Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2016 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

21. Параллельные вычисления как средство повышения эффективности решения задач вычислительной аэродинамики [№4 за 2016 год]
Авторы: Буренков С.А., Шамаева О.Ю.
Просмотров: 7385
Предлагаются программные средства повышения эффективности решения класса аэродинамических задач на высокопроизводительных вычислительных системах кластерного типа. Программные средства реализованы на основе параллельно-последовательного алгоритма решения разреженных систем линейных алгебраических уравнений большой размерности методом обобщенных минимальных невязок. В статье дается теоретическая оценка трудоемкости разработанного алгоритма, а также выполнено сравнение результатов теоретической оценки и результатов вычислительного эксперимента. Программные средства реализованы для модели вычислений с распределенной памятью и использованы для решения модельной задачи обтекания профиля воздушным потоком. Приведены результаты вычислительного эксперимента по расчету плотности и давления обдувающего профиль воздушного потока на высокопроизводительном кластере, иллюстрирующие эффект от применения параллельной программы. В статье исследованы характеристики ускорения параллельного решения модельной задачи, позволившие определить порог размерности решаемых систем уравнений, ниже которого организация параллельных вычислений отрицательно сказывается на эффективности использования вычислительных ресурсов. Исследовано также влияние степени разреженности матриц коэффициентов на ускорение параллельной реализации. Область применения результатов настоящей работы – не только вычислительная гидро- и газодинамика, но и энергетика, биология, химия, фармакология, астрофизика и др.

22. Постановка задачи исследования диффузионного перехода через границу шлак-металл в колонном реакторе и алгоритм ее решения [№4 за 2016 год]
Авторы: Сеченов П.А., Цымбал В.П., Оленников А.А.
Просмотров: 9790
Предметом данного исследования являются задачи диффузионного перехода через границу шлак-металл и обезуглероживание частиц металла при прохождении через слой шлака. Авторами дана математическая постановка задач перехода через границу шлак-металл в рамках задачи имитационной модели гравитационного сепаратора струйно-эмульсионного реактора. Проведено сравнение объектно-ориентированных языков программирования (Dephi, Visual C#, ActionScript 3.0), выделены целевые задачи имитационной модели. Сделан сравнительный анализ имитационных моделей, созданных за последние 10 лет, в качестве критерия сравнения взята мерность пространства. Приведена также схема взаимодействия между классами имитационной модели и основным модулем. Особое внимание уделено классам шлака внизу, металла внизу, расчетов и основному модулю, так как именно в них реализуется поставленная задача. Для класса шлака описаны свойства (проценты массовых составляющих компонентов шлака, переменная для взаимодействия с классом расчетов) и методы (инициализация переменной класса, функции приращения и изменения состава шлака). В классе расчетов показаны функции определения балансного содержания FeO и скорости восстановления на границе шлак-металл, а затем алгоритм обезуглероживания железа шлака и его взаимодействие с другими классами программы. Для реализации задачи выбран метод имитационного моделирования (Монте-Карло), позволяющий при знании механизмов изучаемого объекта на основе разыгрывания случайности построить алгоритм. В результате реализации второй схемы – обезуглероживания частиц металла при прохождении через слой шлака – на имитационной модели были проведены опыты с одинаковыми начальными условиями и достаточным временем моделирования, равным 10 минутам. Проведенные модельные исследования показали, что при реализации только первого механизма содержание углерода в конечном продукте составляет 4 %, а при реализации двух отмеченных выше схем – 3,5 %, что свидетельствует о возможности более гибкого управления процессом обезуглероживания.

23. Построение архитектуры САПР одношнековых экструдеров с применением элементов искусственного интеллекта [№4 за 2016 год]
Авторы: Зубкова Т.М., Мустюков Н.А., Токарева М.А.
Просмотров: 8438
Конкуренция на рынке экструзионного оборудования заставляет его производителей ежегодно предлагать усовершенствованные и новые технологии, рассчитанные на широкий круг выпускаемой продукции. Поэтому производство должно обладать гибкостью, перенастраиваясь на различные конфигурации изделий, типы сырья и производительность в зависимости от текущих потребностей рынка. Сложность процессов, которыми характеризуется экструзия, не позволяет рассчитать их обычными методами без использования САПР. Принятие решения о выборе маршрута проектирования требует высокой профессиональной подготовки пользователя. Выходом из данной ситуации является интеллектуализация проектирования. Указанный подход позволяет осуществлять автоматизацию процедур оценки свойств проекта, планирование маршрута проектирования и диалог с пользователем САПР. В силу данных причин все большее развитие получают интеллектуальные САПР с перестраиваемой архитектурой. Таким образом, снижение трудоемкости процесса проектирования шнековых экструдеров на основе создания перестраиваемой архитектуры САПР является актуальной проблемой. Авторами данной статьи разработана методика построения интеллектуальной САПР шнековых экструдеров, основанная на интеграции и конфигурировании его подсистем. Создана программная система, которая является ядром САПР и включает в себя БЗ, БД, набор программных компонентов, интеграцию компонентов (сторонние CAD/CAE-системы, математические модели проектируемых процессов, компоненты пользовательского интерфейса, инструментальные средства разработки), управление данных и оптимизацию технологических и геометрических параметров шнековых экструдеров. Описано построение архитектуры САПР на основе теории искусственного интеллекта, которое заключается в выборе набора компонентов для решения проектных задач таким образом, чтобы обеспечить необходимые свойства в системе при минимизации времени проектирования. Разработанная интегрированная среда САПР шнековых экструдеров позволяет создавать конструкции экструдеров, автоматизировать корректировку геометрических параметров и подготовку данных для проведения анализа конструкции, моделировать процесс экструдирования, оптимизировать конструкции и технологические режимы. Предложенная методика конфигурирования САПР на основе методов искусственного интеллекта позволяет снизить трудоемкость проектирования шнековых экструдеров.

24. Применение системы KLEE для автоматизации тестирования программ на языках C/C++ [№4 за 2016 год]
Авторы: Зыков А.Г., Кочетков И.В., Поляков В.И.
Просмотров: 8793
В работе рассматривается верификация вычислительных процессов, в частности, автоматизация тестирования функциональных ошибок программных продуктов, которые крайне сложно исследовать и воспроизводить без непосредственного исполнения кодовых фрагментов. Основной идеей является применение программ или инструментов символьного исполнения. В частности, подробно рассматривается система KLEE, представляющая собой символьную виртуальную машину, эмулирующую окружение. В ней параллельно выполняются символические процессы, каждый из которых – один из путей в исследуемой программе. Система построена на анализе LLVM байт-кода программы с применением STP-решателя для предикатов. Рассматриваются ее архитектура, состав компонент, принципы работы, базовые возможности, способ моделирования окружения, пример работы на основе тестирования утилиты tr системы MINIX и др. Целью исследования являются изучение общих возможностей систем символьного исполнения на примере разбора KLEE и их применение для решения задачи автоматизации тестирования. Актуальность данной проблемы высока в связи с постоянно растущей сложностью ПО, которая ведет к увеличению сложности, длительности и, главное, стоимости тестирования и верификации программных продуктов. Новизна данного исследования заключается в том, что на основании детального изучения принципов функционирования системы рассмотрены альтернативные способы применения программ символьного исполнения. К таким способам относятся тестирование с помощью эталона, поиск решения, восстановление схемы алгоритма программы. В качестве результата работы приведена статистика тестирования набора программ пакета COREUTILS 6.11.

25. Проблемы и перспективы создания APS для мультинациональных компаний [№4 за 2016 год]
Авторы: Сухобоков А.А., Сухобоков А.В., Лахвич Д.С., Тихонов И.В.
Просмотров: 10448
Приведена классическая функциональная архитектура систем синхронного планирования (APS). Показано, что применяемые в настоящее время на этапе сводного планирования математические модели и методы линейного математического программирования не позволяют решить ключевую для мультинациональных компаний задачу оптимизации прибыли компании в целом. Рассмотрена история развития математических моделей и методов оптимизации для решения задачи оптимизации прибыли после налогообложения в мультинациональных компаниях. Развитие математических моделей показало, что для оптимизации внутренних цепочек поставок больших мультинациональных компаний необходимо решать задачи оптимизации очень большой размерности, содержащие десятки миллиардов столбцов и строк с билинейными или трилинейными ограничениями. Рассмотрены подходы к распараллеливанию численных алгоритмов решения таких задач. В качестве наиболее перспективного выделен подход, предполагающий использование платформ Big Data для решения задач большой размерности. Определена дополнительная функциональность, которой должны обладать модуль проектирования цепочек поставок, а также модуль планирования спроса, чтобы APS мог эффективно использоваться в мультинациональных компаниях. Определена дополнительная функциональность, которой должны обладать модули управления финансовыми цепочками и модули контроллинга смежной ERP-системы, чтобы APS мог эффективно использоваться в мультинациональных компаниях. Показано, что перспективный APS для мультинациональных компаний должен разрабатываться на основе комплекса из двух технологических платформ – In-Memory и Big Data. Представлена функциональная архитектура APS для мультинациональных компаний в контексте корпоративной системы в целом. Дополнительно на один уровень глубже детализирована архитектура модуля сводного планирования APS, обеспечивающего решение оптимизационной задачи как для одного, так и для конечного числа периодов времени.

26. Программная система структурно-параметрического синтеза системы защиты информации [№4 за 2016 год]
Авторы: Жуков В.Г., Жукова М.Н., Тимохович А.С., Волков Д.С.
Просмотров: 9731
Статья посвящена решению актуальной задачи разработки алгоритма структурно-параметрического синтеза системы защиты информации на примере создания защищенной автоматизированной системы. Данный алгоритм позволяет генерировать несколько возможных вариантов системы защиты информации с учетом требований государственных стандартов в области информационной безопасности, нормативно-методических документов ФСТЭК России и ФСБ России. Кроме этого, каждая сформированная архитектура системы защиты информации предполагает использование достаточно большого количества средств защиты информации, что усложняет задачу из-за появления раз- личных вариантов реализации сформированной архитектуры системы. В работе рассматриваются только сертифи- цированные средства защиты информации для реализации в рамках построенной архитектуры системы защиты информации. Получившаяся задача оптимизации имеет множество особенностей и ограничений. Классические методы оптимизации в данном случае применить нельзя. Проведен анализ различных схем применения генетического алгоритма оптимизации, хорошо зарекомендовавшего себя при решении подобных задач оптимизации. Однако применение классического генетического алгоритма оказалось невозможным из-за особенностей требований нормативно-методических документов, регуляторов в сфере информационной безопасности, самой структуры системы защиты информации и компонент в виде средств защиты информации. Проведено множество модификаций алгоритма, позволяющих применять разработанный алгоритм при решении реальных практических задач. Разработанный алгоритм с модификациями реализован в виде программного средства. Работа программного средства протестирована при различных вариантах требований к создаваемой системе защиты информации. Эффективность структурно-параметрического синтеза системы защиты информации при использовании разработанного программного средства составляет в среднем 84 %.

27. Программный комплекс моделирования стохастических температурных полей в технических системах STF-ElectronMod [№4 за 2016 год]
Автор: Кандалов П.И.
Просмотров: 8533
В статье рассматривается программный комплекс STF-ElectronMod для моделирования стационарных стохас- тических трехмерных температурных полей в технических системах. Практика показывает, что реальные темпе- ратурные поля технических систем носят неопределенный интервальный характер. Это обусловлено интервальным характером факторов, определяющих тепловой режим технической системы, а именно: параметрами конструкции технической системы, обладающими статистическим технологическим разбросом изготовления; факторами, возникающими при функционировании технической системы (потребляемые мощности, тепловые потоки, параметры внутренней среды); факторами окружающей среды (температуры среды, хладоносителей, скорости потоков и пр.). Вместе с тем моделирование температурных полей технических систем в настоящее время проводится в предположении, что все параметры теплового режима однозначно и абсолютно точно известны. В статье описывается структура програм- много комплекса STF-ElectronMod, предназначенного для моделирования интервальных стохастических температурных полей в технических системах при неопределенности входных определяющих данных. Метод и алгоритм компьютерного моделирования основаны на авторских разработках по матрично-топологическому методу, программному комплексу моделирования детерминированных трехмерных температурных полей технических систем, а также на методе статистических испытаний. Применение разработанного метода и алгоритма для моделирования интервально стохастических температурных полей рассмотрено на примере реальной электронной системы.

28. Семантический анализ и способы представления смысла текста в компьютерной лингвистике [№4 за 2016 год]
Автор: Батура Т.В.
Просмотров: 24196
Статья посвящена проблемам семантического анализа текстов. Рассмотрены различные методы: диаграммы зависимостей и семантические сети, подходы, основанные на лексических функциях и тематических классах, фреймовые и онтологические модели, логические модели представления знаний. На данный момент существуют различные методы представления смысла высказываний. Создание новых методов семантического анализа текстов актуально для решения многих задач компьютерной лингвистики, таких как машинный перевод, автореферирование, классификация текстов и других. Не менее важна разработка новых инструментов, позволяющих автоматизировать семантический анализ. Несмотря на то, что некоторые научные и технические идеи в области обработки текстов развиваются довольно быстро, многие проблемы семантического анализа остаются нерешенными. Большинство исследователей пришло к выводу, что словарь для поддержки семантического анализа должен оперировать смыслами и, следовательно, описывать свойства и отношения понятий, а не слов. Но возникает вопрос, как правильно структурировать и представлять информацию в подобных словарях, чтобы поиск по ним был удобным и быстрым, а кроме того, можно было бы учитывать изменения в естественном языке (исчезновение старых и возникновение новых понятий). В данной статье предпринята попытка систематизировать известные достижения в области семантического анализа и в какой-то мере найти ответ на этот и другие вопросы.

29. Системы поддержки принятия решений в управлении вузом: вычислительные модели дифференциации учебной нагрузки [№4 за 2016 год]
Автор: Шахова Е.Ю.
Просмотров: 8122
В настоящее время во многих вузах идет переработка локальных нормативных актов, регламентирующих труд педагогических работников, отнесенных к профессорско-преподавательскому составу. Требование дифференциации верхних пределов учебной нагрузки по должностям профессорско-преподавательского состава является обязательным. Построены и проанализированы линейные и нелинейные модели распределения нормативной учебной нагрузки. Применяемые методы: аппроксимация по методу наименьших квадратов линейной функцией и кубическим полиномом, сплайн-интерполяция. Моделирование проводилось с помощью системы MathCAD. Определены наиболее эффективные модели при различной структуре численности профессорско-преподавательского состава. Критерий эффективности – наименьший объем сверхнормативной учебной нагрузки. Оценка эффективности построенных линейных и нелинейных моделей проводилась на основе трех вариантов структуры численности профессорско-преподавательского состава структурного подразделения вуза (института) с высоким, средним и пороговым уровнями профессоров и доцентов в общей численности. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что линейная дифференциация верхних пределов учебной нагрузки не всегда является наилучшим решением. Линейные модели в данном исследовании оказались наиболее эффективными только для модели института с высоким уровнем профессоров и доцентов в общей численности профессорско-преподавательского состава; для моделей численности со средним и пороговыми уровнями наиболее эффективной оказалась нелинейная модель, построенная по методу сплайн-интерполяции (кривая – кубический сплайн с параболическими конечными точками). Для всех рассмотренных моделей дифференциации при структуре численности института с высоким уровнем профессоров и доцентов в общей численности профессорско-преподавательского состава минимальная сверхнормативная нагрузка превышает максимальную сверхнормативную нагрузку для институтов с пороговым и средним уровнями.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3