Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2015 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. The optimal control software environment for a nonlinear system class via quadratic criteria [№3 за 2015 год]
Authors: A.P. Afanasiev, S.M. Dzyuba, Emelyanova, I.I.
Просмотров: 8165
Приведен программный комплекс синтеза оптимального управления с обратной связью одним классом нелинейных систем по квадратичному критерию. Данный комлекс базируется на специальном методе последовательных приближений. Сходимость метода последовательных приближений гарантирована в случае единственного оптимального управления. Оптимальный закон управления в рассматриваемой задаче получается при решении последовательных двухточечных краевых задач. При этом один раз требуется решить матричное дифференциальное уравнение Риккати. Данное уравнение является уравнением с полиномиальной правой частью, и для его решения использован оригинальный метод. Этот метод позволяет найти решение аналитически. В работе рассматривается частный случай динамических систем, в которых динамика описывается дифференциальными уравнениями с полиномиальной правой частью. Поэтому на каждом шаге метода последовательных приближений решение возникающей двухточечной краевой задачи можно получить с помощью упомянутого выше метода приближенного построения аналитических решений. Реализация разработанной вычислительной схемы может быть осуществлена с заранее заданной точностью. Однако в любом случае вычислительный процесс оказывается чрезвычайно трудоемким и требует привлечения специальных современных компьютерных методов и технологий. Для этого авторами разработан соответствующий вы-числительный программный комплекс. Реализация данного комплекса может быть осуществлена только с помощью символьных вычислений в распределенной среде. Разработанный комплекс имеет огромное практическое значение. Это объясняется тем, что подавляющее большинство математических моделей процессов в технике, экономике, экологии и т.д. описываются дифференциальными уравнениями с полиномиальной правой частью. Поэтому предложенный вычислительный программный комплекс может быть использован для решения соответствующих задач оптимального управления в широком диапазоне прикладной научной деятельности.

2. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем в распределенной вычислительной среде [№3 за 2015 год]
Авторы: Феоктистов А.Г., Башарина О.Ю.
Просмотров: 8228
Одним из наиболее эффективных подходов к анализу процессов функционирования сложных систем является имитационное моделирование. Построение моделирующей программы, адекватно отображающей исследуемый объект, во многом является нетривиальной задачей и требует от ее разработчика высокой математической и программистской квалификации, тем более, когда речь идет о параллельной или распределенной программе. Таким образом, возникает потребность в высокоуровневых инструментальных средствах автоматизации этого процесса, которые позволят максимально использовать потенциал высокопроизводительной вычислительной техники и обеспечат построение сложной технологической цепочки: от специалиста-предметника, формулирующего задачу, к математику, создающему модель, затем к программисту и только потом – к тем, кто занимается непосредственно вычислениями. В статье рассматриваются новые инструментальные средства автоматизации процесса имитационного моделирования сложных систем, базирующиеся на использовании распределенной вычислительной среды для выполнения моделей. Приводится технология применения инструментальных средств при решении задач исследования сложных систем. Процесс моделирования осуществляется путем многовариантных распределенных вычислений, что позволяет существенно сократить время решения задачи. В качестве распределенной вычислительной среды предлагается использовать вычислительные кластеры, организованные на базе персональных компьютеров учебно-образовательных и научных организаций, объединенных локальной сетью. Приводятся примеры применения инструментальных средств в процессе решения ряда важных практических задач. Принципы работы, технология применения, способы и средства реализации рассмотренных инструментов обеспечивают широкий спектр использования их функциональных возможностей для имитационного моделирования сложных систем в самых различных сферах человеческой деятельности.

3. Автоматизация оценки знаний студентов в системе электронного обучения ECOLE [№3 за 2015 год]
Авторы: Муромцев Д.И., Козлов Ф.А.
Просмотров: 8941
В статье описывается новый подход к автоматизированному анализу знаний и рейтингов студентов системы электронного обучения ECOLE (Enhanced Course Ontology for Linked Education) с использованием статистических методов и семантических технологий. ECOLE является системой электронного обучения, функционал которой основан на использовании онтологий и семантических технологий. Описанный в статье подход дает возможность, используя неявные связи между объектами онтологий в системе, производить оценку знаний студентов по определенным предметным терминам, предметным областям и учебным курсам. Данные оценки позволят студентам осуществлять мониторинг своей успеваемости и корректировать процесс обучения. Оценка знаний студентов по предметным терминам складывается из предопределенных наборов метрик и алгоритмов. В статье рассматривается понятие значения предметного термина в образовательном процессе. Значение и оценка знания предметного термина позволяют рассчитывать рейтинг знания студентами предметных областей и учебных курсов.

4. Активная логика и логическое программирование: объединение двух концепций [№3 за 2015 год]
Авторы: Фоминых И.Б., Виньков М.М., Пожидаев А.К.
Просмотров: 7444
В статье рассмотрено объединение концепций активной логики и логического программированиия. Активная логика объединяет в себе несколько формализмов так называемых рассуждений во времени, которые рассматриваются не как статичная последовательность утверждений, а как протекающий во времени процесс. Принципы, заложенные в таких логических системах, актуальны при решении сложных задач управления в режиме жесткого реального времени. Для этих задач характерно наличие ситуаций, когда превышение допустимого времени реакции на происходящие во внешней среде события чревато катастрофическими последствиями, а не плавным ухудшением качества функционирования. В основе концепции логического программирования лежит определение семантики немонотонных формализмов в терминах множеств литер, а не более сложных структур в стиле Крипке, как это имеет место в других немонотонных системах. Данное обстоятельство благотворно сказывается на вычислительной сложности логических программ. В результате объединения принципов, лежащих в основе указанных концепций, получен немонотонный формализм, отвечающий концепции активной логики и, как представляется, более простой в реализации, а также имеющий лучшие характеристики вычислительной сложности по сравнению с другими системами активной логики, существующими в настоящее время. Для предложенного формализма описана процедурная и аргументационная семантика, в которой в отличие от других систем аргументации взаимоотношения между аргументами развиваются во времени.

5. Алгоритм и программная реализация имитационной модели гравитационного сепаратора колонного струйно-эмульсионного реактора [№3 за 2015 год]
Автор: Сеченов П.А.
Просмотров: 10264
В статье рассматривается технология создания имитационной модели процессов физического и химического взаимодействия дисперсных частиц шихты и продуктов реакций, витающих в потоке несущего высокотемпературного газа, выбранная на основе сравнения базовых концепций и готовых инструментальных решений имитационного моделирования (Vensim, GPSS, Simula, AnyLogic, MATLAB и др.) с объектно-ориентированными языками програм-мирования (Delphi, Visual Basic, Visual C# и ActionScript 3.0). Для реализации поставленной задачи использован объектно-ориентированный язык программирования ActionScript 3.0. Отображены структура и алгоритм программной реализации имитационной модели гравитационного сепаратора колонного струйно-эмульсионного реактора: показан обмен данными между основным модулем и классами программы (конденсированных частиц, газовых частиц, класса расчетов, класса отображения графиков и класса для отображения времени). Обмен данными между дополнительными классами не осуществляется, следовательно, если необходима модификация одного класса, меняется сам класс и, если изменились параметры создания экземпляра класса, место вызова данного класса из основного модуля. Для каждого класса показаны основные возможности, предназначение, входные и выходные параметры, функции. Более подробно рассмотрены основные функции главного модуля, которые включают взаимодействие и вызов процедур и функции как внутри основного модуля (упругое и неупругое столкновение двух частиц), так и с функциями и процедурами выделенных классов (создание и удаление частиц из классов конденсированных и газовых частиц, проверка пересечения частиц в классе расчетов). Представлена получившаяся имитационная модель гравитационного сепаратора колонного струйно-эмульсионного реактора с описанием следующих возможностей: ввод параметров, наблюдение движения частиц в гравитационном сепараторе и отображение статистических данных и графиков в реальном времени, проведение исследований на модели (влияние начальных параметров: количество и соотношение подаваемых частиц руды и углерода, масштаб и скорость растворения частицы, начальная скорость потока газовзвеси), подбор оптимальных параметров.

6. База данных по биореакторам [№3 за 2015 год]
Авторы: Воробьёва Е.С., Иванов С.И., Меньшутина Н.В.
Просмотров: 8437
В настоящее время большое внимание уделяется развитию биотехнологических процессов, важным элементом которых является биореактор. В связи с развитием современной промышленности количество и многообразие вы-пускаемых биореакторов постоянно увеличивается. Для систематизации данных о промышленных биореакторах с помощью пакета Microsoft SQL Server 2008 R2 была создана БД «Bioreactors» (Биореакторы), в которой системати-зированы как сами аппараты, так и их основные технические и эксплуатационные характеристики. Для удобства эксплуатации разработанного программного продукта необходимо обеспечить максимально комфортное взаимодействие пользователя с программой, поэтому с помощью программного пакета Microsoft Visual Studio 2010 было разработано приложение, представляющее собой графический интерфейс БД. Приложение позволяет получать информацию о биореакторах, производителях, средствах автоматизации и другие данные в виде таблиц с возможностью сортировки сведений. Таблицы предназначены как для внесения в базу информации о новых моделях аппаратов, компаниях и измерительных приборах, так и для корректировки и обновления существующей информации. Часть программных окон оснащены графическими областями для наглядного представления конструкции биотехнологиче-ского аппарата. Полученный программный продукт имеет интерфейс, адаптированный для пользователей без знания языка запросов SQL. Для автоматического пополнения данных программного продукта был создан модуль ПО, позволяющий в автоматическом режиме анализировать, собирать и классифицировать информацию с web-сайтов производителей биореакторов для наполнения и актуализации имеющейся БД. Используемый в модуле подход основан на анализе DOM-дерева, а также комбинации таких методов, как HtmlAgilityPack и Data Extracting SDK.

7. Вопросы применения подсистемы САПР устройств метеорологической поддержки замкнутой системы управления «Природа–Техногеника» [№3 за 2015 год]
Авторы: До Суан Чо, Сольницев Р.И.
Просмотров: 8588
Выбрасываемые в атмосферу вредные примеси не только уничтожают живую природу и отрицательно воздействуют на здоровье людей, но и изменяют свойства самой атмосферы, что может привести к нежелательным экологическим и климатическим последствиям. Поэтому проблема снижения загрязняющих веществ в настоящее время особо актуальна. Решить ее возможно с помощью замкнутой системы управления «Природа–Техногеника» (ПТ), обеспечивающей минимизацию загрязняющих веществ, поступающих от техногенных объектов, путем регулирования агрегатов очистки источников этих загрязняющих веществ. Содержание загрязняющих веществ в потоке атмосферного воздуха в значительной степени обусловлено метеорологическими условиями, а именно: скоростью и направлением ветра, температурой, влажностью, давлением. Эти факторы влияют на накопление, перенос и рассеивание вредных веществ. В этой связи задачей управления в замкну-той системе управления ПТ является непрерывное обеспечение метеорологической поддержки. Для этого необходимо разработать устройства метеорологической поддержки, включающие блоки накопления, обработки метеорологических данных, ввода их в блок управления очистными агрегатами с целью компенсации нежелательных отклонений от заданных критериев устойчивости и качества замкнутой системы управления ПТ как системы автоматического управления. Решение этой задачи невозможно без разработки и применения САПР устройства метеорологической поддержки. Данная статья посвящена процессу создания и тестирования подсистемы САПР устройства метеорологической поддержки, являющейся необходимым инструментом проектирования замкнутой системы управления ПТ.

8. Вопросы создания АСУ космическими полетами беспилотных аппаратов в околоземном пространстве [№3 за 2015 год]
Авторы: Арепин Ю.И., Доронкина А.Н.
Просмотров: 10446
На сегодняшний день актуально создание АСУ космическими полетами беспилотных аппаратов в околоземном пространстве одним космическим аппаратом или их группировкой. Одно из центральных мест в задачах управления космическими полетами занимает баллистико-навигационное обеспечение, включающее постановку задач, разработку методов и алгоритмов их решения, комплекс вычислительных процедур, которые используются в дальнейшем при управлении полетом космического аппарата. Одной из задач баллистико-навигационного обеспечения является определение параметров движения космических аппаратов в пространстве (текущих и прогнозных). Навигационное обеспечение дает возможность определять и уточнять полет космического аппарата, обеспечивать наведение, сбли-жение, спуск с орбиты и т.д. Анализ процессов функционирования, проблем создания АСУ космическими полетами невозможны без построения математической модели или агрегированной совокупности моделей составных элементов, отражающих свойства объекта моделирования. Одной из основных задач космических полетов является техническая разведка из космоса, предназначенная для укрепления оборонной мощи РФ и национальной безопасности. Реализация насущных проблем в данной области для РФ возможна на основе создания группировки космических аппаратов при применении высокоэллиптических орбит. В этой связи в статье рассматривается актуальная задача построения спутниковых систем непрерывного обзора Земли на высокоэллиптических орбитах. Данная задача сводится к поиску экстремума функции от конечного числа параметров, имеющей смысл геоцентрического углового расстояния. Число параметров велико, критериальная функция сложна. Для облегчения анализа и упрощения вычислений предложены варианты понижения размерности задачи. Предложены показатели эффективности функционирования АСУ космическими полетами.

9. Генетический алгоритм проектирования основных переходов в САПР технологических процессов ковки валов [№3 за 2015 год]
Авторы: Канюков С.И., Коновалов А.В.
Просмотров: 9075
Применение основных положений теории разработки генетических алгоритмов для решения задачи автоматизированного проектирования подготовительных переходов ковки показало целесообразность такого подхода к решению трудно формализуемых задач в САПР технологических процессов ковки валов на прессах. В статье описан разработанный генетический алгоритм автоматизированного проектирования основных переходов ковки валов на прессах. Рассмотрена типовая схема основных переходов ковки на примере ковки валов типа «ротор». Приведено описание алгоритма формоизменения геометрии ступеней заготовок по переходам, введено понятие относительного смещенного объема как величины, корреляционно связанной с временем ковки. На основании этого понятия формализовано условие прекращения процесса ковки в каждом переходе. Разработан генетический алгоритм автоматизированного проектирования основных переходов ковки валов на прессах с использованием базовых понятий теории вероятностей и математической статистики. Разработанный алгоритм обладает свойствами самоусовершенствования и автоподстройки к реальным условиям производства, что не только существенно облегчает работу пользователей с системой, но и создает предпосылки для успешного тиражирования САПР технологических процессов ковки валов на прессах на различных предприятиях.

10. Геокодирование объектов в Quantum GIS с использованием базы данных Яндекс [№3 за 2015 год]
Авторы: Степанова Л.А., Зайцева Е.Н.
Просмотров: 13239
В статье рассмотрены координатные и атрибутивные характеристики пространственных данных Публичной кадастровой карты, размещенной на официальном сайте Росреестра и карте портала Яндекс. Выявлено, что число пространственных объектов на Яндекс.Картах превышает число объектов Публичной кадастровой карты в 2–3 раза, однако отличием Публичной кадастровой карты является наличие объектов, поставленных на учет в Государственном кадастре недвижимости. В статье приведено определение процедуры геокодирования и обоснована применимость геокодирования при создании ведомственного ГИС-проекта в свободно распространяемом открытом программном обеспечении Quantum GIS (QGIS). Приводится описание возможностей использования Компонента API Яндекс. КартГеокодер. Описывается выполнение пакетного геокодирования модулем RuGeocoder с использованием БД Яндекса. Прове-ден анализ правильности выполнения процедуры геокодирования, выявлены причины некорректно выполненного геокодирования и предложены пути их устранения. В статье представлены результаты, полученные при проведении работы по геокодированию 74 объектов ведомственного недвижимого имущества по адресам. Анализ результатов обработки показал, что правильно было геокодировано 67 адресов, для 7 объектов Геокодер вернул координаты центра улицы для зданий, не существующих на Яндекс.Карте. В заключение делаются основные выводы по дальнейшему использованию полученного картографического материала, а также описана целесообразность использования процедуры геокодирования для актуализации объектов карты при незначительных затратах времени.

| 1 | 2 | 3 | 4 | Следующая → ►