Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 1 за 2019 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Прогнозирование развития технических систем на основе закономерностей их строения при использовании банков фундаментальных знаний [№1 за 2019 год]
Автор: Бутенко Д.В.
Просмотров: 3021
Настоящая статья посвящена применению технологий к инженерно-техническому творчеству как генеральному ат-трактору научно-познавательной деятельности. Инженерное творчество как самостоятельная дисциплина опирается на фундаментальные законы строения, функционирования и развития систем, которые имеют первостепенное значение для практики получения новых решений в любой области знания. В статье на примере химии и химической технологии обосновывается необходимость использования указанных законов, что вытекает прежде всего из требований получения практически пригодных технико-технологических решений, демонстрирующих качественно новые состояния проектируемых систем и новых технических изделий. Применение для химии обусловлено наличием формализации представления информации в данной области знания. Активное использование современных компьютерных технологий позволяет эффективно решать задачи базовой проблематики общих законов строения и развития техники – установление и применение изоморфных закономерностей для технических объектов различной природы, которые, в свою очередь, являются объективной основой для открытий, изобретений и совершенствования техники и технологий. В статье рассмотрены аналогичные современные разработки, показаны их достоинства и недостатки и представлена авторская интеллектуальная технология использования указанных закономерностей в области химической технологии в сочетании с использованием инструментария автоматизированных банков фундаментальных знаний. Описанные результаты открывают общие перспективы технологий технического творчества – возможность получения патентоспособных результатов интеллектуальной деятельности с высокой степенью новизны и конкурентоспособностью, которые могут быть усилены с помощью новейших вычислительных средств.

12. Конструктивный метод обучения искусственных нейронных сетей со взвешенными коэффициентами [№1 за 2019 год]
Автор: Казаков М.А.
Просмотров: 5819
В работе предлагается конструктивный метод обучения искусственных нейронных сетей с различными параметрами коррекции для нейронов, добавленных на разных этапах обучения. Данный метод позволяет бороться с попаданием в локальный минимум и при этом контролировать масштаб нейронной сети. Предполагается, что различие в коэффициенте скорости обучения, при котором нейроны, добавленные на более поздних этапах обучения, корректируются интенсивнее нейронов, добавленных на ранних этапах, позволит эффективнее бороться с попаданием в локальный минимум. В работе приводятся статистические данные, полученные на примерах MNIST при помощи предлагаемого метода, стандартного метода градиентного спуска и конструктивного метода обучения. Для проведения численных экспериментов, позволяющих сравнивать рассматриваемые методы, была разработана программа на Python с использованием библиотек numpy и matplotlib. Нейронная сеть является сетью прямого распространения, где входы нейронов связаны со всеми выходами предыдущего слоя. Функция активации для всех нейронов представляет собой экспоненциальную сигмоиду. Обучение производилось методом обратного распространения ошибок. В качестве функции оценки использовалась сумма квадратов расстояний между выходными сигналами и эталонными значениями. В работе подробно описываются условия обучения и приводится график, иллюстрирующий динамику спада значения функции оценки для всех трех методов. Предполагается также, что предлагаемый метод позволит снизить влияние процесса обучения на новом классе данных на эффективность работы нейронной сети на классах, которым сеть обучалась на ранних этапах.

13. Разработка удаленного клиента для автоматизированной передачи данных в UNIX-подобных системах [№1 за 2019 год]
Авторы: Пальчевский Е.В., Халиков А.Р.
Просмотров: 4784
Cтатья посвящена разработке аппаратно-программного модуля для UNIX-подобных систем, который получил название RCM (англ. Remote client management, рус. удаленный клиент для управления). Он предназначен для передачи данных между модулями аппаратно-программного комплекса Protection. Его основными возможностями являются скоростная обработка данных и защита от DDoS-атак на основе нейронных сетей. В работе рассмотрена проблема обработки данных ПО и обоснована необходимость проведения математического анализа для выявления новых способов самообучения нейронных сетей. Представлены разработанные самообучаемые нейронные сети, необходимые для передачи данных и защиты от DDoS-атак. Разработан новый метод самообучения нейронной сети, основанный на объединении сигнального и дифференциального способов обучения. Это дает возможность нейронной сети быстро обучаться в короткие сроки. Функционал разработанного удаленного клиента позволяет управлять данным модулем как через веб-интерфейс, так и через консольный режим. Проведено тестирование разработанного ПО в условиях «боевого» режима, в результате которого были получены нагрузочные значения на ресурсы ЭВМ. Длительное тестирование RCM показывает достаточно низкую нагрузку на цен-тральный процессор и твердотельный накопитель при DDoS-атаках. Соответственно, оптимальная нагрузка позволяет не только обрабатывать большие потоки информации, но и параллельно запускать ресурсоемкие вычислительные процессы без какого-либо нарушения функционирования операционной системы. Тестирование проводилось на серверах вычислительного кластера в одном из московских центров обработки данных, где RCM показал стабильную работоспособность.

14. Модель надежности отказоустойчивого кластера с миграцией виртуальных машин [№1 за 2019 год]
Авторы: Алексанков С.М., Богатырев В.А., Деркач А.Н.
Просмотров: 6987
Обеспечение высокой надежности, отказоустойчивости и непрерывности вычислительного процесса компьютерных систем поддерживается при объединении вычислительных ресурсов в кластеры и основывается на использовании технологии виртуализации в результате перемещения виртуальных ресурсов, служб или приложений между физическими серверами при поддержке непрерывности вычислительных процессов. В качестве объекта исследования рассматривается отказоустойчивый кластер, который в простейшем случае состоит из двух физических серверов (основного и резервного), связанных через коммутатор. В каждом сервере установлен локальный жесткий диск. На локальных дисках серверов развернута распределенная система хранения данных с синхронной репликацией данных с исходного сервера на резервный. На кластере запущена виртуальная машина. Система предполагает запуск теневой копии виртуальной машины на резервном сервере, что позволяет в случае отказа основного сервера продолжить вычислительный процесс на виртуальной машине резервного сервера. В качестве показателя надежности используются коэффициенты стационарной и нестационарной готовности. Предложена марковская модель надежности отказоустойчивого кластера, учитывающая издержки на миграцию виртуальных машин, а также механизмы, обеспечивающие непрерывность вычислительного процесса (сервиса) в кластере в случае отказа одного физического сервера. В результате миграции в памяти поддерживаются две копии виртуальной машины, расположенные на разных физических серверах, чтобы в случае отказа одного из них продолжить работу на другом. Построена упрощенная модель отказоустойчивого кластера, пренебрегающая издержками на миграцию виртуальных машин при восстановлении кластера и дающая верхнюю оценку надежности. Показано существенное влияние на надежность отказоустойчивого кластера (оцениваемую по нестационарному коэффициенту готовности) процесса ми-грации виртуальных машин. Полученные результаты могут быть использованы при обосновании выбора технологии обеспечения отказоустойчивости и непрерывности вычислительного процесса компьютерных систем кластерной архитектуры.

15. Компьютерное моделирование физических взаимодействий технических поверхностей на микроуровне [№1 за 2019 год]
Авторы: Рачишкин А.А., Болотов А.Н., Сутягин О.В.
Просмотров: 4530
В статье представлена архитектура программного средства для моделирования физических взаимодействий технических поверхностей на микроуровне, описываются общие принципы построения системы и проводится анализ не-скольких смоделированных физических процессов. Рассматривается контактное взаимодействие шероховатых поверхностей, в том числе и имеющих функциональное покрытие. Рассчитываются фрикционные параметры при различных условиях эксплуатации и термическое сопротивление микрошероховатых стыков различных деталей машин. Гибкий алгоритм программы и независимый сегментированный математический аппарат разработаны для оптимальной реализации расчетов моделируемых процессов численными методами. Входные данные основываются на микрогеометрических и физико-механических свойствах реальных поверхностей, что позволяет точно настраивать модель, учитывая большинство свойств, характеризующих технические поверхности. Создание программного средства для моделирования контактного взаимодействия технических поверхностей позволяет облегчить решение прикладных инженерных задач и уменьшает количество необходимых ресурсов для проведения научных исследований. Структурно программа разделена на отдельные модули. Формулирование общих принципов разработки каждого модуля эффективно при горизонтальном расширении системы моделирования физических взаимодействий. Такой под-ход позволяет оптимизировать количество входных и выходных параметров, настраивать только необходимые процессы моделирования и привносит возможность добавлять и изменять существующие алгоритмы. Модульная структура оптимизирует процесс разработки и модернизации программного приложения. Возможность удалять и модифицировать отдельные элементы программы, не затрагивая общую структуру, позволяет эффективно решать широкий спектр инженерных задач. В статье приведены примеры работы модулей контактного и фрикционного взаимодействий, а также моделирования термического сопротивления стыков. Общая алгоритмическая логика выполнения и наследуемые данные топографии поверхности позволяют максимально приближенно моделировать данные физические процессы.

16. Методика и алгоритмы классификации воздушных объектов системой поддержки принятия решений [№1 за 2019 год]
Авторы: Допира Р.В., Гетманчук А.В., Потапов А.Н., Семин М.В., Семенов В.Ю.
Просмотров: 5264
Статья посвящена разработке методики и алгоритмов классификации воздушных объектов системой поддержки принятия решений АСУ при интенсивных информационных воздействиях. При таких воздействиях признаками информационной перегрузки системы являются количество данных о воздушной обстановке (отметок от воздушных объектов) и качество информации. При решении задачи классификации объектов по каталогу в условиях параметрической неопределенности и пересечения классов использование процедуры последовательного нормирования, основанной на принципе максимизации энтропии, позволяет получить наименее сомнительное распределение вероятностей отнесения каждого из объектов к известным или новым классам. Предложенная в статье комбинация базового метода с основными принципами методов дробящихся эталонов и кластерного анализа позволяет улучшить характеристики классификации. Основа разработанной методики классификации воздушных объектов системой поддержки принятия решений при интенсивных информационных воздействиях состоит во введении в базовый способ понятия параметрического пространства и представления в нем объектов классификации и классов из каталога эталонных значений. При этом на каждом из основных этапов работы методики анализируется взаимное расположение объектов, участвующих в обработке, относительно друг друга, а также относительно классов из каталога эталонных значений. Классификационная матрица представлена в виде совокупности динамических списков, что позволяет сократить вычислительную трудоемкость, не только исключая нулевые элементы матрицы из обработки, но и не выделяя память для их хранения. Расширена функциональность обработки результатов классификации с возможностью дополнения катало-га эталонных значений актуальной информацией. Система поддержки принятия решений, реализующая новую методику, позволяет персоналу АСУ по мере формирования эмпирического знания осуществлять детальную оценку обстановки и на ее основе корректировать работу АСУ.

17. Формирование барьера безопасности на космическом аппарате при угрозе воздействия космического мусора методами нечеткой логики [№1 за 2019 год]
Авторы: Кемайкин В.К., Кожухин И.В.
Просмотров: 4749
В статье предложен алгоритм формирования барьера безопасности от воздействия космического мусора для автономного функционирования космического аппарата. Эффективность барьера безопасности зависит от показателей оперативности, экономичности и действенности (надежности) мер по защите, составляющих содержание барьера безопасности. В настоящее время барьер безопасности формируется из реализованных на борту космического аппарата мер с участием оператора в автоматизированном режиме. Для этого космический мусор должен быть своевременно обнаружен и время до прогнозируемого столкновения должно быть достаточным для выработки решения (порядка 28 часов). Тогда оператор может оценить и учесть важность параметров и сформировать адекватный барьер с учетом складывающейся обстановки. В иных случаях опасности столкновения с космическим мусором выполняется автоматический маневр уклонения, связанный с изменением параметров орбиты космического аппарата. В условиях автономного орбитального функционирования космического аппарата возникает задача оценки эффективности барьера безопасности, при которой учитывались бы условия обстановки, но его формирование проводилось на борту космического аппарата в автоматическом режиме реального времени. Разработанная база знаний важности параметров позволяет проводить оценку эффективности барьера безопасности с учетом складывающейся обстановки по каждому потенциально опасному (по критерию опасного сближения) объекту в цикле автоматического функционирования бортовой вычислительной машины управления. Требование автономности функционирования космического аппарата и парирования возможной угрозы от столкновения с космическим мусором основано на использовании теории нечетких множеств, в том числе принципа нечеткого слияния целей и ограничений. Исходные оценки эффективности барьера безопасности реализуют принцип гарантированного результата при равновесности критериев, по которым проводится оценка. В реальном времени уточняются оценки эффективности с учетом важности параметров барьера безопасности, которые представляются наборами правил из базы знаний по требуемым и существующим ограничениями по действенности (надежности), времени и расходу топлива на реализацию потенциальных барьеров безопасности. Полученные результаты показывают, что в реальных условиях обстановки эффективность потенциальных барьеров безопасности может изменяться с учетом важности параметров.

18. Разработка программно-аппаратного комплекса для удаленной диагностики наземных транспортных средств по каналу GSM [№1 за 2019 год]
Авторы: Лавыгин Д.С., Левщанов В.В., Фомин А.Н.
Просмотров: 5413
В статье описана структура программно-аппаратного комплекса для удаленной диагностики наземных транспортных средств с использованием канала связи GSM. Актуальность разработки данного устройства обусловлена потребностью в оперативном контроле и статистической обработке большого объема диагностической информации. Появление единого стандарта в начале 2000-х годов позволило охватить универсальными средствами диагностики основное количество транспортных средств, не углубляясь в конструктивные особенности каждого из них. В работе показаны базовая схема взаимодействия элементов программно-аппаратного комплекса и структурная схема аппаратной части диагностического адаптера. Конструктивно диагностический адаптер состоит из нескольких модулей, управляемых с помощью двух микроконтроллеров семейства STM32 фирмы STMicroelectronics. Один из них выполняет функции контроллера автомобильных интерфейсов и обеспечивает физический обмен данными с электронными автомобилями. Функции второго контроллера заключаются в обработке и передаче данных на удаленный сервер. При этом осуществляется привязка получаемых диагностических данных к географическому положению транспортного средства, вычисляемого с помощью встроенного в адаптер модуля GPS, что позволяет выявить взаимосвязь между условиями эксплуатации и количеством возникающих неисправностей. Представлена подробная схема программного взаимодействия аппаратных и программных компонентов комплекса, а также описаны принципы взаимодействия между диагностическим адаптером, установленным на транспортном средстве, и удаленным сервером, предназначенным для сбора, хранения и обработки диагностической информации. Программная реализация серверной составляющей комплекса включает в себя два модуля, объединенных общей БД. Задача одного из модулей – обеспечение пользовательского веб-интерфейса. Второй модуль реализует диагностические алгоритмы.

19. Основные принципы создания систем автоматизации проектирования и управления в машиностроительных производственных системах [№1 за 2019 год]
Авторы: Бурдо Г.Б., Семенов Н.А.
Просмотров: 5273
Современное наукоемкое машиностроение и приборостроение относятся к высокотехнологичной сфере производства и имеют свои особенности, которые предопределяют специфику происходящих в них процессов. Поэтому исследование этих особенностей в настоящее время достаточно актуально и востребовано. В данной статье показаны результаты работы, направленной на выявление процессов, выполняемых в производственных системах, на их автоматизацию и построение эффективных алгоритмов принятия решений. Дана классификация видов процессов производственных систем машиностроения, определены критерии оценки эффективности. Указанные процессы были исследованы как выполняемые в рамках жизненного цикла продукции на этапах конструирования и изготовления изделий надлежащего качества. Рассмотрены шесть направлений совершенствования процедур принятия решений при выполнении процессов в производственной системе. Было установлено, что принятие решений должно основываться на определенных критериях их оценки. Основополагающим критерием, по мнению авторов, должно быть качество изделия, определяющее конкурентоспособность продукции в определенном ценовом диапазоне. Качество и сроки изготовления продукции определяются не только совершенством процессов, но и структурой технологических подразделений производственной системы, поэтому рассмотрены критерии, оценивающие состав этих подразделений. Для интеграции процессов, выполняемых в производственных системах, использован системный подход, алгоритмы выработки решений реализуются с использованием аппарата искусственного интеллекта.

20. Моделирование передачи сообщений между движущимися объектами в транспортной среде [№1 за 2019 год]
Авторы: Рудометов С.В., Соколова О.Д.
Просмотров: 4496
В последние годы проводится множество исследований в области развития беспроводных сетей, связывающих транспортные средства. Для связи автомобилей друг с другом, а также для их соединения с придорожным оборудованием используются беспроводные сети, разработанные по принципу мобильных самоорганизующихся сетей, – Vehicular Ad Hoc Network (VANET). В статье рассматривается моделирование движения на участке транспортной сети и передачи сообщений от одного узла, расположенного на движущемся объекте, другим узлам. Для проведения имитационного моделирования движения транспортных средств и распространения сообщений использовалась система имитационного моделирования Manufacturing and Transportation Simulation System (MTSS), ранее разработанная одним из авторов статьи. Система MTSS позволяет визуально строить имитационные модели технологических систем и проводить различные имитацион-ные эксперименты с этими моделями. В статье описывается моделирование с помощью MTSS сети передачи данных, которая состоит из приемопередающих устройств, установленных на движущихся объектах (автомобилях) или на стационарных объектах, расположенных вдоль трассы. Исследуется передача данных в этой сети – распространение сообщений между автомобилями (например, сообщение о чрезвычайной ситуации). Рассмотрены два варианта участка транспортной сети – прямолинейный (шоссе) и участок в виде квадрата с перекрестками дорог. Приведены данные экспериментов, показывающие, что на прямолинейном участке роль интерференции при передаче сообщения не столь значительна, как на участке с перекрестками дорог.

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