2014 год, №4

Содержание выпуска
ТРАССИРОВКА И САМОЛЕЧЕНИЕ В POSIX-СИСТЕМАХ
ГАЛАТЕНКО В.А., КОСТЮХИН К.А., БОМБИН А.А.
Стр. 5 — 9
В работе дается определение оригинальной концепции контролируемого выполнения, разработанной авторами статьи, обосновывается важность этой концепции при создании сложных систем. Под контролируемым выполнением понимается специально организованный процесс функционирования аппаратно-программной системы, целью которого является выполнение системой своих задач несмотря на наличие ошибок, атак и отказов. Основными положениями концепции контролируемого выполнения являются интеграция средств информационной безопасности, отладки и управления; распространение контролируемого выполнения на все этапы жизненного цикла системы; целостность набора средств контролируемого выполнения, различающихся по степени воздействия на целевую систему, возможность взаимодействия между этими средствами. Частные случаи контролируемого выполнения: применение средств управления информационными системами, интерактивная отладка, мониторинг систем, самоконтроль систем, воспроизведение предыдущих сеансов работы систем, моделирование, сбор и анализ количественных характеристик функционирования систем, самолечение систем. В контексте контролируемого выполнения авторами предложена методика самолечения POSIX-систем, основанная на использовании механизма трассировки. Дается краткий обзор механизма трассировки, описанного в POSIX-2001, предлагается методика самолечения программных систем, основанная на этом механизме и интегрированная в концепцию контролируемого выполнения. Стандарт POSIX-2001 фиксирует минимальную функциональность средств трассировки, которые должна предоставлять POSIX-совместимая операционная система. Под трассировкой в стандарте POSIX-2001 понимаются по-рождение, накопление и анализ данных о событиях, имевших место при выполнении пользовательского приложения. Работа иллюстрируется небольшим примером, который может быть полезен при практическом применении методики самолечения.
ВИЗУАЛЬНЫЙ РЕДАКТОР И МОДУЛЬ РАСЧЕТА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ ДЛЯ ИМИТАЦИОННО-ТРЕНАЖЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ
МИХАЙЛЮК М.В., ТОРГАШЕВ М.А.
Стр. 10 — 15
Важной составляющей имитационно-тренажерных комплексов является система управления, которая используется для управления двигателями, полезной нагрузкой, исполнительными механизмами, бортовым питанием и т.д. Она может быть представлена в виде функциональной схемы, элементы которой называются функциональными звеньями или функциональными блоками. В области моделирования систем управления на основе функциональных схем существует большое количество разработок, однако остается актуальной задача создания более простых и доступных систем моделирования на основе функциональных схем для имитационно-тренажерных комплексов. В статье описывается программный комплекс для создания, тестирования, редактирования и расчета функциональных схем, предназначенный для имитационно-тренажерных комплексов управления роботами и манипуляторами, виртуальных лабораторий и обучающих систем. Подробно рассмотрены функциональные возможности и технология работы визуального редактора функциональных схем, а также алгоритм и схема работы модуля их расчета. Предложенный редактор обладает широкими функциональными возможностями и позволяет моделировать достаточно сложные схемы. Модуль расчета реализован в виде динамической библиотеки, которая может быть подключена к любому программному комплексу. Разработанная технология позволяет расширять функциональные возможности за счет подключения дополнительных программных модулей, которые могут включать реализацию как специальных вычислительных блоков, так и блоков для обмена данными, например с внешними пультами. Возможности применения предложенной системы для имитационно-тренажерных комплексов проиллюстрированы на примере моделирования управления антропоморфным роботом в ручном и копирующем режимах. Преимуществами системы являются простота ее использования, нетребовательность к ресурсам и расширяемость.
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА В РАБОЧЕЙ ОБЛАСТИ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА СО СТРУКТУРОЙ «ГЕРМАНИЙ НА ИЗОЛЯТОРЕ»: АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
МАСАЛЬСКИЙ Н.В.
Стр. 16 — 23
Обсуждаются вопросы моделирования характеристик транзисторных структур, выполненных по технологии нового поколения – «германий на изоляторе». Рассматривается один из возможных подходов к аналитическому решению 2D-уравнения Пуассона для потенциала в рабочей области полевого двухзатворного нанотранзистора со структурой «германий на изоляторе» и архитектурой «без перекрытия областей затвора и стока/истока». Для потенциала получено аналитическое решение уравнения Пуассона с использованием принципа суперпозиции. Рассматриваются физические ограничения технологических параметров исследуемых транзисторных структур для оптимизации их электрофизических характеристик, в частности, эффективного подавления короткоканальных эффектов. Показывается, что в исследуемых устройствах эти эффекты проявляются в большей степени, чем в аналогичных структурах «кремний на изоляторе». На основе численных решений уравнения Пуассона анализируются зависимости от технологических параметров ряда основных электрофизических характеристик, таких как распределение потенциала в рабочей области, порогового напряжения и крутизны подпороговой характеристики. Нелинейный характер полученных зависимостей обусловлен экспоненциальным ростом объемного заряда в рабочей области транзистора. Для выбранных топологических норм оптимизация параметров, определяющих области стока и истока, предоставляет дополнительную степень свободы управления ключевыми характеристиками наряду с толщиной рабочей области и подзатворного окисла фронтального затвора, что важно при анализе применимости транзисторных структур «германий на изоляторе».
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ SYNOPSYS DESIGN COMPILER ДЛЯ СИНТЕЗА САМОСИНХРОННЫХ СХЕМ
СУРКОВ А.В.
Стр. 24 — 30
Потребности промышленности в высоконадежных вычислительных комплексах обусловили рост популярности асинхронной логики. Основными достоинствами асинхронных схем являются повышенная сбоеустойчивость и расширенный температурный диапазон эксплуатации. Среди недостатков следует отметить большую длительность проектирования вследствие отсутствия средств автоматизации проектирования асинхронных схем. Самосинхронные схемы являются наиболее простым для проектирования подклассом асинхронных схем. Для их создания чаще всего используется метод перекрестной реализации, который позволяет использовать синхронные схемы в качестве промежуточного этапа. Синхронная схема должна выполнять аналогичную функцию и может быть синтезирована обычным способом. Конвертация промежуточной синхронной схемы в самосинхронную может осуществляться с использованием шаблонов и поэтому легко автоматизируется. В качестве средства автоматизации выбрана система автоматизированного проектирования Synopsys Design Compiler (DC), которая используется для синтеза синхронных схем и может исполнять скрипты, написанные на языке Tcl. Весь процесс создания самосинхронной схемы делится на три этапа: предварительный синтез синхронной схемы из спецификации на языке Verilog HDL, конверсия в два канала и построение схемы индикации окончания переходных процессов. В завершение осуществляется оптимизация нагрузочной способности элементов схемы с использованием возможностей статического временного анализа DC. Все этапы проходятся под управлением одного скрипта, работающего в консоли DC, поэтому процесс полностью автоматизирован. В настоящий момент скрипт ограниченно функционален и может обработать только одну стадию конвейера за запуск.
МЕТОД РИР-ПРОЕКЦИИ В ПОДСИСТЕМЕ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТРЕНАЖЕРНО-ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ
МАМРОСЕНКО К.А., ГИАЦИНТОВ А.М.
Стр. 31 — 36
В ряде отраслей (например в авиационно-космической) в настоящее время ощущается нехватка квалифицированных специалистов, способных профессионально управлять сложными техническими системами. Требуются многократное повышение производительности учебных центров, в том числе за счет внедрения новых методик подготовки, и создание более совершенной тренажерной базы. Мультимедийные технологии при построении тренажерно-обучающих систем позволяют создавать банки данных учебных материалов, содержащие изображения, тексты, сопровождающиеся аудио, видео и другими визуальными эффектами; включают в себя интерактивный интерфейс; позволяют эффективно использовать накопленную информацию при организации дистанционного и распределенного обучения. Одним из видов мультимедийной информации, использующейся в тренажерно-обучающих системах, является графический виртуальный образ инструктора. Для его внедрения в единое синтезированное трехмерное окружение создан метод рир-проекции, базирующийся на методе 3D-кеинга. Основной идеей технологии кеинга является выделение объекта от однородного фона. Данный процесс можно описать как процесс создания маски, содержащей информацию о прозрачности изображения и отделяющей объект от остального изображения. Так как любая реализация кеинга ресурсоемка, при обработке изображений большого размера на центральном процессоре трудно достичь работы подсистемы визуализации в реальном масштабе времени. Это требование к под-системе визуализации является одним из базовых, поэтому разработано решение, позволяющее использовать вычислительную мощность графического процессора для реализации кеинга.
СПОСОБЫ ИНИЦИАЛИЗАЦИИ МНОГОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ
ЛАВРИНОВ Г.А.
Стр. 37 — 40
Любая многопроцессорная система должна быть проинициализирована по включении питания. В данной работе рассматриваются системы на базе RapidIO. От правильной настройки маршрутов среды RapidIO зависит корректная работа системы в целом. Существуют два алгоритма инициализации – динамический и статический. Алгоритм динамической инициализации RapidIO, приведенный в спецификации, имеет ряд недостатков, одним из которых является отсутствие информации о физическом составе системы после инициализации. Для некоторых задач, к примеру, по тестированию многопроцессорной системы, это недопустимо. Поэтому необходимо использовать статическую инициализацию, которая подразумевает уже заранее подготовленный набор команд для настройки маршрутов между устройствами. Для эффективного создания набора команд, осуществляющих инициализацию, предлагается применять конфигуратор, использующий базовые блоки RapidIO. Система рассматривается как набор базовых блоков, имеющих уникальные номера портов коммутаторов RapidIO. Конфигуратор, принимая на вход структуру из географического адреса модуля, модели модуля и связи с остальными модулями, формирует на выходе набор служебных пакетов для инициализации коммуникационной среды RapidIO. Эффективность данного способа в большей мере проявляется при построении различных модификаций многопроцессорной системы. В статье описаны существующая на сегодняшний день аппаратная поддержка инициализации среды и ее применение в тестируемой системе.
АНАЛИЗ ИНТЕРВАЛЬНО СТОХАСТИЧЕСКИХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
МАДЕРА А.Г., КАНДАЛОВ П.И.
Стр. 41 — 45
Практика показывает, что реальные температурные поля технических систем носят неопределенный интервальный характер. Это обусловлено интервальным характером факторов, определяющих тепловой режим технической системы, а именно: параметрами конструкции технической системы, обладающими статистическим технологическим разбросом изготовления; факторами, возникающими при функционировании технической системы (потребляемые мощности, тепловые потоки, параметры внутренней среды); факторами окружающей среды (температуры среды, хладоносителей, скорости потоков и пр.). Вместе с тем моделирование температурных полей технических систем в настоящее время проводится в предположении детерминированности, при котором все параметры теплового режима считаются однозначно и абсолютно точно известными. В статье описываются метод и алгоритм математического и компьютерного моделирования интервально стохастических температурных полей технических систем. Метод и алгоритм основаны на авторских разработках по матрично-топологическому методу, программному комплексу моделирования детерминированных трехмерных температурных полей технических систем (STF-ElectronMod), а также на методе статистических испытаний. Применение разработанного метода и алгоритма к моделированию интервально стохастических температурных полей рассмотрено на примере электронной системы.
ОБ ОДНОЙ МЕТОДИКЕ КЛАССИФИКАЦИИ КЛЕТОК КРОВИ И ЕЕ ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
ЗАХАРОВ А.В., КОЛЬЦОВ П.П., КОТОВИЧ Н.В., КРАВЧЕНКО A.А., КУЦАЕВ A.С., ОСИПОВ A.С., БЕЛЯКОВ В.К., СУХЕНКО Е.П., КУЗНЕЦОВ А.Б.
Стр. 46 — 56
Предложена методика классификации лейкоцитов, эритроцитов и тромбоцитов, основанная на всестороннем изучении опыта применения различных методов сегментации микроскопических изображений и алгоритмов вычисления характерных признаков клеток крови. Данный подход предполагает применение усовершенствованного комбинированного метода сегментации изображений, использование оптимизированного вектора признаков объекта и нейросетевого классификатора. Важную роль в создании описываемого метода сегментации сыграла разрабатываемая в НИИСИ РАН методика EDEM сравнительного исследования алгоритмов обработки изображений. Метод сегментации включает в себя такие шаги, как выделение граничных точек, замыкание контуров и устранение пересегментации (основанное на использовании набора признаков, вычисленных для каждого начального сегмента). Для выделения граничных точек используется комбинация классического детектора Кэнни и метода Риттера–Купера, разработанного для сегментации клеток крови. Данная комбинация обладает преимуществами обоих алгоритмов. Для улучшения границ и замыкания контуров применяется подход, основанный на использовании теории графов и развивающий адаптивный алгоритм замыкания контуров Цзяна. Процедура устранения пересегментации носит итерационный характер. Наш метод сегментации пригоден для сегментации как красных (эритроцитов), так и белых (лейкоцитов) клеток крови, а также тромбоцитов. Для решения задачи классификации клеток по набору признаков использовалась нейронная сеть типа многослойный персептрон (трехслойная нейронная сеть прямого распространения с сигмоидной функцией активации). Нейросетевой классификатор позволяет эффективно разделять клетки крови на классы, используемые в практической гематологии. Разработана программная библиотека, реализующая предложенную методику. Тесты, использующие различные изображения мазков крови, показали высокий потенциал предложенной методики для практического применения.
РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЧАСТИЦ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ НА GPU
МАЛЬЦЕВ А.В.
Стр. 57 — 62
Для реалистичной визуализации и моделирования в трехмерных виртуальных сценах ряда важных с точки зрения правильного восприятия окружающей среды природных явлений и объектов, не имеющих четких геометрических границ (например, дыма, пламени, струй воды, дождя, снега и т.п.), обычно используются системы частиц. В данной работе предлагается технология распределенного моделирования и визуализации таких систем с применением современных многоядерных графических процессоров. Технология включает два этапа: первый – вычисление состояния системы частиц в заданный момент времени в виде массива данных о частицах, второй – визуализация полученного массива с синтезом «на лету» необходимой геометрии частиц, расчетом их освещенности и наложением текстур. Оба этапа полностью выполняются на графическом конвейере видеокарты, что позволяет достичь высокой степени параллелизма. Для этого задействован механизм шейдерной обработки, включая вершинный, геометрический и фрагментный шейдеры. Геометрический шейдер используется в ходе второго этапа при синтезе полигональной модели частицы. В качестве примера рассматривается построение частицы в форме «спрайта» – квадрата, постоянно повернутого лицевой стороной к виртуальной камере. Разработанная технология поддерживает использование в трехмерных сценах систем частиц с количеством элементов порядка 10 6 , сохраняя при этом возможность рендеринга в режиме реального времени. Последнее особенно важно для таких областей применения, как имитационно-тренажерные комплексы и системы виртуальной реальности. В статье также описываются практические результаты предлагаемых решений, ориентированные на использование в системах визуализации реального времени.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРАЙВЕРА ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ПРОТОТИПА КОНТРОЛЛЕРА ETHERNET 1 ГБИТ/С
СЛИНКИН Д.И.
Стр. 63 — 69
В статье описывается созданное в НИИСИ РАН семейство контролеров Ethernet. В настоящее время идет работа над новым перспективным процессором со встроенным контроллером Gigabit Ethernet. Тестирование является частью процесса разработки микросхем и представляет собой трудоемкую задачу. В статье рассматривается проверка модели встроенного сетевого контроллера, проводимая в процессе его разработки. Исследуемый прототип реализован в виде технологической платы на основе программируемой логической интегральной схемы. Существуют раз-личные подходы к верификации проектов микросхем. В статье предлагается методика тестирования сетевых контроллеров, созданная на основе практического опыта. Данное тестирование стало основным этапом проверки прототипа сетевого контроллера. В качестве основы для тестового программного обеспечения предлагается использовать системные программы – драйверы. Обсуждаются задачи, решаемые при помощи программных тестов: первоначальное включение, проверка функциональной пригодности, совместимость с различным оборудованием и операционными системами, программная совместимость с предыдущей версией микросхемы, проверка стабильности и надежности. Особое внимание уделено тестированию производительности и исследованию поведения сетевого контроллера в условиях превышения пределов нормального функционирования. Рассматриваются факторы, влияющие на производительность, а также проблема загрузки процессора при интенсивной сетевой работе и способы ее снижения. Показаны ситуации, которые могут возникнуть при стрессовой нагрузке на контроллер. Кратко оцениваются область применения функциональных тестов, их преимущества и недостатки по сравнению с другими методами тестирования. Обосновывается применение драйверов и готовых тестов в качестве способа снижения трудоемкости. Предлагается план дальнейших работ.
ДВУХСЛОЙНЫЙ ВЕКТОРНЫЙ ПЕРСЕПТРОН ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ РАСПОЗНАВАНИЯ БИНАРНЫХ ОБРАЗОВ
МАЛЬСАГОВ М.Ю., КРЫЖАНОВСКИЙ В.М., ЖЕЛАВСКАЯ И.С.
Стр. 70 — 77
Для решения задачи поиска ближайшего соседа в конфигурационном пространстве предложена новая модель нейронной сети – двухслойный векторный персептрон (Double-Layer Vector Perceptron, сокращенно DLVP). Она позволила решить проблему однослойного персептрона, заключающуюся в том, что ошибка даже одного выходного нейрона приводит к ошибочному распознаванию сети в целом. Предложенная модель является развитием однослойного векторного персептрона: добавлен дополнительный слой, аккумулирующий информацию. В результате стало возможным корректное распознавание даже в том случае, когда все нейроны внутреннего слоя ошибаются, то есть строить нейронные сети на «слабых» нейронах. Было проведено сравнение данной модели с однослойным персептроном. Разработанная модель значительно превосходит однослойный векторный персептрон в качестве распознавания (понижение ошибки распознавания на четыре порядка и более) ценой незначительного увеличения вычисли-тельной сложности (на 5 %) и требований оперативной памяти. Был проведен анализ свойств и получена теоретическая оценка емкости памяти предложенной модели. В ходе анализа выяснилось, что эта модель обладает еще одним полезным свойством, которого нет у однослойной модели, а именно: с ее помощью можно решать задачу поиска k ближайших соседей.
МЕТОДИКА И ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОИСКА УЯЗВИМОСТЕЙ В БИНАРНОМ КОДЕ
ШУДРАК М.О.
Стр. 78 — 84
В работе дается описание оригинальной методики для динамического анализа уязвимостей в бинарном коде, которая позволяет проводить тестирование различных приложений, взаимодействующих в сети. Уязвимые сетевые программные продукты представляют огромную угрозу для безопасности различных информационных систем. Уязвимости в web-браузерах или в серверном программном обеспечении могут иметь серьезные последствия. Отличный пример – критическая уязвимость «HeartBleed», обнаруженная в реализации TLS OpenSSL и позволяющая злоумышленнику удаленно и без авторизации получать критическую информацию, в том числе закрытые ключи пользователей на уязвимом сервере. Для решения описанной проблемы используется сочетание технологий динамической бинарной инструментации, анализа покрытия кода и так называемого фаззинга – технологии генерации потенциально ошибочных данных и мониторинга результата. Подход позволяет проводить итеративный анализ для заданного сетевого приложения в тестовой среде с использованием средств виртуализации. Для повышения качества тестирования в работе представлен новый подход к эффективному анализу каждой тестовой итерации с использованием анализа покрытия кода, оценки сложности участка выполненного кода с их после-дующей визуализацией. Описывается реализация методики в виде единого программного комплекса, позволяющего проводить поиск уязвимостей в сетевых и файловых приложениях со значительным уровнем производительности и автоматизации тестирования. Помимо этого, приводится экспериментальная оценка эффективности предложенного решения на 17 тестовых приложениях для различных операционных систем. В результате экспериментов были найдены две ранее неизвестные уязвимости в нескольких популярных приложениях, что подтверждает эффективность использования методики и программного комплекса для решения задачи поиска уязвимостей в бинарном коде.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ АППАРАТНОГО МОДУЛЯ НА БАЗЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ДЛЯ ЗАДАЧ НАГРУЗОЧНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ
БОРОДИН А.А.
Стр. 85 — 90
Обеспечение качественного и надежного функционирования информационных систем является исключительно важной задачей. В настоящее время ее решение во многом обеспечивается нагрузочным тестированием, а постоянное развитие данных систем требует повышения его эффективности. Нагрузочное тестирование является сложным и многоплановым процессом, состоящим из множества шагов. Анализ теории и практики показал, что вопросам запуска теста исследователи уделяют недостаточное внимание. Эффективность данной стадии зависит от качества реализации программы нагрузчика и характеристик используемого компьютера. На практике для создания требуемой нагрузки ресурсов одного компьютера не хватает, поэтому существуют методы создания нагрузки на основе распределенных вычислений, которые имеют свои недостатки. Эти методы представлены облачными и кластерными вычислениями, а также объединением совокупности компьютеров посредством локальной сети. В данной статье приведены результаты экспериментов по измерению характеристик аппаратного нагрузчика, который был построен автором на базе программируемых логических интегральных схем с целью повышения эффективности стадии создания нагрузки. Это устройство обеспечивает проведение нагрузочного тестирования без применения дополнительных компьютерных узлов. В рамках данных экспериментов были определены предельные нагрузочные способности созданного прототипа аппаратного нагрузчика. Проведено сравнение полученных результатов с характеристиками существующих компьютерных систем.
«КАФЕДРА ОНЛАЙН»: ОБЛАЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ВЫСШЕМ ОБРАЗОВАНИИ
МЫШЕВ А.В., ТЕЛЬНОВ В.П.
Стр. 91 — 99
Обеспечение масштабируемости компьютерных сетей и программного обеспечения – одна из насущных проблем отечественных университетов. В условиях быстрого роста сетевого трафика ИТ-специалисты университетов вынуждены тратить все больше времени и средств на обеспечение пропускной способности каналов связи. В то же время ИТ-бюджеты университетов зачастую отстают от необходимых темпов роста. Учебным заведениям требуются экономичные, надежные и технологичные способы удовлетворения растущих информационных потребностей при одновременном контроле расходов. Созданный программный продукт «Кафедра онлайн» базируется на концепции облачных вычислений, в максимальной степени использует общедоступные технологические решения и ресурсы, при этом по мере возможности не зависит от конкретных провайдеров услуг и лицензионного программного обеспечения. Продукт ориентирован на высшие учебные заведения, имеющие бюджетные ограничения в части приобретения и поддержки собственной компьютерной инфраструктуры, сетевого оборудования и программного обеспечения. Для бюджетных образовательных учреждений РФ программное обеспечение «Кафедра онлайн» доступно на безвозмездной основе. В данной статье рассмотрены важнейшие характеристики облачных вычислений, дан краткий аналитический обзор существующих готовых решений для высшей школы. Сформулированы требования к программному обеспечению «Кафедра онлайн», представлены основные компоненты программного продукта, даны ключевые архитектурные, технологические и проектные решения в нотации UML-диаграмм, показаны результаты тестирования программного обеспечения и образцы пользовательского интерфейса.
РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ С УЧЕТОМ ЕГО СТОИМОСТИ
СКРИПАЧЕВ В.О., ЧУЛКИН М.О.
Стр. 100 — 102
При функционировании сложных информационно-технических систем часто приходится сталкиваться с необходимостью обработки разнородной информации. Для обработки отдельных видов используемой информации имеет смысл ввести понятие информационно-технологического процесса. При реализации конкретных информационно-технологических процессов обработки информации используются механизмы объектно-ориентированного программирования: инкапсуляция, наследование и полиморфизм. При реализации программной части информационно-технологического процесса необходимо создать прототип ПО – предварительное воплощение предлагаемого нового программного продукта. Основная цель создания прототипа – устранение неясностей на ранних стадиях процесса разработки. Для разработки прототипа целесообразно использовать модель параллельной разработки ПО. Кроме то-го, создание прототипа позволяет оценить затраты на создание ПО и принять соответствующее управленческое решение. Для оценки затрат применена алгоритмическая модель оценки стоимости разработки ПО – COnstructive COst MOdel (COCOMO). В статье рассмотрены особенности применения COCOMO, а также прототип ПО информационно-технологического процесса с использованием базового уровня, позволяющего оценить трудоемкость и стоимость разработки ПО как функции от размера программы, при этом размер выражается в оценочных тысячах строк программного кода. Для обозначения объема программных строк используется единица KLOC – kilo lines of code.
WEB-СЕРВИС ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПРОДУКЦИОННЫХ БАЗ ЗНАНИЙ НА ОСНОВЕ КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ
ЮРИН А.Ю., ДОРОДНЫХ Н.О.
Стр. 103 — 107
В данной статье описан web-сервис для автоматизированного формирования баз знаний продукционного типа на основе результатов концептуального моделирования. Сервис обеспечивает автоматизированный анализ XML-структуры файлов CASE-средства Rational Rose (содержащих описание моделей классов) и системы когнитивного моделирования FreeMind, выделение понятий и отношений, их представление в виде понятий онтологии. На основе сформированной онтологической модели могут быть осуществлены автоматизированное создание продукций и их визуальное моделирование с использованием нотации RVML – Rule Visual Modeling Language. Полученные модели продукций используются для генерации программного кода в формате CLIPS (C Language Production System). В статье описываются функции сервиса, его архитектура и алгоритмы формирования моделей онтологии и продукций, приводятся примеры соответствия элементов концептуальной, продукционной моделей и конструкций CLIPS. Web-сервис может быть рассмотрен как один из модулей системы управления базами знаний, областью применения которого является решение задач извлечения, структурирования и формализации знаний в различных предметных областях. Апробация и тестирование сервиса осуществлены при создании баз знаний продукционных экспертных систем для исследования и обеспечения техногенной безопасности труднодоступных водных объектов.
КОМПЛЕКС ПРОГРАММ ДЛЯ ИНДУКТИВНОГО ФОРМИРОВАНИЯ БАЗ МЕДИЦИНСКИХ ЗНАНИЙ
СМАГИН С.В.
Стр. 108 — 113
В статье представлено описание комплекса программ InForMedKB (Inductive Formation of Medical Knowledge Bases), позволяющего создавать обучающие выборки (состоящие из историй болезни различных разделов медицины) и на их основе (в форме, принятой в медицинской литературе) индуктивно формировать базы медицинских знаний, содержащие описания заболеваний, а также объяснение этих баз знаний. В разработанном комплексе реализован алгоритм обучения (решающий задачи классификации и кластеризации в их новых постановках, представленных как частный случай задачи оценки значений параметров модели зависимости, которая обусловливает качество разработанного для нее алгоритма обучения) для практически полезной и хорошо интерпретируемой математической модели зависимости с параметрами, являющейся онтологией медицинской диагностики, приближенной к реальной (заданной системой логических соотношений с параметрами). Этот алгоритм по обучающей выборке находит значения параметров (базу медицинских знаний) указанной модели, близкие к значениям, характеризующим предметную область медицинской диагностики. При помощи данного комплекса на основе обучающей выборки реальных данных, содержащей истории болезни из раздела медицины «острый живот», индуктивно сформирована база медицинских знаний, обладающая высоким уровнем интерпретируемости для практикующего врача. Входящие в полученную базу знаний описания заболеваний, по оценке эксперта, соответствуют знаниям, имеющимся в научной и учебной медицинской литературе, а в ряде случаев дополняют их описанием динамики клинических проявлений. Формальное представление баз медицинских знаний, получаемых при помощи разработанного комплекса, позволяет использовать их в экспертных системах медицинской диагностики.
ADAPTIVE FUZZY SYSTEMS ON FOREL CLASS TAXONOMY
ЩЕКИН В.П., ЧЕРНЫЙ С.Г., БОРДЮГ А.С.
Стр. 114 — 117
Представлены результаты разработки метода нейронечетких структур самоорганизации для интеллектуальных систем управления технологическими процессами. Предлагаемая модификация основного алгоритма может улучшить индекс производительности контроля за интеллектуальными автоматизированными системами управления за счет снижения минимизации расчетов и соответственно увеличение производительности системы. Согласно классическому правилу обучения, нечеткие нейронные сети анализируют правила развития сети, тип функций принадлежности, нечеткого вывода типа алгоритма и т.д., в случае неправильного выбора этих параметров нечетких нейронных сетей процесс может быть неэффективным. Эксплуатация разработанного алгоритма основана на теории частотой дискретизации и распределения обучения квантования. В теории систем управления с дискретным временем определен такт выборки Т, что обусловлено правилом: величина должна превышать максимальную частоту системы. В традиционных адаптивных системах управления параметры регулируются тактом дискретизации, а частота дискретизации и скорость обновления не разделены. Для уменьшения времени работы алгоритма при выполнении параметрического синтеза асимптотически устойчивых интеллектуальных систем управления применены идентифицирующий метод коэффициента концентрации функций принадлежности и границы корректирующих выборок в базе адаптивных правил. Согласно разработанной методике, можно сравнить параметры функции принадлежности, которые были получены в результате работы модифицированного адаптивного алгоритма нечеткой сети Ван–Менделя, и параметры, полученные на основе статистической обработки информационных систем решений идентификации динамического состояния объекта. Использован алгоритм с учетом разработанного метода самоорганизации нейронечетких структур на основе алгоритма FOREL, элемент класса таксономии.
РЕАЛИЗАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ДОКУМЕНТАЛЬНОГО ТЕМАТИЧЕСКОГО ПОИСКА
ИВАНОВ В.К., МЕСКИН П.И.
Стр. 118 — 126
Качество документального тематического поиска, то есть поиска документов, содержащих координированную информацию в заданном тематическом сегменте, не всегда удовлетворительно. Несмотря на наличие мощных поисковых систем для информационных ресурсов Интернета или для специализированных БД, процесс поиска остается трудоемким и слабо поддерживается программно и методологически. В настоящей статье описывается программная реализация генетического алгоритма для выявления и отбора наиболее релевантных результатов, полученных в ходе последовательно выполняемых операций тематического поиска. При этом моделируется эволюционный процесс, который формирует устойчивую и эффективную популяцию поисковых запросов, образует поисковый образ документов или семантическое ядро, создает релевантные множества искомых документов, позволяет автоматически классифицировать результаты поиска. Обсуждаются особенности тематического поиска, обосновывается применение генетического алгоритма, описываются аргументы целевой функции, рассматриваются основные шаги и параметры алгоритма. Отмечается, что целевая функция, или критерий качества поиска, определяется позицией документа в списках результатов, построенных поисковой системой при выполнении максимального числа различных запросов, и семантической близостью к поисковому образу документов заданной тематики. Достаточно подробно описана программная реализация: основные объектные модели, пользовательский интерфейс, основная библиотека алгоритма, модули морфологического анализа, семантического анализа сходства текстов, поиска, управления БД, управления метаданными. Приводятся сведения о составе классов модулей и их компонентов. В заключение отмечается, что реализованный генетический алгоритм является одним из элементов ПО разрабатываемой интеллектуальной системы информационной поддержки инноваций в науке и образовании. Он играет важную роль в обеспечении адаптивности функционирования поисковых механизмов, а разработанное ПО алгоритма создает достаточно широкий базис для дальнейших исследований и разработок.
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНФОРМАТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ЭМОЦИЙ ЧЕЛОВЕКА В РЕЧЕВОЙ КОММУНИКАЦИИ
СЕМЕНКИН Е.С., БРЕСТЕР K.Ю., СИДОРОВ М.Ю.
Стр. 127 — 131
В процессе человеко-машинной коммуникации возникает ряд задач, связанных с обработкой голосовых сигналов. Помимо распознавания речи говорящего, актуальными остаются идентификация личности, пола, возраста пользователя диалоговой системы, а также его эмоционального состояния. При этом число акустических характеристик, которые могут быть извлечены в ходе анализа звуковой записи, достигает сотен или даже тысяч: атрибуты могут коррелировать друг с другом, содержать зашумленные данные или иметь низкий уровень вариации, что снижает точность работы привлекаемых классификаторов. Поэтому важной задачей является автоматический отбор информативных признаков, используемых алгоритмами распознавания. В рамках данной статьи рассматриваются два подхода, основанные на использовании адаптивного многокритериального генетического алгоритма, настройка пара-метров которого осуществляется автоматически в ходе решения задачи. Выбор данной эвристической процедуры для оптимизации критериев качества обусловлен простотой кодирования информативной подсистемы признаков, а также возможностью оптимизации как дискретных, так и непрерывных критериев. Вероятностная нейронная сеть используется в качестве классификационной модели. Исследование эффективности разрабатываемых подходов проводилось на множестве задач распознавания эмоций человека: БД содержали голосовые записи на английском и немецком языках. В ходе тестирования было установлено, что на указанном множестве задач применение описанной процедуры извлечения информативных признаков приводит к повышению точности результатов (относительное улучшение до 22,7 %), получаемых вероятностной нейронной сетью. Кроме того, становится возможным существенное снижение размерности вектора признаков, описывающих голосовой сигнал (в ряде случаев в среднем с 384 до 64,8 атрибута). Предложенные схемы демонстрируют высокую эффективность по сравнению с методом главных компонент. Описываемые процедуры могут быть применены для идентификации личности говорящего, распознавания его пола, возраста и других персональных характеристик, что также является предпосылкой их использования в качестве алгоритмического ядра интеллектуальных модулей диалоговых систем.
МЕТОДОЛОГИЯ ОБУЧЕНИЯ РЕКУРРЕНТНОЙ ИСКУССТВЕННОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ С ДИНАМИЧЕСКОЙ СТЕКОВОЙ ПАМЯТЬЮ
ПУЧКОВ Е.В., ЛИЛА В.Б.
Стр. 132 — 135
В работе предложено обобщить рекуррентные искусственные нейронные сети путем добавления задержки сигналов обратной связи скрытого слоя на несколько тактов в виде динамической стековой памяти. Это позволило обеспечить адаптивное запоминание прошлых временных событий и создать гибкий инструмент для построения не-линейных моделей. Предложенная универсальная архитектура рекуррентной искусственной нейронной сети с динамической стековой памятью обобщает такие сети, как многослойный персептрон, сеть Джордана, сеть Элмана, а также сети с нейронами, имеющими обратную связь. Представлена методология обучения универсальной нейросетевой архитектуры для решения задачи прогнозирования временного ряда, основанная на трансформации обучаю-щей выборки. Обратные связи от скрытого слоя или от выходов сети исключаются путем добавления в обучающую выборку сигналов обратной связи. Для реализации предлагаемой методологии обучения рекуррентной искусствен-ной нейронной сети с динамической стековой памятью расширены возможности нейроэмулятора NeuroNADS. Рассмотрены новая объектно-ориентированная модель нейроэмулятора и ее основные программные классы. Проведен прогноз среднемесячной плотности солнечной активности на длине волны 10,7 см на первые шесть месяцев 2012 г. на основе данных за 2010–2011 гг. Рекуррентная искусственная нейронная сеть обучалась гибридным методом, в основе которого лежат адаптивный и генетический алгоритмы. Проанализированы результаты исследования и сделан вывод, что рекуррентную искусственную нейронную сеть с динамической стековой памятью можно обучать с помощью предложенной методологии, а построенные модели искусственных нейронных сетей использовать для прогнозирования временных рядов.
ИСКУССТВЕННЫЕ ИММУННЫЕ СИСТЕМЫ: ОБЗОР И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
ЧЕРНЫШЕВ Ю.О., ГРИГОРЬЕВ Г.В., ВЕНЦОВ Н.Н.
Стр. 136 — 142
Решение задач оптимизации является одной из основных сфер применения различных эвристических алгоритмов, вдохновленных как живой, так и неживой природой. В данной статье делается обзор современного состояния, относительно нового класса, биоинспирированных алгоритмов – искусственных иммунных систем. Рассматриваются их проблемы, недостатки и преимущества, актуальные разработки в области искусственных иммунных систем. Работа содержит обзор исследований в области иммунных сетей, иммунного ответа, соматической гипермутации, теории опасности и процессов отбора. Искусственные иммунные системы вызывают все больший интерес, обусловленный тем, что они вобрали в себя лучшие особенности биоинспирированных методов, такие как динамическое расположение элементов из эволюционных алгоритмов и принципы обучения из искусственных нейронных сетей. Так, если иммунные сети относятся к числу самых первых моделируемых процессов из иммунноинспирированных исследований, то теорию опасности и моделирование процессов соматической гипермутации, отбора можно считать довольно молодыми сферами исследований. Однако и иммунные сети сегодня актуальны: они используются как ключевые узлы в гибридных биоинспирированных системах. Различные имплементации таких систем находят новые сферы применения в науке и промышленности. Зачастую сферы применения те же, что и у исследуемых ранее систем эвристических алгоритмов, но также появляются новые, ранее не исследуемые в этом ключе области информационных наук (например data-mining). Обзор текущего состояния искусственных иммунных систем сделан в разрезе разработок зарубежных и отечественных авторов.
ПОГРЕШНОСТЬ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ МЕРЫ ПЕРЕСТАНОВОЧНЫМ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТОХАСТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
КУЗНЕЦОВ Б.Ф., ШИШКИНА С.В., БОРОДКИН Д.К.
Стр. 143 — 149
В работе рассматривается один из универсальных перестановочных методов моделирования стохастических процессов с заданными спектральной и вероятностной мерами. Привлекательной особенностью метода является отсутствие ограничений на сочетания вероятностной и спектральной мер. Выдвинута гипотеза о причинах возникновения и составе общей погрешности воспроизведения автокорреляционной функции моделируемого процесса при использовании данного метода. Сделано предположение, что погрешность моделирования состоит из двух частей: вариационной и методической. Разработан и предложен способ анализа погрешности, позволяющий сделать постоянным значение вариационной составляющей погрешности, то есть сделать ее не зависящей от параметров автокорреляционной функции. Это, в свою очередь, позволяет проводить анализ зависимости методической составляющей погрешности моделирования от параметров автокорреляционной функции. Для проверки выдвинутой гипотезы были проведены четыре серии численных экспериментов по моделированию стохастических процессов при специально подобранных сочетаниях законов распределения. Законы распределения выбирались из соображений отсутствия или наличия условий возникновения методической погрешности. Основываясь на особенностях анализируемого метода, а именно на наличии ведущего и ведомого процессов, разработана процедура статистического анализа результатов моделирования. Проведение этой процедуры не дало оснований отвергнуть гипотезу о наличии двух составляющих погрешности: вариационной и методической. В работе показано, что использование предложенного метода анализа позволяет значительно уменьшить влияние вариационной составляющей на результаты анализа методической погрешности и тем самым обосновать возможность применения метода моделирования стохастических процессов для решения тех или иных задач.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АКУСТООПТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРОВ
ШИБАЕВ С.С., ПОМАЗАНОВ А.В., ВОЛИК Д.П.
Стр. 150 — 154
В акустооптических процессорах, назначением которых является в основном измерение параметров радиочастотных сигналов, вся необходимая информация о сигнале и его параметрах содержится в аналоговом световом Фурье-распределении в плоскости анализа, в которой с целью дальнейшей обработки устанавливается либо ПЗС-фотоприемник, либо линейка фотодиодов, сигнал с которых в виде распределения амплитуд световой интенсивности оцифровывается бортовыми средствами. Обработка такого цифрового сигнала полностью либо частично возлагается на внешнюю вычисли-тельную систему – персональный компьютер. В таких условиях значительную роль играет специализированное программное обеспечение, которое не только несет нагрузку по извлечению полезной информации из потока принимаемых данных, но и выполняет ряд сервисных функций. В работе рассмотрены структура и возможности приложения для наиболее распространенного класса акустооптических процессоров – измерителя частоты радиосигнала. В программе реализованы функции считывания и отображения амплитудного распределения в режиме реального времени, функция ручного и автоматического измерения частоты сигнала. С ее помощью выполняется несколько видов калибровки, начиная от компенсации темнового фона и заканчивая учетом нели-нейности частотной шкалы. Имеется возможность сохранения полученных распределений в виде файлов с целью их после-дующего анализа в таких известных программных продуктах, как MathCad, MatLab и др. Приложение предоставляет возможность управления внешним лабораторным оборудованием при помощи интерфейса Ethernet, в частности, генераторами Agilent или других фирм, что позволяет перед эксплуатацией измерителя в автоматическом режиме протестировать его характеристики и учесть эти результаты при калибровке прибора.
АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ИОНОСФЕРЫ ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ СИГНАЛОВ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ ДИАПАЗОНА ОЧЕНЬ НИЗКИХ ЧАСТОТ
СКРИПАЧЕВ В.О., ПОЛУШКОВСКИЙ Ю.А., НАЗАРЕНКО А.С.
Стр. 155 — 157
Ионосфера является чувствительной средой распространения радиоволн, где проявляются отклики на геофизические и геологические процессы, диагностика ее состояния важна и актуальна. Один из методов диагностики состояния ионосферы – использование сигналов радиопередатчиков диапазона очень низких частот. По характеристикам радиосигналов очень низких частот можно судить о наличии возмущений в ионосфере. Низкочастотные волны, распространяющиеся в околоземной плазме, в последние десятилетия представляют значительный интерес в связи с разнообразными научными и техническими приложениями. Так, с помощью радиосигналов очень низких частот можно диагностировать отклик D-слоя ионосферы на солнечные вспышки, на процессы подготовки сильных землетрясений. Для обработки этих радиосигналов разработан аппаратно-программный комплекс, включающий в себя антенну, усилитель, приемник, аналого-цифровой преобразователь и ПЭВМ. Программная часть построена с использованием фреймворка Qt и сторонних программных библиотек QwtPlot3D и QCustomPlot. В статье приведены краткое описание и особенности каждой из них, используемые в программной части разработанного комплекса. Программная часть комплекса построена с применением паттерна проектирования MVC. Приведены функции, реализованные в ПО комплекса. Отмечены перспективы развития аппаратно-программного комплекса.
О ПОДХОДЕ К РАЗВИТИЮ МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
СЕМЕНОВ С.А., КОБАН А.Я.
Стр. 158 — 161
Построение перспективной радиолокационной системы является сложной слабоструктурированной задачей в связи с высокой сложностью ее структур. Поэтому существующий методический аппарат построения системы представляет собой совокупность не вполне взаимосвязанных методик, каждая из которых позволяет структурировать построение системы на определенном этапе с использованием различных показателей и критериев, например, на этапах формирования облика функционала обработки информации, который создается на основе типовых программных решений и процедур при разработке элементов системы, и построения группировки. Причем на упомянутых этапах не формализуются общая цель, интегральный показатель, характеризующий ее достижение, и единая методика построения. В результате не обеспечивается возможность сравнительной оценки потенциальной и реальной эффективности системы, проявляется недостаточность автоматизированных процедур обработки информации, реализующих функционал. Для выполнения целенаправленного построения в статье предлагается подход, направленный на создание единой для всех этапов методики построения перспективной радиолокационной системы в части формализации постановок и абстрактного решения задач с акцентом на этап уточнения варианта формирования облика функционала подсистемы сбора и обработки.
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫБОРА РЕШАТЕЛЕЙ СИСТЕМ ЛИНЕЙНЫХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ ДЛЯ ПРОЧНОСТНОГО АНАЛИЗА
СТЁПИН Н.Е.
Стр. 162 — 166
В работе реализован программный модуль, объединивший в себе различные алгоритмы и методы: прямые и итерационные решатели для симметричных и несимметричных матриц системы, различные предобуславливатели в итерационных методах, различные способы хранения матрицы в памяти, параллельные вычисления с использованием технологий OpenMP и CUDA. В программном модуле реализован метод решения задач для несжимаемых материалов на основе алгоритма Узавы. Для программного модуля разработан и реализован алгоритм оптимального выбора решателя в зависимости от механической постановки задачи, ее размерности и возможностей компьютера. При желании пользователь может сам ограничивать некоторые возможности выбора и задавать параметры, влияющие на выбор решателя, или даже указать явно, какой решатель он хочет использовать. По сути программный модуль является некоторой оболочкой над отдельными решателями, которая принимает матрицу системы, правую часть и некоторые параметры настройки, а затем в рамках содержащегося в ней алгоритма определяет, какой именно решатель необходимо запускать, настраивает его и приводит матрицу к соответствующему виду (разные решатели могут иметь разные оптимальные форматы хранения для матриц). Проведен ряд численных экспериментов, подтверждающих обоснованность используемых в алгоритме критериев.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РЯДА ИТЕРАЦИОННЫХ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ ЛИНЕЙНЫХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ В УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОЙ ЗАДАЧЕ
КОНОВАЛОВ А.В., ПАРТИН А.С., ТОЛМАЧЕВ А.В
Стр. 167 — 173
Упругопластическая задача с большими пластическими деформациями физически и геометрически существенно нелинейная. Большая часть времени ее решения методом конечных элементов затрачивается на решение системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) относительно искомого вектора обобщенной скорости в узлах конечно-элементной сетки. Для сокращения времени расчетов необходимо использовать параллельные вычисления, в частности, на кластерных системах. Матрица системы несимметричная, имеет большую размерность, является ленточной и разреженной внутри ленты. Использование прямых методов для решения СЛАУ приводит к образованию заполнения внутри ленты и большим затратам как памяти, так и времени счета. На базе решения тестовой задачи сжатия параллелепипеда плоскими плитами выполнен вычислительный эксперимент на кластере «Уран» Института математики и механики УрО РАН с целью анализа производительности параллельных итерационных методов релак-сации, BiCGStab и GMRES решения СЛАУ в упругопластической задаче с большими пластическими деформациями. Рассмотрена эффективность применения параллельных предобуславливателей ILU, ILUT, ILUC, SAINV, SAAMG в методе BiCGStab. Выполнена оценка погрешности времени решения СЛАУ, вносимой стохастичностью процесса передачи данных по сети кластерной системы. Результаты вычислительного эксперимента показали, что метод релаксаций по сравнению с методами BiCGStab и GMRES требует значительно большего времени на решение СЛАУ, поэтому является неэффективным. Метод GMRES затрачивает наименьшее время на решение СЛАУ на небольшом количестве процессов, однако метод BiCGStab обладает лучшим ускорением, хорошей масштабируемостью и при использовании большого количества процессоров обеспечивает наименьшее время на решение СЛАУ. Случайное отклонение времени решения СЛАУ, вызванное стохастической задержкой сети, не превышает 5 % от среднего. Предобуславливатель ILUC является наиболее эффективным из рассмотренных по времени выполнения, однако предобуславливатель SAINV требует наименьшего количества итераций решения СЛАУ методом BiCGStab.
НЕЧЕТКИЙ РЕГУЛЯТОР СО СКОЛЬЗЯЩИМ РЕЖИМОМ НА ОСНОВЕ МЯГКИХ ВЫЧИСЛЕНИЙ
УЛЬЯНОВ С.В., НЕФЕДОВ Н.Ю.
Стр. 174 — 177
В статье исследуется управление со скользящим режимом для неустойчивой динамической системы «каретка– маятник» с использованием инструментария оптимизатора баз знаний на основе мягких вычислений. Рассматриваются три основных подхода к устранению колебаний в системе со скользящим режимом, описаны преимущества и недостатки данных подходов. Показан алгоритм создания базы знаний для регулятора со скользящим режимом в новом разработанном инструментарии для проектирования робастных интеллектуальных систем управления – оптимизаторе баз знаний на мягких вычислениях. Сравнивается качество баз знаний, созданных с помощью эксперта и интеллектуальных систем управления: оптимизатора баз знаний и инструментария МАТЛАБ ANFIS на основе моделирования управления неустойчивого динамического объекта. Даются необходимые формальные определения, при-водится соответствующий иллюстративный материал. Проведенное тестирование показало, что интеллектуальная система управления, спроектированная в оптимизаторе, обладает большей робастностью, чем интеллектуальные системы управления, созданные с использованием других современных средств.
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПОТЕНЦИАЛА МЕТОДОМ ГРАНИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
СПЕВАК Л.Ф., ФЕДОТОВ В.П., НЕФЕДОВА О.А.
Стр. 178 — 182
Работа посвящена развитию подхода к реализации метода граничных элементов, направленного на распараллеливание вычислений, для решения двухмерных задач об установившихся потенциальных течениях. Главной особенностью применяемых алгоритмов решения является точное вычисление всех интегралов по граничным элементам с помощью выведенных авторами аналитических формул. Это позволяет заметно повысить точность решения и сократить время расчета. Разработанный программный комплекс предназначен для решения двухмерных задач теории потенциала в области произвольной геометрии при заданных граничных условиях для искомой функции или потока. В комплекс заложена возможность решения однородных задач (при отсутствии внутренних источников), а также задач с заданными функциями источников. Функция источника задается отдельным программным модулем. Особо рассмотрен случай, когда функция источника является гармонической. Это позволяет свести все вычисления при решении неоднородной задачи на границу области. Для задания геометрии исследуемой области и ввода параметров задачи и граничных условий в программный комплекс включен графический редактор. Область задается своей внешней границей, состоящей из прямолинейных и круговых участков. Для каждого участка задаются граничные условия и количество граничных элементов на нем. С помощью графического редактора внутри расчетной области может быть задана зона, в которой требуется вычислить значения искомой функции. Эта зона также задается границей из прямолинейных и круговых участков. Частота расчетной сетки в зоне задается произвольно, пересчет для новой сетки не требует нового решения исходной задачи. Программный комплекс был реализован на суперкомпьютере «Уран» ИММ УрО РАН. В качестве примеров рассмотрены задачи распространения тепла в пластинах квадратной и эллиптической форм при различных функциях источника.
МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДКРЕПЛЕННОЙ ТОНКОСТЕННЫМИ СТЕРЖНЯМИ ПЛАСТИНЫ
ЧЕРНОВ С.А.
Стр. 183 — 187
Рассматривается изгибно-крутильная форма потери устойчивости тонкостенного стержня открытого профиля с одной осью симметрии. Предполагается, что действуют постоянные продольные силы по длине стержня, то есть стержень считается невесомым. На основе выражения потенциальной энергии деформации при изгибно -крутильной форме потери устойчивости такого тонкостенного стержня и энергетических соотношений при определении узловых перемещений получена матрица потенциала нагрузки тонкостенного стержневого конечного элемента, работающего на изгиб и кручение. Приведены выражения матриц потенциала нагрузки тонкостенного стержневого конечного элемента и балочного конечного элемента коробчатого квадратного сечения с узлами по контурам сечений, соответствующим узлам соединения пластины и стержня при симметричном креплении и в шахматном порядке. Подход к моделированию подкрепленной пластины реализован в целевой программе для ЭВМ. Приведены характеристика программы, ее функциональные возможности и особенности численного алгоритма. Выполнены сравнительные расчеты при одноосном нагружении подкрепленной квадратной пластины, моделируемой прямоугольными конечными элементами, работающими на изгиб. Приведены результаты расчетов критической нагрузки неподкрепленной пластины и подкрепленной с учетом депланации сечений стержней и без учета.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ И ПЛАНИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА НА БАЗЕ ЭВОЛЮЦИОННЫХ МЕТАЭВРИСТИК
АФОНИН П.В., МАЛИКОВА А.А., САШИЛИНА К.С.
Стр. 188 — 193
В статье представлены инструментальные средства, включающие модуль оптимизации на базе эволюционных метаэвристических алгоритмов, которые предназначены для решения задач из трех предметных областей: для оптимизации раскроя материала с динамическим портфелем заказов, для моделирования и оптимизации складской политики цепей поставок и для автоматизированного построения проектных расписаний. Рассмотрены особенности и методы решения задач оптимизации и планирования производства. Отмечается эффективность применения подхода к разработке модифицированных операторов метаэвристического алгоритма, которые в принципах своей работы учитывают ограничения оптимизационной задачи. Рассматривается класс задач оптимизации, для которых целевую функцию сложно или невозможно представить в строгом аналитическом виде – она рассчитывается с помощью метода имитационного моделирования. Среда оптимизации раскроя включает модуль оптимизации на базе генетического алгоритма в сочетании с алгоритмом укладки деталей (блоков кухонного гарнитура). Задаются размеры блоков и их количество, цвет пленки для оклейки блока, срочность изготовления заказа, желаемый коэффициент использования материала. На выходе системы автоматически формируются карты раскроя. Среда управления запасами поддерживает имитационное моделирование многопродуктовых систем, включая двухэшелонные системы и оптимизацию параметров имитационной модели с помощью алгоритма эволюционной стратегии. Оптимизируемыми пара-метрами являются критические уровни заказа товаров и объемы заказов. Критерий включает издержки хранения, затраты на организацию поставок и штрафы за дефицит товара на складе. Среда для построения проектных расписаний поддерживает оптимизацию на базе генетического алгоритма, включающего набор адаптированных под конкретный класс задач операторов скрещивания и мутации, которые обеспечивают получение решений, удовлетворяющих ограничениям задачи.
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
ЖИГАНОВ Н.К., ФОМИНА Е.Е., ВОЛЬНОВ И.Н.
Стр. 194 — 197
Непрерывное литье является доминирующим в производстве продукции из цветных металлов и их сплавов. Однако в технологическую практику активно внедряются новые технологии литья, которые требуют тщательного изучения и обоснования. Конструкторы, занимающиеся проектировкой литейных процессов, сталкиваются с необходимостью внедрения программного обеспечения, позволяющего анализировать физические явления, происходящие при литье и кристаллизации металла, оптимизировать технологические и конструкционные параметры. На начальном этапе такие программы позволяют заменить физический эксперимент вычислительным, экономя ресурсы. Настоящая статья посвящена разработке математической модели и программного комплекса, предназначенного для моделирования процесса вертикального непрерывного и дискретно-непрерывного литья заготовок из цветных металлов и их сплавов. В ней приводятся основные требования к математическим моделям литейных процессов, а так-же схема и модель исследуемого технологического процесса. Описываются возможности комплекса и этапы проведенных вычислительных экспериментов, позволившие установить основные закономерности и получить рекомендации по разработке оптимальных режимов. Программный комплекс может внедряться в технологическую практику на предприятиях. Полученные рекомендации по оптимальным режимам можно использовать при проектировании новых технологических процессов и выборе технологических режимов на действующих производствах с целью улучшения качества продукции и повышения производительности процесса.
АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАСЧЕТОВ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ СУБСТРАТА И БИОМАССЫ
МАКАРОВ В.В., ГОРДЕЕВ Л.С., ГОРДЕЕВА Ю.Л., ЩЕРБИНИН М.Ю.
Стр. 198 — 204
В статье рассматривается способ повышения эффективности для широкой области анаэробных микробиологических процессов путем введения в схему непрерывного культивирования микроорганизмов циркуляции. Совершенствование биотехнологических процессов непрерывного способа функционирования возможно с использованием рециркуляции субстрата и биомассы. Рециркуляция дает возможность увеличить величину протока и продуктивность процесса по целевому компоненту. В то же время рециркуляция вводит дополнительные ограничения на задание исходных данных процесса – начальной концентрации субстрата, величины протока и объемной скорости рециркуляции, которая в алгоритме и программе должна выполняться в соответствии с кинетическими характеристиками. На основании кинетических соотношений разработаны алгоритм и программная реализация для расчета показателей анаэробного биотехнологического процесса с рециркуляцией субстрата и биомассы при условии полного от-деления продукта из потока рециркуляции. Получены соотношения, обеспечивающие возможность практической реализации процесса. Показатель циркуляционного потока DR оценивался по величине продуктивности по целевому продукту QP. Алгоритм расчета включает 21 вариант практической реализации процесса, каждый из которых можно оценить в приведенной блок-схеме. Кроме вычисления показателей процесса, программа содержит справку для пользователя, включающую описание переменных и краткое руководство по работе с программой. Приведены численные результаты расчетов для различных вариантов начальных заданий технологических показателей, на основании которых можно сделать вывод, что введение циркуляции обеспечивает повышение продуктивности по целевому продукту QP (по сравнению с аналогичной схемой и входными параметрами без рециркуляции потока). Отличительной особенностью представленного подхода является многогранность прогнозируемого процесса, позволяющая без проведения эксперимента, с помощью готового программного продукта оценить положительный эффект включения в схему рециркуляции. Полученные соотношения и программная реализация расчетов могут служить как рабочим инструментом для проектирования процесса, так и основанием для дальнейших разработок в этой области, в частности, для оценки нестационарных режимов и устойчивости стационарных состояний.
АЛГОРИТМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
АГАМИРОВ Л.В., АГАМИРОВ В.Л., ВЕСТЯК В.А.
Стр. 205 — 210
Рассеяние характеристик усталостных свойств конструкционных материалов вызвано объективными факторами, но резерв для решения данной проблемы состоит в разработке и применении в инженерной практике эффективных математических методов анализа экспериментальной информации. В работе рассматривается проблема оптимального планирования усталостных испытаний. Оптимизация такого рода испытаний прежде всего актуальна в связи с их дороговизной в авиационной промышленности, и при определении минимального количества испытаний следует исходить из их целей. Вместе с тем разработанная методика статистического анализа инвариантна к типу испытываемых объектов. Она позволяет повысить точность определения расчетных характеристик долговечности и предела выносливости, существенно сократить объем потребных для достижения заданной точности усталостных испытаний, а значит, снизить их длительность и стоимость. Использование существующих таблиц точных значений квантилей нецентрального распределения, как и математический расчет точных значений квантилей, связано с большой трудоемкостью вычислительных процедур. В работе предложены новые алгоритмы планирования испытаний при оценке квантиля и точного расчета квантиля нецентрального распределения Стьюдента, что позволяет предложить более простые и совершенные программные продукты по скорости вычислений по сравнению с предлагаемыми ранее.
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС «КОРРЕКТИВА» ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ДОЛГОСРОЧНОГО РАЗВИТИЯ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ВЬЕТНАМА
ЕДЕЛЕВ А.В., ПЯТКОВА Н.И., ЧЕМЕЗОВ А.В., НГУЕН XOAЙ
Стр. 211 — 216
В статье описываются модель топливно-энергетического комплекса Вьетнама и первый модуль программно-вычислительного комплекса «Корректива», предназначенный для расчета на этой модели. Они были созданы в результате совместной работы Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук и Института энергетической науки Вьетнамской академии наук и технологий. Модель топливно-энергетического комплекса Вьетнама предназначена для решения задач оптимального управления его развитием и прогнозирования выбросов парниковых газов на общегосударственном и региональном уровнях для задаваемой перспективы. Модель дает возможность осуществлять комплексный анализ структуры и территориально-производственных связей энергетики страны в различных расчетных ситуациях с учетом требований энергетической безопасности и экологических ограничений. Первый модуль программно-вычислительного комплекса «Корректива» создан на базе геоинформационной системы SAGA, которая позволяет на картографической основе получить наглядное отображение исходной информации и графическую интерпретацию результатов экспериментальных расчетов о работе любого из объектов энергетики, полученных в результате расчета на модели. Исходные данные для первого модуля «Коррективы» – модуля формирования базовых сценариев развития топливно-энергетического комплекса – вводятся в электронных таблицах Microsoft Excel, проверяются и записываются в БД с помощью специальной программы. Балансовые таблицы для всех видов энергоресурсов и прочие выходные таблицы также создаются в Microsoft Excel.
ПОСТРОЕНИЕ МУЛЬТИАГЕНТНОЙ МОДЕЛИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО РЫНКА
ДЛИ М.И., ГИМАРОВ В.В., ИВАНОВА И.В.
Стр. 217 — 221
Экономика современного государства определяется наличием развитой телекоммуникационной системы, являющейся одним из показателей инвестиционного климата страны. Телекоммуникационная отрасль имеет важное значение для развития информационного общества в России, предполагающего широкое применение информационных ресурсов населением, органами государственной власти и предприятиями. В настоящее время одним из важных факторов роста конкурентоспособности телекоммуникационных предприятий является их способность быстро реагировать на динамические колебания внешней среды. Большое количество различных невзаимосвязанных операций и сложность технологической инфраструктуры создают препятствия для принятия эффективных оперативных решений. В этих условиях целесообразно использование компьютерных систем поддержки принятия решений. Одним из способов построения таких систем является применение имитационных моделей телекоммуникационных предприятий, благодаря которым обеспечивается возможность получения набора данных, необходимых для обоснованного выбора управленческих решений из множества альтернативных вариантов исходя из производственных и финансовых возможностей объекта моделирования. В статье представлена общая структура мультиагентной модели телекоммуникационного рынка, предназначенной для поддержки принятия решений в области маркетинга. Процесс по-строения мультиагентных систем включает следующие этапы: анализ, проектирование и реализация, отладка и тестирование. Программная реализация имитационной мультиагентной модели предполагает модульную структуру и выполнена на объектно-ориентированном языке Java с использованием средства разработки Eclipse и СУБД Microsoft Structured Query Language Server. Основное внимание в статье уделено программной реализации модели, приведены общая архитектура системы, UML-диаграмма классов и фрагменты программного кода на языке Java.
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА АНКЕТИРОВАНИЯ «АПОФАСИ»
КАМАЕВ В.А., МЕЛИКОВ А.В.
Стр. 222 — 228
В статье описывается ПО, реализующее обработку и анализ данных экспертных опросов для получения прогнозной оценки реакций социально-экономических систем на возможные управляющие воздействия. Существующие программные продукты сбора и обработки данных имеют «упущения» при расчете прогнозной оценки реакций социально-экономических систем, основанной на обработке и анализе информации, полученной в ходе экспертного опроса. Следствием этих недостатков является низкая информативность данных, так как зачастую обрабатывается семантически эквивалентная информация, присутствует большое количество пустых значений показателей в таблицах гиперкубов, отсутствует возможность проведения анализа данных, не предусмотренного планом анкетирования, не учитывается степень уверенности эксперта в каждом из вариантов ответа, а также недостаточно полно и точно взвешиваются мнения экспертов, имеющие несколько различающихся по степени уверенности прогнозных оценок реакции системы на возможные управляющие воздействия. С целью устранения перечисленных недостатков разработан процессный подход к процедуре анкетирования, отличающийся от существующих наличием дополнительной обработки результатов экспертного оценивания при проведении их многомерного анализа с целью принятия управленческих решений.
МЕТОДЫ ВЕРИФИКАЦИИ И ВАЛИДАЦИИ СЛОЖНЫХ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ
ДЕМИН А.А., КАРПУНИН А.А., ГАНЕВ Ю.М.
Стр. 229 — 233
В работе рассмотрены проблемы разработки широкомасштабных программных комплексов. Показана необходимость использования специализированных систем для контроля качества конечного продукта. Предложен алгоритм проверки на соответствие эталонам и нормам, а также на выполнение пользовательских требований в условиях совместного проектирования и разработки программного изделия. Представлены основные преимущества специальных программных средств для проведения валидации и верификации перед остальными методами оценки и проверки на соответствие стандартам программных систем. Материал статьи ориентирован в первую очередь на разработчиков программного обеспечения и руководителей производственных подразделений, желающих автоматизировать процесс обзора и проверки кода в рамках командной работы над ним. Также он будет полезен специалистам отдела обеспечения качества, стремящимся сократить трудозатраты на этапе тестирования, находить ошибки в программном коде на самых ранних этапах жизненного цикла систем. Актуальность статьи обусловлена использованием современных методов обеспечения гибкости и прозрачности процесса разработки программного кода, позволяющих сократить сроки разработки, повысить качество и надежность процесса, снизить издержки, привести весь программный код к единому стилевому оформлению и усовершенствовать механизмы взаимодействия внутри команды, способствуя развитию взаимодоверия членов групп разработки и тестирования.
OLAP-СИСТЕМА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РИСКА ЗДОРОВЬЮ НАСЕЛЕНИЯ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА
ФАМИНСКАЯ М.В., БАЛТЕР Б.М., БАЛТЕР Д.Б., СТАЛЬНАЯ М.В.
Стр. 234 — 241
В статье описан программный комплекс EHIPS (Environmental Health Information Processing System), предназначенный для расчетной оценки риска здоровью населения от загрязнения атмосферы выбросами предприятий и транспорта. Комплекс разработан в основном силами сотрудников Института космических исследований РАН. Он применялся для расчета риска от более чем 100 предприятий. Систему отличает ряд архитектурных особенностей, главной из которых является OLAP-подобное ядро работы с многомерными кубами данных, с помощью которых производятся все манипуляции с данными в системе. Другой особенностью является нестандартная схема работы с выходными результатами программы AERMOD, использующейся в системе для моделирования рассеяния и расчета концентраций загрязнителей, а именно – работа с временными рядами концентраций средствами системы, а не самой модели AERMOD. В системе применен ряд специальных методов работы с данными, например, агрегация многомерного куба концентраций или рисков с использованием стохастического представления выбросов с помощью метода Монте-Карло для учета импульсности источников выбросов. Просмотр многомерных кубов данных осуществляется в виде двумерных сечений-таблиц в специальном модуле системы, там же выполняются манипуляции над кубами, такие как бинарные операции над выбранными сечениями куба. В системе есть свой ГИС-подобный картографический модуль для работы с расположением источников выбросов и датчиков, для которых рассчитываются концентрации и риск, а также для пространственной визуализации результатов расчета. Представляется, что опыт создания и практического применения такой специализированной OLAP-системы может быть полезен не только в сфере оценки риска, но и в других областях, логика которых отличается от бизнес-логики, для которой в основном разрабатывается OLAP, но где естественным все-таки является представление данных в виде многомерных гиперкубов.
ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ НОВОГО ПОДХОДА К ПОСТРОЕНИЮ ЕДИНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ СВЯЗИ
ПОПКОВ Г.В.
Стр. 242 — 246
В работе рассматривается новый программно-алгоритмический подход к построению и эксплуатации городских первичных сетей электросвязи, который исходит из того, что владельцем и оператором всех кабельных сетей, находящихся в подземной части населенного пункта, является государственная организация, сдающая в аренду каналы связи коммерческим операторам связи на конкурсной основе. Такой подход позволяет значительно сэкономить градостроительные ресурсы, обеспечивая потенциальных абонентов всеми услугами электросвязи. Кроме того, все операторы связи в этом случае имеют равные возможности предоставления доступа абонентам к любой услуге связи. Автором предложен S-гиперсетевой подход к решению задач по организации единой транспортной сети связи. Предложены модифицированные алгоритмы поиска мест расположения сетевых станций и границ распределительных сетей для каждого типа кабельных линий, оптимизации кабельной канализации микрорайона, оптимальной трассировки, выбора оптимальных структур кабельных линий связи j-го типа, определение типа и емкости линий связи j-го типа, а также процедура оптимальной упаковки кабельных линий в асбестоцементных трубах (кабельных каналах). Унификация решений при проектировании, строительстве и дальнейшей эксплуатации единой транспортной сети связи под управлением государственного регулятора позволит упорядочить взаимоотношения между операторами связи, а также повысить социальный и экономический эффект от предоставления всевозможных услуг сетей электросвязи.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ МАРШРУТОВ ДВИЖЕНИЯ ВАГОНОВ ПРИ ДОСТАВКЕ ГРУЗОВ ПО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СЕТИ
ХОБОТОВ Е.Н., ЦЕЛЬСОВА А.Ю.
Стр. 247 — 253
Рассматриваются принципы создания моделей для решения задач формирования маршрутов движения грузовых вагонов от станций отправления к станциям назначения различными поездами, а также задач выбора маршрутов движения поездов. Вагоны от станций отправления к станциям назначения могут доставляться как одним, так и несколькими поездами. На станциях отправления соответствующее количество вагонов включается в состав подходящего поезда, который проходит через эту станцию, и отцепляется от него на станциях назначения или на промежуточных сортировочных станциях, где эти вагоны будут прицепляться к другим поездам, следующим через эту станцию позже. С по-мощью таких поездов ожидающие отправки вагоны доставляются к станциям назначения или на наиболее удобные станции для последующей доставки их проходящими поездами на станции назначения. Использование традиционных методов моделирования для решения этих задач вызывает значительные затруднения из-за их большой размерности и сложности ограничений, накладываемых на условия транспортировки и доставки вагонов проходящими поездами. В основу предлагаемых принципов положена идея описания изменений количества вагонов в составе каждого поезда после прохождения станций и на каждой станции после прохождения поездов с помощью специальных уравнений движения. Такие уравнения строятся по аналогии с уравнениями движения, используемыми в теории управления дискретными процессами. С помощью этих уравнений движения строятся модель выбора маршрутов движения грузовых вагонов к станциям назначения с различными поездами, а также модель, позволяющая определять необходимое количество маршрутов движения поездов в железнодорожной сети для доставки вагонов заказчикам. В статье также описываются структура компьютерной системы, реализующей эти модели, и результаты вычислительных экспериментов, проведенных с системой и подтвердивших ее достаточно высокую эффективность.
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ТРЕХФАКТОРНОГО ПЛАНИРОВАННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ДЛЯ РАСЧЕТА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА
БЕЛОВ В.В., ОБРАЗЦОВ И.В., КУРЯТНИКОВ Ю.Ю.
Стр. 254 — 259
В технологии строительных композиционных материалов наряду с субстанционным (изготовление физического образца материала) и структурно-имитационным (имитация взаимодействия структурных элементов системы) моделированием широко применяется функциональное моделирование, результатом которого является получение некой математической функции, описывающей поведение объекта исследования, абстрагируясь от внутренней структуры вещественного субстрата. Авторами разработана программа обработки данных трехфакторного планированного эксперимента B-D13, позволяющая рассчитывать план и обрабатывать результаты эксперимента. Алгоритм программы включает процедуру расчета коэффициентов функции отклика, статистической обработки и визуализации математической модели. Все основные вычисления производятся циклично, что позволяет моментально перестраивать математическую модель, изменяя входные данные. Кроме того, алгоритм включает вспомогательную процедуру, обеспечивающую проверку синтаксической правильности вводимых данных. При допущении ошибок ввода данных программа корректирует действия пользователя по средствам текстового оповещения. Программа оснащена дополнительными функциями загрузки и сохранения данных, а также функцией экспорта результатов расчетов в математический пакет Microsoft Excel, где пользователь может произвести дополнительные построения. Интерфейс программного продукта реализован в виде логических блоков, позволяющих вводить исходные данные и изменять параметры вывода математической модели в интерактивном режиме. С применением разработанного программного продукта проведен планированный эксперимент по исследованию влияния рецептурных параметров бетонной смеси на свойства наполненного мелкозернистого бетона, получена статистически адекватная математическая модель прочности бетона. Разработанное программное средство можно при-менять в любых научно-прикладных задачах по оптимизации свойств объекта исследования, подбора рецептуры и технологических параметров, где используется математическое моделирование методом ортогонального планирования экспериментов.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ ПРИ ПРОЦЕССНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ
ШВЕДЕНКО В.Н., ВЕСЕЛОВА Н.С.
Стр. 260 — 264
В настоящей работе предлагаются метод моделирования ресурсов при объектно-процессной системе управления предприятием и новая модель объектно-ориентированных данных, в которой бизнес-процессы являются обязательными компонентами модели с заранее установленным регламентом поставки первичных данных в информационную систему. Поставка этих данных осуществляется только в результате исполнения бизнес-процесса в центрах формирования сведений о входных и выходных данных, ресурсах и результатах принятия управленческих решений. Подробно рассмотрена информационно-справочная система предметной области на базе объектно-ориентированной платформы «COBRA++», представлена классификация объектов. Выделены пять групп объектов информационной системы предприятия: простые справочники, сложные справочники, объекты контроля, объекты управления, показатели. Продемонстрированы примеры объектов системы различной сложности, созданные с помощью программного комплекса «COBRA++». Построение модели осуществляется с использованием основных понятий алгебры-логики, описание дается с помощью предикатов. Определены множества объектов системы, описаны правила их построения, формализованы правила, задающие связи объектов. В каждом случае описание предиката сопровождается заданием множества истинности, определяющего четкие критерии пригодности аргументов предиката. Особое внимание уделяется таким характеристикам объектов и свойств, как имя, код и тип. Согласно представленному методу формализации объектов, указаны критерии фиксации объекта в системе, а также правила формирования его уникального идентификатора. Предлагается рассмотреть бизнес-процесс как совокупность зафиксированных объектов управления и показателей. С помощью объектно-процессной технологии «COBRA++» реализована математическая модель информационной управляющей системы, включающая описание бизнес-процессов и соответствующих им объектов предметной области, которая дает математическое представление процессов сбора, использования и представления первичных данных, включающая в себя необходимые классифицированные множества объектов и процессов и правил их описания с учетом имеющихся связей.