействия вредный фактор может стать опасным.

В ГОСТ 12.0.003-74 "ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация" приводится классификация элементов условий труда, выступающих в роли опасных и вредных производственных факторов. Они подразделяются на четыре группы: физические, химические, биологические, психофизиологические.

При работе с ЭВМ мы сталкиваемся, в основном, с физическими и психофизиологическими - опасными и вредными производственными факторами. Биологические и химические - опасные факторы при этой работе не встречаются.

К физическим - опасным производственным факторам при работе с ЭВМ, можно отнести:

- электромагнитные излучения;

- повышенная напряженность электрических и магнитных полей;

- повышенная запыленность воздуха в рабочей зоне;

- повышенная температура воздуха в рабочей зоне;

- повышенный уровень шума на рабочем месте;

- недостаток или отсутствие естественного света;

- неправильное размещение источников искусственного освещения.

Коротко рассмотрим природу наиболее опасных физических факторов, воздействующих на человека при работе с компьютером.

Рентгеновское излучение генерируется в результате торможения электронов в слое люминофора на поверхности экрана монитора. При ускоряющем анодном напряжении менее 25 кВ энергия рентгеновского излучения полностью поглощается стеклом экрана.

Электростатический потенциал вне монитора появляется вследствие высокого напряжения в электронно-лучевой трубке (ЭЛТ), а его природа аналогична электрическому полю кинескопа обычного телевизора. Напряжение, возникающее на теле человека, может достигать нескольких киловольт; его величина зависит от одежды, от влажности окружающего воздуха. При длительной работе с компьютером под воздействием заряженных частиц на теле человека может появиться аллергическая сыпь.

К опасным психофизиологическим и вредным производственным факторам относятся физические (статические и динамические), нервно-психические перегрузки (умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки) [10].

5.2 Безопасность, эргономика и техническая эстетика рабочего места инженера-программиста

Эргономическая безопасность персонального компьютера может быть охарактеризована следующими требованиями:

- к визуальным параметрам средств отображения информации индивидуального пользования (мониторы);

- к эмиссионным параметрам ПК - параметрам излучений дисплеев, системных блоков, источников питания и др.

Кроме того, важнейшим условием эргономической безопасности человека при работе перед экраном монитора является правильный выбор визуальных параметров самого монитора и светотехнических условий рабочего места.

Работа с дисплеем при неправильном выборе яркости и освещенности экрана, контрастности знаков, цветов знака и фона, при наличии бликов на экране, дрожании и мелькании изображения приводит к зрительному утомлению, головным болям, к значительной физиологической и психической нагрузке, к ухудшению зрения и т.п.

Если при работе на ПК необходимо одновременно пользоваться документами, то следует иметь в виду, что зрительная работа с печатным текстом и с изображением на экране имеет принципиального отличия: изображение светится, мелькает, дрожит, состоит из дискретных элементов, менее контрастно. Снизить или устранить утомление можно только правильным выбором режима воспроизведения изображения на экране, источника освещения (местного или общего), расположения материалов (в целях уменьшения длины или частоты перевода взгляда).

Человек должен так организовать свое рабочее место, чтобы условия труда были комфортными и соответствовали требованиям СНиП:

- удобство рабочего места (ноги должны твердо опираться на пол; голова должна быть наклонена немного вниз; должна быть специальная подставка для ног);

- достаточное пространство для выполнения необходимых движений и перемещений (руки при работе с клавиатурой должны находиться перед человеком; пальцы должны обладать наибольшей свободой передвижения; клавиши должны быть достаточно чувствительны к легкому нажатию);

- необходимый обзор (центр экрана монитора должен быть расположен чуть ниже уровня глаз; монитор должен отстоять от глаз человека на расстоянии 45-60 сантиметров; должна регулироваться яркость и контрастность изображения);

- рациональное расположение аппаратуры и ее органов управления и контроля (монитор должен быть расположен на расстоянии 60 сантиметров и более от монитора соседа; человек должен использовать держатель бумаги);

- достаточное освещение (внешнее освещение должно быть достаточным и равномерным; должна быть настольная лампа с регулируемым плафоном для дополнительного подсвета рабочей документации);

- нормальные условия в отношении шума и вибрации;

- нормальный температурный режим;

- нормальная влажность воздуха;

- необходимая вентиляция.

К рабочему месту инженера-программиста предъявляются следующие требования:

Требования к параметрам микроклимата и воздушной среды (ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны).

Оптимальные параметры микроклимата приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 Оптимальные параметры микроклимата

Сезон	Температура воздуха, tєС	Относительная влажность, %	Скорость движения воздуха,м/с
Холодный и переходный (средне суточная температура меньше 10 єС)	22-24	60-40	0.1
Теплый (среднесуточная температура воздуха 10 єС и выше)	21-23 23-24	60-40 60-40	0.1 0.2

Запылённость воздуха не должна превышать 0.75 мг/м3. На одного инженера - программиста должен приходиться объём помещения 15м3 при площади 4.5 м2 (без учёта проходов и оборудования). В течение трудового дня необходимо обеспечить воздухообмен помещения объёмом 25-50 м3, отвод влаги 350-500 г и тепла 50 кДж на каждый килограмм массы тела работающего.

Требования к уровню шума (ГОСТ 12.1.003-83. Шум).

Уровень шума для инженера - программиста составляет не более 50 дБ.

Требования к освещенности;

Нормативное значение коэффициента естественного освещения (КЕО) при боковом освещении равно 1.3 %, освещённость при работе с экраном дисплея - 200 лк, при работе с экраном дисплея и документом - 300 лк.

Требования безопасности к излучению от дисплея.

В стандарт Р 50948-96 и в СНиП включены требования и нормы на параметры излучений дисплеев (они соответствуют шведскому стандарту): напряженность электромагнитного поля в 50 сантиметрах вокруг дисплея по электрической составляющей равна 2.5 В/м.

Плотность магнитного потока в 50 сантиметрах вокруг дисплея составляет 250 нТл в диапазоне частот 5 Гц-2КГц; поверхностный электростатический потенциал составляет 500 В. Время работы за дисплеем не должно превышать 4-х часов в сутки.

Требования эргономики и технической эстетики (ГОСТ 12.2.032-78. Рабочее место при выполнении работ сидя).

Для обеспечения требований эргономики и технической эстетики конструкция рабочего места, расположение и конструкция органов управления должны соответствовать анатомическим и психофизическим характеристикам человека. Вместе с этим всё оборудование, приборы и инструменты не должны вызывать психологического раздражения.