Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 2 за 2015 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам |

1. Моделирование поверхностных возмущений при движении объекта в жидкости [№2 за 2015 год]
Авторы: Барулин А.В., Кулаков И.С.
Просмотров: 6103
Задача расчета возмущений среды, вызываемых движением объекта в ней, может ставиться во многих практических случаях и в разных целях: для оценки свойств корпуса и его обтекания при проектировании объекта, для расчета параметров движения объекта (все чаще таким образом натурный эксперимент заменяется численным моделированием), изучения самих течений, прорывов плотин, при создании технологий обработки жидких материалов, для синтеза 3D-изображения движения объекта во внешней среде. При рассмотрении объектов, движущихся по поверхности воды, встает задача формирования динамической картины возмущений на границе раздела двух сред – воды и воздуха. Когда речь идет о синтезе изображений в реальном времени, приемлемое решение должно быть найдено за ограниченное время. Изложенные в данной статье результаты были получены при поиске методов синтеза реалистичного 3D-видеоотображения динамики движения объекта по поверхности воды. Рассматривается объект, движущийся со сравнительно невысокой скоростью (порядка нескольких метров в секунду) в поверхностном слое жидкой среды с некоторым (любым и в общем случае изменяемым) заглублением. Требуется рассчитать возмущение поверхности жидкости, обусловленное движением объекта.

2. Проблемно-ориентированный редактор продукционных баз знаний [№2 за 2015 год]
Авторы: Берман А.Ф., Грищенко М.А., Николайчук О.А., Юрин А.Ю.
Просмотров: 9861
Описаны модификация (специализация) универсального редактора продукционных баз знаний CLIPS, предназначенная для создания баз знаний в области оценки технического состояния и остаточного ресурса нефтехимического оборудования, архитектура, основные функции проблемно-ориентированного редактора, структура конфигурационных файлов. Особенностью модифицированного редактора является наличие семантического слоя как средства описания понятий и отношений предметной области, а также механизма интеграции с машинами вывода, что, в свою очередь, позволяет проверять (тестировать) разработанные базы знаний. Семантический слой реализован в виде шаблонов фактов и правил, описывающих причинно-следственные зависимости в задачах оценки технического состояния и остаточного ресурса и позволяющих абстрагироваться от синтаксиса языка представления знаний (языка программирования баз знаний, в частности, CLIPS), а также алгоритмического обеспечения для динамического создания (генерации) элементов интерфейса пользователя. Редактор использован при разработке баз знаний для проведения экспертизы промышленной безопасности нефтехимических объектов. Его применение позволяет уменьшить степень (время) участия инженера по знаниям в процессе создания базы знаний, обеспечивая возможность дополнения базы знаний специалистами-предметниками в процессе эксплуатации экспертной системы.

3. Неоднозначная семантика и некорректности при работе с потоками на C# [№2 за 2015 год]
Автор: Биллиг В.А.
Просмотров: 9081
Современные процессоры стали многоядерными. Процесс увеличения вычислительной мощности компьютеров за счет увеличения числа процессоров, числа ядер у каждого процессора будет только прогрессировать. Изменение «железа» не может не сказываться на изменении «софта». Как следствие – параллельные вычисления становятся од-ним из главных направлений развития современного программирования. При программировании на C# параллельные вычисления поддерживаются механизмом потоков, создаваемых операционной системой. В программах на С# можно создать поток – объект класса Thread и связать с ним определенный фрагмент кода. Кажется естественным, что при создании программного объекта класса Thread операционная система создает физический поток, который и будет выполнять код при запуске потока на выполнение. Так, например, происходит с файловыми объектами: создание файлового объекта в программе приводит к созданию физического файла. В работе показано, когда «естественная» семантика имеет место, а когда создание программного потока не при-водит к созданию физического потока. Даются рекомендации по оптимизации уровня распараллеливания и по ситуации ограничений распараллеливания в рекурсивных методах. Проведенные исследования позволили обнаружить ситуацию, когда взаимодействие двух важных механизмов (потоков и анонимных методов) приводит к некорректной работе. Сконструированы примеры, демонстрирующие некорректную работу анонимных методов при распараллеливании.

4. Исследование методов прогнозирования загруженности компьютеров и компьютерных систем [№2 за 2015 год]
Авторы: Бражникова Ю.С., Горицкий Ю.А., Кутепов В.П., Панков Н.А.
Просмотров: 7338
Проблема управления процессами и ресурсами в больших компьютерных системах, насчитывающих сегодня десятки и сотни тысяч компонентов, актуальна и практически не решена. Поэтому пользователь вынужден заранее самостоятельно определять необходимое количество компонентов этих систем и так распределять фрагменты параллельной программы на них, чтобы получить ускорение при выполнении программы и в то же время минимизировать объем используемых ресурсов. Однако даже для задач с простой логикой распараллеливания этот способ статического планирования процессов и ресурсов приводит к тому, что среднее использование ресурсов оказывается не более 15–20 %. Статья посвящена исследованию проблемы прогнозирования загруженности компонентов компьютерных систем с целью создания адаптивных методов и алгоритмов динамического управления ресурсами и оптимизации их использования. В ней приведены данные экспериментального исследования прогнозирования загруженности основного ресурса системы – ее процессора, которые основаны на различных методах фильтрации высокочастотного сигнала, каковым является измеряемая загруженность процессов компьютерных систем. Результаты исследования показывают, что медианные фильтры имеют наибольшую точность предсказания загруженности процессоров. На их основе разработаны адаптивные алгоритмы, предназначенные для оптимизации ресурсов, в частности, количества процессоров, в работе больших компьютерных систем: кластеров, систем управле-ния и обработки информации.

5. Система раннего предупреждения о нарушении показателей качества питьевой воды [№2 за 2015 год]
Автор: Бубырь Д.С.
Просмотров: 10126
В настоящее время процесс очистки воды вызывает большой интерес в связи со сложной экологической ситуацией, обусловленной производственной и бытовой деятельностью людей. Очень важно поддерживать качество очистки воды на должном уровне, так как это напрямую влияет на здоровье человека. Поскольку со временем состояние водоисточника может меняться, необходимо адаптировать процесс водоочистки к данным изменениям. Требуется постоянно следить не только за состоянием источника поступающей воды, но и за результатами каждой водоочистки. С целью своевременного реагирования на возможную аномальную ситуацию, при которой показатели качества питьевой воды выходят за допустимые пределы, разработана система раннего предупреждения. Физико-химические показатели водоисточника и питьевой воды, полученной после очистки, а также управляемые факторы, оказывающие влияние на качество очистки, контролируются регулярно, результаты измерений образуют систему временных рядов. Процедура выявления возможной аномальной ситуации состоит из двух этапов. На первом этапе проводятся моделирование и прогнозирование факторов, характеризующих состояние источника водоснабжения, на основе под-хода векторной авторегрессии. На втором этапе для прогнозирования показателей качества питьевой воды используются кусочно-линейные регрессионные зависимости показателей качества (с разрывом по отклику) от физико-химических параметров источника водоснабжения и управляемых параметров, характеризующих работу системы водоочистки. При этом для каждого показателя качества питьевой воды строится своя модель оптимального порядка на основе моделирующей выборки оптимального объема. Качество работы системы оценивается с применением контрольной выборки.

6. Согласованное принятие решений в производственных системах изготовления наукоемких изделий [№2 за 2015 год]
Авторы: Бурдо Г.Б., Виноградов Г.П., Исаев А.А.
Просмотров: 8889
Особенности многономенклатурного производства наукоемких изделий обусловлены тем, что одновременно выполняется большое число заказов и при этом решаются задачи развития (эволюции) производства. Выполнение заказов должно осуществляться в русле некоторой концептуальной схемы, определяющей перспективные и тактические цели производства. Функционирование многономенклатурного производства происходит в условиях неопределенности, когда руководитель не может точно определить состояние внешней среды и, как следствие, испытывает трудности при выборе способа действия. Для снятия неопределенности при принятии решений используются субъективные оценки как ситуации, так и варианта решения, полученные на основе согласования мнений всех заинтересованных в выполнении заказа сторон. Такая проблема связана прежде всего с различием в восприятии ситуации выбора при выполнении заказов производственным персоналом структурных единиц производства. Для решения этой проблемы в качестве теоретической основы предложены информационная теория иерархических систем и теория активных систем. Однако разработка практически пригодных моделей принятия решения в иерархических системах, где в силу общности целей и интересов нет антагонистических противоречий, далека от завершения. По убеждению авторов, решение этой проблемы лежит в специфике современного наукоемкого производства, функционирующего в условиях риска, неопределенности и динамики как внешней, так и внутренней среды. В работе даны математическая постановка и описание задачи принятия согласованных решений, предполагающие, что агенты, управляющие своими подсистемами, на уровне своих представлений хорошо знают и чувствуют свои объекты управления, что позволяет им «проигрывать» производственные ситуации и оценивать полезность вариантов способов действия. Показаны модель и алгоритм принятия согласованных решений, и на основе их реализации представлен пример использования методики на базовом предприятии.

7. Экспертная система мониторинга технологического процесса [№2 за 2015 год]
Авторы: Буров А.Н., Калабин А.Л., Козлов А.В., Пакшвер Э.А.
Просмотров: 12924
В статье рассматривается экспертная система, предназначенная для помощи в обработке и анализе данных технологам, работающим с процессами производства полиакрильного волокна или нити. Экспертная система является частью разработанной ранее системы мониторинга технологических процессов. Система мониторинга предназначена для сбора, хранения и обработки данных о состоянии параметров технологического процесса. Экспертная система позволяет автоматически анализировать накопленные данные и состоит из двух частей: блока формирования правил и блока использования правил. Блок формирования правил дает возможность технологу-эксперту совместно с инженером по знаниям создавать правила и сохранять их в базу правил. Это позволяет накапливать опыт и знания эксперта по ведению технологического процесса. Каждое правило состоит из набора логических выводов (условий ЕСЛИ – ТО). Левая сторона (ЕСЛИ) включает в себя предикаты логического вывода, которые могут быть различного типа, а именно: параметры технологического процесса, функции (действия) и факты которых влияют на результат логического вывода. Правая часть (ТО) представляет собой новый факт, который экспертная система получает в ходе своей работы и может использовать для дальнейших рассуждений. Система позволяет создавать сложные правила, которые могут зависеть от других. Блок использования правил предназначен для эксплуатационных технологов, которые могут применить некоторое правило к данным и получить конкретные рекомендации к дальнейшим действиям в зависимости от результата. В статье описываются общая архитектура программной системы, ее место в системе мониторинга и организация взаимодействия с другими модулями системы. Рассматривается алгоритм работы системы на примере оценки корреляции между параметрами.

8. Реализация прецедентного модуля для интеллектуальных систем [№2 за 2015 год]
Авторы: Зо Лин Кхаинг, Ар Кар Мьо, Варшавский П.Р., Алехин Р.В.
Просмотров: 14220
В статье рассматриваются актуальные вопросы применения прецедентного подхода в современных интеллектуальных (экспертных) системах, в частности, в системах поддержки принятия решений, ориентированных на помощь ЛПР при управлении сложными объектами и процессами в условиях наличия различного рода неопределенности в исходных данных и экспертных знаниях. Применение механизмов правдоподобных рассуждений и прецедентного подхода (CBR – Case-Based Reasoning) направлено на расширение возможностей и сферы применения интеллектуальных систем в условиях неопределенности и сокращение времени на поиск решения. Для реализации прецедентного подхода авторы предлагают использовать сетевую (онтологическую) модель представления прецедентов и гибридный алгоритм извлечения прецедентов, базирующийся на теории структурного отображения и методе ближайшего соседа. Кроме того, в статье обсуждается возможность оптимизации (сокращения) базы знаний (базы прецедентов) системы, основанной на прецедентах (CBR-системы), с использованием методов кластеризации. Предложена архитектура CBR-системы, базирующаяся на предложенной модели представления прецедентов и алгоритмах извлечения и оптимизации базы прецедентов (накопленного системой опыта). Описаны особенности программной реализации основных модулей прототипа CBR-системы в среде программирования MS Visual Studio 2010 с использованием редактора онтологий Protégé под операционную систему MS Windows. Оценка эффективности предлагаемого подхода и разработанных программных средств в составе прототипа CBR-системы была проведена на нескольких тестовых базах из наборов данных, предлагаемых кафедрой информатики и вычислительной техники Калифорнийского университета (UCI Machine Learning Repository).

9. Информационная система поддержки нечеткой оценки и согласованной оптимизации [№2 за 2015 год]
Авторы: Веселков А.Н., Кузнецов В.Н., Доропей В.Н.
Просмотров: 8779
Управление предприятием рассматривается как последовательный или сетевой процесс принятия решений в расплывчатых условиях. Расплывчатость (нечеткость) является одним из основных источников неточности в процессах согласованной оптимизации. При принятии решений люди в основном оперируют расплывчатыми понятиями и выполняют расплывчатые инструкции. Кроме того, во многих случаях они имеют разные мнения относительно конкретной проблемы и способов ее устранения. Математический аппарат нечетких множеств и подход к принятию решений в расплывчатых условиях позволяют создавать системы поддержки принятия решений на таких «продвинутых» на практике информационных технологиях, как «1С: Предприятие 8.3». Принятие решений осуществляет группа принятия решений. Она состоит из центра или исследователя операции, ответственного за решение для всего предприятия, и агентов, отвечающих за решения для своих подразделений. Центр и агенты являются пользователями локальной сети, поддерживающей группу принятия решений. Если центр решает задачу оптимального решения исходя из интересов системы в целом, то это решение в общем случае не будет оптимальным для элементов. Отстаивая свои интересы, элементы будут искажать информацию, представляемую центру, или не прибегать к помощи информационной системы. Чтобы избежать этого, центр должен назначать эле-ментам выгодные для них решения. Однако сделать это одновременно и для центра, и для агентов далеко не всегда удается, поэтому применяется согласованная оптимизация решений. Метод системного анализа принятия решений по созданию системы электронного документооборота основан на принципе согласованного управления и законах согласованного планирования, включает эвристические процедуры и нечеткую логику.

10. Формирование представлений агента о предметной области в ситуации выбора [№2 за 2015 год]
Авторы: Виноградов Г.П., Шматов Г.П., Борзов Д.А.
Просмотров: 8977
Эффективность информационных технологий при управлении многоагентной системой в условиях неопределенности зависит от того, как агенты с их помощью формируют субъективные представления о свойствах ситуации вы-бора. Для формирования «правильного представления» агент (субъект) организует сбор информации для «снятия» различного рода неопределенностей и формирования гипотетической модели ситуации выбора. Цель данной работы – развитие методов моделирования, направленных на выявление психических стратегий конкретного агента путем анализа его поведения, речевых паттернов, невербальных реакций в ситуациях целеустремленного состояния, выбора и реализации способов действия. Это предполагает интерактивное взаимодействие исследователя и агента. В процессе взаимодействия выявляются специфичные когнитивные, лингвистические и поведенческие навыки, которые использует субъект в ситуациях выбора для достижения желаемых результатов. Они, в свою очередь, отражают систему ценностей, норм, способностей, убеждений и знаний, присущих конкретному субъекту. Эти структуры выражаются в процедурах формирования решений и реализации их в поведении, поэтому представляют интерес разработка математических моделей, учитывающих поведение агента, на основе теории нечетких систем и теории отношений и обоснование возможности применения нечетких мер для включения субъективных оценок в модель выбора. Выбранные авторами методы исследования: общая методология и методы системного анализа, аналитического моделирования, а также методы теорий множеств, активных систем, принятия решений, искусственного интеллекта, нечетких систем и нечеткого логического вывода, теории игр. В работе исследованы структура и виды представлений агента о ситуации целеустремленного состояния. Формализована модель выбора на основе субъективных представлений о реальности. Показано, что описание представлений средствами языка, которым располагает агент, образует модель, оценку которой он делает с помощью термов лингвистической переменной «убежденность в полезности». Такая оценка выражает уверенность агента в полезности модели-представления для перехода из одного целеустремленного состояния в другое. Показано, как изменяется эта оценка при поступлении новой информации. Для вычисления функций принадлежности предложено использовать композиционное правило Заде. Введены оценки для описания уровня убежденности и степени сомнения агента в полезности своих представлений. Показано, что для случая, когда агент оценивает свои представления набором параметров, в условиях неопределенности оценку качества представлений можно выполнить с помощью нечеткого интеграла. Такой прием позволил предложить алгоритм формирования определенного уровня убежденности агента в полезности его представлений. Описано применение в задачах медицинской диагностики.

| 1 | 2 | 3 | Следующая → ►