Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 1 за 2019 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Модель надежности отказоустойчивого кластера с миграцией виртуальных машин [№1 за 2019 год]
Авторы: Алексанков С.М., Богатырев В.А., Деркач А.Н.
Просмотров: 7003
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.

12. О применении жадных алгоритмов в некоторых задачах дискретной математики [№1 за 2019 год]
Автор: Бойков В.А.
Просмотров: 5497
Алгоритмы, основанные на идее локальной оптимальности, кажутся естественными и являются соблазном при решении задач оптимизации. Однако задачи оптимизации, которые будут рассмотрены в данной статье, многошаговые, а получение жадными алгоритмами оптимального решения в многошаговых задачах, вообще говоря, не гарантировано. Это будет показано на примерах решения транспортной задачи, задачи о кратчайшем расстоянии между городами на заданной сети дорог и задачи коммивояжера. Объектами проведенного исследования являются жадные алгоритмы, примененные к решениям таких задач. В работе приводится пример парадоксального решения одной транспортной задачи малой размерности. При ее решении одним из жадных алгоритмов строится план перевозок продукции. Однако этот план не является оптимальным и обладает парадоксальным свойством. А именно: по маршруту, который оказывается самым дешевым в оптимальном плане, перевозка не осуществляется. Оптимальное решение рассмотренной задачи достигается с помощью пакета Mathcad. На примере задачи о кратчайшем расстоянии показано, что жадный алгоритм тоже не приводит к оптимальному пути. А три контрпримера на евклидовых графах показывают, что, вообще говоря, невозможно получить оптимальный марш-рут даже при расчете вариантов на несколько шагов вперед. В качестве третьего примера применения жадного алгоритма для решения задачи коммивояжера рассматривается метод ближайших городов. С его помощью описывается последовательное построение гамильтонова цикла. Приведенная версия алгоритма застрахована от получения несвязных графов в процессе решения. Далее длина полученного гамильтонова цикла используется как верхняя оценка при реализации простейшей версии метода ветвей и границ. Опти-мальность полученного решения проверяется с помощью программы, выполненной в пакете Mathcad. В рассмотренных примерах решения, полученные с помощью жадных алгоритмов, используются в качестве начального приближения для дальнейшей оптимизации целевой функции.

13. Основные принципы создания систем автоматизации проектирования и управления в машиностроительных производственных системах [№1 за 2019 год]
Авторы: Бурдо Г.Б., Семенов Н.А.
Просмотров: 5287
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.

14. Проблемные вопросы проведения информационного обследования как базового этапа разработки АСУ [№1 за 2019 год]
Авторы: Саяпин О.В., Тиханычев О.В., Чискидов С.В., Саяпин М.О.
Просмотров: 8005
В статье рассмотрены проблемы организации информационного обследования как начального этапа создания АСУ. Данный этап является одним из важнейших в разработке таких систем, в рамках которого должно быть обеспечено описание анализа информационно-функционального содержания существующих процессов управления в виде модели функционирования рассматриваемой организационно-технической системы. Разработанная функциональная модель (или модель функционирования) обеспечивает первоначальный уровень формализованного описания рассматриваемых процессов, в котором представлены и соотнесены со временем все решаемые задачи и взаимосвязанные с ними доку-менты, и должна являться основой (базой, фундаментом) формирования информационной модели процесса управления, содержащей объединенное, согласованное и стандартизированное представление данных, необходимых для всех категорий должностных лиц системы. Как показывает анализ предметной области, именно на начальном этапе создания системы (исследование и обоснование разработки) задаются базовые параметры ее дальнейшего развития. В то же время существующие подходы к информационному обследованию, ориентированные на бумажные технологии, не обеспечивают должное качество формирования информационной модели автоматизируемой системы и надежную основу для дальнейших работ. Одновременно существует достаточно широкий спектр средств и методов обеспечения разработки средств автоматизации управления, в том числе инструментарий составления функциональных и информационных моделей. На основе анализа содержания проблемы в статье синтезированы возможные пути ее решения за счет последовательного построения функциональной и информационной моделей автоматизируемой системы с использованием возможностей современных информационных технологий. На основе анализа сложившейся ситуации в статье предлагается доработать нормативные документы по разработке АСУ в части перехода от использования бумажных документов к модели автоматизируемой системы в электронном виде, расширения перечня используемых технологий разработки, уточнения типовых алгоритмов разработки АСУ. При этом необходимо учитывать еще один важный фактор процесса автоматизации управления – взаимное влияние структуры системы управления и внедряемых в нее средств автоматизации. Как показывает практический опыт авторов, указанные меры могут существенно повысить эффективность разработки автоматизированных систем.

15. Прогнозирование развития технических систем на основе закономерностей их строения при использовании банков фундаментальных знаний [№1 за 2019 год]
Автор: Бутенко Д.В.
Просмотров: 3032
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.

16. Разработка концепции миграции данных между реляционными и нереляционными системами БД [№1 за 2019 год]
Авторы: Королева Ю.А., Маслова В.О., Козлов В.К.
Просмотров: 4938
В данной работе исследуются реляционные и нереляционные подходы к построению, хранению и извлечению данных. В настоящее время все информационные и информационно-аналитические системы не обходятся без использования БД. Данные системы должны обрабатывать, читать, записывать определенные наборы данных, которые нужно упорядочивать, структурировать и хранить. Для многих компаний актуальной проблемой является выбор подходящих БД и системы управления, от которых в дальнейшем будут зависеть производительность, надежность, безопасность, особенности поддержки, разработки и другие характеристики работы. В одной информационной системе компании обычно применяются несколько моделей данных, это обосновано разноплановостью характера манипуляции используемых в непосредственной работе данных. Например, для задач, где необходимы полная консистентность данных и транзакционный контроль, используют реляционную БД, в то время как аналитические, агрегированные или метаданные могут храниться в БД NoSQL. Данное раз-деление зачастую необходимо для наиболее эффективного функционирования конечного продукта. В процессе работы были выявлены самые востребованные системы управления БД для обоих подходов к построению БД, проанализированы их особенности, достоинства и недостатки. На основании внутреннего устройства реляционных и нереляционных БД предложена схема преобразования данных из одной модели в другую как первый этап подготовки данных к прозрачной миграции между системами. Теоретической основой исследований являются отечественные и зарубежные публикации на тему моделей данных, а также компьютерных технологий.

17. 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: 5419
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.

18. Разработка удаленного клиента для автоматизированной передачи данных в UNIX-подобных системах [№1 за 2019 год]
Авторы: Пальчевский Е.В., Халиков А.Р.
Просмотров: 4788
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.

19. Система автоматизации индукционной пайки на основе двух контуров управления с позиционированием заготовки [№1 за 2019 год]
Авторы: Тынченко В.С., Лаптёнок В.Д., Петренко В.Е., Мурыгин А.В., Милов А.В.
Просмотров: 5895
В статье предлагается решение проблемы автоматизированного управления процессом индукционной пайки алюминиевых волноводных трактов на основе двух контуров управления с позиционированием заготовки. В рамках работы анализируются особенности технологического процесса индукционной пайки алюминиевых волноводных трактов, а также становится очевидной необходимость его автоматизации с применением программной системы. Разработанный программный продукт производит контроль процесса нагрева изделия по двум контурам: первый кон- тур – это управление скоростью нагрева элементов волноводного тракта, второй – управление перемещением сборки волновода относительно плоскости индуктора. Использование разработанной автоматизированной системы позволяет обеспечить качественное управление технологическим процессом индукционной пайки, а следовательно, снизить количество бракованных изделий. Программное решение представляет собой приложение для операционной системы Windows, совместимое с версиями Windows XP/7/8/8.1/10. Приложение разработано с использованием языка программирования C++ и среды разработки Embarcadero RAD Studio XE7. Разработка велась с использованием объектно-ориентированного подхода. В статье приведены структура автоматизированной системы, алгоритм ее работы, а также диаграмма переходов экранных форм. В процессе проектирования с применением языка UML построены диаграммы вариантов использования системы и переходов состояний. Представленное программное решение содержит функционал настройки средств измерения и параметров технологического процесса индукционной пайки, кроме того, возможен просмотр графиков температур деталей изделия. Имеется возможность просмотра и редактирования БД технологических процессов. Апробация решения проводилась в рамках серии экспериментов, показавших высокое качество управления технологическим процессом индукционной пайки.

20. Специализированное программное обеспечение измерительной системы для оперативного оценивания спектрального состава многокомпонентных процессов [№1 за 2019 год]
Авторы: Якимов В.Н., Машков А.В., Желонкин А.В.
Просмотров: 3945
В статье рассматривается разработка ПО измерительной системы, предназначенной для проведения оперативного спектрального анализа многокомпонентных процессов. При разработке данного ПО выбрана парадигма модульного построения программных компонентов. Такой подход позволил обеспечить гибкость, расширяемость и масштабируемость ПО, а также заменяемость программных компонентов и возможность их повторного использования. В соответствии с выбранным подходом ПО измерительной системы состоит из модуля реализации алгоритма спек-трального анализа, модуля визуализации измерительных данных и конвертора обработки данных, обеспечивающего взаимодействие между этими модулями. Структура ПО основана на многоуровневой организации вычислительной сре-ды. В соответствии с этим выделены уровни представления и обработки данных. Это позволило отделить метрологически значимые и незначимые программные компоненты и обеспечить защиту измерительной информации от непреднамеренных и преднамеренных изменений. Уровень представления реализован на языке Java, а уровень обработки на языке С++. Вы-бор языка Java обусловлен наличием компонент поддержки цифровых технологий отображения данных и пользовательского интерфейса, что позволило сделать приложение функционально гибким в использовании, осуществлять управление процессом спектрального анализа, включая операции ввода данных, визуализации результатов в графическом и табличном представлениях. Процедуры вычисления спектральных оценок реализованы в модуле метрологически значимого ПО на языке C++, позволившего применить подход многопоточного программирования для повышения производительности обработки данных в ходе спектрального анализа.

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