Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2018 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Методика оценки качества гетерогенных робототехнических комплексов моделью Banker-Charnes-Cooper [№4 за 2018 год]
Авторы: Селиверстов Д.Е., Русаков К.Д., Хиль С.Ш., Савилкин С.Б.
Просмотров: 5591
В статье предложена методика оценки и определения направлений повышения качества гетерогенных робототехнических комплексов, состоящая из частных методик и основанная на разработанном на базе методологии анализа среды функционирования комплексе математических моделей. Одной из особенностей методологии анализа среды функционирования по оценке эффективности систем является то, что исследуемый объект обладает множеством входных и выходных разнородных параметров и решение задачи осуществляется в условиях этой разнородности, что имеет особое значение при гетерогенности комплекса. Посредством сложных математических преобразований моделирование на базе анализа среды функционирования дает возможность «сравнивать несравнимое». Методика оценки качества гетерогенных робототехнических комплексов предполагает определенный ряд факторов, описанных в статье, и строится на основе разработанных математических моделей оценки качества гетерогенных робототехнических комплексов и теоретических положений о критериях качества исследуемого объекта. В статье показано: если в соответствии с ограничениями необходимо добиться максимального уровня значений выходных показателей при фиксированных значениях показателей входа, выбирается разработанная модель анализа гетерогенных робототехнических комплексов, основанная на выходной модели Banker-Charnes-Cooper методологии анализа среды функционирования. Данная математическая модель позволяет проводить анализ качества гетерогенных робототехнических комплексов в условиях возможности сокращения затрат при фиксированных значениях выходных характеристик. Если определение направлений повышения качества гетерогенных робототехнических комплексов осуществляется в условиях возможности одновременного изменения значений как входных, так и выходных параметров, выбирается модель синтеза, основанная на аддитивной модели методологии анализа среды функционирования.

12. Методика построения архитектуры ПО систем энергосберегающего управления многомерными технологическими объектами на множестве состояний функционирования [№4 за 2018 год]
Авторы: Грибков А.Н., Муромцев Д.Ю., Шамкин В.Н., Тюрин И.В.
Просмотров: 4940
В статье рассмотрены теоретические и практические аспекты построения архитектуры ПО систем энергосберегающего управления многомерными технологическими объектами на множестве состояний функционирования. Приведена классификация систем управления, учитывающая изменения состояния функционирования в процессе реальной эксплуатации, а также возможности идентификации текущего состояния функционирования на временном интервале управления. Проведено структурирование ПО систем энергосберегающего управления с выделением функциональных подсистем и программных модулей. Рассмотрена общая архитектура системы энергосберегающего управления, включающая подсистему управления знаниями и данными, подсистему интерфейса и шесть базовых программных модулей. В состав подсистемы управления знаниями и данными включены база знаний, машина вывода, БД и система управления БД. Подсистема интерфейса состоит из модуля ввода исходных данных, модуля когнитивной графики и интегрированной среды разработки. В состав базовых программных модулей системы энергосберегающего управления входят модуль идентификации модели динамики объекта управления, модуль анализа задач оптимального управления, модуль синтеза оптимальных управляющих воздействий, модуль имитационного моделирования, модуль идентификации текущего состояния функционирования и модуль планирования эксперимента. Для каждого базового модуля определены классы систем на множестве состояний функционирования, в состав архитектуры ПО которых он может быть включен. Предложена методика построения архитектуры ПО систем энергосберегающего управления различных классов на множестве состояний функционирования. Рассмотрены особенности программной реализации систем энергосберегающего управления на базе различных подходов (с использованием прикладных и инструментальных программных средств).

13. Онтологии в задачах построения понятийной модели предметной области [№4 за 2018 год]
Authors: Vinogradov G.P., A.A. Prokhorov
Просмотров: 5217
Предметом исследований являются коммуникации информационных систем между собой и информационных систем с оператором. Актуальность данной проблемы обусловлена интеллектуализацией информационных технологий, в результате которой информационная система приобретает черты интеллектуального агента. Это открывает новые перспективы для направления, называемого цифровой экономикой, где важную роль играет информационное взаимодействие на сетевом уровне. Методическую базу исследований составили полученные в теоретической семиотике результаты использования онтологии как формы представления знаний о реальном мире, а также публикации отечественных и зарубежных ученых по проблеме коммуникации между информационными системами. В процессе исследований выполнен анализ процесса коммуникации. Выявлено, что интеллектуальный агент рассматривает сообщение как результат принятия решения либо для информирования, либо для изменения состояния другого агента. Показано, что коммуникацию следует рассматривать как один из видов управления, например поведением. Доказано, что применительно к теории поведения этот подход потребовал включения в предметную область теории выбора психологических аспектов. Это прежде всего проблемы восприятия, осознания, понимания свойств ситуации выбора и построения оценок результатов выбора, общения, конфликта, введения новых понятий и отношений между ними ряда других. Системы поддержки процесса коммуникации должны содержать модель предметной области, понятной и интерпретируемой пользователем. Показано, что наиболее подходящим способом ее построения является понятийное моделирование предметной области на основе онтологий. Понятийная модель состоит из понятийной структуры и описания содержания понятий. Понятийная структура определена как множество понятий, на которых заданы четыре отображения абстрагирования: обобщение, типизация, ассоциация и агрегация. Описание содержания понятий осуществляется с помощью таблиц БД. Существенным отличием используемой понятийной модели от других является описание ассоциации как обычного понятия. Показано, что благодаря семантической инвариантности области понятийной интерпретации удается улучшить технологические и эксплуатационные характеристики информационной системы. Предлагаемый подход создает основу для разработки и организации интерфейса искусственных сущностей как между собой, так и с оператором на основе некоего «профессионального языка», релевантного некоей предметной области, что предполагает рассмотрение интерфейса как знаковой системы и использование для ее построения методов и подходов теории искусственного интеллекта.

14. Оптимальное управление с обратной связью одним классом нелинейных систем по квадратичному критерию [№4 за 2018 год]
Авторы: Афанасьев А.П., Дзюба С.М., Пчелинцев А.Н., Емельянова И.И.
Просмотров: 6306
Статья посвящена проблеме синтеза оптимального управления нелинейными системами с выделенной линейной частью по квадратичному критерию. Данная проблема имеет достаточно большое значение, поскольку многие модели технических, физических, биологических и экономических систем описываются именно такими моделями. Приведен метод синтеза оптимального управления с обратной связью. Он базируется на специальном методе последовательных приближений и является развитием результатов, полученных в более ранних работах авторов, в которых доказано: если время работы системы достаточно мало, то предложенный метод равномерно сходится. Это позволяет установить существование решения исходной задачи в виде закона управления с обратной связью и дает процедуру приближенного построения этого закона. Если время работы системы велико, как это обычно бывает на практике, то доказать равномерную сходимость метода последовательных приближений не удается. Это объясняется спецификой метода. Однако многочисленные вычислительные эксперименты показали, что простая сходимость метода наблюдается во многих случаях. Более того, можно показать, что из сходимости метода на произвольном промежутке времени следует существование решения исходной задачи. Это дополнительно дает ее (задачи) приближенное решение, причем в виде закона управления с обратной связью. Таким образом, предложенный метод является обоснованным для решения задач во многих практических ситуациях. В статье приведен пример его использования для решения задачи стабилизации режимов работы регулятора Уатта. Данный пример имеет достаточно большое практическое значение, поскольку стабилизация работы этого регулятора является классической задачей теории управления. Для численной реализации примера использовались методы объектно-ориентированного программирования. Численный эксперимент показал, что метод позволяет стабилизировать работу регулятора Уатта в достаточно широком диапазоне извлечения параметров.

15. Построение модели знаний специалиста в цифровой экономике [№4 за 2018 год]
Authors: Vinogradov G.P., N.G. Vinogradova, D.A. Shapel
Просмотров: 5494
Целью работы является исследование проблем формирования стандарта подготовки и построения модели знаний спе-циалиста с высшим образованием. Эти проблемы в числе центральных при управлении процессами подготовки профессиональных кадров для цифровой экономики. В работе использовались методы системного анализа, теории активных систем, теории информационного управления, согласованного управления в организационных системах, методы и подходы теории искусственного интеллекта. Исследование показало, что вступление России в Баллонскую конвенцию породило ряд негативных тенденций: снизи-лись эффективность и качество подготовки специалистов, усложнилась возможность интеграции вузов в новую социально-экономическую систему, произошел отрыв целей подготовки специалистов, а также целей обучения на всех этапах подготовки от целей субъектов экономики. При этом основная ответственность за подготовку специалистов, соответствующих требованиям цифровой экономики, возложена на университеты. Одним из способов преодоления негативных тенденций видится переход вузов на проектно-технологический тип организации своей деятельности. Тогда наиболее перспективной формой управления образовательным проектом становится реализация модели информационного взаимодействия заинтересованных сторон (организаций и университетов) в рамках активных саморазвивающихся сетевых экспертных сред. В работе представлены структура активной саморазвивающейся сетевой экспертной среды и принципы ее функциони-рования при формировании стандартов и модели знаний специалиста. Такой подход позволяет рассматривать построение стандартов подготовки и разработку модели знаний специалиста в контексте с корпоративными стратегиями управления интеллектуальным потенциалом. Реализация такого подхода представляет собой многоэтапный процесс сбора, анализа, оценивания и обработки больших массивов информации. Предложена система, обеспечивающая поиск, фильтрацию, обоб-щение информации, определение ее ценности и перспективности. Утверждается, что способом повышения качества реше-ний по образовательному проекту является синтез технологий сетевой экспертизы и методологии теории активных систем. В работе показано, что эффективное формирование стандартов подготовки и модели знаний специалистов возможно в рамках самоорганизующихся экспертных сред, которые представляются как активные системы с неоднородными агентами с встречным способом сообщения информации при активном воздействии центра. Эффективная реализация такого подхода предполагает изменение цели системы высшего образования: удовлетворение потребностей в высококвалифицированных специалистах для инновационной экономики. Это позволит обеспечить взаимодействие университетов и организации при управлении их интеллектуальным капиталом в цифровой экономике на новой законодательной базе.

16. Построение программной инфраструктуры сферы услуг в условиях цифровой экономики [№4 за 2018 год]
Авторы: Иващенко А.В., Корчивой С.А.
Просмотров: 5770
В статье рассматривается проблема проектирования и оценки эффективности ПО виртуальных посреднических операторов в сфере услуг на этапах планирования затрат и оценки хода реализации проектов цифровой экономики. Отмечаются особенности реализации таких решений, связанные с виртуализацией сервисов в цифровых социальных системах. Для решения проблем предлагается модель инфраструктурного возврата цифровой экономики, основанная на соотнесении виртуальных преимуществ цифровой экономической системы и затрат на создание и развитие ее програм- мной инфраструктуры на всех этапах ее разработки, развития и эксплуатации. Состав затрат на создание и развитие инфраструктуры, подлежащий оценке эффективности, может учитывать маркетинговые затраты инвестора, а также затраты на развитие проектов, находящихся на посевной стадии (в том числе связанной с проведением НИР/НИОКР), с учетом оценки рисков потери инвестиционного ресурса. В основе модели лежит формальное представление продуктов или услуг в виде цепочек взаимосвязанных сервисов, для реализации которых необходимо разовое или регулярное выполнение определенных мероприятий известной стоимости. Реализацию сервисов в рамках определенной цифровой платформы предлагается представить в виде графа, связывающего объекты ИТ-инфраструктуры, поставщиков услуг и продуцируемые сервисы с помощью отношений инфраструктурного обеспечения и выполнения. В дополнение к этому выделяется эффект эмиссии сервисов, когда подмножество существующих сервисов и событий обращения к ним приводит к появлению новых сервисов за счет объединения или пересечения без непосредственного использования инфраструктуры. Определение эффективности реализации программной инфраструктуры основано на расчете стоимости ее запуска для эксплуатации и сопоставлении ее с доходами от реализации сервисов потребителям. Предложенная модель использовалась при реализации ПО для виртуальных посреднических операторов в сфере услуг, в которой одним из важных аспектов цифровизации является возможность организации взаимодействия поставщиков и потребителей в едином информационном пространстве.

17. Применение алгоритмов нечеткой логики в системе управления диаграммообразующим устройством гибридной зеркальной антенны [№4 за 2018 год]
Авторы: Белоусов О.А., Рязанов Е.В., Колмыкова А.С., Дякин А.И.
Просмотров: 7631
В статье рассматривается применение нечеткого алгоритма управления в диаграммообразующем устройстве на примере высокоэффективных антенных систем, к которым можно отнести комплексы на основе гибридных зеркальных антенн, позволяющие формировать узкие или многолучевые диаграммы направленности и обладающие высоким коэффициентом усиления. Гибридная зеркальная антенна представляет собой антенную систему, состоящую из многоэлементной облучающей решетки и зеркала, которое обычно выполняют в виде параболоида вращения. Облучающая решетка антенны состоит из набора активных облучателей определенной конструкции. Сама антенна имеет небольшую массу, простую конструкцию и низкую стоимость. Обоснованы возможности использования алгоритма нечеткой логики, который в зависимости от сложившейся ситуации на начальном этапе определяет рабочий сектор и значения амплитуды и фазы каждого излучателя антенной решетки в составе гибридной зеркальной антенны. Впоследствии этот алгоритм формирует управляющее воздействие в виде амплитуды и фазы, то есть амплитудно-фазового распределения, и подает эти значения на приемопередатчик, где происходит соответствующий сдвиг по фазе и формируется амплитуда на одном из излучателей. Таким образом, формируется главный лепесток в пределах рабочего сектора, соответственно сориентированного на ту или иную орбитальную позицию. Также приведены структурные схемы регулятора и системы управления, продукционные правила, описаны входные и выходные лингвистические переменные, приведены результаты работы данного алгоритма применительно к объекту управления. В результате применение данного алгоритма в системе управления диаграммообразующим устройством позволит расширить зону покрытия спутникового ретранслятора, адаптировать процесс настройки земной станции спутникового приема, повысить пропускную способность канала связи, улучшить качество сигнала и помехозащищенность при различных условиях функционирования данных спутниковых терминалов.

18. Применение локальных трендов для предподготовки временных рядов в задачах прогнозирования [№4 за 2018 год]
Авторы: Пучков Е.В., Белявский Г.И.
Просмотров: 6398
В статье основное внимание уделяется изучению локальных трендов, характеризующих промежуточные движения в нестационарных временных рядах. В первой части работы рассмотрены возможности методов выделения закономерностей в исторических тенденциях с помощью кусочно-линейной аппроксимации, кусочно-логарифмической аппроксимации и метода локальных главных компонент. Построение локальных трендов проводилось с помощью метода сегментации временного ряда «снизу вверх», который позволил выявить основные направления движения временного ряда. Определены критерии качества и алгоритм выделения локальных трендов с помощью перечисленных методов. Проведены эксперименты для каждого метода предобработки временного ряда. Предполагается, что последовательность исторических локальных трендов описывает долгосрочную взаимосвязь во временном ряду и может быть успешно использована для прогнозирования, например, на основе гибридных нейросетевых методов. Во второй части работы рассмотрено классическое применение преобразования Хафа для аппроксимации случайных точек на плоскости отрезками прямых. Показан недостаток этого метода по сравнению с динамическим преобразованием Хафа, который учитывает динамику выборки и может быть использован в онлайн-обучении. Рассмотрен алгоритм прогноза с одновременным вычислением локального тренда с помощью динамического преобразования Хафа. Алгоритм легко распространяется на остальные способы аппроксимации данных, описанные в первой части работы. Проведены вычислительные эксперименты на реальных данных с помощью предложенного метода и получены прогнозы. Эксперименты показали возможность предлагаемого метода определять тенденции во временном ряду. Для всех экспериментов использованы данные c электрокардиограммы со сложной периодичностью и цены закрытий акций Газпрома.

19. Программная модель для исследования эффективности процедур выделения контуров зашумленных изображений [№4 за 2018 год]
Авторы: Самойлин Е.А., Карпов С.А.
Просмотров: 7952
В статье развивается одно из направлений цифровой обработки изображений – задача выделения их контуров. Данная задача решается в интересах последующего распознавания объектов на изображении (по форме границ, углам между фрагментами контуров и т.п.), улучшения визуального качества изображения, подчеркивания границ объектов интереса, контрастирования и т.д. Цифровые изображения на практике регистрируются, как правило, в сложных и неблагоприятных условиях, что приводит к возникновению на них помех, описывающихся аддитивной гауссовской моделью шума. В соответствии с этим предложена программная модель, позволяющая исследовать эффективность самых различных методов, алгоритмов и процедур выделения контуров зашумленных изображений. Модель основана на сопоставлении контура изображения, полученного из зашумленного изображения, с идеальным контуром, полученным из аналогичного изображения без помех, и на последующем вычислении ошибок обнаружения контурных элементов первого (ложная тревога) и второго (пропуск) рода. При этом вычисление указанных ошибок осуществляется во всем возможном диапазоне среднеквадратического отклонения σ аддитивного гауссовского шума. Представлены примеры выделения контуров зашумленных изображений реальных сцен, а также зависимости частот ошибок первого и второго рода от среднеквадратического отклонения шума амплитуды σ от 0 до 200 (изображения при 256 уровнях квантования амплитуды яркости) для трех процедур выделения контура: на основе масок Превитта, Собела и лапласиана гауссиана. Кроме того, исследовано влияние процедуры линейной фильтрации зашумленного изображения на снижение частоты ошибок выделения контуров первого и второго рода.

20. Равномерное распределение вычислительных процессов и сетевой нагрузки по физическим и логическим ядрам кластера в UNIX-подобных системах [№4 за 2018 год]
Авторы: Пальчевский Е.В., Халиков А.Р.
Просмотров: 6159
Данная статья посвящена равномерному распределению вычислительных процессов в кластерах. Разработан аппаратно-программный модуль Distribution, предназначенный для распределения вычислительных процессов (в том числе и сетевой нагрузки) по физическим и логическим ядрам CPU посредством доработки цепей Маркова в вычислительном кластере. Показана нагрузочная зависимость физических ресурсов от запускаемых задач на вычислительном кластере. Обоснована целесообразность применения аппаратно-программного модуля Distribution. Рассчитано распределение цепи для переноса вычислительных процессов между физическими серверами кластера. Система распределения нагрузки включает три этапа: первый – разработка алгоритма, второй – техническая реализация, третий – тестирование аппаратно-программного модуля. На первом этапе представлен функционал разработанного аппаратно-программного модуля: «старт», «стоп», «перезапуск», «проверка нагрузки сетевого стека», «установка значения загруженности ядра». На втором этапе приводится схема разработанного аппаратно-программного модуля. На третьем этапе проводится апробация аппаратно-программного модуля. В ходе тестирования было подтверждено снижение загруженности на вычислительные ресурсы физического сервера. Разработанное решение не только снижает нагрузку на 11,15 единицы, но и позволяет параллельно запускать сложные и ресурсоемкие вычислительные процессы без нарушения работоспособности ЭВМ.

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