Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2024 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Рекуррентные нечеткие ситуационно-прецедентные модели для оперативного управления сложными техническими объектами [№4 за 2024 год]
Авторы: Соколов А.М., Борисов В.В.
Просмотров: 5242
В статье рассматриваются вопросы оперативного управления сложными техническими объектами (СТО), функционирующими в динамически изменяющихся, неопределенных условиях внешней среды, рисков возникновения опасных и аварийных ситуаций. Проведен анализ подходов к ситуационному управлению СТО, который показал, что перспективным решением для оперативного управления этими объектами является применение нечетких моделей типа «ситуация–действие». Основными ограничениями моделей данного типа являются необходимость дополнительной экспертной информации для актуализации нечеткой базы знаний, а также отсутствие учета возможности переходов в различные ситуации при применении сходных управляющих воздействий. Для устранения указанных недостатков предлагается применение прецедентного подхода, который предполагает накопление информации о функционировании СТО в базе нечетких прецедентов с целью их дальнейшего использования при выборе управленческих решений. Предложены новый тип рекуррентных нечетких ситуационно-прецедентных моделей, а также способ и алгоритмы оперативного управления СТО по прецедентам на основе этих моделей. Авторское решение отличается применением итерационной процедуры поиска последовательности прецедентных управляющих решений. Данная процедура обеспечивает повышение эффективности функционирования СТО при условии адаптации к изменениям внутренних и внешних факторов. Разработаны алгоритмические и программные средства, реализующие предложенные модели, способ и алгоритмы управления СТО. В ходе вычислительных экспериментов подтверждена адекватность предложенных моделей. Выполнена оценка эффективности оперативного управления СТО по прецедентам с использованием созданных моделей, способа и алгоритмов в условиях неопределенности по сравнению с экспертной нечеткой ситуационной моделью «ситуация–действие».

12. Нечеткая кластеризация как способ повышения эффективности управления в автоматических системах [№4 за 2024 год]
Автор: Игнатьева А.С.
Просмотров: 6188
Статья посвящена поиску новых способов повышения эффективности управления в автоматических системах. Предложен новый метод оптимизации процедуры синтеза интеллектуальных регуляторов в системах автоматического управления техническими объектами. С целью организации гибридного управления предлагается метод, в основе которого лежит применение алгоритмов нечеткой кластеризации, а также специально разработанные алгоритмы, реализованные в интеллектуальном регуляторе. Регулятор разработан на основе методов нечеткой логики, нейросетей и биоиспирированных методов. В рамках описания предложенного метода показаны существующие подходы к оптимизации интеллектуальных регуляторов. На концептуальном уровне предложен собственный подход для решения задачи оптимизации параметров интеллектуальных регуляторов, представлено его обобщение. В общем виде описаны модели, для которых применим разработанный метод. В частности, показаны результаты работы метода для ANFIS-системы в гибридных моделях управления. Представлены ANFIS-архитектуры до и после применения кластеризации. Для достижения полученных результатов разработана многоуровневая архитектура комбинированного управления в интеллектуальном регуляторе. Показаны структуры нечетких регуляторов при реализации ANFIS до и после применения нечеткой кластеризации. Выполнен анализ результатов проведенного исследования. В результате применения предложенного метода значительно сокращается количество функций принадлежности лингвистических переменных интеллектуального регулятора и количество управляющих правил. Это позволяет без потери качества управления и без увеличения вычислительных ресурсов снизить трудоемкость разработки интеллектуального регулятора и время его проектирования.

13. Разработка программного комплекса многоканального распознавания и коррекции речевых сообщений на основе алгоритмов машинного обучения в структуре импортозамещения [№4 за 2024 год]
Авторы: Абу-Абед Ф.Н., Жиронкин С.А.
Просмотров: 7382
Предметом данного исследования является разработка программного комплекса многоканального распознавания и коррекции речевых сообщений на основе машинного обучения. Комплекс призван решать задачу повышения эффективности факторов производства как составляющую моделирования структуры импортозамещения в российской экономике. Актуальность работы заключается в отсутствии программных аналогов и разработок на отечественном рынке программных продуктов в условиях усиления технологических санкционных ограничений. Целью исследования является повышение эффективности внутренних коммуникаций российских компаний. В качестве методов исследования применяются системный анализ, машинное обучение, информационно-телекоммуникационное системное проектирование и объектно-ориентированное программирование. В настоящей статье приведены архитектура и основные компоненты программного комплекса, такие как бот для взаимодействия с пользователями, кэширование данных, долговременное хранение информации и сервис для распознавания и коррекции речевых сообщений с использованием методов машинного обучения. В разработанном авторами приложении решаются задачи развертывания и контейнеризации речевых сообщений с реализацией сервиса распознавания и расшифровки речевых сообщений. Предложенная система основана на кэшировании данных, распределяет нагрузку между независимыми сервисными компонентами с поддержкой контейнеризации, она адаптирована к масштабированию и работе на различных платформах и облачных средах. Интерфейс приложения дает пользователю возможность произвести необходимые настройки с целью автоматического распознавания, диаризации, коррекции и обобщения речевых сообщений. Научная новизна заключается в получении результатов, способствующих оптимизации внутренних коммуникаций с помощью алгоритмов машинного обучения для повышения точности и адаптивности корпоративных систем связи. Данные системы позволяют эффективно решать важную задачу моделирования структуры импортозамещения в условиях усиления внешних шоков и технологических ограничений.

14. Совершенствование информационной технологии автоматизации мониторинга технической готовности кораблей военно-морского флота [№4 за 2024 год]
Авторы: Елецкий М.И., Зальмарсон А.Ф., Захарьев А.А.
Просмотров: 5984
Статья посвящена актуальной проблеме повышения уровня автоматизации, оперативности и качества решения функциональных задач мониторинга технической готовности кораблей за счет разработки компонентов информационной технологии. Для их реализации необходима математическая постановка задачи, основанная на методах логико-лингвистического моделирования. Потребность в совершенствовании информационной технологии автоматизации мониторинга технической готовности кораблей тесно связана с решением ряда теоретических и практических вопросов. Анализ существующей информационной технологии показал, что выделенные авторами этапы обработки информации по технической готовности кораблей являются весьма трудоемкими, а их качественное выполнение требует сохранения и анализа больших массивов информации. Однако реализованная в настоящее время в АСУ информационная технология представлена фрагментарно и несистемно. В то же время неавтоматизированная технология не обеспечивает полную и качественную реализацию всех выделенных в ходе исследований этапов обработки информации. Для решения данных проблем требуется разработка компонентов информационной технологии, обеспечивающих комплексную автоматизацию мониторинга технической готовности кораблей. Реализация указанных требований предусматривает, прежде всего, разработку формальной математической модели, адекватно и полно отображающей компоненты информационной технологии, семантические и прагматические свойства объектов мониторинга. Предложенный авторами подход на практике должен обеспечить создание из информационного ресурса качественного информационного продукта, удовлетворяющего требованиям оператора (пользователя).

15. Визуализация данных для бизнес-аналитики уровня доступности финансовых услуг [№4 за 2024 год]
Авторы: Федько В.С., Ковалева О.А., Ковалев С.В.
Просмотров: 5574
В статье проанализированы релевантные программные продукты и инструменты создания дашбордов, выделены преимущества и недостатки каждого из вариантов. Определены наиболее подходящие пути решения задачи визуализации данных о доступности финансовых услуг, которая включена в процесс работы Центрального банка России. В работе представлена IDEF0-модель последовательности этапов работы с данными для визуализации показателей доступности финансовых услуг. Модель включает внесение данных в хранилище, присвоение им кодов ОКТМО, расчет расстояний между населенными пунктами, визуализацию результатов, выгрузку отчетов в необходимых форматах. Описана архитектура разработанной программы для BI-системы уровня доступности финансовых услуг, которая состоит из модулей предобработки и визуализации данных и модуля выгрузки отчетов. Отличительной особенностью является возможность работы с географическими данными расположения объектов в полностью автономном режиме. Продемонстрирован алгоритм работы модуля предобработки данных, который заключается в присвоении им кодов ОКТМО и позволяет структурировать все имеющиеся данные о наличии инструментов доступности финансовых услуг в населенных пунктах. Описана база данных для хранения всей имеющейся информации о населенных пунктах, об уровне развития финансовой инфраструктуры. Показан процесс автоматического расчета расстояний между населенными пунктами с использованием формулы гаверсинусов. Описан модуль градиентной заливки графиков, позволяющий повысить наглядность данных благодаря использованию интуитивно понятной расцветки и выбору цвета в зависимости от конкретного значения. Разработанная программа позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на обработку данных за один отчетный период, расширить возможности визуализации имеющейся информации.

16. Сценарий атаки на автоматизированную систему управления технологическим процессом с учетом уязвимости протокола Modbus TCP [№4 за 2024 год]
Авторы: Конев А.А., Репкин В.С., Цимбалов К.И.
Просмотров: 6701
Предметом исследования является компьютерное моделирование процесса реализации сценария атаки на автоматизированную систему управления (АСУ) технологическим процессом (ТП), в котором осуществляется эксплуатация уязвимостей промышленного протокола Modbus TCP. В данной публикации представлен аналитический обзор актуальных научных работ в области безопасности АСУ ТП, формализации и моделирования атак. Описан лабораторный стенд АСУ ТП, на основе которого сформирована компьютерная модель на языке программирования Python, включающая консоль управления (клиент Modbus), программируемый логический контроллер (сервер Modbus) и исполнительный модуль «Грузовой лифт» (графический интерфейс). Для визуализации пользовательского сценария и процессов между компонентами модели построена UML-диаграмма последовательности. Проверка адекватности модели осуществлялась путем сравнения результатов модели и стенда. Также был разработан и формально описан с помощью графической нотации MAL сценарий атаки, в котором эксплуатируются уязвимости протокола Modbus TCP, связанные с отсутствием встроенных механизмов аутентификации и шифрования. Сценарий атаки успешно реализован на модели и стенде с помощью Metasploit Framework. Для устранения возможности эксплуатации уязвимостей определены и протестированы защитные меры в виде протокола WireGuard, который благополучно справился с задачей. Результаты исследования могут быть использованы для обучения специалистов, например, в киберполигонах, для разработки, реализации и формального описания сценариев атак, для анализа уязвимостей протокола Modbus TCP, а также для тестирования программных средств защиты информации.

17. Программная реализация математической модели расчета технологических параметров электротермических реакторов [№4 за 2024 год]
Авторы: Быков А.А., Бобков В.И., Орехов В.А., Незамаев С.В.
Просмотров: 5976
В работе представлена математическая модель, описывающая возможный метод расчета тепломассовых процессов. На основе модели разработан итерационный алгоритм и создана информационная система, которая осуществляет моделирование расчета технологических параметров электротермических реакторов, используемых для переработки рудного фосфатного сырья. Особенность разработанной модели в том, что она учитывает взаимосвязь зонального представления происходящих в руднотермических печах процессов. А на базе параметров теплогидравлического режима можно получить решение задачи идентификации поступления сырья в зону реакции. В дальнейшем это даст возможность разработки системы автоматизации управления процессами в данной зоне с целью удаления примесей. Созданная математическая модель позволяет учитывать конфигурацию внутренней структуры исследуемых установок для понимания природы происходящих в них процессов и явлений. При поиске решения была также использована модель алгоритма автоматического построения сетки конечных элементов, предложен алгоритм реализации конечно-элементных уравнений с оптимизацией ширины матрицы и использованием свойств симметрии. Созданный программный комплекс позволяет выполнять автоматизированные расчеты режимов функционирования электротермических рудовосстановительных реакторов любых конструкций, в том числе и применяемых при выплавке фосфатного сырья. База данных информационной системы дает возможность пользователю выбрать модель рудовосстановительного реактора и произвести расчет тепломассообменных процессов, а также задать систему эффективных коэффициентов для расчета разработанной экспериментальной модели восстановительного реактора. При этом в программном комплексе можно выполнить не только комплексный расчет руднотермического реактора, но и отдельных его характеристик. Многодокументный интерфейс наглядно представляет результаты расчетов в виде полей изолиний и векторов скоростей тепломассовых процессов.

18. Программная реализация диагностики непрерывных многостадийных производств с использованием динамической экспертной системы [№4 за 2024 год]
Авторы: Меркурьев С.А., Палюх Б.В., Ветров А.Н.
Просмотров: 5375
В данной статье описана архитектура разрабатываемого программного комплекса для диагностики многостадийных непрерывных производств. Актуальность работы обусловлена тем, что дефект или отказ оборудования на таких производствах зачастую представляет большую опасность. Целью является проектирование архитектуры и разработка программного комплекса динамической экспертной системы для анализа текущего состояния технологического процесса и поддержки принятия решения для выявления и устранения дефектов в технологических цепях. В работе кратко рассмотрена проблема прикладной области. Описаны проблемы существующих программных реализаций и их основные недостатки. Приведены структурная и интеграционная схемы разрабатываемого программного комплекса. Представлена блок-схема и описаны разрабатываемые модули. Первый модуль реализует задачи обнаружения аномалий и определения момента бифуркаций. Эти две задачи решаются на основе анализа многомерного потока диагностических переменных с помощью оригинального метода двойного скользящего окна. Второй модуль предназначен для формирования гипотез о причинах кризисных состояний с помощью функции доверия. Третий модуль реализует логический вывод по обнаружению дефектов в технологических цепях и по способам их устранения. В заключении описаны используемые инструментальные средства для реализации диагностической динамической экспертной системы. Практическая значимость работы заключается в разработке информационного, алгоритмического и программного обеспечения на языке C# для повышения эксплуатационной надежности непрерывных производств.

19. Применение концепции цифрового двойника на этапах проектирования, моделирования и управления химическим процессом [№4 за 2024 год]
Авторы: Кузьмин М.И., Кушнирук Д.И., Аникин А.В., Верба С.В., Зубов Д.В.
Просмотров: 5564
В настоящей работе рассмотрено развитие актуальной концепции цифрового двойника, сопряженной с интенсивным развитием информационно-коммуникационных технологий и с формированием цифрового производства. Приведены некоторые варианты классификации по различным признакам. Непосредственная практическая реализация концепции цифрового двойника продемонстрирована на примере установки, в которой протекает химический процесс, контролируемый изменением температуры. Рассмотрен жизненный цикл изделия от этапа проектирования обособленной виртуальной копии до получения физической копии, связанной с виртуальной двухсторонним обменом данными посредством промежуточного программного обеспечения. Предложен вариант структурно-организационного исполнения цифровой модели с использованием информации о химической кинетике процесса в качестве взаимозаменяемого ядра. Описана внутренняя логика работы цифровой модели в формате конечного автомата. Логика направлена на оптимальное управление в контексте достижения максимального уровня конверсии по полупродукту на каждой промежуточной стадии и в результате по целевому продукту на конечной стадии. Применение концепции цифрового двойника на этапе проектирования изделия показано с позиции проведения виртуальных испытаний для нивелирования конструкторских изъянов и проверки проектных решений. По итогам работы сформулированы основные достоинства использования концепции цифрового двойника по сравнению с традиционным подходом. Результаты настоящей работы могут быть использованы как отправная точка при проектировании и построении аналогичных систем в области химических процессов, управление которыми осуществляется изменением какого-либо технологического параметра. Правообладателем результатов интеллектуальной деятельности является частное учреждение «Наука и инновации».

◄ ← Предыдущая | 1 | 2