2016 год, №4

Содержание выпуска
Проблемы и перспективы создания APS для мультинациональных компаний
А.А. Сухобоков, А.В. Сухобоков, Д.С. Лахвич, И.В. Тихонов
Стр. 5 — 14
Приведена классическая функциональная архитектура систем синхронного планирования (APS). Показано, что применяемые в настоящее время на этапе сводного планирования математические модели и методы линейного математического программирования не позволяют решить ключевую для мультинациональных компаний задачу оптимизации прибыли компании в целом. Рассмотрена история развития математических моделей и методов оптимизации для решения задачи оптимизации прибыли после налогообложения в мультинациональных компаниях. Развитие математических моделей показало, что для оптимизации внутренних цепочек поставок больших мультинациональных компаний необходимо решать задачи оптимизации очень большой размерности, содержащие десятки миллиардов столбцов и строк с билинейными или трилинейными ограничениями. Рассмотрены подходы к распараллеливанию численных алгоритмов решения таких задач. В качестве наиболее перспективного выделен подход, предполагающий использование платформ Big Data для решения задач большой размерности. Определена дополнительная функциональность, которой должны обладать модуль проектирования цепочек поставок, а также модуль планирования спроса, чтобы APS мог эффективно использоваться в мультинациональных компаниях. Определена дополнительная функциональность, которой должны обладать модули управления финансовыми цепочками и модули контроллинга смежной ERP-системы, чтобы APS мог эффективно использоваться в мультинациональных компаниях. Показано, что перспективный APS для мультинациональных компаний должен разрабатываться на основе комплекса из двух технологических платформ – In-Memory и Big Data. Представлена функциональная архитектура APS для мультинациональных компаний в контексте корпоративной системы в целом. Дополнительно на один уровень глубже детализирована архитектура модуля сводного планирования APS, обеспечивающего решение оптимизационной задачи как для одного, так и для конечного числа периодов времени.
Моделирование размещения сервис-ориентированных приложений в программно-управляемой инфраструктуре виртуального центра обработки данных
И.П. Болодурина, Д.И. Парфенов, В.Н. Решетников
Стр. 15 — 22
Развитие информационных технологий в последнее время обусловливает использование распределенных сервис-ориентированных бизнес-приложений. При этом актуальны исследование механизмов управления размещением приложений в облачной среде и эффективное выделение соответствующих ресурсов для их работы в рамках существующих ограничений. Целью данного исследования являются моделирование структуры и механизмов взаимодействия типовых облачных сервис-ориентированных приложений, а также определение подходов к оптимизации их размещения в системе хранения. Авторами разработана обобщенная модель сервис-ориентированного облачного приложения, включающая в себя три базовых слоя: модель приложения, модель сервиса и модель ресурса. В качестве ресурса в модели выступает некий объект, описывающий поведение и характеристики отдельных элементов инфраструктуры в зависимости от текущего состояния и параметров программно-управляемой инфраструктуры виртуального центра обработки данных. Отличительная особенность модели в том, что ресурс является универсальным, а это позволяет рассматривать его как с точки зрения пользователя, для которого он представляет собой закрытую систему, так и с точки зрения самой программно-управляемой инфраструктуры виртуального центра обработки данных, для которого он является открытой системой. Новизна модели заключается в одновременном описании размещения данных, связанных с ними приложений, а также состояния виртуальной среды, учитывающей сетевую топологию. Для детализации модели ресурса программно-управляемой инфраструктуры виртуального центра обработки данных в качестве отдельного элемента разработана модель виртуального самоорганизующегося хранилища данных, позволяющая определить их параметры и связи приложений с виртуальными и физическими узлами хранилища данных.
Архитектура пользовательского интерфейса для взаимодействия с мультиагентной средой
И.А. Сидоров
Стр. 23 — 26
В работе рассматривается подход к созданию пользовательского интерфейса для взаимодействия с мультиагентной средой, ориентированной на решение ресурсоемких вычислительных задач и объединяющей множество разнородных программно-аппаратных ресурсов. Наличие большого числа пользователей в такой среде и разнообразие спектра решаемых ими задач обусловливают необходимость предоставления уровней обслуживания, соответствующих разным категориям пользователей и классам задач. На сегодняшний день наблюдается дефицит высокоуровневых инструментальных средств, позволяющих создавать и применять такого рода мультиагентные среды на основе агентов, представленных в виде сервисов, с ориентацией на некоторую предметную область. Кроме того, в существующих инструментариях мало внимания уделяется интерфейсу, с помощью которого различные категории пользователей (администраторы, разработчики, конечные пользователи) могут взаимодействовать с мультиагентной средой. В данной статье предлагается оригинальная архитектура пользовательского веб-интерфейса мультиагентной среды, основанная на перспективной концепции Agent-as-a-Service, для реализации взаимодействия между пользователями и агентами среды. Предлагаемая архитектура базируется на принципе построения толстого клиента, при котором все основные компоненты веб-приложения загружаются в веб-браузер пользователя и дальнейшая генерация веб-страниц осуществляется динамически на стороне клиента. Архитектурный каркас веб-приложения, функционирующего в веб-браузере пользователя, спроектирован с применением схемы MVC (модель-представление-контроллер), при которой модель данных веб-приложения, пользовательский интерфейс (представление) и логика работы (контроллер) разделены на три слабозависимых компонента, что позволяет выполнять модификацию какого-либо из компонентов с минимальным воздействием на другие. Представленный в статье подход к построению подсистемы пользовательского веб-интерфейса обладает рядом преимуществ: снижает нагрузку на узел агента, повышает время отклика веб-интерфейса, улучшает кросс-платформенность и встраиваемость компонентов пользовательского интерфейса в различные подсистемы мультиагентной среды, облегчает тестирование и поддержку веб-приложения, а также решает ряд проблем с обеспечением безопасности.
Методологические аспекты управления жизненным циклом информационной системы на основе инструментов функциональной стандартизации
О.В. Лукинова
Стр. 27 — 35
В работе представлена методология управления полным жизненным циклом информационной системы, синтезирующая инструменты и модели функциональной стандартизации, теории открытых систем, управленческого консалтинга, базовых стандартов в области управления жизненным циклом информационной системы. Описаны основные положения и показана концептуальная модель, отражающая взаимосвязь задач, решаемых в рамках методологии, а именно: построение модели автоматизируемых бизнес-процессов предприятия средствами управленческого консалтинга, разработка модели информационной системы, а также ее стандартизация в соответствии с моделью OSE/RM (Open System Environment/Reference Model) при помощи функционального профиля, выбор варианта жизненного цикла, разработка его модели и профилирования. Исследованы различные варианты жизненных циклов, особое внимание уделено жизненному циклу покупной системы, а также системы, включающей, помимо локального компонента (развернутого на предприятии заказчика), совокупность интегрированных публичных сервисов. Показано (в терминах модели открытой среды OSE/RM) структурное представление не только целевой компоненты проектируемой информационной системы, но и системы ее защиты как единого создаваемого объекта. Приведена концептуальная модель механизмов защиты, совокупность которых составляет функциональную структуру системы защиты.
Информационная модель семантической библиотеки LibMeta
О.М. Атаева
Стр. 36 — 44
В данной статье библиотеки рассматриваются как информационные системы, обеспечивающие основную функциональность для работы с библиотечными данными. Развитие технологий и возможностей сети переопределяет понятие как самих библиотек, так и ее ресурсов, которые сегодня не ограничиваются только библиографическими записями и их электронным представлением, а выводят на передний план семантику этих ресурсов. Благодяря развитию технологий пользователь библиотеки получает дополнительные возможности для работы с ресурсами цифровых библиотек с помощью описания области своих интересов в терминах предметной области на основе стандартов с привлечением словарей, тезаурусов и онтологий. Это позволяет ему организовывать и описывать и собственные коллекции, и собственные ресурсы, при необходимости детализируя как описания ресурсов, так и об- ласть своих интересов путем уточнения ее терминов. В работе рассматриваются основные требования к таким библиотекам и описывается информационная модель разрабатываемой системы, особенностью которой является возможность интеграции данных из источников, интегрированных в облако LOD.
Семантический анализ и способы представления смысла текста в компьютерной лингвистике
Т.В. Батура
Стр. 45 — 57
Статья посвящена проблемам семантического анализа текстов. Рассмотрены различные методы: диаграммы зависимостей и семантические сети, подходы, основанные на лексических функциях и тематических классах, фреймовые и онтологические модели, логические модели представления знаний. На данный момент существуют различные методы представления смысла высказываний. Создание новых методов семантического анализа текстов актуально для решения многих задач компьютерной лингвистики, таких как машинный перевод, автореферирование, классификация текстов и других. Не менее важна разработка новых инструментов, позволяющих автоматизировать семантический анализ. Несмотря на то, что некоторые научные и технические идеи в области обработки текстов развиваются довольно быстро, многие проблемы семантического анализа остаются нерешенными. Большинство исследователей пришло к выводу, что словарь для поддержки семантического анализа должен оперировать смыслами и, следовательно, описывать свойства и отношения понятий, а не слов. Но возникает вопрос, как правильно структурировать и представлять информацию в подобных словарях, чтобы поиск по ним был удобным и быстрым, а кроме того, можно было бы учитывать изменения в естественном языке (исчезновение старых и возникновение новых понятий). В данной статье предпринята попытка систематизировать известные достижения в области семантического анализа и в какой-то мере найти ответ на этот и другие вопросы.
Извлечение метаданных из полнотекстовых электронных русскоязычных изданий при помощи Томита-парсера
Р.С. Сулейманов
Стр. 58 — 62
При публикации материалов в электронных библиотеках возникает необходимость извлечения метаданных после перевода печатного текста в электронный, что при обработке текста вручную является трудозатратным процессом. В данной работе рассматривается возможность извлечения метаданных с помощью Томита-парсера, предназначенного для извлечения фактов из текста на естественном языке. Для обеспечения наиболее точного извлечения были разработаны грамматики для анализа полнотекстовых изданий на русском языке, сформирован список метаданных, являющихся обязательными при публикации издания. Разработанные грамматики были апробированы на 100 изданиях, после чего на основании анализа сформулирован ряд закономерностей. С учетом выведенных закономерностей алгоритм был оптимизирован, что позволило повысить эффективность автоматического извлечения данных. Определена необходимость программной обработки полученных данных, например, удаления повторяющейся информации и приведения данных к общему виду перед их публикацией. С помощью оптимизированного алгоритма проведен масштабный эксперимент по автоматизированному извлечению метаданных из 10 000 изданий, выполнено сравнение его результатов с множеством метаданных, полученных вручную. Предложенный метод автоматического извлечения данных позволил корректно извлечь 86,7 % метаданных, и еще 4 % могут быть использованы после корректировки. Наибольшие проблемы (21 % данных извлечен неверно) возникли с наименованиями материалов вследствие отсутствия четкой структуры. Для четко структурированной информации, такой как ISBN и коды рубрикаторов, процент извлечения приближается к 100 %. Однако было установлено, что, несмотря на увеличение скорости и простоту нахождения метаданных, полностью исключить человека из процесса невозможно.
Models of heterogeneous agents’ behavior in a conflict and their implementation algorithms
N.Yu. Mutovkina, A.Yu. Klyushin, N.A. Semenov
Стр. 63 — 68
The article discusses pair models of agents’ behavior in a conflict. Each agent has one of three possible behavioral types: deviating, compromise and coercing. A behavioral type determines an agent’s nature and specifies agent’s reaction that should be expected in response to specific actions. The authors select the need to share limited resources as the main cause of a conflict in simulation. The agents need resources to implement assigned tasks and to exist themselves. It is determined that in a conflict situation each agent tries to obtain more resources, than its opponent at the moment. The value of this commitment depends on an agent’s behavioral type. The article identifies the technique of selecting the best behavioral model. It also proposes the measures to resolve conflict between agents. The authors applied the basic concepts of fuzzy logic in simulation.
Отображение трехмерных объектов с использованием кластерной визуализации
А.М. Гиацинтов, К.А. Мамросенко
Стр. 69 — 72
В статье рассмотрены методы освещения трехмерных объектов, позволяющие существенно повысить реалистичность виртуальных трехмерных сцен, приведены их достоинства и недостатки, а также предложены подходы к организации данных об источниках света трехмерной сцены в памяти видеокарты. Зачастую для корректного освещения трехмерной сцены требуется значительное количество источников света. При традиционном (forward rendering) подходе расчет освещения производится следующим образом: для каждой вершины в трехмерной сцене и каждого пикселя конечного изображения, выводимого на экран, последовательно производится расчет влияния каждого источника света в сцене, то есть для каждого пикселя выполняются расчет освещения и геометрическая обработка. Соответственно, при большом количестве источников света производительность подсистемы визуализации может быть существенно снижена. Одним из решений данной проблемы является применение методов так называемой отложенной визуализации, в частности, отложенного освещения. Основная идея заключается в отделении этапа геометрической обработки от этапа освещения трехмерной сцены. Прорисовка изображения осуществляется в несколько этапов. Вся геометрия сцены прорисовывается один раз, при этом сохраняется информация о цвете, нормалях и глубине прорисовки для каждого пикселя в промежуточный G-Buffer, который используется на последующих этапах прорисовки. Однако прорисовка трехмерных сцен при помощи отложенной визуализации также имеет ряд ограничений. В статье описаны несколько методов устранения некоторых недостатков отложенной визуализации с сохранением ее преимуществ. Это так называемые тайловая и кластерная визуализации. Приводятся данные измерений производительности системы визуализации, использующей различные методы освещения.
Анализ уровней интеграции компонентов гетерогенных информационных систем
О.В. Щекочихин, П.В. Шведенко
Стр. 73 — 77
Интеграция разрозненных информационных систем предприятия на сегодняшний день является наиболее рациональным способом построения его единой информационной среды. Для ее реализации необходим класс интегрирующих инструментов. В статье проанализированы основные уровни интеграции гетерогенных информационных систем. Предложены авторская классификация уровней интеграции, а также варианты взаимодействия информационных систем в зависимости от целей интеграции. Проанализированы варианты интеграции на уровне брокеров, данных, сервисов и интерпретирования метаинформации. Предложенная классификация является попыткой выделить ключевые, с точки зрения практической реализации, варианты интеграции информационных систем. Приведены примеры успешной реализации задач интеграции на каждом из предложенных уровней. Указаны сильные и слабые стороны каждого варианта интеграции. Уровень брокеров выгодно использовать в том случае, когда доступен исходный код интегрируемых приложений и можно дописать необходимый модуль интеграции. Интеграцию на уровне данных можно рекомендовать для информационных систем, схемы данных которых позволяют построить единую непротиворечивую структуру данных. Основными достоинствами уровня сервисов являются возможность многократного использования, слабая связанность сервисов друг с другом, отсутствие необходимости в единой БД или хранилище. При работе на уровне интерпретации метаинформации появляется возможность быстро перенастраивать метаинформацию при интеграции данных из нового источника. Классификация дает возможность определить наиболее рациональный вид инструментов и набор методов создания интегрированной системы с заданными характеристиками. Авторы считают, что наиболее перспективным видом интеграции компонентов управляющих информационных систем, который требует дальнейшего изучения и совершенствования, является интеграция узкоспециализированных систем на уровне сервисов.
Измерение производительности компонентов подсистемы памяти для гетерогенных систем на кристалле
А.О. Ключев, А.А. Антонов
Стр. 78 — 84
Проектирование специализированных вычислительных систем на базе гетерогенных платформ в рамках современных методологий предусматривает наличие модели системной архитектуры с информацией о характеристиках входящих в ее состав компонент. Производительность подсистемы памяти как ключевого связующего элемента в сегодняшних архитектурах является одной из важнейших характеристик, определяющих общесистемную производительность. Тенденция к интегрированию множества гетерогенных компонент в составе систем и сетей на кристалле, в том числе на уровне иерархии кэш-памяти, вносит проблемы при определении параметров реальных вычислительных платформ в силу того, что внутрисистемные тракты обмена оказываются технологически недоступными для прямых измерений, а общедоступная документация, как правило, лишь фрагментарно описывает внутреннюю организацию системы. Существующие методы непрямого измерения производительности компонентов кэша не гарантируют соответствие получаемой модели кэш-памяти реальному поведению исследуемой системы. В статье предложен метод непрямого селективного измерения производительности отдельных компонентов кэш-подсистемы, в рамках которого предусмотрен ряд технических приемов для верификации селективности измерений с использованием информации о фактическом количестве обращений к отдельным компонентам кэш-подсистемы. Проанализирована применимость метода для нескольких популярных типов систем на кристалле и приведены результаты его апробации на процессоре Intel Core i7 и в заказной вычислительной платформе для проектирования гетерогенных измерительных систем реального времени.
Архитектура системы мониторинга информационных трендов на основе свободного программного обеспечения
С.А. Беляев, А.В. Васильев, С.А. Кудряков
Стр. 85 — 88
Статья посвящена описанию программной системы, предназначенной для выявления источников информационных трендов в результате анализа публикаций на новостных сайтах, в социальных сетях и блогах. Основная функция системы – построение графов распространения информации в сети Интернет. Авторы обосновывают актуальность данной задачи, несмотря на наличие готовых решений, выполняющих сканирование данных в Интернет. Отдельно отмечена проблема лавинообразного увеличения объема информации, требующей обработки. В статье описана модель для формализации процесса анализа информационных трендов и отмечены отличия от опубликованных подходов к решению данной задачи. Предложены основные шаги по автоматизации решения на основе данной модели. Особое внимание уделено возможности и обоснованности использования программных продуктов с открытым исходным кодом для решения отдельных подзадач. Для построения системы предлагается многоуровневая архитектура, демонстрирующая возможность рационального использования свободного ПО, дана последовательность работы системы. На основе описанной архитектуры и предложенной модели разработан программный комплекс, обеспечивающий решение задачи мониторинга информационных трендов. Приведены результаты тестирования комплекса на примере нескольких новостных сайтов. Предложены подходы по дальнейшему развитию решения.
Графическое моделирование технологического процесса как вспомогательное средство составления алгоритма управления
А.В. Парамонов
Стр. 89 — 93
Основным этапом в разработке программ для логических контроллеров в автоматизированных системах управления технологическими процессами является составление алгоритма управления. Одной из проблем, возникающих на этом этапе, является то, что алгоритм зачастую описывается в потенциально неполной или противоречивой словесной форме. Предлагаемые же формальные средства описания алгоритма требуют от постановщика задачи знания формальных теорий. Целью данного исследования является получение такого средства описания алгоритмов, которое было бы доступно для всех участников разработки программ и обеспечивало бы полноту и непротиворечивость. Для достижения этой цели предлагается использовать графические модели технологических установок в качестве средства для описания алгоритмов. Описываются правила построения моделей. Предлагается методика представления алгоритма на модели с поддержанием полноты и непротиворечивости, что делает процесс его описания доступным для постановщика задачи. Излагаются правила описания алгоритма по модели в виде таблицы решений. Однако изложенные идеи могут быть использованы для получения других форм, например конечного автомата. В качестве основы для графических моделей используются иерархические структуры и реляционная модель.
Метод получения развертки деталей одежды с учетом деформационной способности материала
А.Е. Горелова, Н.Л. Корнилова, З.Р. Григорьева, Д.А. Васильев, Л.А. Корнилова
Стр. 94 — 100
В работе предложен и исследован алгоритм получения развертки деталей швейного изделия (3DК) путем поэтапного преобразования триангуляционной сети деталей трехмерной конструкции изделия с использованием методов геометрического преобразования поверхности и физического моделирования поведения материала. На первом этапе осуществляется приведение объемной оболочки к плоскому виду путем проецирования ребер ячеек сети на плоскость развертывания. Затем применяется физическое моделирование, суть которого заключается в придании каждому узлу триангуляционной сети свойств материальной точки с массой, равной 1, а каждому ребру – упругой связи, стремящейся привести его длину к исходной длине. Процесс включает две временные стадии: рывок для выведения системы материальных точек из равновесия и переход детали к устойчивому равновесному состоянию (итерация), и продолжается до достижения минимальной суммарной силы по детали, что означает максимально возможное приближение геометрических характеристик 3DК и развертки. Оценка качества предложенного алгоритма осуществлена путем построения разверток шаровых сегментов полусферы. Показано, что развертка, получаемая в результате первого этапа преобразования, практически непригодна для раскроя детали из ткани, так как имеет недостаточную площадь. В результате физического моделирования происходит приведение площади детали к исходному значению, при этом периметр развертки всегда не меньше 3DК. Также может наблюдаться несоответствие основных габаритных размеров деталей, что говорит о необходимости применения принудительного формования либо использования свойств материалов для получения формы изделия. Величина деформации определяет корректность выбора материалов для модели. Метод реализован в САПР плотно облегающих изделий BustCAD и показал хорошие практические результаты.
Применение системы KLEE для автоматизации тестирования программ на языках C/C++
А.Г. Зыков, И.В. Кочетков, В.И. Поляков
Стр. 101 — 106
В работе рассматривается верификация вычислительных процессов, в частности, автоматизация тестирования функциональных ошибок программных продуктов, которые крайне сложно исследовать и воспроизводить без непосредственного исполнения кодовых фрагментов. Основной идеей является применение программ или инструментов символьного исполнения. В частности, подробно рассматривается система KLEE, представляющая собой символьную виртуальную машину, эмулирующую окружение. В ней параллельно выполняются символические процессы, каждый из которых – один из путей в исследуемой программе. Система построена на анализе LLVM байт-кода программы с применением STP-решателя для предикатов. Рассматриваются ее архитектура, состав компонент, принципы работы, базовые возможности, способ моделирования окружения, пример работы на основе тестирования утилиты tr системы MINIX и др. Целью исследования являются изучение общих возможностей систем символьного исполнения на примере разбора KLEE и их применение для решения задачи автоматизации тестирования. Актуальность данной проблемы высока в связи с постоянно растущей сложностью ПО, которая ведет к увеличению сложности, длительности и, главное, стоимости тестирования и верификации программных продуктов. Новизна данного исследования заключается в том, что на основании детального изучения принципов функционирования системы рассмотрены альтернативные способы применения программ символьного исполнения. К таким способам относятся тестирование с помощью эталона, поиск решения, восстановление схемы алгоритма программы. В качестве результата работы приведена статистика тестирования набора программ пакета COREUTILS 6.11.
Метод распознавания структуры таблицы в электронных табличных документах
Н.М. Ткешелашвили, С.В. Клименков, А.М. Дергачев
Стр. 107 — 112
Одним из популярных средств хранения деловой информации являются электронные таблицы. К сожалению, информация в них плохо структурирована. Определение структуры таблицы необходимо для корректного извлечения из нее данных в процессе автоматической обработки. В работе предложен метод распознавания структуры таблицы, основанный на визуальном подходе. Он опирается на тот факт, что в момент создания электронной таблицы заголовки, данные и агрегатные ячейки представляются таким образом, чтобы человек мог без проблем отличить их друг от друга. В разработанном методе типы данных и свойства форматирования ячеек представляются в виде набора битовых карт, рассматриваемых как графическое представление таблицы. Полагаясь на визуальные различия, позволяющие человеку отличать одни структурные элементы таблицы от других, а также на статистические зависимости внутри битовых карт, метод определяет ориентацию таблицы, расположение заголовков и данных и формирует структуру в виде набора объектов. Для определения направления таблицы используется метод Хафа. Для проверки корректности рас- познавания был выбран набор тестовых электронных таблиц, содержащих деловую информацию. Метод показал высокую точность: из более чем 100 тестовых файлов, содержащих более 20 000 строк, корректность распознавания составила 92 %.
Метод обмена информацией между программными системами автоматизации технологических и производственных процессов
С.Ю. Рябов, А.Г. Лютов, Ю.В. Рябов, А.В. Вавилова
Стр. 113 — 117
Для повышения эффективности технологических и производственных процессов, их производительности и качества предложен метод обмена информацией между программными системами, основанный на применении универсального интерфейса управления информационными потоками на базе языка XML. В настоящее время многие приложения используют собственные форматы данных, что делает невозможным взаимодействие с другими приложениями. В данной работе проанализирован процесс обмена информацией между программными системами CAPP-PDM-MES. При этом создается универсальный XML-документ на основе набора унифицированных XSD-схем. XSD-схемы содержат информацию о характере данных в XML-документе, таким образом, XSD является базой знаний, содержащей метаданные. Предлагается создание единого информационного пространства, включающего XSD-базу знаний и универсальный интерфейс на базе языка XML для всего ПО, используемого в производственном процессе. Полученные при работе конкретной программной системы XML-документы могут быть обработаны Java- или Python-приложениями для создания универсального XML-документа на основе набора унифицированных XSD-схем. Передача информации с использованием универсальных XML-документов и XSD-схем рассмотрена на примере использования программы СПРУТ-ТП при формировании технологического документа «маршрутная карта». Показан фрагмент XML-схемы, отображающий структуру маршрутной карты. На основе XSD с использованием JAXB-приложений создаются XML-документы, содержащие конкретную информацию. Таким образом, набор XSD-файлов формирует базу знаний предметной области. Взаимодействие между программами предлагается осуществлять с помощью протокола SOAP, использующего для этого XML-документы, называемые сообщениями SOAP. Рассмотрен пример создания SOAP-сообщения типа «запрос» и «ответ». Спецификация SOAP содержит соглашения по преобразованию однонаправленного обмена сообщениями, а также определяет, как осуществлять передачу всего XML-документа. В итоге получаем XML-файлы, содержащие данные в форме XML-документа и знания в форме XSD, понятные человеку и компьютеру, а потому удобные в использовании.
Программная система структурно-параметрического синтеза системы защиты информации
В.Г. Жуков, М.Н. Жукова, А.С. Тимохович, Д.С. Волков
Стр. 118 — 124
Статья посвящена решению актуальной задачи разработки алгоритма структурно-параметрического синтеза системы защиты информации на примере создания защищенной автоматизированной системы. Данный алгоритм позволяет генерировать несколько возможных вариантов системы защиты информации с учетом требований государственных стандартов в области информационной безопасности, нормативно-методических документов ФСТЭК России и ФСБ России. Кроме этого, каждая сформированная архитектура системы защиты информации предполагает использование достаточно большого количества средств защиты информации, что усложняет задачу из-за появления раз- личных вариантов реализации сформированной архитектуры системы. В работе рассматриваются только сертифицированные средства защиты информации для реализации в рамках построенной архитектуры системы защиты информации. Получившаяся задача оптимизации имеет множество особенностей и ограничений. Классические методы оптимизации в данном случае применить нельзя. Проведен анализ различных схем применения генетического алгоритма оптимизации, хорошо зарекомендовавшего себя при решении подобных задач оптимизации. Однако применение классического генетического алгоритма оказалось невозможным из-за особенностей требований нормативно-методических документов, регуляторов в сфере информационной безопасности, самой структуры системы защиты информации и компонент в виде средств защиты информации. Проведено множество модификаций алгоритма, позволяющих применять разработанный алгоритм при решении реальных практических задач. Разработанный алгоритм с модификациями реализован в виде программного средства. Работа программного средства протестирована при различных вариантах требований к создаваемой системе защиты информации. Эффективность структурно-параметрического синтеза системы защиты информации при использовании разработанного программного средства составляет в среднем 84 %.
Математическая модель защиты компьютерной сети от вирусов
Н.А. Семыкина, И.В. Шавыкина
Стр. 125 — 128
Одним из эффективных подходов к анализу процессов функционирования компьютерных систем в условиях активного распространения вредоносных программ является математическое моделирование. Его преимущество заключается в большой скорости моделирования различных сценариев для конкретных параметров компьютерной сети. Численные результаты, получаемые посредством таких моделей, позволяют анализировать поведение вирусов в сетях, состоящих из любого числа элементов. В статье рассмотрена математическая модель защиты компьютерной сети от вредоносного кода на основании модели MSEIRS. Данная модель является разносторонней и всеобщей, так как учитывает многие факторы, влияющие на состояние сети: временные параметры заражения для конкретных вирусов и лечения сети с помощью антивируса, средняя скорость иммунизации и непроизвольное отключение компьютеров от сети. Выбран критерий управления, характеризующий наилучшее состояние системы, когда большинство хостов невосприимчивы к воздействию сетевых вирусов. Построена дискретная аппроксимация исходной задачи оптимального управления. Результатом исследования модели является разработанная программа, которая позволяет грамотно оценить защищенность сети и при необходимости применить эффективные методы борьбы с вредоносным кодом. Проведены и проанализированы вычислительные эксперименты. Для этого рассмотрены два случая: прогрессирующее во времени и сети распространение вируса (эпидемия) и отсутствие существенных колебаний численности инфицированных компьютеров.
Оценка степени влияния антивирусных программных средств на качество функционирования информационно-вычислительных систем
Е.Б. Дроботун, Д.В. Козлов
Стр. 129 — 134
Наряду с качеством защиты информационно-вычислительных систем от компьютерных вирусов и вредоносных программ одним из важнейших показателей эффективности антивирусных программных средств является их ресурсоемкость. В идеальном случае антивирусное программное средство не должно оказывать никакого влияния на качество выполнения задач и функций, возложенных на защищаемую информационно-вычислительную систему. Вместе с тем следует отметить, что создать какую-либо систему защиты (в том числе и антивирусное программное средство как систему защиты от компьютерных вирусов и вредоносных программ), которая не оказывала бы никакого отрицательного влияния на защищаемый объект, практически невозможно. Исходя из этого, одним из критериев выбора антивирусного программного средства для защиты какой-либо информационно-вычислительной системы должна быть минимальная степень влияния выбранного антивирусного программного средства на качество выполнения задач и функций, возложенных на защищаемую систему. В данной статье в качестве показателя, характеризующего степень влияния антивирусных программных средств на информационно-вычислительные системы, предлагается использовать обобщенный показатель снижения производительности защищаемой информационно-вычислительной системы, который, в свою очередь, определяется исходя из частных показателей снижения производительности при решении отдельных задач, возложенных на защищаемую систему, с учетом важности каждой задачи. Также приведены результаты оценки степени влияния на информационно-вычислительную систему общего назначения семи широко распространенных антивирусных программных средств.
Алгоритмическая выразительность некоторых фрагментов языка логики ветвящегося времени
А.В. Духовнева, М.Н. Рыбаков
Стр. 135 — 142
В работе рассматривается логика ветвящегося времени CTL и изучается вопрос о сложности проблемы ее разрешения в языке с конечным числом переменных. Приведен полиномиальный алгоритм, решающий задачу принадлежности формул константному фрагменту CTL. Приведен полиномиальный алгоритм, который погружает фрагмент CTL в языке с модальностями ????????, ????????, ???????? и ???????? во фрагмент CTL от одной переменной. Известно, что проблема разрешения фрагмента CTL в языке с модальностями ????????, ????????, ???????? и ???????? является EXPTIME-полной, в частности, не является полиномиально разрешимой. В результате с помощью построенного погружения доказано, что фрагменты CTL от одной и более переменных не являются полиномиально разрешимыми, то есть проблема разрешения фрагмента CTL от одной переменной является EXPTIME-полной. В заключение обсуждаются близкие вопросы, в частности, приводятся примеры других фрагментов логики CTL, имеющих более простую проблему разрешения, чем проблема разрешения CTL.
Параллельные вычисления как средство повышения эффективности решения задач вычислительной аэродинамики
С.А. Буренков, О.Ю. Шамаева
Стр. 143 — 148
Предлагаются программные средства повышения эффективности решения класса аэродинамических задач на высокопроизводительных вычислительных системах кластерного типа. Программные средства реализованы на основе параллельно-последовательного алгоритма решения разреженных систем линейных алгебраических уравнений большой размерности методом обобщенных минимальных невязок. В статье дается теоретическая оценка трудоемкости разработанного алгоритма, а также выполнено сравнение результатов теоретической оценки и результатов вычислительного эксперимента. Программные средства реализованы для модели вычислений с распределенной памятью и использованы для решения модельной задачи обтекания профиля воздушным потоком. Приведены результаты вычислительного эксперимента по расчету плотности и давления обдувающего профиль воздушного потока на высокопроизводительном кластере, иллюстрирующие эффект от применения параллельной программы. В статье исследованы характеристики ускорения параллельного решения модельной задачи, позволившие определить порог размерности решаемых систем уравнений, ниже которого организация параллельных вычислений отрицательно сказывается на эффективности использования вычислительных ресурсов. Исследовано также влияние степени разреженности матриц коэффициентов на ускорение параллельной реализации. Область применения результатов настоящей работы – не только вычислительная гидро- и газодинамика, но и энергетика, биология, химия, фармакология, астрофизика и др.
Направления реализации средств автоматизированной системы освоения радиоэлектронных комплексов
А.Н. Потапов, В.А. Дикарев, Р.В. Допира, Ф.Н. Абу-Абед, Д.В. Мартынов
Стр. 149 — 155
В статье рассмотрены вопросы реализации программных средств автоматизированной системы освоения радио-электронных комплексов. Предложена архитектура структурной конфигурации данной системы. Для определения факта наличия конфликтов применения радиоэлектронных комплексов и тренажеров предложено в состав автоматизированной системы освоения этих комплексов включить средство радиомониторинга, позволяющее выявлять наличие признака конфликта применения радиоэлектронных комплексов, и средство оценки адекватности тренажера. Разработаны структуры автоматизированных средств определения содержательных компонентов учебных упражнений и учебных планов. Предложен профессионально-ориентированный комплекс программ автоматизированной системы освоения радиоэлектронных комплексов. Проведенные экспериментальные исследования адекватности результатов имитационного моделирования в специализированных тренажерах «Марка – РС» и комплексных тренажерах «Репитер» при управлении воздушным движением в ближней зоне аэродрома в целях корректного определения уровня навыков и рационального планирования тренажной подготовкой операторов радиоэлектронных комплексов определили новый уровень возможностей автоматизированных систем подготовки операторов радиоэлектронных комплексов по управлению воздушным движением. Разработанные инструментальные средства в виде моделей, структурных схем, а также математического, алгоритмического и программного обеспечения подсистем, входящих в состав автоматизированных систем освоения радиоэлектронных комплексов, обладают не только научной новизной, но и практической значимостью и реализуемостью.
Постановка задачи исследования диффузионного перехода через границу шлак-металл в колонном реакторе и алгоритм ее решения
П.А. Сеченов, В.П. Цымбал, А.А. Оленников
Стр. 156 — 164
Предметом данного исследования являются задачи диффузионного перехода через границу шлак-металл и обезуглероживание частиц металла при прохождении через слой шлака. Авторами дана математическая постановка задач перехода через границу шлак-металл в рамках задачи имитационной модели гравитационного сепаратора струйно-эмульсионного реактора. Проведено сравнение объектно-ориентированных языков программирования (Dephi, Visual C#, ActionScript 3.0), выделены целевые задачи имитационной модели. Сделан сравнительный анализ имитационных моделей, созданных за последние 10 лет, в качестве критерия сравнения взята мерность пространства. Приведена также схема взаимодействия между классами имитационной модели и основным модулем. Особое внимание уделено классам шлака внизу, металла внизу, расчетов и основному модулю, так как именно в них реализуется поставленная задача. Для класса шлака описаны свойства (проценты массовых составляющих компонентов шлака, переменная для взаимодействия с классом расчетов) и методы (инициализация переменной класса, функции приращения и изменения состава шлака). В классе расчетов показаны функции определения балансного содержания FeO и скорости восстановления на границе шлак-металл, а затем алгоритм обезуглероживания железа шлака и его взаимодействие с другими классами программы. Для реализации задачи выбран метод имитационного моделирования (Монте-Карло), позволяющий при знании механизмов изучаемого объекта на основе разыгрывания случайности построить алгоритм. В результате реализации второй схемы – обезуглероживания частиц металла при прохождении через слой шлака – на имитационной модели были проведены опыты с одинаковыми начальными условиями и достаточным временем моделирования, равным 10 минутам. Проведенные модельные исследования показали, что при реализации только первого механизма содержание углерода в конечном продукте составляет 4 %, а при реализации двух отмеченных выше схем – 3,5 %, что свидетельствует о возможности более гибкого управления процессом обезуглероживания.
Автоматизированная цифровая обработка изображений при решении задачи магнитной дефектоскопии
А.Г. Коробейников, В.И. Поляков, М.Е. Федосовский, С.А. Алексанин
Стр. 165 — 170
Методы, базирующиеся на анализе рассеяния магнитных полей возле дефектов после намагничивания изделий, позволяют установить наличие в поверхностных слоях стальных деталей дефектов, например трещин. В областях, где нарушена сплошность, будет происходить изменение магнитного потока. Одним из наиболее известных методов маг- нитной дефектоскопии является метод магнитного порошка: на поверхность намагниченной детали наносят магнитный порошок (сухой метод) или магнитную суспензию (мокрый метод). При использовании люминесцентных порошков или суспензий на изображениях исследуемых деталей дефекты видны значительно лучше, поэтому появляется возможность автоматизированной обработки таких изображений. В работе представлена автоматизированная процедура выбора методов обработки изображений, на которых присутствуют дефекты. На первом этапе выбранными методами производится обработка изображения с целью улучшения его качества. В основном это методы фильтрации. Затем в автоматизированном режиме определяются границы всех объектов на изображении. На следующем этапе выполняется морфологическая обработка изображения. На заключительном этапе, после вычисления компоненты связности и диаметров объектов, делается вывод о наличии дефектов в изделии. Программная реализация данной процедуры осуществлена в системе MATLAB. Приведен пример обработки фотографии приваренного к трубе фланца, обработанного люминесцентной суспензией Magnaglo 14HF, создавшей люминесцентный зеленый индикаторный рисунок, наблюдаемый в ультрафиолетовом свете при длине волны 365 нм. Обозначены направления и названы методы, которые можно включить в процедуру для ее улучшения.
Программный комплекс моделирования стохастических температурных полей в технических системах STF–ElectronMod
П.И. Кандалов
Стр. 171 — 175
В статье рассматривается программный комплекс STF-ElectronMod для моделирования стационарных стохастических трехмерных температурных полей в технических системах. 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, что все параметры теплового режима однозначно и абсолютно точно известны. В статье описывается структура программного комплекса STF-ElectronMod, предназначенного для моделирования интервальных стохастических температурных полей в технических системах при неопределенности входных определяющих данных. Метод и алгоритм компьютерного моделирования основаны на авторских разработках по матрично-топологическому методу, программному комплексу моделирования детерминированных трехмерных температурных полей технических систем, а также на методе статистических испытаний. Применение разработанного метода и алгоритма для моделирования интервально стохастических температурных полей рассмотрено на примере реальной электронной системы.
Построение архитектуры сапр одношнековых экструдеров с применением элементов искусственного интеллекта
Т.М. Зубкова, Н.А. Мустюков, М.А. Токарева
Стр. 176 — 182
Конкуренция на рынке экструзионного оборудования заставляет его производителей ежегодно предлагать усовершенствованные и новые технологии, рассчитанные на широкий круг выпускаемой продукции. Поэтому производство должно обладать гибкостью, перенастраиваясь на различные конфигурации изделий, типы сырья и производительность в зависимости от текущих потребностей рынка. Сложность процессов, которыми характеризуется экструзия, не позволяет рассчитать их обычными методами без использования САПР. Принятие решения о выборе маршрута проектирования требует высокой профессиональной подготовки пользователя. Выходом из данной ситуации является интеллектуализация проектирования. Указанный подход позволяет осуществлять автоматизацию процедур оценки свойств проекта, планирование маршрута проектирования и диалог с пользователем САПР. В силу данных причин все большее развитие получают интеллектуальные САПР с перестраиваемой архитектурой. Таким образом, снижение трудоемкости процесса проектирования шнековых экструдеров на основе создания перестраиваемой архитектуры САПР является актуальной проблемой. Авторами данной статьи разработана методика построения интеллектуальной САПР шнековых экструдеров, основанная на интеграции и конфигурировании его подсистем. Создана программная система, которая является ядром САПР и включает в себя БЗ, БД, набор программных компонентов, интеграцию компонентов (сторонние CAD/CAE-системы, математические модели проектируемых процессов, компоненты пользовательского интерфейса, инструментальные средства разработки), управление данных и оптимизацию технологических и геометрических параметров шнековых экструдеров. Описано построение архитектуры САПР на основе теории искусственного интеллекта, которое заключается в выборе набора компонентов для решения проектных задач таким образом, чтобы обеспечить необходимые свойства в системе при минимизации времени проектирования. Разработанная интегрированная среда САПР шнековых экструдеров позволяет создавать конструкции экструдеров, автоматизировать корректировку геометрических параметров и подготовку данных для проведения анализа конструкции, моделировать процесс экструдирования, оптимизировать конструкции и технологические режимы. Предложенная методика конфигурирования САПР на основе методов искусственного интеллекта позволяет снизить трудоемкость проектирования шнековых экструдеров.
Системы поддержки принятия решений в управлении вузом: вычислительные модели дифференциации учебной нагрузки
Е.Ю. Шахова
Стр. 183 — 188
В настоящее время во многих вузах идет переработка локальных нормативных актов, регламентирующих труд педагогических работников, отнесенных к профессорско-преподавательскому составу. Требование дифференциации верхних пределов учебной нагрузки по должностям профессорско-преподавательского состава является обязательным. Построены и проанализированы линейные и нелинейные модели распределения нормативной учебной нагрузки. Применяемые методы: аппроксимация по методу наименьших квадратов линейной функцией и кубическим полиномом, сплайн-интерполяция. Моделирование проводилось с помощью системы MathCAD. Определены наиболее эффективные модели при различной структуре численности профессорско-преподавательского состава. Критерий эффективности – наименьший объем сверхнормативной учебной нагрузки. Оценка эффективности построенных линейных и нелинейных моделей проводилась на основе трех вариантов структуры численности профессорско-преподавательского состава структурного подразделения вуза (института) с высоким, средним и пороговым уровнями профессоров и доцентов в общей численности. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что линейная дифференциация верхних пределов учебной нагрузки не всегда является наилучшим решением. Линейные модели в данном исследовании оказались наиболее эффективными только для модели института с высоким уровнем профессоров и доцентов в общей численности профессорско-преподавательского состава; для моделей численности со средним и пороговыми уровнями наиболее эффективной оказалась нелинейная модель, построенная по методу сплайн-интерполяции (кривая – кубический сплайн с параболическими конечными точками). Для всех рассмотренных моделей дифференциации при структуре численности института с высоким уровнем профессоров и доцентов в общей численности профессорско-преподавательского состава минимальная сверхнормативная нагрузка превышает максимальную сверхнормативную нагрузку для институтов с пороговым и средним уровнями.
Методика оценки качества обучения студентов вуза с использованием нейро-нечеткого подхода
А.Р. Айдинян, О.Л. Цветкова
Стр. 189 — 193
В настоящее время в соответствии с Болонским процессом для обеспечения успешного функционирования высших учебных заведений и повышения их конкурентоспособности на международном рынке внедряются системы оценки качества обучения. На точность определения эффективности работы вуза в большой степени влияет правильный выбор критериев оценки факторов. Оценка качества образования затрудняется тем, что значение этого показателя обусловлено множеством факторов, возможно, с неизвестным характером влияния, а также тем, что при проведении педагогических измерений необходимо работать с иформацией, имеющей нечисловой характер. Для решения поставленных задач был проведен обзор факторов, оказывающих наибольшее влияние на процесс обучения студентов. Традиционно среди них выделяют следующие: качество взаимодействия с рынком труда при формировании содержания образования, качество абитуриентов и студентов, технологий обучения, учебно-методического и материально-технического обеспечения образовательного процесса, профессорско-преподавательского состава. Предложенная авторами работы методика оценки качества обучения студентов вуза основана на использовании двухуровневой системы, построенной на базе адаптивной системы нейро-нечеткого вывода ANFIS, реализованной в пакете Fuzzy Logic Toolbox системы MatLab и искусственных нейронных сетей. Для оценки четырех выделенных групп факторов используются четыре модуля, реализованные с помощью искусственных нейронных сетей. Число входов каждой из этих сетей обусловлено числом факторов, входящих в соответствующую группу. На входы искусственных нейронных сетей подаются значения показателей в виде величин в диапазоне от 0 до 1. На выходе каждой ИНС формируются значения оценки соответствующей группы факторов также в виде величин в диапазоне от 0 до 1. Полученные в итоге значения оценки групп факторов подаются на вход сети ANFIS, которая представляет собой второй уровень системы оценки качества обучения студентов вуза. А выходная переменная системы ANFIS представляет собой численную оценку качества обучения студентов вуза. Двухуровневое вычисление упрощает сбор данных для обучения искусственных нейронных сетей, а также процесс формирования экспертных оценок для обучения и формирования входов искусственных нейронных сетей и сети ANFIS. Предложенная система оценки качества обучения студентов вуза позволяет получить числовую оценку, представляющую собой суммарный показатель, характеризующий результаты деятельности образовательного учреждения и показывающий, насколько эффективно проходит процесс обучения.