Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2023 год.

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

11. Проектирование фильтра из шпилечных резонаторов с металлизированными отверстиями с помощью программной системы [№4 за 2023 год]
Авторы: Лабынцев А.В., Игнатьев В.В., Васильев В.В., Михайловский ВИТ.А., Харланов Д.В.
Просмотров: 773
В статье описывается программная система, представляющая собой прикладное программное обеспечение для проектирования микрополосковых полоснопропускающих фильтров. В ее основе лежит программное обеспечение Ansoft HFSS, предназначенное для трехмерного электромагнитного моделирования СВЧ-структур. Система состоит из двух основных взаимосвязанных компонентов – программы для решения задачи анализа фильтра и программы для решения задачи синтеза многополюсника, заменяющего фильтр в процессе его проектирования. В работе приведено описание структуры программной системы и взаимосвязи ее отдельных компонентов. Использование программной системы проиллюстрировано на примере проектирования фильтра, состоящего из трех противонаправленных шпилечных резонаторов с металлизированными отверстиями в середине сгиба шпильки. Введение в середину резонатора короткозамкнутого отверстия позволяет почти в два раза расширить верхнюю полосу заграждения фильтра за счет перехода от простого полуволнового резонатора к совокупности двух четвертьволновых резонаторов. Для проектирования фильтра с отверстиями использована программная система, основанная на переходе от фильтра к многополюснику, состоящему из связанных друг с другом резонаторов. В результате спроектирован фильтр, обладающий требуемыми электрическими характеристиками. Описанная в статье программная система для проектирования данного фильтра подтвердила свою состоятельность и эффективность. Практическая значимость работы заключается в более чем двукратном расширении верхней полосы заграждения фильтра с металлизированными отверстиями по сравнению с аналогичным фильтром из простых шпилечных резонаторов без отверстий.

12. О проекте межуниверситетской квантовой сети [№4 за 2023 год]
Авторы: Овсянников А.П., Шабанов Б.М.
Просмотров: 785
Работа посвящена вопросам создания межуниверситетской квантовой сети – инфраструктурного полигона для проверки решений построения сетей с квантовым распределением ключей и расширения возможностей подготовки кадров в области квантовых коммуникаций. В настоящее время интерес к созданию сетей с квантовым распределением ключей проявляют все передовые страны. В России разработано собственное оборудование квантового распределения ключей и строится магистральная квантовая сеть. Для ускорения практического внедрения квантовых коммуникаций и решения связанных с ним множества научных, технических, нормативных и кадровых вопросов разработана Концепция создания, развития и эксплуатации межуниверситетской квантовой сети национальной исследовательской компьютерной сети. В рамках реализации Концепции создан пилотный проект меж-университетской квантовой сети, которая объединяет ряд университетов и научных организаций, имеющих собственную инфраструктуру квантовых коммуникаций, обладающих компетенциями в области квантовых технологий, ведущих исследования и разработки в этой области и осуществляющих подготовку специалистов данного направления. Описана топология межуниверситетской квантовой сети, приведены схемы распространения ключа и обмена данными. При рассмотрении различных схем распределения ключей предпочтение отдается схемам с минимальными требованиями к защите доверенных промежуточных узлов. Предложено исследовать применение в межуниверситетской сети протокола MDI квантового распределения ключей через недоверенные узлы. Приведено краткое описание российского оборудования квантового распределения ключей, планируемого для применения в межуниверситетской квантовой сети. Использование в этой сети оборудования всех трех российских производителей квантового распределения ключа позволит продемонстрировать возможности масштабирования квантовых сетей на каждом типе оборудования, исследовать возможности совместной работы оборудования разных производителей и адаптировать его к совместному использованию. Пилотный проект создания межуниверситетской квантовой сети рассчитан на реализацию в 2023–2024 гг.

13. Построение параметризованной 3D-модели рабочей зоны шнека экструдера [№4 за 2023 год]
Авторы: Попов Ю.Г., Малов Г.С.
Просмотров: 742
Экструзия является широко распространенным способом переработки материалов в различных отраслях промышленности. При этом конструкция шнека в значительной мере определяет качество экструдата и эффективность самого процесса его получения. В данной статье рассмотрены основные существующие перспективные подходы к определению оптимальных геометрических параметров шнеков. Предложена концепция системы автоматизированного проектирования, базирующаяся на использовании предварительно построенных параметризованных моделей шнеков. Их геометрия определяется переменными, которые могут варьироваться в широких пределах. Такой подход позволяет использовать прикладные программы аналитического определения важнейших геометрических характеристик шнека, обеспечивать быструю генерацию 3D-модели и проверку методом конечных элементов с одновременной оптимизацией параметров. Рассмотрено построение в Компас-3D параметризованной рабочей зоны шнека, включающей основной гребень переменного шага, барьерный гребень, а также зону основной и барьерной нарезки. Дана оценка основных методов построения сложных геометрических поверхностей в Компас-3D с точки зрения производительности моделирования. Предлагаемый метод может значительно увеличить скорость и улучшить точность проектирования шнеков экструдера, а также повысить качество и эффективность производственного процесса экструзии.

14. Создание инструментария для векторизации тела плоского цикла с помощью векторных инструкций AVX-512 [№4 за 2023 год]
Авторы: Рыбаков А.А., Швиндт А.Н.
Просмотров: 1000
Работа направлена на изучение подходов по сокращению времени исполнения программ с помощью инструкций из набора AVX-512 для повышения эффективности векторизации программного кода. Векторизация является основной низкоуровневой оптимизацией, с помощью которой возможно кратно ускорить выполнение программы, а набор инструкций AVX-512 обладает рядом уникальных особенностей, позволяющих применять векторизацию в сложных программных контекстах. В работе исследуется программный контекст специального вида – плоский цикл, который при удовлетворении ряда требований может быть векторизован с помощью инструкций AVX-512 при практически произвольной сложности тела. Однако довольно часто оптимизирующий компилятор не в состоянии выполнить автоматическую векторизацию плоских циклов по причине наличия в них сложного управления, вызовов функций, гнезд циклов и других конструкций. Это приводит к тому, что векторизацию приходится выполнять вручную с использованием специальных функций-интринсиков. Эффективность векторизации напрямую зависит от плотности масок векторных операций, которые оказываются разреженными при сильно разветвленном управлении внутри тела плоского цикла. В работе предлагается инструментарий, позволяющий параллельно создавать скалярную и векторную версии плоского цикла и анализировать эффективность выполненной векторизации. При этом поддерживаются два режима сборки тестируемого кода: скалярная версия с эмуляцией и мониторингом векторных инструкций и векторная версия для исполнения на целевой машине. С одной стороны, это позволяет контролировать корректность выполненных преобразований кода, а с другой – отслеживать пути исполнения программы с низкой вероятностью для их локализации или выноса из тела цикла. С помощью созданного инструментария удалось выделить горячие плоские циклы ряда реальных приложений и повысить эффективность их векторизации.

15. Моделирование динамики гидроприводов в системах виртуального окружения [№4 за 2023 год]
Авторы: Страшнов Е.В., Мироненко И.Н.
Просмотров: 1016
Системы виртуального окружения активно применяются во многих областях деятельности человека. В частности, широкое распространение получили виртуальные (компьютерные) тренажеры для моделирования и управления сложными механическими системами. Некоторые из таких систем оснащены гидроприводами в качестве исполнительных устройств. В данной работе рассматривается задача моделирования динамики гидроприводов в системах виртуального окружения в масштабе реального времени. Предлагаемое решение этой задачи базируется на подходе, когда осуществляется совместное моделирование динамики гидропривода и системы шарнирно связанных тел. Для этого задействован метод последовательных импульсов, в рамках которого получены ограничения относительно координат и скоростей поршня и двух связанных тел. Идея такого подхода состоит в том, что сначала путем интегрирования уравнений гидравлики с помощью полунеявной схемы Эйлера вычисляется скорость движения поршня без учета нагрузки, а затем эта скорость корректируется с помощью импульса, который обеспечивает ограничения скоростей поршня и двух связанных тел. Предлагаемый подход является итерационным и позволяет реализовать динамику систем шарнирно связанных тел с гидроприводом в масштабе реального времени. Основной результат заключается в том, что разработанный подход является универсальным и позволяет обрабатывать все ограничения в системе тел единым образом. В отличие от других аналогичных методов он не требует громоздких матричных вычислений и решения систем линейных уравнений большой размерности. Апробация в созданном программном комплексе VirSim показала адекватность и эффективность предложенных решений. Практическая значимость работы заключается в том, что предложенные методы и подходы для моделирования динамики гидроприводов могут быть использованы при реализации тренажеров, предназначенных для обучения операторов навыкам управления роботами, машинами различного типа, механизмами, техникой и т.д.

16. Разработка моделей производственных и бизнес-процессов сетевых предприятий на основе многоагентных систем [№4 за 2023 год]
Авторы: Тельнов Ю.Ф., Казаков В.А., Данилов А.В., Брызгалов А.А.
Просмотров: 880
В статье представлены концептуальная и поведенческие модели производственных и бизнес-процессов сетевых предприятий на основе применения многоагентных технологий, реализующих холархические и гетерархические принципы построения киберфизических производственных систем, которые обеспечивают построение и функционирование гибких и адаптивных систем управления производством. В качестве метода исследования предлагается использовать усовершенствованный метод декомпозиции многоагентных систем на автономные компоненты в соответствии с ролевым назначением агентов продуктов, агентов ресурсов и агентов платформы в производственных и бизнес-процессах. Метод разработки единой концептуальной модели позволяет интегрировать производственные и бизнес-процессы в системах управления производством сетевого предприятия на разных уровнях. Для обеспечения качества и надежности функционирования систем управления производством сетевых предприятий предлагается использовать метод формирования соглашений об уровне обслуживания. Основными результатами исследования являются построенная концептуальная модель архитектуры многоагентной системы управления производством сетевого предприятия, отражающая взаимодействие программных агентов – административных оболочек активов в соответствии с их ролями, и разработанные поведенческие модели процессов сетевых предприятий для организации бизнес-экосистемы, конфигурирования и контроля исполнения производственной цепочки с использованием языковых средств UML. В модели организации и контроля исполнения производственной цепочки введено использование соглашений об уровне обслуживания. Особенностями построенных моделей производственных и бизнес-процессов являются усиление их интеграции на различных уровнях управления производством, а также введение механизма управления качеством через аппарат создания и использования соглашений об уровне обслуживания, что позволяет повысить качество и надежность гибкого конфигурирования и исполнения производственных цепочек сетевого предприятия.

17. Идентификация фейк-новостей с помощью веб-ресурса на основе нейронных сетей [№4 за 2023 год]
Авторы: Тумбинская М.В., Галиев Р.А.
Просмотров: 1068
Активное распространение информации средствами телекоммуникаций обусловило актуальность проблемы идентификация фейк-новостей на основе их заголовков. Целью данного исследования является повышение уровня достоверности информации пользователей в браузерной среде. Достижение ее возможно путем автоматизированного распознавания фейк-новостей на основе их заголовков в браузерной среде. В работе предложено использовать нейронные сети, которые позволяют проводить семантический анализ заголовков фейк-новостей и обрабатывать большие объемы данных. В статье рассмотрены популярные зарубежные и отечественные веб-ресурсы по идентификации фейк-новостей, их отличительные особенности. Проведены анализ и выбор нейросетевых моделей BERT-MLP, BERT-CNN, BERT-LSTM, которые были заложены в основу разработки веб-ресурса. Для обучения нейросетевых моделей использованы выборки русскоязычных заголовков новостей. Про-ведено экспериментальное исследование оценки качества и адекватности нейросетевых моделей на тестовых и валидационных выборках данных, в том числе на новостных заголовках различных тематик. Исходя из результатов оценки, разработанный веб-ресурс, в основу которого заложены модели BERT-CNN, BERT-GRU, BERT-LSTM, показал высокую результативность. Достоверность идентификации фейк-новостей составила 86,29 %. Практическая ценность работы заключается в том, что созданный веб-ресурс может быть использован в качестве инструмента для распознавания фейк-новостей специалистами по противодействию деструктивным политическим технологиям, а также специалистами по информационной безопасности. Для повышения точности классификации целесообразно расширить обучающую выборку данных, что позволит выявлять в данных более сложные зависимости.

18. Программный расчет комплексного гармонического колебания с флуктуацией фазы для беспроводных систем связи [№4 за 2023 год]
Авторы: Цветков Ф.А., Васильев В.В., Михайловский ВИТ.А., Михайловский ВАЛ.А., Ломакина А.В.
Просмотров: 700
В статье описывается программа генерирования последовательности временных отсчетов комплексного гармонического колебания с флуктуацией фазы в виде фликкер-шума с заданной спектральной плотностью. Предлагается решение задачи оценки устойчивости современных каналов передачи цифровых данных к помехам и шумам, что на первом этапе проектирования канала выясняется с помощью моделирования. В моделирующей программе исходной характеристикой генерируемого колебания является желаемая спектральная плотность флуктуаций его начальной фазы. На ее основании рассчитывается амплитудно-частотная характеристика формирующего цифрового фильтра. На вход фильтра подается некоррелированная нормальная псевдослучайная последовательность, на выходе получается последовательность временных отсчетов флуктуирующей начальной фазы комплексного гармонического колебания с некоторой средней частотой (в частности, равной нулю). Для каждого из этих отсчетов вычисляются вещественная и мнимая компоненты выходного колебания генератора. Их совокупность и является искомым комплексным гармоническим колебанием с флуктуацией фазы. Программа написана на языке графического программирования NI LabVIEW, что позволяет видеть все этапы ее работы. Для оценки качества функционирования разработанной программы выполнено тестовое моделирование колебания высокостабильного генератора E5052B Signal Source Analyzer. Последующий численный анализ параметров полученного колебания и сравнение их с известными параметрами генератора подтвердили корректность работы программы. Предложенный в статье способ моделирования влияния фазовых шумов на сигналы в канале связи может быть полезен для специалистов в области исследования и проектирования различных систем беспроводной связи, а также в процессе изучения основ передачи радиосигналов в рамках образовательного процесса в высших учебных заведениях.

19. Разработка программного модуля для решателя stressFoam платформы OpenFOAM [№4 за 2023 год]
Автор: Читалов Д.И.
Просмотров: 839
Представленная статья отражает итоги работы по расширению перечня опций графической оболочки для платформы OpenFOAM в контексте применения программы-решателя stressFoam. Назначение программы – исследование изменения свойств твердых тел под влиянием напряжений. Предметом исследования являются процесс постановки численных экспериментов на базе решателя stressFoam и возможность его осуществления посредством графического интерфейса. Сформулирован главный недостаток среды OpenFOAM, обусловивший необходимость выполнения исследования. Дана информация о назначении программы stressFoam и основной сфере ее применения. Описан набор технологий, необходимых для реализации графической, программной части проекта и подсистемы хранения данных. Приведено обоснование применения каждой технологии, определены архитектура создаваемого продукта и среда разработки. Даны диаграммы структуры и логики работы модуля, где выделены главные программные компоненты модуля и алгоритм его применения для задач механики сплошных сред. Итогом выполненной работы является программное решение, заменяющее привычный подход применения командной строки на более эффективный, в соответствии с которым все шаги выполняются посредством графического интерфейса пользователя. Исходный код продукта размещен в репозитории сервиса GitHub для реализации доступа специалистов, применяющих OpenFOAM в экспериментах и исследованиях.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2