Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 1 за 2020 год.

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

11. Программно-алгоритмическая поддержка интеллектуальной системы управления синтезом активных фармацевтических ингредиентов [№1 за 2020 год]
Авторы: Корнюшко В.Ф., Николаева О.М., Богунова И.В., Кузнецов А.С., Панов А.В.
Просмотров: 3543
В статье рассматривается создание алгоритмического и программного обеспечения для интеллектуальной системы управления разработкой синтеза активных фармацевтических ингредиентов. На основе анализа схемы системы контроля качества, эффективности и безопасности медицинской продукции показано, что единственным несертифицированным этапом в жизненном цикле разработки и производства лекарственных средств является этап фармацевтической разработки, который включает синтез активных фармацевтических ингредиентов и разработку состава готовой лекарственной формы. Показано преимущество схемы непрерывного синтеза производства активных фармацевтических ингредиентов над схемой периодического синтеза. Приведен системный подход к предлагаемой разработке на основе реализации принципа QbD. Разработана схема формирования глобального критерия. Сформулирован спектр условий, в которых предстоит выполнять исследования, при этом применительно к каждому условию качество функционирования оценивается самостоятельным критерием. Построены информационные модели для системы управления непрерывным синтезом активных фамацевтических ингредиентов димедрола в нотации IDEF0. Предложен подход к разработке информационного и программно-алгоритмического обеспе-чения системы непрерывного синтеза лекарственных препаратов. Разработаны математические модели на основе регрессионного анализа для управления процессом непрерывного синтеза с помощью интеллектуальной системы управления. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение на основе свободно распространяемого программного комплекса Scilab для управления процессом разработки синтеза активных фармацевтических ингредиентов с помощью регрессионных многооткликовых моделей и алгоритма оптимизации Хука–Дживса. Приведена графическая интерпретация некоторых результатов исследования процесса получения активных фамацевтических ингредиентов дифенгидрамина (димедрола) на экспериментальной установке непрерывного синтеза. Получен набор графических решений, позволяющих оптимизировать ряд количественных показателей процесса синтеза активных фармацевтических ингредиентов.

12. Моделирование одновременного переноса жидкости и газа: практический подход [№1 за 2020 год]
Авторы: Коряков А.П., Костюков И.Б., Рыбаков М.Н.
Просмотров: 2440
Рассматривается задача моделирования процесса переноса жидкости и газа в системах, состоящих из емкостей разного объема, соединенных между собой трубами различной длины и раз-личного диаметра. Предлагается модель, основанная на системе дифференциальных уравнений, описывающих изменение массы вещества в емкостях и величины потока вещества в трубах. В этой модели, по-мимо параметров емкостей и труб, учитываются также и различные параметры жидкости и газа: плотность, температура, молярная масса и некоторые другие. Описание сопровождается формулами, а сами форму- лы – необходимыми пояснениями. Обсуждаются высокие требования подобных моделей к затратам вычислительных ресурсов, прежде всего временны́х. Предлагается ряд эвристических идей, позволяющих существенно уменьшить эти затраты. Уделяется внимание каждой из предлагаемых идей по отдельности, взаимодействию их воплощений, а также необходимым ограничениям по их использованию. Описываются ключевые технические моменты компьютерной реализации модели, включая предлагаемые эвристические идеи и возможности настройки различных параметров, влияющих на точность и время выполнения вычислений. Все описания приводятся без привязки к какому-либо конкретному языку программирования. Демонстрируются возможности расширения предложенной модели с целью включения в нее элементов, моделирующих работу различных устройств: клапанов, редукторов, насосов. Для каждого из этих устройств предлагается реализующая его модель. В конце работы формулируются выводы о возможностях модели и ее компьютерной реализации. Кроме того, обсуждаются некоторые вопросы, оставшиеся за рамками рассмотрения, в частности, возможность распараллеливания вычислений.

13. Использование алгоритмов оптимизации с самообучением для управления динамически изменяющимися системами [№1 за 2020 год]
Автор: Костенко В.А.
Просмотров: 4323
В статье предлагается подход к управлению динамически изменяющимися системами. В ходе работы они могут изменять свое состояние: состав оборудования, нагрузку и выполняемые функции. Необходимо выбирать значения управляющих параметров в зависимости от состояния системы таким образом, чтобы обеспечить требуемые значения характеристик ее работы. Для решения этой задачи авторы предлагают использовать оптимизационные алгоритмы с самообучением: направленного случайного поиска с самообучением и муравьиные. Эти алгоритмы, действуя методом проб и ошибок, позволяют настраиваться на текущее состояние системы за счет введения в алгоритмы памяти об удачном и неудачном выполнении предыдущих шагов. Основная идея применения алгоритмов с самообучением для управления системой заключается в том, что задача управления рассматривается как задача безусловной оптимизации. Элемента-ми вектора оптимизируемых переменных являются управляющие параметры системы. Шаги алгоритмов рассматриваются как возможные действия по управлению системой (операции изменения значений управляющих параметров). Целевая функция может быть задана одним из двух способов: как суммарное среднее отклонение характеристик работы системы от требуемых (важность характеристик можно учесть с помощью весов при суммировании отклонений) и как максимальное отклонение характеристик работы системы от требуемых. Предложенный подход к управлению допускает нестабильное поведение окружающей среды, ограниченность информации об управляемой системе и позволяет учитывать наличие многих характеристик работы системы, значения которых требуется поддерживать в заданных пределах. Если отказ элементов системы не приводит к отказу системы в целом, а лишь ухудшает значения характеристик работы системы, то при использовании данного подхода отклонения значений характеристик от требуемых будут минимизироваться. Ограничением данного подхода является допустимость переходного процесса при смене со-стояния системы. При изменении состояния системы алгоритму потребуется ряд шагов для пере-обучения. Некоторые шаги могут приводить к нарушению требуемых характеристик работы системы.

14. Интеллектуальный анализ видеоданных для распознавания ситуаций угона автомобиля на парковке [№1 за 2020 год]
Авторы: Кручинин А.Ю., Галимов Р.Р.
Просмотров: 2598
Для предотвращения и расследования различных инцидентов активно используются системы видеонаблюдения. Основным недостатком традиционных решений в этой области является то, что оценивает текущую ситуацию и принимает решение непосредственно оператор, поэтому при большом количестве контролируемых камер и в силу человеческого фактора существует высокая вероятность увеличения времени определения опасной ситуации. Это приводит к значительному ущербу, особенно в тех случаях, когда необходимо оперативно реагировать на инцидент, например, при угоне автомобильного транспорта. Данные обстоятельства обусловливают необходимость внедрения систем интеллектуального анализа видеоданных. В работе предложен метод распознавания ситуаций угона автомобильного транспорта с пар-ковки, основанный на стохастических грамматиках и глубоких нейронных сетях. Распознавание инцидента происходит на двух основных уровнях: на нижнем уровне распознаются события, а на верхнем – ситуации как наиболее вероятные цепочки событий, соответствующие грамматике сиг-натур угона автомобиля. Детектирование событий возможного угона выполняется на основе анализа выявленных объектов, их взаимного расположения, динамических характеристик траектории движения и особенностей поз людей. Распознавание объектов и поз людей осуществляется на основе глубоких нейронных сетей, характеризующихся на современном этапе развития высокой степенью достоверности. В статье описана разработанная имитационная модель системы распознавания ситуаций угона автомобильного транспорта, которая базируется на модуле распознавания объектов с помощью глубокой нейронной сети. Повышение оценки достоверности распознавания события осуществляется за счет учета истории определенных объектов на предыдущих кадрах и при необходимости данных о позе человека. Для описания возможных сценариев угона автомобильного транспорта разработана стохастическая грамматика, на основе которой создана тестовая утилита. Результаты тестирования разработанного метода на наборе данных Mini-deone video dataset показали ее работоспособность.

15. Подход к оценке емкости транзитного накопителя [№1 за 2020 год]
Авторы: Кутузов О.И., Татарникова Т.М.
Просмотров: 4077
Определена актуальность задачи оценки емкости накопителя с опасным грузом. Превышение емкости такого накопителя связано с крупными экологическими и/или материальными потерями, поэтому определено как маловероятное событие. Формально загрузка накопителя представлена как процесс обслуживания поступившей заявки. Для моделирования этого процесса предложено использовать аппарат теории систем массового обслуживания. Показано, что при моделировании процесса обслуживания необходимо учесть не-однородность потока заявок: заявки входного и выходного потоков существенно различаются по объему поступающего в накопитель и извлекаемого из него груза. Во входном потоке заявки по-ступают пачками, а выходной поток состоит из одиночных заявок. Предложено использовать аналитико-статистический метод экстремальных значений и модель поведения очереди в буфере с ограниченной емкостью для решения поставленной задачи. Анализ процесса потери заявок при переполнении буфера конечной емкости стационарной системой массового обслуживания сведен к анализу наращиваний и сокращений очереди на интервале регенерации. Получено выражение для расчетов малых значений вероятностей потерь в буферах конечной емкости в виде аналитико-статистической оценки. Предложена методика сбора и обработки выборочных данных, последовательное выполнение шагов которой позволяет определить необходимую емкость конечного буфера исходя из допустимой вероятности потерь.

16. Программы моделирования и идентификации температурных полей в сортовых стеклоизделиях [№1 за 2020 год]
Авторы: Марголис Б.И., Мансур Г.А.
Просмотров: 4454
В статье рассмотрены структура и основные модули автоматизированной системы расчета режимов отжига стеклоизделий. Приведена постановка задачи моделирования температурных полей для изделий цилиндрической формы при несимметричном конвективно-радиационном теплообмене с окружающей средой и ограждающими поверхностями технологического оборудования. Сформулирована возможность решения поставленной двухмерной температурной задачи в среде программирования Matlab. При решении задачи моделирования температурного поля в стеклоизделиях цилиндрической формы использована функция parabolic, являющаяся одним из инструментов Matlab для решения дифференциальных уравнений параболического типа со сложными граничными условиями. На основе стандартной функции fmincon в среде Matlab разработаны программы, позволяю-щие по заданным теплофизическим характеристикам материала и параметрам температурно-временного режима в печи отжига идентифицировать коэффициенты искусственного конвективного теплообмена между воздухом и поверхностью изделия в каждой из зон. Приведен пример идентификации параметров конвективно-радиационного теплообмена в печи отжига сортовых стеклоизделий (стаканов) на основе программы моделирования температурного поля в среде Matlab. Рассмотрены особенности разработки программы, связанные с необходимостью учета изменяющихся начальных и граничных условий на каждом из этапов температурно-временного режима отжига изделия. Приведены программные коды основной программы, функций моделирования температурного поля CilinderHolParabolic1 и граничных условий boundaryFileHolParabolic1. Произведен анализ результатов работы программы и продемонстрировано хорошее совпадение полученных коэффициентов конвективной теплоотдачи с их физически обоснованными значениями при искусственном конвективном теплообмене в печах отжига стеклоизделий. Полученные результаты идентификации условий конвективно-радиационного теплообмена с окружающей средой и ограждающими поверхностями можно использовать для оптимизации режимов термообработки изделий цилиндрической формы.

17. Модуль разрешения морфологической неоднозначности: архитуктура и организация базы данных [№1 за 2020 год]
Авторы: Мухамедшин Д.Р., Сулейманов Д.Ш.
Просмотров: 6563
Системы управления корпусными данными помогают решать целый ряд актуальных задач, связанных с компьютерной лингвистикой. В частности, это обработка исходных документов, их автоматическая морфологическая разметка, хранение и изменение корпусных данных с морфологической разметкой, выполнение поисковых запросов (выборок данных), интеграция с другими приложениями. При автоматической морфологической разметке текстов электронного корпуса часто возникает проблема, когда одна и та же словоформа может быть размечена двумя и более наборами морфологических свойств, что называется морфологической неоднозначностью. Авторами был разработан модуль для ручного снятия морфологической неоднозначности, который может помочь в решении проблемы. В данной статье рассмотрена архитектура модуля разрешения морфологической неоднозначности системы управления корпусными данными, разработанной для управления татарским корпусом, и описана организация БД, основанная на транзакционном подходе к хранению данных. В статье подробно описана архитектура программной части модуля, который является частью системы управления корпусными данными «Туган Тел». Благодаря архитектуре системы управления корпусными данными подобные модули могут быть быстро интегрированы в систему и не влиять на работу других модулей. Описанная в статье организация БД модуля разрешения морфологической неоднозначности позволяет перейти к решению других задач компьютерной лингвистики, таких как автоматическое разрешение морфологической неоднозначности и улучшение автоматической морфологической разметки текстов электронного корпуса.

18. Программный модуль автоматизированного проектирования процесса обжима полых цилиндрических деталей [№1 за 2020 год]
Авторы: Овечкин М.В., Сергеев А.И., Сердюк А.И., Щеголев А.В., Иванюк М.В., Кузьмин А.В.
Просмотров: 3039
Обработка металлов давлением широко используется в процессе изготовления изделий раз-личного назначения. Для уменьшения поперечных размеров торцевой части полых тонкостенных цилиндрических деталей применяются операции обжима с помощью технологического инструмента обжимных матриц. Обжимом получают горловины цилиндрических бидонов, баллоны аэрозольной упаковки, различные переходники трубопроводов и другие изделия. Однако большие затраты на проведение опытных работ и изготовление опытных партий приводят к необходимости создания системы автоматизированного проектирования технологического процесса обжимных операций. В статье приведена UML-диаграмма последовательности бизнес-процессов проектирования обжимных матриц. Целью настройки технологии производства продукции, несомненно, является получение такой последовательности, при которой информация об изделии будет с наименьшими затратами времени попадать в отдел работы с заказчиком без возврата на этап проектирования. Для этого, в частности, необходим быстрый и точный автоматизированный контроль на ключевых этапах производства. Авторами подробно описаны интерфейс и принцип действия программного модуля системы автоматизированного проектирования технологического процесса обжима. При-ведены формулы расчета количества операций обжима, структура представления основных данных. Описан алгоритм, позволяющий гибко назначать параметры процессов деформаций и управлять прочностными характеристиками пооперационных полуфабрикатов. Разработанное ПО проектирования процесса обжима позволяет выполнять расчет таких параметров, как количество операций и пооперационные диаметры обжимных матриц. Выходные данные программы могут быть использованы для моделирования в системах конечно-элементного анализа. Сделан вывод о том, что совместное применение разработанного ПО и систем конечно-элементного анализа позволит существенно уменьшить сроки и себестоимость продукции за счет сокращения времени, необходимого на проектирование процесса обжима, а также комплектов опытного технологического инструмента.

19. Методика решения задачи антиспуфинга по ограниченному количеству фотографий [№1 за 2020 год]
Авторы: Русаков К.Д., Генов А.А., Хиль С.Ш.
Просмотров: 6130
В настоящее время задача предоставления высокого уровня безопасности мобильных устройств, таких как смартфоны и планшеты, посредством биометрических подходов особо актуальна. В статье предложена методика решения задачи антиспуфинга по ограниченному количеству изображений. Исследуются детекции spoof-атак с использованием распечатанных фотографий и экранов мобильных устройств и мониторов. Показаны актуальность исследования и нерешенность задачи в целом. Рассмотрена структура типовой системы Liveness, состоящей из источника (камеры), препроцессинга получаемых изображений, детекции лиц, модуля признаков и классификатора. В ходе исследования отмечено, что предобработка получаемых изображений является одной из самых главных частей системы, так как вследствие обширности аугментаций признаки spoof-атак выявляются тяжело. Дается небольшой обзор современных архитектур сверточных нейронных сетей (в терминологии текущей архитектуры – энкодеров), а также показано, что линейный выход сверточных нейронных сетей можно использовать как вход для рекуррентных нейронных сетей типа LSTM. Отмечается, что для детекции лиц наилучшим алгоритмом в условиях текущей архитектуры является MMOD-метод. Итоговая архитектура системы Liveness представлена как комбинированный подход, состоящий из сверточной нейронной сети, получающей эмбеддинги от каждого кадра, и рекуррентной нейронной сети LSTM, использующей эти эмбеддинги на входе и обучающейся запоминанию последовательности определенных кадров и их характеристик. Представлены результаты экспериментов, показывающие показатели точности текущих разработок в данной области при условии довольно низких требований к вычислительной мощности. Данная методика позволяет достаточно достоверно определять поддельность фотографии по нескольким кадрам.

20. Алгоритм комплексирования маршрутов для разработки электронной модели территориальной схемы обращения с отходами [№1 за 2020 год]
Авторы: Христодуло О.И., Абдуллин А.Х., Багаманшина Г.Ф.
Просмотров: 3865
Реформа сферы обращения с отходами затрагивает множество аспектов, и вопросы рациональной организации транспортирования отходов актуальны для всех регионов России. Одним из направлений совершенствования территориальных схем является снижение затрат на доставку отходов до полигонов или мест утилизации, а также тарифов для населения. Для совершенствования заложенной в основу схемы модели требуется проведение анализа и распределения потоков отходов с учетом динамики образования отходов, пространственных особенностей муниципальных территорий, определения темпа накопления отходов на полигонах. Решается задача комплексирования маршрутов перевозки отходов для совершенствования электронной модели территориальной схемы обращения с ними. В статье рассматривается ряд наиболее известных моделей и подходов к распределению материальных потоков в пространственно-распределенных системах, оценена их применимость для модификации схем. Выяснено, что ни один из таких подходов нельзя напрямую применить к сфере обращения с отходами. Известные алгоритмы транспортной логистики не способны учесть совокупность факторов, характерных для сформировавшейся в регионе модели транспортирования отходов, требуются их сочетание и доработка. Формализуется описание организации сбора, утилизации и захоронения отходов, а также распределения потоков твердых коммунальных отходов от локальных центров до полигонов. Представлен алгоритм комплексирования маршрутов перевозки отходов. Авторами на основе предложенного алгоритма разработан пакет скриптов, с помощью которых проведены анализ и моделирование потоков транспортирования отходов. Результаты комплексирования маршрутов позволяют разработать целостную и непротиворечивую электронную модель территориальной схемы обращения с отходами.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | Следующая → ►