Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 2 за 2024 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. Автоматическая генерация заданий по результатам анализа использования их банка в интеллектуальной обучающей системе [№2 за 2024 год]
Авторы: Сычев О.А., Прокудин А.А., Денисов М.Е.
Просмотров: 1054
Развитие методов генерации учебных заданий и их классификации для применения в учебном процессе позволило реализовать интеллектуальную обучающую систему, способную при необходимости автоматически генерировать задания в фоновом режиме. В статье описана архитектура интеллектуальной обучающей системы с фоновой генерацией заданий, рассмотрена система CompPrehension, реализующая этот принцип. Для решения проблемы использовались методы символьного искусственного интеллекта и онтологических рассуждений, объектно-ориентированного проектирования и программирования, а также системного анализа. В работе представлены основные функциональные элементы таких компонентов системы, как тренажер, банк заданий, генератор заданий и домен (предметная область), а также их взаимодействие с БД для хранения заданий и с машинами вывода для их решения. Апробация подхода на банке заданий по определению порядка выполнения операторов в выражении показала способность системы избирательно пополнять несбалансированный банк, исходя из его состава и истории запросов на поиск заданий в нем. Менее чем за пять суток было сгенерировано несколько тысяч заданий на каждый концепт с недостаточным числом заданий. Это дает низкую вероятность получения одинаковых заданий даже при одновременном тестировании сотен студентов. Результаты исследования имеют практическую значимость для учебных заведений, стремящихся совершенствовать обучающий процесс.

2. Безопасный обмен файлами на основе сетей доверия и сертификатов открытых ключей с помощью разработанного приложения [№2 за 2024 год]
Авторы: Хорев П.Б., Лосев Д.А.
Просмотров: 575
В статье анализируются существующие программные средства обмена файлами (в том числе облачные хранилища, программы-мессенджеры, электронная почта), выделены их недостатки. Для устранения этих недостатков авторами разработан проект клиент-серверного приложения, основанного на построении сети доверия с помощью сертификатов открытых ключей ее участников. В проекте использованы алгоритмы симметричной и асимметричной криптографии, методы построения сетей доверия и применения сертификатов открытых ключей для обеспечения подлинности, конфиденциальности и целостности данных. Реализованы серверная часть и клиентское мобильное приложение, позволяющие пользователям обмениваться файлами внутри одного конкретного файлового хранилища. Загружаемые файлы имеют электронные подписи их создателей и хранятся на сервере в зашифрованном виде. При разработке приложения использовалась технология, облегчающая его перенос на другие операционные платформы. Клиентское приложение создано и протестировано на устройствах под управлением операционной системы Android. Оно обладает необходимой для файлообменника функциональностью и обеспечивает подлинность, целостность и конфиденциальность передаваемых файлов. Это позволяет использовать разработанное приложение как группами частных пользователей, так и в корпоративных информационных системах.

3. Вычисления обратных функций распределений: алгоритмы и программы [№2 за 2024 год]
Авторы: Агамиров Л.В., Агамиров В.Л., Вестяк В.А.
Просмотров: 1121
Точный расчет ряда функций распределения случайных переменных в прикладных задачах математической статистики вызывает существенные вычислительные трудности, обусловленные наличием бесконечных пределов интегрирования, необходимостью минимизации целевых функций и отсутствием удовлетворительных аппроксимаций. Для решения поставленных задач авторами данной статьи получены точные аналитические соотношения, позволяющие производить численное интегрирование функций распределения коэффициента вариации и нецентрального распределения Стьюдента, сводящееся к вычислению однократных интегралов. Обратные функции распределения определяются минимизацией на основе симплекс-метода Нелдера–Мида. Аналогично решается задача точного вычисления числовых характеристик порядковых статистик. Разработаны алгоритмы и программы на Javascript с открытым кодом для реализации указанных вычислительных задач. Расчеты иллюстрируются графиками и таблицами, в которых представлены результаты вычисления квантилей нецентрального t-распределения Стьюдента в диапазоне объемов выборки от 3 до 50, вероятностей от 0,01 до 0,99 и доверительных вероятностей 0,9, 0,95 и 0,99. Время расчета в полном диапазоне всех параметров составляет не более 10–15 секунд на компьютере средней производительности, точность расчета – порядка 10-5. Отмечается, что основные временные затраты составляет численное интегрирование в связи с наличием бесконечных пределов интегрирования, в то время как минимизация осуществляется довольно быстро (не более 20–30 итераций). В статье также представлены результаты вычислений квантилей относительных коэффициентов вариации для объемов выборки 3–10, генеральных коэффициентов вариации 0,05, 0,3, 0,5 и вероятностей в диапазоне от 0,01 до 0,99. Выполнены сравни-тельные расчеты числовых характеристик нормальных и вейбулловских порядковых статистик, полученных прямым интегрированием и соответствующими аппроксимациями. В рассматриваемых программах применяются лишь простейшие и достаточно точные аппроксимации стандартных распределений: нормального распределения, гамма-функции, неполной гамма-функции. Разработанные алгоритмы пригодны для широкого класса непрерывных распределений, обратные функции которых не имеют приемлемых аппроксимаций.

4. Глобальная оптимизация на основе гибридизации алгоритмов роя саранчи и колонии пауков [№2 за 2024 год]
Автор: Родзин С.И.
Просмотров: 984
Перспективным решением задач глобальной оптимизации являются метаэвристики, инспирированные природой. Они представляют собой недетерминированные алгоритмы, исследующие пространство поиска решений, обучающиеся в процессе поиска, не привязанные к конкретной задаче, хотя и не гарантирующие точного решения. Целью данного исследования является разработка эффективного алгоритма для решения прикладных проблем глобальной оптимизации многомерных мультиэкстремальных функций, встречающихся в задачах вычислительной филогенетики, при проектировании электрических схем, расчетах инженерной безопасности зданий, калибровке моделей распространения радиосигналов и в других. Для достижения этой цели предложен гибридный алгоритм, моделирующий паттерны поведения роя саранчи и колонии пауков. Основное внимание уделено снижению вероятности преждевременной сходимости гибридного алгоритма, поддержке баланса между скоростью сходимости алгоритма и диверсификацией пространства поиска решений (интенсификация/диверсификация). Приводятся этапы модифицированных алгоритмов колонии пауков и роя саранчи, моделирующих различные паттерны их поведения, что позволяет снизить влияние очень хороших или плохих решений на процесс поиска. Гибридизация алгоритмов осуществляется путем их последовательной комбинации (препроцессор/постпроцессор). Алгоритм экспериментально протестирован на семи известных многомерных функциях. Результаты сопоставлены с конкурирующими алгоритмами роя частиц, дифференциальной эволюции, колонии пчел. Предлагаемый алгоритм обеспечивает лучшие результаты для всех рассмотренных функций. Проверка полученных результатов с использованием Т-критерия суммы рангов Уилкоксона для независимых выборок показала, что результаты по алгоритму являются статистически значимыми. Разработанное программное приложение предназначено для использования в рамках университетского курса по машинному обучению и биоинспирированной оптимизации, а также для решения широкого круга научно-прикладных задач поисковой оптимизации.

5. Инжиниринг цифрового тренажера для обучения операторов формования листового стекла [№2 за 2024 год]
Авторы: Мешалкин В.П., Чистякова Т.Б., Петров Д.Ю.
Просмотров: 879
В статье проведен анализ формования листового стекла флоат-методом, определены виды нештатных ситуаций технологического процесса. Выполнен кластерный анализ множества нештатных ситуаций, каждая из которых описана как теоретико-множественная модель. Для упрощения интерфейса цифрового тренажера разработаны модели бизнес-процессов для обучения и аттестации операторов. На основе анализа существующих бизнес-процессов предприятия в нотации BPMN 2.0 разработаны логико-информационные модели перспективных бизнес-процессов Разработка тестов и Аттестация сотрудников. При разработке архитектуры, режимов функционирования и программно-информационного обеспечения цифрового тренажера использована методика model-based system engineering, реализованная в среде визуального моделирования IBM Rhapsody на основе нотаций UML и SysML. Разработаны диаграммы вариантов использования и диаграммы классов цифрового тренажера с использованием языка UML, а также структура БД системы обучения, включающая критерии группировки ситуаций, характеристики ситуаций, функции пользователей системы, и структура ПО. Реализованы основные функции – обучение и тестирование операторов, ведение БД персонала цифрового тренажера, составление отчетов по результатам тестирования, редактирование БД по аварийным ситуациям на основе предварительного анализа опыта технологов и операторов. Цифровой тренажер разработан на языке PascalABC, для записи результатов использована текстовая БД. Разработан пользовательский интерфейс цифрового тренажера.

6. Исследование эффективности алгоритма саранчи в задачах сегментации изображений [№2 за 2024 год]
Авторы: Запорожец Д.Ю., Кравченко Ю.А., Кулиева Н.В., Семенова М.М., Кулиев Э.В.
Просмотров: 735
Современные методы обработки изображений играют ключевую роль во множестве приложений, включая медицинскую диагностику, робототехнику и компьютерное зрение. Важной задачей является сегментация изображений, то есть выделение на них объектов и областей. В данной статье проведен анализ применения для решения этой задачи трех биоинспирированных алгоритмов: пчелиной колонии, светлячкового и алгоритма саранчи. Сделан обзор существующих методов сегментации изображений, описаны их ограничения в контексте современных требований высокой точности и эффективности. Особое внимание уделено описанию механизмов и принципов работы алгоритмов пчелиной и светлячковой колоний, их характеристикам, преимуществам и недостаткам при решении задач сегментации. Проведен анализ применения алгоритма саранчи в данных задачах, включая его адаптацию и экспериментальное исследование на разнообразных изображениях. Адаптация алгоритма включает внедрение специализированных механизмов для улучшения точности и эффективности поиска оптимального решения, что позволяет преодолеть ограничения существующих методов. Представлены экспериментальные исследования, которые подтверждают превосходство алгоритма саранчи над другими биоинспирированными подходами и демонстрируют его эффективность на изображении. Преимущество предложенного алгоритма саранчи состоит в сегментации изображений и открывает новые перспективы для его применения в различных областях обработки данных. Особое внимание уделено таким аспектам алгоритма саранчи, как гибкость, масштабируемость и способность адаптироваться к сложным задачам сегментации. Это делает его особенно ценным для применения в различных областях, требующих высокой точности и эффективности обработки изображений.

7. Компьютерное моделирование химического состава стали для оптимизации ее производства за счет комбинирования плавок [№2 за 2024 год]
Авторы: Карачунов А.Г., Ершов Е.В.
Просмотров: 762
Целью работы является программная реализация поиска оптимального химического состава стали на основе объединения нескольких плавок в рамках оперативного производственного плана. В настоящее время в распоряжении предприятий черной металлургии применяется ряд программных инструментов для составления производственного расписания, в том числе позволяющих произвести расчет объема ферросплавов, необходимых для реализации заданного химического состава стали, а также выборочной проверки химических составов на комбинируемость между собой. Недостаток указанных решений заключается в отсутствии возможности подбора для выполнения конкретной производственной задачи в рамках оперативного планирования химического состава, удовлетворяющего критериям минимального расхода ферросплавов и обеспечивающего минимальный объем перепроизводства полупродукта при фиксированном объеме плавки. В работе описываются программное обеспечение модели увеличения комбинируемости химических составов стали при корректировке содержания химических элементов «Калькулятор комбинируемости химических составов стали» и лежащие в его основе алгоритмы. Разработка основана на свойстве унификации (комбинирования) нескольких химических составов стали для различных заказов таким образом, чтобы сформированный на их основе химический состав удовлетворял требованиям стандартов на производство соответствующих заказам марок стали и имел возможность реализации в производстве. Внедрение в производство описанного решения позволит оптимизировать производственный план в части излишков, обеспечить снижение количества отказных заказов, одиночных плавок, объемов нереализованной продукции, а также повысить серийность разливаемой стали за счет внедрения новых химических составов.

8. Обеспечение полноты и актуальности пространственной информации в распределенных вычислительных системах больших организаций [№2 за 2024 год]
Авторы: Трубин В.Д., Павлов С.В., Христодуло О.И.
Просмотров: 818
Применение информационных технологий для сбора, управления и обработки больших объемов разнородной информации об организациях с целью управления ими давно стало естественной практикой. Поиск эффективных методов хранения и обработки информации о вычислительной инфраструктуре организации остается актуальной задачей и сегодня. В данной работе авторы исследуют использование геоинформационных технологий для обработки пространственной и атрибутивной информации об объектах вычислительной инфраструктуры организации на примере университета как сложной распределенной структуры. Одной из важнейших задач является централизованное хранение полных и актуальных пространственных данных с разграничением доступа пользователей из разных подразделений к различным частям БД для обеспечения безопасности данных. Результатом работы стал механизм формирования распределенной пространственной структуры данных, предназначенной для хранения геоданных с учетом пространственного распределения отдельных подразделений организации. Приведена схема взаимодействия различных подразделений организации с базой геоданных. Результаты исследований могут найти применение при разработке структуры хранения геоданных об объектах компьютерной инфраструктуры, а также в любой другой сфере деятельности организации. Разработанная для геоинформационной системы университета подсистема автоматизированного обеспечения достоверности и актуальности пространственных данных позволяет ускорить обработку пространственной информации в БД, исключить дублирование устаревших данных и тиражирование актуальных, оставляя при этом различные формы представления этой информации для каждой из подсистем в рамках одной геоинформационной системы.

9. Повышение уровня автоматизации и объективности принятия решений в процессе транспортировки жидкого чугуна на производстве [№2 за 2024 год]
Авторы: Емельянов В.А., Черный С.Г., Емельянова Н.Ю.
Просмотров: 906
Статья посвящена прикладной задаче разработки системы поддержки принятия решений для процесса транспортировки жидкого чугуна. Ее актуальность обусловлена необходимостью повышения уровня автоматизации и объективности принятия решений в данном процессе на производстве. При проектировании функциональной архитектуры системы использован язык моделирования ArchiMate. Для моделирования вариантов ее использования применены объектно-ориентированный подход (включая объектно-ориентированный анализ, объектно-ориентированное проектирование и программирование) и унифицированный язык моделирования UML. В ходе работы построена модель функциональной архитектуры системы поддержки принятия решений для процесса транспортировки жидкого чугуна. Выполнен анализ функционала и проведено объектно-ориентированное проектирование статической структуры системы. Разработано программное обеспечение, позволяющее вычислять вес чугуна на основе первичных данных с датчиков и осуществляющее поддержку принятия решений относительно ремонта и эксплуатации ковшей (чугуновозов). Предложенная модель функциональной архитектуры системы позволила разработать специализированное программное обеспечение для автоматизации процесса принятия решений относительно ремонта и эксплуатации ковшей. Разработанное программное обеспечение протестировано на данных об эксплуатации ковшей на металлургическом комбинате.

10. Построение модели предиктивной аналитики неисправностей промышленного оборудования [№2 за 2024 год]
Авторы: Чернухин А.В., Богданова Е.А., Савицкая Т.В.
Просмотров: 965
В статье описаны новые подходы к построению модели предиктивной аналитики неисправностей промышленного оборудования. Актуальность исследования обусловлена необходимостью заблаговременно идентифицировать неисправности, приводящие к снижению эффективности работы или простоям крупных производственных линий промышленного предприятия. В рамках исследования были изучены современные подходы, использующие машинное обучение для решения схожих задач, подробно описаны их достоинства и недостатки. Данные для обучения моделей включают сведения о показаниях датчиков, измеряющих токи, температуры, давления и вибрации, для шести эксгаустеров за три года. Для обучения и тестирования были отобраны только техместа с наличием неисправностей за анализируемый период. В связи со сложной взаимосвязью между показаниями датчиков и состоянием эксгаустера было принято решение о создании предсказательной модели, основанной на мягком голосовании между тремя алгоритмами, имеющими различные подходы к классификации: сверточная нейронная сеть, логистическая регрессия и метод опорных векторов. Предложенный подход реализован с помощью высокоуровневого языка программирования Python c использованием дистрибутива Anaconda. Описан порядок выполнения исследования, представлены блок-схемы разработанных алгоритмов и их подробное описание. Про-ведено всестороннее тестирование разработанного программного обеспечения, реализующего модель прогнозирования неисправностей. Результаты исследования подтверждают работоспособность предлагаемой модели прогнозирования неисправности технических узлов оборудования, которая может быть адаптирована для предиктивной аналитики неисправностей большого числа типов промышленного оборудования крупных предприятий металлургической, химической и других отраслей промышленности.

| 1 | 2 | Следующая → ►