Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2020 год.

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

1. Использование параллельной обработки данных для оптимизации работы программного обеспечения [№3 за 2020 год]
Автор: Артёмов И.Ю.
Просмотров: 3703
В статье описываются предпосылки и результаты работ по ускорению времени работы одной из подсистем системы автоматизации процедуры сбора данных сотрудниками вне офиса для ERP-систем. Приводится информация о существующих системах, предназначенных для сбора данных с помощью мобильных устройств. Рассмотрены недостатки систем, работающих в режиме интерактивного (online) или пакетного (offline) обмена данными между серверной частью системы и ее мобильными клиентами, предложены способы их устранения, основанные на совмещении сильных сторон двух вариантов обмена данными (online и offline). Основное внимание автор уделяет описанию механизма генерации данных, необходимых и до-статочных для работы мобильных устройств, на основе которого было разработано ПО. В ходе эксплуатации ПО выявлены недостатки предложенной схемы, связанные с неудовлетворительной оперативностью формируемых данных. Приводится детальное описание вариантов обработки данных, показана возможность их организации в конвейер команд обработки данных. В статье названы причины возникновения необходимости в проведении работ по оптимизации процедуры обработки данных. Предлагаются варианты ускорения существующих процедур обработки за счет использования возможностей современных серверных систем, основой которых являются кластеры серверов с большим количеством ядер центрального процессора. Приведены аналитические расчеты теоретически возможного прироста производительности при использовании параллельной обработки данных, а также результаты испытания разработанного алгоритма на основе реальных данных. При этом фактический прирост производительности алгоритма составил 2,38 раза при теоретически возможном 2,51 раза.

2. Экспериментальное сравнение эффективности алгоритмов оптимизации BDD-представлений систем булевых функций [№3 за 2020 год]
Авторы: Бибило П.Н., Ланкевич Ю.Ю.
Просмотров: 5614
В статье описываются результаты экспериментального сравнения программ технологически независимой минимизации сложности многоуровневых представлений систем полностью определенных функций на основе разложения Шеннона. Графической формой таких представлений являются Binary Decision Diagrams (BDD) – диаграммы двоичного выбора. Порядок переменных, по которым ведется разложение Шеннона, влияет на размер BDD, поэтому задача минимизации сложности формы представления сводится к поиску оптимального порядка переменных разложения, при котором количество вершин графа BDD будет минимальным. Для поиска оптимального порядка переменных разложения используются эвристические алгоритмы, поскольку полный перебор для задач большой размерности сложно либо невозможно осуществить за приемлемое время с использованием современных вычислительных средств. Сравниваются результаты, полученные с помощью новых и ранее предложенных эвристик. После получения минимизированных по числу вершин графов BDD, заданных в виде совокупности взаимосвязанных формул разложения Шеннона, выполняется синтез логических схем в одной и той же библиотеке проектирования заказных цифровых КМОП сверхбольших интегральных схем, результаты сравниваются по площади кристалла и по быстродействию (временной задержке). Дополнительного сокращения сложности логических описаний и улучшения результатов синтеза схем во многих случаях можно добиться, выполняя дополнительную логическую минимизацию на основе булевых сетей. Критерием оптимизации в данном случае является число вершин булевой сети без учета инверсий булевых переменных, что хорошо согласуется с критерием «число литералов» при оптимизации многоуровневых логических схем.

3. Web-ориентированная система формирования контента единого цифрового пространства научных знаний [№3 за 2020 год]
Авторы: Власова С.А., Калёнов Н.Е., Сотников А.Н.
Просмотров: 6650
В статье рассматривается web-ориентированный программный комплекс «Экспертиза», пред-назначенный для экспертной оценки объектов различного вида, подлежащих включению в единое цифровое пространство научных знаний. В качестве оцениваемых объектов могут выступать электронные публикации, каталоги библиотечных фондов, БД и информационные системы, относящиеся к конкретному научному направлению, и другие виды ресурсов. Оценка объектов осуществляется в рамках сессии, под которой понимается процесс экспертизы, характеризуемый заданны-ми сроками и определенным составом экспертов и объектов. Программный комплекс состоит из двух модулей – административного и пользовательского и поддерживает две БД – экспертов и объектов. Административный комплекс обеспечивает настройку системы на определенную сессию (формирование профилей метаданных экспертов и объектов, таблиц оценок, текста писем, автоматически рассылаемых экспертам), ввод и редактирование атрибутов экспертов и объектов в соответствии с установленными профилями метаданных, просмотр присвоенных объектам оценок, формирование рейтинговых списков оцененных объектов. Пользовательский блок ориентирован на работу авторизованных экспертов. Он предоставляет возможность оценить объект, выбрав одну из оценок из нормализованной таблицы. Каждая оценка состоит из пары элементов – словесное выражение и соответствующее ему числовое. Интерфейс пользовательского блока позволяет каждому эксперту при необходимости изменить свою оценку, ранее присвоенную объекту. В статье приводятся подробное описание функциональности комплекса «Экспертиза» и технология работы с ним, иллюстрируемая конкретными примерами. В 2019 году программный комплекс был опробован на двух всероссийских конкурсах – на лучшую научную монографию и на лучшую студенческую квалификационную работу. На конкурсы было представлено несколько сотен работ, в их оценке участвовали несколько десятков экспертов из различных регионов страны.

4. Применение передачи обучения в семиотических моделях к проблеме фуражирования с реальными роботами [№3 за 2020 год]
Авторы: Воробьев В.В., Ровбо М.А.
Просмотров: 5402
В статье рассматриваются особенности применения алгоритма передачи обучения для агентов с семиотическими моделями мира к задаче фуражировки с реальными роботами. Роботу необходимо собирать случайно размещаемую еду, которая при подборе появляется на новом случайном месте в пределах полигона. Мобильный робот управляется агентом с моделью мира, описываю-щей показания с датчиков как предикаты. Агент принимает решения на основе таблицы оценок состояний-действий с Q-обучением. Он предобучен на упрощенной модельной среде с дискретными состояниями, в которой действия выполняются гарантированно с детерминированным исходом. В реальной среде и в ее модели с учетом физики действия могут быть выполнены некорректно в силу ошибки планировщика, погрешностей локализации и других проблем, а состояния среды определяются путем анализа данных с датчиков, работающих с непрерывным миром. Показаны возможность реализации соответствующих интерфейсов и переносимость концепции с упрощенной модельной среды как на ее более полную модель с учетом физики, так и на реального робота. Перенос обучения также происходит успешно, однако итоговые показатели работы снижаются (вероятно, из-за неверности предположения о детерминированности мира в реальной среде) и роботу требуется дообучение. В качестве симулятора реальной среды с учетом физики использовался Gazebo, а реальный полигон был оборудован специальными маркерами и ка-мерами для локализации. Использовались также элементы дополненной реальности в виде модуля виртуальной еды.

5. Структуры данных и модификация метода Квайна–МакКласки при минимизации нормальных форм [№3 за 2020 год]
Авторы: Гданский Н.И., Денисов А.А., Куликова Н.Л.
Просмотров: 4465
Логические методы анализа и синтеза систем самой различной природы обычно основаны на использовании описаний их структур и процессов в них в виде булевых функций, которые для унификации представления эквивалентно приводятся к конъюнктивным нормальным формам. Для исходных систем и процессов, как правило, основным критерием оптимальности является минимальное число составляющих их компонент, при котором упрощается структура, уменьшается стоимость и повышается надежность, поэтому для модельных конъюнктивных нормальных форм большое практическое значение имеет задача их минимизации. Эффективность алгоритмов, обрабатывающих сложные объекты (к которым относятся и конъюнктивные нормальные формы), существенно зависит от основных и вспомогательных структур данных, используемых для представления этих объектов, поэтому на основе анализа существующих структур разработана новая комплексная трехуровневая структура данных для представления конъюнктивных нормальных форм. Нижний уровень всей комбинированной структуры представляет собой структура данных для одиночного дизъюнкта. Средний уровень образуют списки дизъюнктов с одним и тем же числом литер. На верхнем уровне вся конъюнктивная нормальная форма задается массивом списков, упорядоченных по длинам входящих в них дизъюнктов. Использование списков, указателей на них и отдельные элементы, упорядоченность дизъюнктов по длинам дают возможность радикально сократить операции по перезаписи информации, ее упорядочению в процессе преобразования конъюнктивных нормальных форм. На основе разработанной комплексной структуры данных разработана модификация известно-го метода Квайна–МакКласки, применяемого для сокращения совершенных нормальных форм. Совместное применение предложенной структуры данных и модифицированного метода позволяет существенно уменьшить общее число операций при минимизации конъюнктивных нормальных форм по сравнению с базовой версией метода Квайна–МакКласки. Оно достигается за счет сокращения повторной обработки данных, а путем использования специальных логических условий достигается дополнительное сокращение общего числа проверок литер в дизъюнктах при их сравнении.

6. Агентно-ориентированные модели, методика и средства разработки совместимых решателей задач интеллектуальных систем [№3 за 2020 год]
Авторы: Голенков В.В., Шункевич Д.В.
Просмотров: 6057
Статья посвящена созданию агентно-ориентированных моделей, методики и средств разработки совместимых решателей задач интеллектуальных систем, способных решать комплексные задачи. Рассматриваются требования, предъявляемые к таким решателям, модель решателя задач, удовлетворяющего предъявленным требованиям, а также методика и средства разработки и модификации таких решателей. Главной проблемой, рассматриваемой в работе, является низкая согласованность принципов, лежащих в основе реализации различных моделей решения задач. Как следствие, существенно затруднено одновременное использование различных моделей решения задач в единой системе при выполнении одной и той же комплексной задачи, практически невозможно повторно использовать технические решения, реализованные в какой-либо системе, кроме того, фактически нет комплексных методик и инструментальных средств, способных обеспечить процесс разработки решателей задач на всех этапах. Предлагается в качестве основы для решения проблемы совместимости решателей задач использовать мультиагентный подход, а процесс решения любой задачи разделять на логически атомарные действия, которые позволят обеспечить совместимость и модифицируемость разрабатываемых решателей. Решатель предлагается рассматривать как иерархическую систему, состоящую из нескольких взаимосвязанных уровней, что позволяет обеспечить возможность независимого про-ектирования, отладки и верификации компонентов на разных уровнях. Предложенные модели, методика и средства применены при разработке ряда прототипов интеллектуальных систем обучающего назначения, а также прототипа системы автоматизации рецептурного производства.

7. Семантические модели и метод согласованной разработки баз знаний [№3 за 2020 год]
Авторы: Гулякина Н.А., Давыденко И.Т.
Просмотров: 4507
В работе рассматривается подход к созданию легко модифицируемых гибридных баз знаний на основе семантических сетей с базовой теоретико-множественной интерпретацией. Предложена семантическая модель баз знаний, включающая семейство онтологий верхнего уровня, обеспечивающих совместимость различных видов знаний. Отличительной особенностью модели является использование в качестве базового элемента не атомарных элементов семантической сети, а знаков фрагментов базы знаний, названных структурами. Предложенная модель позволяет обеспечить согласованность различных видов знаний в рамках базы знаний, а также возможность структурирования баз знаний по произвольному набору признаков. Кроме того, в работе рассмотрен метод разработки баз знаний, построенных на основе указан-ной модели, ориентированный на согласованную разработку базы знаний распределенным коллективом разработчиков. Отличительными особенностями метода являются его ориентация на повторное использование разработанных ранее компонентов баз знаний различной степени сложности, а также наличие формальной онтологии, описывающей деятельность разработчиков баз знаний в соответствии с методом. Предложенный метод реализован в виде системы поддержки коллективной разработки баз знаний, которая встраивается как типовая подсистема в каждую разрабатываемую систему и таким образом обеспечивает возможность разработки базы знаний непосредственно в процессе ее эксплуатации. Применение предложенных моделей, метода и средств позволяет обеспечить семантическую совместимость различных фрагментов, включаемых в базу знаний, а также сократить время, затрачиваемое на разработку баз знаний.

8. Особенности проектирования и программирования при создании информационных систем [№3 за 2020 год]
Автор: Гутгарц Р.Д.
Просмотров: 6178
На рынке функционального ПО, предназначенного для автоматизации различных задач и уровней управления на предприятиях и в организациях, представлено большое количество готовых проектных решений. Такие приложения, как правило, позиционируются как типовые и обеспечивают адаптацию к конкретным условиям на объекте автоматизации путем настройки специальных параметров и (или) сравнительно небольшого объема дополнительного программирования. Однако количество хозяйствующих субъектов велико, все они отличаются производственными мощностями, ассортиментом продукции и другими характеристиками. В рыночной экономике каждый из них заинтересован в сохранении и развитии своих конкурентных преимуществ, поэтому не всегда возможно найти подходящую автоматизированную информационную систему, которая удовлетворяла бы всем требованиям. И тогда возникает необходимость создать систему в соответствии с индивидуальным заказом. В таких случаях ее качество будет полностью зависеть от правильности сформулированных требований со стороны заказчика и профессионализма разработчика. Требования сводятся к алгоритмам для решения задач, а сами алгоритмы определяются и согласуются на этапе проектирования информационной системы. При программировании выполняется только кодирование алгоритмов, то есть их запись в виде формальных конструкций на алгоритмическом языке, пригодных для исполнения на компьютере. В статье показана реальная зависимость этапа программирования от этапа проектирования, поскольку программирование всегда вторично по отношению к проектированию. Исключением является использование технологий для быстрой разработки приложений, когда между двумя этапами образуется неразрывная связь и по существу они объединяются в один. Доказана важность проектирования и рассмотрены некоторые его особенности. Для иллюстрации приведены примеры проектных решений.

9. Метод анализа текстов при тарифной классификации товаров в таможенном деле [№3 за 2020 год]
Авторы: Жиряева Е.В., Наумов В.Н.
Просмотров: 3812
Применение искусственного интеллекта в таможенном деле является важнейшей практической сферой цифровой трансформации социально-экономических систем. В статье рассмотрена одна из частных задач данной сферы – выбор кода товара по тарифной классификации на основе деклараций, представленных на русском языке. Объектом исследования выступал стабилизатор напряжения. Анализ таможенных деклараций, выполненный человеком по ключевым словам в описании товара, показал необходимость применения методов машинного обучения. Для этого были рассмотрены 1 005 таможенных деклараций, поданных по трем товарным позициям, которые расценивались как три класса в задаче классификации. Использование платфор-мы Orange Anaconda Navigator позволило применить методы визуального проектирования для по-строения workflow-диаграммы решения задачи. Диаграмма включает этап предпроцессинга, на котором были построены облака слов и мешок слов, а также сформирован набор данных, столбцами которого являются леммы, а строками – отдельные декларации. С целью сокращения размерности задачи применены методы фильтрации, удаления n-грамм и стоп-слов. Полученный набор данных позволяет выбрать лучший классификатор по показателям точности, специфичности, чувствительности, а также с помощью матрицы ошибок и AUC-кривой. Использованы обучающая и тестовая выборки, а также кроссвалидация. Лучшим по комплексу анализируемых показателей оказался классификатор, основанный на логистической регрессии, уравнение которой позволило определить наиболее важные леммы для решения задачи классификации. Поскольку сложность решения задачи зависит от числа идентифицируемых классов, целесо-образно использовать частные классификации для небольшого числа классов, включая их в со-став информационно-аналитических систем вместе с учетными системами, базами таможенных деклараций, системами «запрос–ответ» и другими.

10. Программное обеспечение для сбора, обработки и передачи данных о техническом состоянии поверхности коллектора электродвигателя [№3 за 2020 год]
Авторы: Золкин А.Л., Тормозов В.С., Буштрук Т.Н., Петрушова М.В.
Просмотров: 3842
В статье исследуется комплексная методика и представляются результаты разработки программного продукта для контроля износа коллекторных пластин электродвигателей локомотивов в условиях ремонтного производства с использованием современных информационных технологий. Предлагается программный продукт, позволяющий оперативно и с высокой степенью точности производить расчеты параметров износа коллекторных пластин электродвигателей локомотивов в зависимости от их пробега. Низкая надежность электродвигателей локомотивов обусловливает появление отказов в пути. При этом повреждения электродвигателей влекут за собой наибольшие затраты времени и средств на внеплановый ремонт, а также наибольший простой поездов на участке. Одним из наиболее сложных в изготовлении и ответственных в эксплуатации узлов электродвигателя локомотива является коллектор. На его поверхности отражаются скрытые дефекты и нарушения режима эксплуатации электродвигателя. Таким образом, в настоящее время становятся актуальными применение информационных технологий при ремонте и испытаниях электродвигателей локомотивов, создание электронной БД и прогнозирование ресурса с целью оптимизации сроков безаварийной эксплуатации. При ремонте электродвигателей в локомотивных депо предлагается использовать ПО, которое позволит повысить контроль за качеством ремонта данного узла. Внедрение ПО для сбора, обработки и передачи данных о техническом состоянии поверхности коллектора электродвигателей в локомотивные депо внесет в ремонтное производство ряд положительных, но экономически трудно учитываемых факторов, среди которых повышение дисциплины и культуры труда, необходимость точного соблюдения технологии измерений.

| 1 | 2 | 3 | Следующая → ►