Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2020 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Параллельные процессы и программы: модели, языки, реализация на системах [№3 за 2020 год]
Авторы: Кутепов В.П., Ефанов А.А.
Просмотров: 5656
Предлагаются модели и языки параллельных процессов и программ, имеющие более широкие возможности для описания параллелизма по сравнению с известными моделями и языками, созданными для этой цели. Понятие актора, выполнение актов и взаимодействие акторов при выполнении процесса – базовые элементы описания процессов. В качестве общей формы задания процессов используются си-стемы рекурсивных уравнений, правыми частями которых являются группы взаимодействующих при выполнении процесса акторов. Графическая и текстовая формы описания процессов и принцип инициализации выполнения акта по готовности поступающих на входы соответствующего ему актора сигналов (данных) от влияющих на него акторов создает необходимые условия для эффективного описания процессов, их анализа, модификации и параллельного выполнения. Интерпретация акторов процесса как процедур обеспечивает прямой переход от языка процессов к высокоуровневому языку модульного потокового параллельного программирования. Рассмотрены главные проблемы реализации предложенных языков на компьютерных системах: однозначное именование порождаемых при взаимодействии процессов актов, организация управления процессами на компьютерных системах. В статье рассматриваются более общие (в отличие от классических) модель и язык процессов. Они позволяют описывать группы взаимодействующих процессов при задании общего процесса в виде системы процессных уравнений. Динамически порождаемое структурное описание причин-но-следственных зависимостей между акторами процесса в группах и использование механизма активизации актора при поступлении необходимых сигналов (данных) на соответствующие его входы обеспечивают без ограничений реализацию параллелизма и асинхронности при выполнении актов процесса. Использование рекурсивных определений переменных в системе уравнений, описывающей процесс, создает условия для динамического порождения групп процессов. На основе описанной в статье модели процессов создан язык параллельного программирования, реализуемый на компьютерных системах.

12. Применение передачи обучения в семиотических моделях к проблеме фуражирования с реальными роботами [№3 за 2020 год]
Авторы: Воробьев В.В., Ровбо М.А.
Просмотров: 5417
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.

13. Программа моделирования теплофизических процессов в руднотермических печах при изменении управляющих воздействий [№3 за 2020 год]
Авторы: Пучков А.Ю., Панченко С.В., Черновалова М.В.
Просмотров: 3007
Разработаны алгоритм и ПО для моделирования теплофизических процессов реакторной зоны руднотермической печи в ответ на изменения управляющих воздействий. В основе алгоритма лежат две математические модели, использующие гидродинамический подход при описании образования шлама в электротермических процессах переработки продуктов пеллетирования обжиговых машин в руднотермических печах. Первая модель описывает теплофизические процессы и отражает стехиометрию компонентов реакции и нестационарные состояния фосфорной руднотермической печи при переработке окомкованных техногенных отходов в приближении сосредоточенных параметров. Вторая модель описывает процесс образования шлама и характеризует унос частиц, являющихся источником шламовых загрязнений фосфора на выходе печи. Модель основана на том, что одной из основных причин образования пыли является унос капель расплава барботирующими газами. Рассматриваемые печи применяются в многостадийном процессе получения желтого фосфора из отходов апатит-нефелиновых руд, в больших количествах скапливающихся в отвалах горно-обогатительных комбинатов. Являясь техногенными месторождениями минерального сырья, такие отвалы нуждаются во вторичной переработке, так как имеют относительно богатый химический состав, который также надо использовать, и в то же время наносят ощутимый урон окружающей среде и здоровью людей. Поэтому разработка технологических систем по утилизации отходов и создание ПО, моделирующего процессы в таких системах с целью их комплексной оптимизации, представляют собой актуальную исследовательскую задачу. ПО для моделирования теплофизических процессов реакторной зоны рудновосстановительной печи в дальнейшем будет использовано как составная часть программного комплекса, задачей которого является расчет оптимальных (энергоресурсоэффективных) режимов технологической системы, включающей в себя грануляторы, обжиговые машины конвейерного типа и руднотермические печи, с целью обеспечения экологически безопасной переработки отходов апатит-нефелиновых руд.

14. 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: 3859
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.

15. Программное обеспечение идентификации и коррекции ненормативных погрешностей средств измерений в процессе индукционной пайки [№3 за 2020 год]
Авторы: Милов А.В., Тынченко В.С., Мурыгин А.В.
Просмотров: 4386
В статье представлена разработка программного модуля идентификации и коррекции ненормативных погрешностей в процессе индукционной пайки волноводных трактов космических аппаратов. Проведен анализ особенностей технологического процесса индукционной пайки тонкостенных алюминиевых волноводных трактов космических аппаратов, на основе которого сделан вывод о целесообразности использования интеллектуальных методов для идентификации и коррекции ненормативных погрешностей средств измерения в процессе индукционной пайки, а также реализации выбранного метода идентификации ненормативных погрешностей в виде программно-го модуля к существующей системе управления индукционной пайкой волноводных трактов космических аппаратов. Разработанный модуль позволяет проводить настройку исходных параметров для создания и обучения искусственной нейронной сети, применяемой для решения задачи коррекции ненормативных погрешностей измерений в процессе индукционной пайки, а также искусственной нейрон-ной сети в части функций активации, количества скрытых слоев и искусственных нейронов на слое, продолжительности обучения. Полученную нейросетевую модель можно выгрузить на диск для использования в системе управления процессом индукционной пайки. Также модуль реализует функционал выработки управляющего воздействия для коррекции ненормативных погрешностей. Использование модуля позволяет повысить качество управления технологическим процессом индукционной пайки посредством снижения влияния погрешностей на протекание данного процесса. Программный продукт представляет собой приложение для операционной системы Windows, совместимое с версиями Windows XP/7/8/8.1/10. Приложение разработано с использованием объектно-ориентированного подхода, языка программирования Python и фреймворка PyQt5. Проверка эффективности предложенного программного модуля проводилась на основе данных реальных технологических процессов. Результаты испытаний показали высокую эффективность идентификации и коррекции ненормативных погрешностей в процессе индукционной пайки.

16. Проецирование технических объектов на изображении в метрическое пространство при помощи глубоких нейронных сетей для задачи детектирования [№3 за 2020 год]
Авторы: Толстель О.В., Ширкин А.Е., Калабин А.Л.
Просмотров: 3862
Представлен алгоритм векторизации изображения, содержащего технические объекты. В качестве таких объектов выступают машиностроительные детали, элементы крепежа, метизы. Под векторизацией подразумевается преобразование изображения в вектор, для которого эвклидово расстояние имеет семантический смысл. Данный алгоритм создавался для усовершенствования си-стемы оценки позиции объектов, где существует проблема непостоянного количества типов предметов для распознавания. Предложен подход к формированию метрического пространства, где изображение, преобразованное в вектор по метрике l2, может сравниваться с изображением-эталоном, тем самым решается задача непостоянного количества классов. Для добавления нового класса достаточно внести в систему изображение-эталон в виде вектора и найти расстояние до него. Если оно меньше других изображений, то данный эталон будет типом объекта, представленным на вход системе. Данный подход реализуется при глубоких нейронных сетях, где последний слой убирается, а оставляется предпоследний слой, который представляет верхний уровень признаков, извлеченных из изображения. Такая нейронная сеть проходит процесс обучения с помощью функции потерь Triplet loss, научив нейронную сеть векторизовать изображение в метрическое пространство. Программа, реализующая предложенный алгоритм, разработана на языке Python 3.6 с использованием интегрированной среды Jupyter Lab для операционной системы Ubuntu 18.04. Приведены результаты эксперимента по использованию предложенного алгоритма для отнесения полученных изображений к тому или иному эталону. Для оценки качества алгоритма использованы метрики ранжирования для задач поиска, где оценивается только самый первый объект в списке ближайших объектов. Разработанный алгоритм может применяться в системах технического зрения для роботов-манипуляторов, а в дальнейшем в системах управления захватом объектов этим роботом.

17. Разработка модификации метода опорных векторов для решения задачи классификации с ограничениями на предметную область [№3 за 2020 год]
Авторы: Михайлов И.С., Зеар Аунг, Йе Тху Аунг
Просмотров: 8613
Метод опорных векторов (support vector machine, SVM) является одним из методов интеллектуального анализа данных для решения задачи классификации. Его основная идея заключается в переводе исходных векторов в пространство более высокой размерности c применением метода ядра для обеспечения линейной разделимости классов и в поиске разделяющей гиперплоскости с максимальным зазором между гиперплоскостью и опорными векторами в этом пространстве. Несмотря на высокую точность работы, метод имеет и недостатки – отсутствие общего подхода к автоматическому выбору ядра, а также высокую вычислительную сложность. В связи с этим разработана модификация алгоритма опорных векторов (алгоритм FS-SVM) для решения задачи классификации с ограничениями на предметную область. Сформулировано ограничение функциональной разделимости классов, накладываемое на предметную область, которое позволит применить алгоритм FS-SVM. Проведено теоретическое исследование обоснованности данных предположений. Введены формальные определения функциональной разделимости на основе непрерывности и монотонности разделяющей функции и производной разделяющей функции. Проведено сравнение понятий функциональной разделимости классов и выпуклости классов. В статье рассмотрены основные блоки предложенного алгоритма FS-SVM: поиск опорных элементов, определение точек разделяющей гиперповерхности, построение разделяющей гиперповерхности как кусочно-линейной функции в проекции на рассматриваемые оси координат. В дальнейшем указанную функцию алгоритма предлагается аппроксимировать многочленом Чебышева для получения гладкой кривой. В качестве примера предметной области, в которой может применяться алгоритм FS-SVM, приводится задача классификации режимов течения нефтеводогазового потока по исходных данным, регистрируемым на устье нефтяной скважины.

18. Разработка проблемно-ориентированной системы управления показателями технологических процессов рудника подземного скважинного выщелачивания урана [№3 за 2020 год]
Автор: Подрезов Д.Р.
Просмотров: 3549
Информационная система управления предназначена для принятия своевременных эффектив-ных и обоснованных управленческих решений в сфере оперативного и тактического производ-ственного планирования. В основу реализации проблемно-ориентированной системы управления положена производственно-экономическая модель функционирования предприятия. Основной функционал модели заключается в расчете производственных и экономических показателей функционирования предприятия при заданных объемах расходов ресурсов при реализации производственной программы в условиях различных сценариев развития факторов внешней среды. Главным назначением системы является моделирование деятельности предприятий и поиск набора экономических, производственных и технологических показателей для достижения целей производственной программы. Цель работы – создание проблемно-ориентированной системы управления показателями технологических процессов рудника подземного скважинного выщелачивания для реализации информационно-аналитической поддержки процедур и процессов, позволяющих оперативно анализировать, моделировать, прогнозировать и визуализировать различные сценарии реализации бизнес-процессов и производственной программы предприятия. Новизна исследования заключается в возможности реализации процедуры моделирования показателей функционирования и оценки запасов технологических блоков рудника подземного скважинного выщелачивания урана для определения ресурсного потенциала месторождения в целом, базируясь на анализе динамики базовых технико-экономических показателей и сценарных условиях развития бизнес-процессов предприятия. Использование системы позволит формировать целевые показатели работы предприятия с различными горизонтами планирования. Для целей оперативного и тактического производственного планирования производится расчет бюджета по материальным ресурсам, а по внешним сценариям развития среды формируются портфель проектов производственной программы и консолидационные формы отчетности. Разработанные процедуры позволяют реализовать функции планирования добычи непосредственно по отдельным технологическим блокам рудника и формировать производственную программу развития технологического полигона в целом на основе полученных модельных вариантов вскрытых запасов и сформированной системы условий и ограничений.

19. Семантические модели и метод согласованной разработки баз знаний [№3 за 2020 год]
Авторы: Гулякина Н.А., Давыденко И.Т.
Просмотров: 4524
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.

20. 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: 4479
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.

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