Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2018 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. Агентный подход при моделировании динамики изменения состояния парка радиотехнических систем специального назначения [№4 за 2018 год]
Автор: Пахомов В.С.
Просмотров: 5515
В статье рассматривается задача прогнозирования параметров динамики изменения количественного и каче-ственного состояний парка образцов радиотехнических систем специального назначения. Показано, что применение аналитических методов при моделировании процессов изменения состояний парка радиотехнических систем специального назначения становится чрезвычайно сложным или практически невозможным. Динамичность и неопределенность исходных данных, большое количество факторов, которые необходимо учитывать, нестационарность, нелинейность и стохастичность протекающих процессов, большое количество и дискретный характер переменных обусловливают практически непреодолимые трудности в разработке формализованной аналитической модели. Для решения задачи прогнозирования параметров динамики изменения количественного и качественного состояний парка образцов радиотехнических систем специального назначения предлагается использовать агентный подход при имитационном дискретно-событийном моделировании динамики изменения состояния сложных организационно-технических систем, что позволит преодолеть ограничения применяемых в настоящее время аналитических методов. Используя формализованное представление процесса изменения состояния образцов и агентный подход к имитационному моделированию сложных организационно-технических систем, разработана мультиагентная модель, дающая возможность прогнозировать параметры динамики изменения количественного и качественного состояний множества образцов радиотехнических систем специального назначения на основе имитации эксплуатационного этапа жизненного цикла образцов техники с учетом стохастичности процессов изменения технического состояния и ограничений на управляющее воздействие в течение заданного периода времени. На основе предложенной модели был разработан программный комплекс, который предлагается использовать для решения широкого круга задач: система будет полезна для оперативного определения параметров динамики изменения количественного и качественного состояний парка образцов радиотехнических систем специального назначения при заданных ограничениях на управляющее воздействие, а также может служить модулем системы поддержки принятия решения при обосновании долгосрочных программ и планов программно-целевого развития сложных организационно-технических систем.

2. Акцентная визуализация в интерфейсах дополненной реальности [№4 за 2018 год]
Авторы: Иващенко А.В., Катиркин Г.В., Ситников П.В., Сурнин О.Л.
Просмотров: 8893
В статье предлагаются метод и технология акцентной визуализации для интерактивных пользовательских интерфейсов, реализующих современные технологии дополненной реальности. На основе анализа существующих разработок установлена необходимость выработки новых подходов и технологий проектирования приложений дополненной реальности. В частности, необходимо разрабатывать новые принципы размещения элементов пользовательского интерфейса в пространстве, для чего требуется изучать и понимать закономерности процессов деятельности пользователей. Для решения поставленной проблемы в статье предложена модель, включающая понятия сценария, фокуса, контекста и оверлейного контекста. Фокус используется для представления текущего интереса пользователя. Контекст формализует информационное пространство, в котором он выполняет свои действия. В случае необходимости обновления привлекают внимание пользователя с помощью оверлейного контекста. Эта модель позволяет реализовать метод акцентной визуализации, который заключается в формировании виртуальных объектов, отметок и пояснений для привлечения внимания пользователей с помощью интерфейсов дополненной реальности. В качестве примера реализации технологии акцентной визуализации приводится система управления компьютером с помощью взгляда (Eye Tracker). Проведенные эксперименты подтвердили гипотезу о том, что люди по-разному воспринимают предоставляемую им информацию и оценивают удобство пользовательского интерфейса в относительно непривычной среде дополненной реальности. Технология акцентной визуализации позволяет повысить удобство работы с интерактивными панелями и средствами дополненной реальности, обеспечивая адаптацию виртуальных и активных элементов пользовательского интерфейса под требования и предпочтения конкретных пользователей. Предложенная технология рекомендуется для использования в ситуационных центрах мониторинга сложных организационно-технических систем, в автоматизированных системах послепродажного технического обслуживания и интерактивных электронных технических руководствах дополненной реальности.

3. Алгоритм работы контроллера управления электромагнитным процессом в длинной линии [№4 за 2018 год]
Авторы: Льготчиков В.В., Денисов В.Н., Ларькина Т.С.
Просмотров: 5061
В статье рассматривается вопрос управления процессом выделения мощности в заданном сечении вторичного тела от токов, наведенных индуктором. Данное управление может быть применено в ряде технологий дефектоскопии, нагрева массивных объектов с помощью индукционных токов. Индуктор содержит управляемые источники напряжения, а система управления процессом должна обеспечивать возможность идентификации параметров объекта воздействия (вторичного тела) с целью фиксации и оценки эффективности результата энергетического воздействия. Для математического описания электромагнитных процессов в индукторе используется представление объекта длинной линией с распределенными параметрами. Математический аппарат, выбранный для решения задачи, предусматривает замену переменной с целью обнуления граничных условий. Распределение модуля напряжения вдоль линии в зависимости от времени найдено с использованием разложения напряжения, введенных новых переменных в ряд Фурье, с целым числом полуволн нечетной синусоидальной функции. Определяется баланс по амплитудам дискретного и непрерывного разложений в ряд на выбранном разработчиком интервале рабочих частот. Принимается во внимание соотношение частота источника напряжения–длина волны напряжения вдоль линии. В алгоритме реализуется контроль точности в представлении распределения напряжения вдоль длинной линии в процессе решения задачи с возможностью использования в качестве управляющего устройства микроконтроллера. Рост числа элементов ряда ведет к усложнению ПО контроллера, управляющего источниками. Зная длину линии и требуемую точность, можно оптимально управлять числом ряда разложения, меняя частоту источников. Решение задачи и тест алгоритма проведены с использованием математического пакета Maple. Результат иллюстрируется численным примером поиска распределения напряжения с заданным рассогласованием напряжений на концах линии по фазе, частоте и амплитуде отдельно. Приведенное математическое обеспечение является составной частью ПО контроллера управления технологическим процессом.

4. Грамматика запросов для хранилища разнородных данных в проактивных системах [№4 за 2018 год]
Авторы: Чан Ван Фу, Сай Ван Квонг, Щербаков М.В.
Просмотров: 6916
Проблема хранения и обработки разнородных данных (как структурированных, так и неструктурированных), получаемых из различных источников, актуальна при реализации систем проактивной поддержки этапа функционирования жизненного цикла сложных многообъектных распределенных систем. Разнородность данных требует хранения их описания в виде метаданных для последующей автоматической обработки. Для решения проблемы эффективного хранения разнородных данных используется архитектура, называемая «озеро данных». Она реализует механизмы пакетной обработки данных и обработки данных в режиме реального времени. Задача совершенствования методов для эффективного доступа к разнородным данным включает в себя следующие подзадачи: разработка грамматики запросов типа SQL к разнородным данным, построение парсера для распознавания запросов в соответствии с новой грамматикой, разработка модулей обработки разнородных данных в соответствии с запросом, разработка рекомендаций (методики) применения разработанных модулей в проактивных системах поддержки принятия решений. Предлагаемая грамматика основана на расширениях DML языка SQL, в частности, расширениях оператора SELECT. Для обработки сформированных запросов в соответствии с новой грамматикой сгенерирован парсер с использованием библиотеки ANTLR 3.0. В результате генерации созданы классы на языке Java, объекты которых используются для разбора запросов. Реализовано и испытано ПО на основе сгенерированного парсера и модулей обработки разнородных данных. В результате испытания ПО, реализующего предложенную грамматику в системе проактивной поддержки принятия решений, проанализировано время выполнения унифицированных запросов с различными объемами разнородных данных. Главным результатом применения грамматики является снижение времени на обработку разнородных данных в рамках одного запроса.

5. Информационная поддержка этапа разработки состава твердых лекарственных форм [№4 за 2018 год]
Авторы: Корнюшко В.Ф., Николаева О.М., Богунова И.В., Флид А.А., Гребенщиков А.А.
Просмотров: 8231
В статье рассматривается применение системного анализа для информационной поддержки этапа разработки состава твердых лекарственных форм. Приведена диаграмма информационного описания жизненного цикла разработки и производства лекарственных препаратов в номинации IDEF0. В основу построения системы информационной поддержки этапа разработки состава в жизненном цикле положен новый подход QbD (quality by design, «качество, запланированное при разработке»), который должен быть реализован на основе целевого профиля препарата TPP (target product profile). В качестве критериев оценки качества оптимизации на всех стадиях разработки выбраны технологические параметры, характеризующие основные свойства полученных промежуточных продуктов, CPP (critical process parameter). Рассмотрена схема интеллектуальной системы управления этапом разработки состава готовой лекарственной формы. Для управления исследованиями предлагаются два алгоритма: один используется при подборе вспомогательных веществ, а второй при выборе оптимальных технологических параметров для каждой стадии. Подробно рассмотрено построение на основе многооткликовой регрессионной модели алгоритма подбора параметров всех процессов, участвующих в получении оптимального состава готовой лекарственной формы. Рассмотрено построение БД вспомогательных веществ, входящей в структуру интеллектуальной системы управления. Приводятся схемы, демонстрирующие основные наборы сущностей и связи между ними. Помимо прочего, приведены некоторые фрагменты программного кода, подкрепляющие теоретическое обоснование проводимого исследования.

6. Информационная система выбора каналов управления технологическим объектом с целью синтеза энергосберегающей системы регулирования [№4 за 2018 год]
Авторы: Соболев А.В., Ляшенко А.И., Вент Д.П.
Просмотров: 4962
Современные системы автоматического управления способны решать разнообразные задачи в различных отраслях промышленности. При этом успех реализации системы зависит от цели ее построения, формируемой в виде некоторого критерия оптимальности. В работе дан анализ современного состояния вопросов энергосберегающего управления химико-технологическими системами. Отмечается сложность повышения энергетической эффективности при одновременном обеспечении оперативного по быстродействию управления химико-технологическими процессами. Предложен способ решения данной задачи путем создания энергосберегающих систем автоматического регулирования с избыточным числом управляющих воздействий, отличающихся по частотным и энергетическим характеристикам. В статье предлагается структура информационной системы, которая может быть использована для анализа многомерного объекта управления с целью выделения динамически и энергоэффективных каналов управления и последующего синтеза энергосберегающей системы автоматического регулирования. Описаны основные модули информационной системы, решаемые в них задачи синтеза и анализа, структура взаимодействия составляющих подсистем. Представлен алгоритм выбора энергосберегающего канала управления, в основе которого лежит определение эксергетической чувствительности. Эксергетические характеристики технологических процессов позволяют получить объективную оценку использования разнородных энергетических ресурсов и выявить резервы для энергосбережения. Приведена логическая структура подсистемы эксергетического анализа химико-технологических систем, описаны диаграмма классов, их основные функции и методы. Даны рекомендации по использованию автоматизированной системы эксергетического анализа химико-технологической системы. Предложен алгоритм выбора динамически эффективного канала управления, в основе которого лежит итерационная процедура расчета квадратичного интегрального критерия для заданного частотного диапазона работы.

7. Информационная система обработки и хранения данных о кинетике химических реакций [№4 за 2018 год]
Авторы: Звягинцев Н.В., Биллиг В.А.
Просмотров: 4104
В настоящее время активно развивается хемоинформатика, позволяющая прогнозировать многие свойства ве-ществ, в том числе их реакционную способность, биологическую активность и т.д. В частности, исследуются зависимости «структура–свойство», позволяющие на основе данных о структуре прогнозировать различные свойства. Построение подобных моделей требует использования представительных выборок данных и интерфейсов для работы с ними, поэтому создание специализированных БД является важной задачей хемоинформатики. В настоящее время создан ряд БД с кинетическими параметрами реакций, содержащих сведения о кинетике химических реакций (константы скорости реакций, энергии активации и т.д.). Однако большинство таких БД с кинетическими параметрами не предоставляют специализированные сервисы (API) для программного анализа данных. В статье рассматривается информационная система LacertaLab, содержащая БД и специализированные сервисы для обработки и анализа информации о протекании химической реакции. В БД хранятся как кинетические параметры реакций, так и данные о механизме химических реакций. Информационная система позволяет осуществлять поиск взаимосвязей между параметрами реакций, используя метод наименьших квадратов. Программные сервисы системы (API) предоставляют средства доступа к информации из БД, с их помощью формируются модели «структура–свойство». Данная ИС имеет возможность взаимодействовать с внешними сервисами, получать от них кинетические параметры и сохранять в собственной БД.

8. Исследование комбинированного алгоритма при обучении трехслойных нейронных сетей различной топологии [№4 за 2018 год]
Авторы: Остроух Е.Н., Евич Л.Н., Чернышев Ю.О., Маркин С.Д., Панасенко П.А.
Просмотров: 7184
При обучении нейронной сети настройка весовых коэффициентов осуществляется на основе минимизации ошибки вычислений. В случаях, когда целевая функция имеет сложный характер и обладает большим количеством локальных экстремумов, обучение сети с применением градиентных методов оптимизации зачастую не гарантирует нахождение глобального экстремума. Решение этой проблемы на сегодняшний день для большого класса задач осуществляется с помощью генетических алгоритмов как основного метода для обучения сетей обратного распространения ошибки. Развитие этих алгоритмов получило свое продолжение в изучении биоинспирированных алгоритмов и их гибридных модификаций. Использование биоинспирированных алгоритмов, основанных на методах случайного поиска, позволяет решить проблему обхода локальных экстремумов и обладает высокой скоростью сходимости. В работе рассматривается комбинированный биоинспирированный алгоритм, реализующий решение задачи глобальной оптимизации в случае проблем, связанных с обучением искусственных нейронных сетей. Структура сети и число нейронов в каждом скрытом слое являются важными параметрами, влияющими на эффективность обучения искусственных нейронных сетей. Трехслойные нейронные сети позволяют решать большинство сложных задач. Однако влияние количества нейронов в каждом из скрытых слоев на скорость сходимости в общем случае мало изучено. В работе исследуется ранее разработанная авторами комбинация алгоритма светлячков и градиентного спуска для обучения трехслойных нейронных сетей различной топологии. Проведенное исследование дало возможность выявить из рассмотренных искусственных нейронных сетей топологию, позволяющую получить наиболее оптимальное решение за меньшее количество шагов. Анализ производительности алгоритма обучения осуществлен на основе функции «исключающее ИЛИ» (Xor).

9. Компьютерное моделирование структуры технических поверхностей на микроуровне [№4 за 2018 год]
Авторы: Рачишкин А.А., Сутягин О.В., Болотов А.Н.
Просмотров: 4573
В статье описывается структура программного средства для компьютерного моделирования топографии технических поверхностей. Модель построена с использованием экспериментальных данных о морфологии шероховатых поверхностей. Это позволяет моделировать трехмерную поверхность, используя данные о характеристиках микротопографии контактирующих поверхностей. При неполных данных или их отсутствии можно использовать статистически обработанные параметры продольных и поперечных профилей поверхностей. С учетом возможной неоднородности объекта исследований генерация микронеровностей осуществляется по специально разработанному математическому аппарату. Принятые допущения не оказывают существенного влияния на достоверность моделируемой поверхности. Такой подход позволяет проектировать неоднородные шероховатые поверхности, исходя из индивидуальных параметров каждой микронеровности. Проведенные аналитические расчеты и экспериментальные проверки показали сходимость в пределах допустимой погрешности моделируемой и реальной поверхностей. Расхождения обусловлены неоднородностью реальной шероховатой поверхности. Полное копирование топографии технически реализуемо, но ведет к невозможности построения расчетных моделей для исследования физических процессов, протекающих при контактном взаимодействии двух поверхностей. Таким образом, подход с принятием допущений представляется оптимальным решением при проектировании компьютерной модели, являющейся базовым модулем программы для исследования процесса взаимодействия шероховатых поверхностей с возможностью нанесения функционального покрытия. Разработанный математический аппарат и принятые входные параметры позволяют имитировать реальную шероховатую поверхность с максимально возможной достоверностью. Могут осуществляться как моделирование существующих шероховатых поверхностей с известными значениями входных параметров по обработке, так и предварительное проектирование наиболее оптимальной топографии поверхности, необходимой для решения конкретной инженерной задачи. Данная программа объединяет современные информационные технологии и аналитические разработки в области генерации шероховатых поверхностей. Она является отдельным, базовым модулем общей системы моделирования узлов трибосопряжений.

10. Лингвистическое обеспечение САПР технологии ковки валов на прессах [№4 за 2018 год]
Авторы: Канюков С.И., Коновалов А.В., Муйземнек О.Ю., Курённов Д.В., Партин А.С.
Просмотров: 7712
В статье приводится описание основных функций специализированного входного языка САПР технологических процессов ковки валов на прессах, созданной в Институте машиноведения Уральского отделения Российской академии наук. Разработанный входной язык предоставляет пользователям широкие возможности для внесения корректировок в технологическую карту ковки, начиная от выбора слитка и заканчивая подготовительными и основными переходами ковки. Каждая корректировка представляет собой либо выбор необходимого решения из выпадающего меню, например, нужного слитка из списка подходящих или одного из двух альтернативных вариантов (ковать или не ковать цапфу, включить или исключить операцию осадки выбранного слитка), либо изменение числовых значений параметров технологического процесса, находящихся в определенных границах (размеры промежуточных заготовок, уковы и т.д.). Поскольку сами границы технологических ограничений вследствие недостаточной формализации рассматриваемой предметной области в общем случае являются нечеткими, то есть находятся в определенном диапазоне своих значений, входной язык предоставляет пользователям возможность вносить свои корректировки в решения системы с незначительным выходом за эти границы. Автоматизированное проектирование технологического процесса ковки выполняется по определенным технологическим правилам, вынесенным в базу знаний системы. Составляющая часть входного языка, предназначенная для работы с базой знаний, позволяет оперативно, без корректировки алгоритмов и программ изменять технологические правила проектирования, которые на разных предприятиях могут быть различными. Все это гарантирует получение технологических карт ковки, пригодных для реализации производственного процесса, и должно существенно облегчить внедрение системы на различных предприятиях.

| 1 | 2 | 3 | Следующая → ►