Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2022 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Организационные проблемы реализации гибких подходов  в разработке прикладного программного обеспечения [№4 за 2022 год]
Авторы: Саяпин О.В., Тиханычев О.В., Безвесильная А.А.
Просмотров: 2052
В статье рассмотрены особенности каскадных и гибких подходов к организации разработки прикладного программного обеспечения автоматизированных систем управления, выявлены их положительные стороны и недостатки. Особенно критичными из недостатков представляются увеличение сроков разработки и слабое взаимодействие между заказчиком и разработчиком при использовании каскадного подхода. В то же время существующими нормативными документами именно такой под-ход определяется как основной. С использованием общенаучных методов анализа и синтеза обеспечено получение количественных и качественных оценок по времени и ожидаемому результату применения при разработке ПО каскадного и гибкого подходов. По результатам сравнения полученных оценок сформирован вывод о том, что рациональным решением может служить замена каскадного подхода на гибкий. В то же время, как показал анализ нормативно-технической документации, применению при разработке прикладных программ гибких подходов препятствуют имеющиеся организационные проблемы, связанные не только с требованиями нормативных документов, но и со сложностью координации работ, выполняемых распределенными коллективами исполнителей. По результатам анализа типового процесса разработки прикладного ПО автоматизированных систем управления авторами сформулированы предложения о возможных вариантах замены каскадных подходов на гибкие или комбинированные. Новизна предложенного подхода к организации разработки заключается в обеспечении гибкости реализации требований заказчика, а его внедрение позволит выстроить систему разработки, обеспечивающую повышение заинтересованности всех участников процесса в конечном результате и осуществляющую процесс непрерывного уточнения требований.

12. Оценка возможностей классических компьютеров при реализации симуляторов квантовых алгоритмов [№4 за 2022 год]
Авторы: Зрелов П.В., Иванцова О.В., Кореньков В.В., Рябов Н.В., Ульянов С.В.
Просмотров: 2144
Современные квантовые устройства имеют серьезные ограничения на количество кубитов, ширину и глубину квантовой схемы. К тому же для них характерны сильные шумовые процессы, которые затрудняют получение корректного результата, заставляют проектировать квантовые схемы под конкретное квантовое устройство с учетом связи между кубитами, требуют квантовой коррекции ошибок. Применение классических компьютеров для симуляции квантовых вычислений позволяет из-бежать этих проблем. Они могут использоваться не только для быстрой проверки гипотез перед за-пуском на квантовых устройствах, но и для решения реальных задач. В работе описаны проектирование и эффективное моделирование квантовых алгоритмов, подходы к разработке алгоритмов квантового поиска, алгоритм Гровера. С помощью квантовых симуляторов Qiskit и QuEST проведено исследование эффективности использования суперкомпьютера для симуляции квантовых схем на CPU и GPU на примере тестовой квантовой схемы и алгоритма Гровера. В статье дано описание алгоритма квантовой оценки фазы, являющейся базовым блоком в некоторых квантовых алгоритмах квантовой вычислительной физики и химии. Симуляция алгоритма выполнена при помощи новейшего квантового симулятора cuQuantum от компании NVIDIA, который позволяет эффективно моделировать квантовые схемы на GPU с использованием множества графических процессоров, что существенно увеличивает скорость и позволяет выполнить алгоритм квантовой оценки фазы с достаточной точностью вычислений. В работе также отмечены сложности, с которыми можно столкнуться при симуляции различных алгоритмов с использованием большого количества кубитов или глубины схемы.

13. Построение декарбонизирующей замкнутой системы управления «Природа–Техногеника» [№4 за 2022 год]
Авторы: Сольницев Р.И., Коршунов Г.И., Лэй Ван
Просмотров: 1699
В статье рассмотрены выбросы двуокиси углерода энергетическими и промышленными предприятиями в совокупности с целью построения декарбонизирующей замкнутой системы управления «Природа–Техногеника». Наряду с известными подходами для достижения декарбонизации атмосферы предложены альтернативный подход к решению проблемы на основе замкнутой системы управления «Природа–Техногеника», математические модели и основные подходы к анализу и синтезу замкнутой системы управления «Природа–Техногеника» для совокупности энергетических и промышленных предприятий, которые служат основой для разработки соответствующей АСУ ТП. Проведены анализ и пара-метрический синтез управлений по этим моделям на основе математического моделирования. Основным критерием в этом случае является минимизация выбросов CO2. Рассмотрено построение такой системы в составе энергетических и промышленных предприятий, которая может быть применена для разных видов производства. Приведены этапы проектирования основных подсистем и звеньев замкнутой системы управления «Природа–Техногеника», вырабатывающей управления и реализуемой в виде АСУ ТП. В зависимости от объекта применяются конечные регуляторы управления – фильтры, химические адсорберы, катализаторы и другие. В данной работе рассмотрены природные источники топлива энергетических предприятий, которые вызывают наибольшие выбросы CO2 (уголь, природный газ и т.д.). Поскольку источники топлива имеют различные единицы измерения и содержание углерода, каждый из них приводится к стандарт-ному углю с коэффициентами пересчета. Приведены результаты анализа состояния и перспектив экологической обстановки по выбросам CO2 в г. Пекине (КНР), оценок ограничений на потребление энергии от энергетических и промышленных предприятий. На основе моделирования предложенной многомерной системы управления предложено решение проблемы минимизации выбросов CO2 совокупности промышленных предприятий и предприятий-источников энергии (ТЭЦ). Показана возможность принципиального решения проблемы минимизации выбросов CO2 путем реализации рассматриваемой декарбонизирующей системы управления на основе современных аппаратно-программных модулей АСУ ТП и соответствующей базы знаний.

14. Прецедентный подход для оценки влияния молний на системы уличного освещения с использованием онтологий [№4 за 2022 год]
Авторы: Черновалова М.В., Черненский Л.Л., Макарова И.М.
Просмотров: 1617
Рассматривается возможность повышения энергоэффективности и энергобезопасности систем уличного освещения в условиях прямого и косвенного электромагнитного воздействия атмосферного электричества и разрядов молнии на основе разработки и использования интеллектуальной системы поддержки принятия решений. В качестве метода исследования применяется прецедентный подход с представлением знаний в виде онтологий. Данный подход обеспечивает возможность формирования решений на основе знаний об аналогичных ситуациях, возникавших ранее, что позволяет работать в открытых, динамических, плохо формализованных предметных областях, где неопределенность может иметь невероятностный характер. Онтологические модели обеспечивают возможность применения прецедентного подхода в условиях отсутствия необходимого объема статистической информации для принятия решения по-средством представления знаний в виде иерархии концептуальных терминов заданной предметной области и множества отношений. Предложена онтология предметной области, описывающая искусственное грозовое облако. Она используется для выявления закономерностей в информационных массивах при комплексном управлении процессами энергообеспечения и энергобезопасности систем уличного освещения в условиях различного спектра электромагнитных воздействий атмосферного электричества и молнии. Разработан алгоритм формирования решений по управлению элементами указанной системы с помощью прецедентного подхода и онтологии, отличительная особенность которого заключается в возможности формирования количественных решений, адаптируя к текущей ситуации результаты реализованных ранее и описанных в лингвистической форме ситуаций при управлении элементами систем уличного освещения. Разработанные модель и алгоритм были реализованы в виде интеллектуальной системы поддержки принятия решений, ориентированной на автоматизацию процесса управления указанными системами, применение которой на практике позволяет повысить оперативность, обоснованность и эффективность принимаемых решений.

15. Программа редактирования семиотических сетей для систем управления роботами [№4 за 2022 год]
Авторы: Сорокоумов П.С., Ровбо М.А.
Просмотров: 1496
Задачи обработки данных с графовой структурой имеют важное значение во многих практически значимых приложениях, в том числе при обработке текстов на естественном языке. Для голосового управления роботом понимание команд основано на сопоставлении семантических сетей, описывающих модель мира робота, и полученной команды. Наиболее простой и доступный для понимания эксперта способ описания такого сопоставления – система правил логического вывода, определяющих понятные роботу конструкции в результатах семантического анализа входного текста. Так как существующие средства и методы обработки либо избыточно сложны, либо недостаточно хорошо поддерживают отладку готовых систем правил, возникла необходимость в разработке специального решения. Предлагаемое программное средство для работы с данными, представленными в сетевой модели, облегчает создание таких правил логического вывода для модификации модели мира. Совместное представление данных и методов их обработки реализовано в рамках семиотического подхода, в котором основными сущностями модели являются знаки, объединяющие сведения о состоянии объектов реального мира и возможных изменениях в этих состояниях. Применение в редакторе семиотического подхода к организации системы на основе правил позволяет связать данные и правила в рамках единой целостной картины мира интеллектуального агента. Предоставление пользователю обоснования принятых решений в виде легко интерпретируемых списков примененных правил с перечнем параметров облегчает расширение, отладку и сопровождение разработки. Полученная система может оказаться полезной и в других предметных областях, в которых модификацию состояния системы удобно описывать правилами логического вывода.

16. Программно-вычислительный комплекс моделирования эффектов от коронирования проводов воздушных линий переменного тока [№4 за 2022 год]
Авторы: Баламетов А.Б., Халилов Э.Д., Исаева Т.М.
Просмотров: 1567
С развитием электрических сетей высоких и сверхвысоких напряжений и ультравысокого напряжения вопросы экологического влияния высоковольтных линий электропередачи приобретают актуальность. Возникла острая необходимость в разработке программного обеспечения для оценки (мониторинга) электромагнитной совместимости воздушных линий. Оно позволит оценить воздействие линий электропередачи переменного тока высокого напряжения на окружающую среду. В статье рассмотрено математическое моделирование влияния проводов воздушной линии, электромагнитных помех, коронного разряда, радиопомех в проводах. Разработана программа расчета потерь мощности и энергии на корону в воздушных линиях сверхвысоких напряжений переменного тока. Для вычисления емкости фаз воздушных линий реализована методика определения рабочей ем-кости проводов при горизонтальном расположении проводов и двух заземленных тросах. Разработано программное обеспечение электромагнитной совместимости, которое может быть использовано для принятия мероприятий, направленных на снижение электрического поля воздушных линий сверхвысокого напряжения. На примере воздушных линий с напряжением 500 кВ представлены результаты комплексной системы моделирования потерь короны, напряжения электрического поля и потерь активной энергии из-за радиопомех.

17. Программное средство GraphHunter поиска отображения параллельной программы на структуру суперкомпьютерной системы [№4 за 2022 год]
Авторы: Баранов А.В., Киселёв Е.А., Телегин П.Н., Сорокин А.А.
Просмотров: 2001
Одной из известных задач в области высокопроизводительных вычислений является поиск оптимального отображения процессов параллельной программы на узлы суперкомпьютерной системы. Решение такой задачи позволяет минимизировать накладные расходы на информационные обмены между выполняющимися процессами и, как следствие, повысить производительность вычислений. При поиске отображения суперкомпьютерная система и параллельная программа представляются в виде графов. В настоящей статье задача отображения решается применительно к системе коллективного пользования суперкомпьютером, которая ведет очередь параллельных программ. После прохождения очереди параллельной программе выделяется новое, заранее неизвестное подмножество узлов суперкомпьютера. В этих условиях необходимо за приемлемое время построить граф выделенного подмножества узлов и найти подходящее отображение параллельной программы на этот граф. При поиске отображения предлагается задействовать параллельные алгоритмы, для выполнения которых использовать выделенные узлы суперкомпьютера. Для исследования свойств алгоритмов отображения было разработано программное средство GraphHunter, позволившее провести эксперименты с тремя параллельными алгоритмами: имитации отжига, генетическим алгоритмом и их комбинацией. В настоящей статье рассмотрена структура разработанного программного средства GraphHunter, приведены результаты экспериментов с запусками GraphHunter на суперкомпьютере МВС-10П ОП.

18. Развитие системы «Экспертиза» как инструмента для формирования энциклопедий и наполнения Единого цифрового пространства научных знаний [№4 за 2022 год]
Авторы: Власова С.А., Калёнов Н.Е., Сотников А.Н.
Просмотров: 1969
В статье отражены результаты работ по развитию универсальной настраиваемой web-ориентированной системы экспертизы, предназначенной для выделения из множества объектов тех, которые в максимальной степени отвечают заданным критериям. Оценку каждого объекта осуществляют авторизованные эксперты, которые подбираются на основе характеризующих их структурированных данных, введенных в систему при регистрации эксперта. Система может быть использована для экспертного отбора любых объектов, свойства которых представлены в цифровой форме, а сформулированные критерии оценки определяются этими свойствами. Задача экспертного отбора объектов различного рода является одной из важнейших при формировании контента Единого цифрового пространства научных знаний (ЕЦПНЗ). В основе концепции включения печатных материалов в ЕЦПНЗ лежит принцип точечного отражения (но с глубокой смысловой разметкой текста) наиболее важных фундаментальных изданий в каждой научной области. Отбор таких изданий должен базироваться на экспертном мнении ведущих специалистов в данной области знаний. Принцип экспертного отбора необходимо использовать и при решении вопроса о создании 3D-моделей музейных объектов, а также отражении в ЕЦПНЗ кино-, фото- и аудиоматериалов. Система «Экспертиза» может быть использована для отбора изданий, подлежащих включению в Национальную электронную библиотеку, для отбора авторов статей для Большой российской энциклопедии, для рецензирования статей, поступающих в редакции научных журналов, для проведения конкурсов научных работ, фотографий, видеоматериалов и других объектов, оцениваемые свойства которых могут быть представлены в Интернет. Новая версия системы, представленная в данной статье, по сравнению с предыдущей (2020 г.) обладает более гибким инструментарием настройки – она может быть настроена на экспертизу раз-личных групп (совокупностей) объектов. Объекты каждой совокупности оцениваются по своим критериям своей системой оценок. Под совокупностью можно понимать опубликованные в разные годы фундаментальные монографии, относящиеся к одному научному направлению; статьи, предлагаемые для публикации в определенном журнале; группу специалистов, выразивших желание выступить в качестве авторов заказных научных статей; БД, отражающие объекты одного вида, и т.п. Для каждой совокупности настраивается своя система оценок объектов и существует свой круг экспертов. Результатом работы системы являются различные рейтинговые списки объектов, построенные на основе обработки экспертных оценок. В систему также встроен специальный аппарат, позволяющий пользователю со статусом «администратор» анализировать рейтинговые списки и активность экспертов. В статье дано подробное описание структуры системы, ее функциональности, приводятся примеры использования.

19. Разработка адаптивной обучающей системы технической дисциплины [№4 за 2022 год]
Автор: Тагирова Л.Ф.
Просмотров: 1713
Настоящая статья посвящена разработке электронной обучающей системы технической дисциплины, образовательный материал которой адаптирован с учетом отличительных особенностей каждого студента. Новизна предложенного в работе подхода заключается в организации процесса адаптации на основе использования понятия «статус обучаемого», отражающего знаниевый уровень владения дисциплиной и сформированность личностных характеристик студента. Процесс адаптации состоит в подборе оптимальной редакции материала, максимально соответствующей индивидуальным характеристикам студента. В качестве инструмента для определения статуса обучаемого используется экспертная система на основе нечеткой модели представления знаний. В ходе работы экспертной системы происходит сравнение характеристики с правилами продукций нечеткой базы знаний. В качестве алгоритма не-четкого вывода использован алгоритм Мамдани. На основе предложенного алгоритма разработана адаптивная обучающая система для преподавания технической дисциплины студентам, будущим IT-специалистам. Внедрение предложенной адаптированной системы позволяет реализовать индивидуальные образовательные траектории для каждого студента и сформировать персональное пространство обучающего контента, подстраивающегося под его уровень усвоения материала и личностные качества.

20. Разработка программных моделей доверенного универсального микропроцессора и микропроцессорной системы на его основе [№4 за 2022 год]
Авторы: Аряшев С.И., Гревцев Н.А., Зубковский П.С., Чибисов П.А., Кулешов А.С., Петров К.А.
Просмотров: 2010
При разработке доверенного микропроцессора для цифровых систем управления (систем с критической миссией) требуется разработать программную модель (эмулятор) доверенного микропроцессора и эмулятор системы на его основе для утверждения архитектурной модели и изучения возможностей парирования угроз. Покомандный и поведенческий эмуляторы микропроцессора являются инструментами моделирования микропроцессорной архитектуры и системы в целом и играют фундаментальную роль в различных областях микроархитектурного проектирования. В работе приведены критерии, необходимые для создания доверенных систем, разработаны по-командный эмулятор микроархитектуры доверенного микропроцессора (VMIPS), а также поведенческий эмулятор архитектуры микропроцессорной системы (QEMU) на основе доверенного микропроцессора для утверждения архитектурной модели и изучения возможностей парирования угроз. Поскольку по отдельности эмуляторы QEMU и VMIPS в целом не являются доверенными системами из-за того, что в эмуляторе QEMU отсутствует поддержка виртуализации, а в эмуляторе VMIPS поддержка IOMMU, в работе предложено использовать связки обоих эмуляторов: эмулятор QEMU запускает эмулятор VMIPS для эмуляции процессорных ядер. Для создания полноценной доверенной среды эмулятор VMIPS был представлен в виде библиотеки с API по эмуляции процессорных ядер, которая динамически подгружается эмулятором QEMU. На основе анализа трасс подтверждаются те или иные ситуации угроз и их парирование. Для апробации использовано ПО, проверяющее функции эмулятора по обеспечению выполнения критериев доверенности системы путем парирования угроз из банка данных угроз безопасности информации ФСТЭК, а также произведен запуск демонстрационной задачи в виртуальной среде на виртуальном программируемом логическом контроллере с доверенным микропроцессором с применением SCADA для мониторинга и контроля. Использование виртуального ПЛК с виртуальной средой позволяет проводить тестирование и от-ладку, исследования безопасности, строить модели существующих и будущих узлов, отрабатывать различные сценарии, получать полную информацию о ходе работы. Предварительное тестирование в виртуальной среде также позволяет снизить риски ввода в эксплуатацию и отработать различные модели угроз и их парирования до разработки микропроцессора. На основе результатов выполнен-ной работы будет произведена разработка MIPS-подобного доверенного микропроцессора для цифровых систем управления СКМ.

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