Методы и технологии принятия решений. Рубрика в журнале - Онтология проектирования
Применение метода парных сравнений при проектировании композитных корпусов космических телескопов
Статья научная
Рассматривается задача проектирования прецизионных крупноразмерных корпусных конструкций. Отмечена перспективность применения композиционных материалов в крупногабаритных несущих конструкциях космических телескопов. Проектная задача создания несущей конструкции корпуса телескопа оптико-электронного комплекса сформулирована в стандартной форме в терминах нелинейного математического программирования. Осуществлена декомпозиция задачи на ряд структурных и параметрических подзадач. Отмечены трудности формализации задачи выбора структурных решений и на примере корпусной композитной конструкции космического телескопа показаны пути её решения. Подробно рассмотрены выбор концепции силовой схемы корпуса телескопа и директивной технологии его изготовления. Для выбора рационального варианта конструкции и технологических приёмов изготовления корпуса с учётом разнородных требований к изделию применён метод парных сравнений. Приведены оригинальные технические решения, подтверждённые патентами: корпус телескопа в виде оболочки с наружным набором подкрепляющих рёбер и технология её формования с использованием эластичных формующих элементов. Показаны примеры корпусных конструкций из композиционных материалов, спроектированных и изготовленных с использованием представленных методов. Эффективность применённых методов при проектировании композитных конструкций в условиях действия комплекса разнородных требований к изделию подтверждена параметрами изготовленных изделий.
Бесплатно
Применение методов искусственного интеллекта при формировании индивидуальной траектории обучения
Статья научная
Рассматривается возможность применения методов искусственного интеллекта в системе управления дистанционным обучением. Представлена структурная схема интеллектуальной системы управления дистанционным обучением. Выделены направления применения онтологического моделирования в данной системе. Рассмотрены подходы к решению задачи формирования индивидуальной траектории обучения на основе графа знаний электронного учебного курса, возможность построения векторных представлений графа знаний и использования нейронных сетей для анализа цифрового следа обучаемых. Задачи исследования включают: построение графа знаний электронного учебного курса; применение векторных представлений вершин и отношений графа знаний; выбор архитектуры, структуры и обучение нейронной сети для решения задачи формирования индивидуальной траектории обучения. В предложенном подходе для формирования индивидуальной траектории обучения используется граф знаний электронного курса, включающий параметры электронного курса и данные о пользователях, прошедших обучение. Представление элементов графа в виде векторов позволяет применить к исследованию предметной области методы машинного обучения, в том числе нейросетевые модели. Приводится методический пример использования предложенного подхода.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время идёт активная цифровизация процессов предоставления государственных услуг и исполнения функций государственными органами власти. В сфере государственных услуг поставлена задача их проактивного предоставления, вследствие чего появляется необходимость разработки систем поддержки принятия решений для оказания услуг населению в проактивной форме и их информационного обеспечения. Такие системы должны иметь возможность адаптироваться к изменению законодательства и обладать таким механизмом логического вывода, который мог бы определять государственные услуги, полагающиеся заявителю, на основании ограниченной информации о нём. Цель работы - исследование возможности применения миварного подхода при создании подобных систем поддержки принятия решения. Описана суть миварного подхода как математического аппарата для разработки систем искусственного интеллекта, созданных путём комплексирования продукционного подхода и «сетей Петри». Рассмотрены модели и методы миварного подхода, проведён анализ моделей представления структур данных, а также методов поиска маршрута логического вывода на сети правил. Представлено технологическое и техническое описание системы поддержки принятия решений, основанной на миварном подходе. Предложены этапы построения логической сети гиперправил с мультиактивизаторами, созданной с использованием экспертных систем, и показана её реализация на примере предоставления государственных услуг.
Бесплатно
Проектирование алгоритмов прогнозирования технического состояния электромеханических приводов
Статья научная
Прогнозирование технического состояния электромеханических приводов обусловлена необходимостью своевременного обнаружения неисправностей, развитие которых может привести к происшествию или невозможности выполнения функционального назначения объекта. Предлагается методика проектирования алгоритмов прогнозирования технического состояния электромеханических приводов, объединяющая методы математическое моделирование электромеханического привода, основанные на регрессионном, спектральном и корреляционном анализах. Новизна работы заключается в адаптации и интеграции существующих методов обработки стационарных сигналов, учитывающих специфику объектов диагностики, которые включают взаимодействующие электрическую и механическую подсистемы. Представленные результаты получены на основе данных, сформированных с использованием разработанной математической модели, позволяющей учитывать типовые неисправности механической природы. Для повышения точности трендовых моделей в работе выделены диагностические признаки. Установлены зависимости между ними и параметрами, позволяющими описать степень развития деградаций, характеризующих расходование технического ресурса привода. В качестве целевых функций приняты точность прогноза параметров технического состояния и сложность моделей отклика, определяемая количеством используемых диагностических признаков. Приведѐн пример проектирования и применения алгоритма прогнозирования неисправностей электромеханического привода беспилотного летательного аппарата самолѐтного типа, связанных с изменением люфта, вязкого и сухого трений.
Бесплатно
Проектирование силовых аддитивных конструкций: теоретические основы
Статья научная
Рассматриваются взаимосвязи и взаимное влияние в триаде основных инженерных понятий - материал, технология, конструкция. Обсуждаются возможности аддитивных технологий по созданию новых конструкций и материалов. Ставится и решается задача об оптимальном распределении материала в теле с переменной плотностью. Предлагается алгоритм топологической оптимизации силовых конструкций из материала с переменной плотностью по критерию минимума массы. Основные механические свойства гипотетического материала предполагаются пропорциональными его плотности. Рассматриваются ограничения по прочности и жёсткости при одном и нескольких случаях нагружения. Обсуждается и уточняется содержание понятий «оптимальная» и «рациональная» конструкция. Предлагается объективный критерий «силовой фактор», который учитывает величину и протяжённость действия внутренних усилий, для сравнения весового совершенства различных вариантов конструкций и оценки их близости к теоретически оптимальному решению. Приводятся примеры проектирования плоских и пространственных конструкций.[Н1] Как одно из возможных направлений дальнейшего развития аддитивных технологий формулируются задачи по разработке новых материалов и способов создания структур с переменной плотностью.
Бесплатно
Статья научная
Цель работы - проектирование схемы системы поддержки принятия решений перекомпонуемого производства с применением онтологического подхода и математического моделирования. Проведена декомпозиция процесса производства продукции в перекомпонуемом производстве, выделены основные влияющие факторы. Приведена концептуальная схема и иерархия классов построенной онтологии предметной области. Для учёта приоритетности влияющих факторов и выявления управляющих воздействий, влияющих на скорость перекомпомпоновки производства, разработана причинно-следственная схема Исикавы. Предложено формализованное описание процесса выбора оптимального пути перекомпонования производственной системы. Разработана схема системы поддержки принятия решений для перекомпонуемого производства, основанная на учёте временных и пространственных факторов перекомпоновки. Предложена структура времени перекомпоновки, позволяющая оптимизировать несколько факторов одновременно. Приведён пример оптимизации времени перекомпоновки участка перекомпонуемого производства с применением метода динамического программирования Беллмана и теории графов.
Бесплатно
Рекомендательная система на основе обобщѐнного указателя журналов
Статья научная
Рассматривается тематическая классификация журналов на примере «Белого списка» – Единого государственного перечня научных журналов. Ставится задача автоматизации анализа тематического направления журналов. Используется Государственный рубрикатор научно-технической информации (ГРНТИ), классификаторы: Универсальная десятичная классификация (УДК), Mathematics Subject Classification (MSC) и др., а также онтология семантической библиотеки предметных областей SciLibRu. На основе данных о журналах «Белого списка» и источников в библиотеке SciLibRu составляется обобщѐнный указатель, который включается в граф знаний SciLibRu. Пользователи библиотеки SciLibRu получают возможность навигации по разным аспектам информации о журналах (тематика, категория и др.), что упрощает выбор журнала для возможной публикации. Приводится пример поиска журнала, основанный на семантическом анализе статьи для определения еѐ тематической принадлежности к предметной области журнала из «Белого списка». Сформированный обобщѐнный указатель в библиотеке SciLibRu позволяет задавать на естественном языке запросы, связанные с выбором издания для публикации. Предложенная методология может быть распространена на другие предметные области (данные о конференциях и др.). Практическая значимость исследования состоит в автоматизации подбора тематики журнала для подготовленной научной статьи.
Бесплатно
Робот-проектант: на пути к реальности
Статья научная
Со времени выхода статьи «Робот-проектант: фантазия и реальность», опубликованной в журнале «Онтология проектирования» №4(6) в 2012 году, прошло ровно три года. В данной статье представлены новые результаты исследований, выполненных в Самарском государственном аэрокосмическом университете имени С.П. Королева, в области автоматизации предварительного проектирования самолета. Основное внимание уделено формализации знаний, проектных процедур и операций в выбранной предметной области, семантическому и математическому моделированию. В качестве семантической основы будущей информационной системы (интеллектуального помощника проектанта) выступает тезаурус предметной области, который является интегратором всех баз данных, знаний, процедур и сценариев проектирования. Существенным развитием в формализации проектных работ является математическое моделирование - симбиоз параметризованных геометрических 3D моделей, статистических и конечно-элементных моделей при оценке аэродинамических нагрузок, прочности и масс конструкции. Особое место в создании робота-проектанта занимает интерфейс, который должен обеспечить конструктора всей необходимой информацией для принятия окончательных решений и «объяснить» при необходимости «свои» рекомендуемые решения. Созданный прототип робота-проектанта в виде демонстрационного образца в сложной, высокотехнологичной и наукоёмкой области позволяет надеяться в будущем на реализацию автоматического проектирования простых конструкций и сокращение времени проектирования традиционных схем артефактов.
Бесплатно
Самоорганизующиеся сетевые экспертные среды в системах с эндогенным принципом целеуказания
Статья научная
В статье обсуждается проблема построения модели функционирования социально-экономической системы, использующей механизмы информационного взаимодействия её участников. Центральным моментом такого взаимодействия является формирование согласованных представлений о целях, ограничениях, потребностях, возможностях и направлениях развития. Модель позволяет не только определить заказчиков и потребителей товаров и услуг, требования к объёмам и показателям качества, но и формировать их представления о собственных потребностях. Это позволяет считать, что механизмы формирования согласованных представлений и способов действия участников системы являются более эффективными, чем, например, рыночные или командно-иерархические. Показано, что наиболее перспективной формой информационного взаимодействия при решении задач поиска, производства нового знания и определения направления его использования становятся саморазвивающиеся сетевые экспертные среды. Элементарной частью такой среды является эксперт-профессионал, владеющий современными телекоммуникационными технологиями. Интеграция в сетевой структуре естественных интеллектов образует коллективный стратегический субъект, который является средством синергии знаний и действий в процессе развития. Рассматривается проблема построения самоорганизующихся сетевых экспертных сред для обеспечения инновационного развития производств, выпускающих высокотехнологичную, наукоёмкую продукцию и услуги.
Бесплатно
Система выбора и ранжирования альтернатив Свирь-М: теоретические основы и практика применения
Статья научная
Рассматриваются системы верхнего уровня принятия решений - выбора вариантов на конечном множестве альтернатив, - названные системами многомерного оценивания объектов. Приводятся примеры таких систем. На основе невозможности установления в общем случае полного и строгого порядка на конечном множестве альтернатив логическими методами даётся теоретическое обоснование универсальности системы, включающей логические и вычислительные методы многомерного оценивания объектов. Приводятся аксиомы, положенные в основу разработки логических и вычислительных моделей многомерного оценивания объектов. На основе принципов системного анализа, применяемых для выбора сущностей по многим показателям на конечном множестве альтернатив, устанавливаются связи между методами многомерного упорядочения и классификации объектов, а также связи внутри групп этих методов. Такие связи воплощены в дереве задач, решаемых в новой редакции системы выбора и ранжирования СВИРЬ-М. Излагаются принципы, положенные в основу разработки этой системы, которая состоит из девяти программ, настраиваемых на требуемую задачу. В интерфейсе настройки на решаемую задачу моделируется дерево задач многомерного оценивания объектов. Исходными данными для СВИРЬ-М является конечное множество объектов, характеризуемое конечной совокупностью показателей и требований к ним. Подготовка исходных данных включает: групповую подготовку, выполняемую в табличном процессоре MS Excel , и индивидуальную, выполняемую средствами системы. Создаваемая в системе модель многомерного оценивания объектов может применяться для решения различных задач. Приводятся примеры применения системы для решения практических задач.
Бесплатно
Система поддержки принятия решений для бизнес-процесса внутреннего аудита качества предприятия
Статья научная
Изложен подход по применению ситуационно-онтологической методологии построения системы поддержки принятия решений для предметной области внутреннего аудита качества предприятия. Отмечается проблема, связанная с высокими требованиями к компетенции специалистов данной области. Для предметной области внутреннего аудита качества разработана концептуальная модель в виде её функциональной схемы. С использованием стандарта IDEF5 разработана онтологическая модель одной из основных функций бизнес-процесса аудита качества, предложен подход к организации хранения информации бизнес-процесса в базе данных. Для функции классификации причин несоответствий при аудите качества приведён пример настройки решателя интеллектуальной компоненты системы поддержки принятия решений. Выявлены значимые точки принятия решений в бизнес-процессе аудита качества, сформирована структура взаимодействия его участников с интеллектуальной подсистемой системы поддержки принятия решений. Предложена структура интеллектуальной подсистемы системы поддержки принятия решений, используемой в процессе аудита качества на предприятии.
Бесплатно
Система поддержки принятия решений для выбора профиля обучения
Статья научная
Рассматривается подход, позволяющий сделать обоснованный выбор профиля обучения в образовательной организации. Информационные средства образовательных организаций, предоставляющие поддержку пользователям-абитуриентам, основаны на правилах приёма, направлениях обучения и данных о средних баллах поступивших в предыдущие годы. В работе предлагается при выборе профиля обучения учитывать результаты тестирования по Холланду, а полученные данные использовать в правилах выбора профиля обучения в системе поддержки принятия решений. Решение о подходящем пользователю профиле обучения принимается последовательно с учётом степени уверенности в его правильности. Это позволяет предоставить пользователю поддержку: сориентировать пользователя по правилам поступления в образовательную организацию; определить приоритетное направление обучения в соответствии с укрупнёнными группами специальностей и направлений; определить наиболее подходящий профиль в выбранном направлении обучения. Новизна предложенного подхода состоит в сопоставлении шести основных психологических профилей, выделенных по методу Холланда, с направлениями обучения в образовательной организации. По результатам сопоставления формируется база знаний в виде правил принятия решений. Оценка возможных вариантов решений осуществляется с использованием лингвистических переменных, отражающих степень уверенности пользователя в предложенном информационной системой выборе. Для повышения адекватности системы поддержки принятия решений модель процесса принятия решений корректируется при формировании правил принятия решений.
Бесплатно
Система поддержки принятия решений при выборе типа кожухотрубчатого теплообменника
Статья научная
На примере кожухотрубчатого теплообменника описывается создание онтологии предметной области, позволяющей в зависимости от теплоносителя (аммиак, метанол), технологических условий теплообмена (давление, температура) и геометрических параметров теплообменника (диаметр аппарата) выбрать тип теплообменника (с неподвижными трубными решётками, с компенсатором, с U-образными трубками). Онтология предназначена для использования при проектировании химико-технологических систем на этапе их аппаратурного оформления. Представлена функциональная модель, описывающая основные стадии и информационные потоки аппаратурного оформления химико-технологических систем. Каждая стадия аппаратурного оформления осуществляется с помощью информационной модели, позволяющей преобразовать входной информационный поток в выходной. Описана информационная модель выбора типа теплообменника. Модель представлена продукционными правилами и состоит из операторов определения: материала элементов теплообменника в зависимости от теплоносителя, исполнения по материалу, типа теплообменника. Прототип описанной информационной модели реализован в редакторе онтологий Protégé . Приведена онтология и пример запроса на определение типа теплообменника при заданном теплоносителе и технологических параметрах процесса теплообмена. Данные для создания онтологии взяты из нормативных проектных документов. Сделан вывод о целесообразности использования онтологического подхода при создании «умных» проектных документов, в том числе стандартов и технических условий, которые понятны человеку и компьютеру.
Бесплатно
Статья научная
Автономные транспортные средства являются сложными объектами, оснащёнными средствами мониторинга технического состояния и передачи данных для диагностики и прогнозирования. Проектирование новых образцов автономных и роботизированных автомобилей неразрывно связано с разработкой системы технического обслуживания. Эффективное функционирование системы технического обслуживания обеспечивается использованием интеллектуальных технологий и цифровых двойников. В статье рассматривается подход к проектированию системы поддержки принятия решений при техническом обслуживании и ремонте парка автономных транспортных средств. Система поддержки принятия решений ориентирована на роботизированные автомобили сельскохозяйственного назначения. Предлагаемая структура системы носит общий характер и может использоваться в транспортно-логистических предприятиях различных отраслей экономики. Представлена общая архитектура системы технического обслуживания, включающая нейро-цифровой двойник транспортного средства, блок аналитики, имитационные модели процессов эксплуатации и сервисные центры. Компонентами нейро-цифрового двойника являются цифровые двойники агрегатов автомобиля, база знаний, онтология предметной области, искусственные нейронные сети и коллектив экспертов. Предлагаемый подход основам на сочетании интеллектуальных технологий и имитационного моделирования во взаимодействии с коллективом экспертов. Разработан комплекс имитационных моделей функционирования парка автономных транспортных средств. Для анализа процессов эксплуатации автономных автомобилей предложены модели, основанные на стохастических временных раскрашенных сетях Петри. Разработанная системы поддержки принятия решений может быть использована на этапе виртуального ввода в эксплуатацию и при реальной работе автономных транспортных средств.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены алгоритмы проектирования рекомендательных систем на основе анализа данных о продуктовых покупках пользователей одного из крупных онлайновых ритейлеров. Используя современные методы хранения и анализа данных, эффективные рекомендательные системы позволяют формировать покупательский интерес клиентов и повысить стоимость среднего чека в отдельных заказах. В статье описана построенная аппаратно-программная система на облачных веб-сервисах Amazon EMR и S3. С помощью данной системы изучен исходный набор данных, построены типовые примеры рекомендаций и впервые произведено сравнение алгоритмов Alternating Least Squares и Singular Value Decomposition на облачном сервисе для анализа продуктовых онлайн покупок. Рассмотрено применение фреймворков Apache Hadoop и Apache Spark для анализа крупноформатных данных о потребительских корзинах. В статье выполнен анализ пиковых дней недели и ранжирована загруженность в течение дня. Найдены популярные категории товаров. Классифицирован спрос на различные группы товаров по дням недели и частота покупок. Выявлены зависимости между первым и последующими заказами, популярные товары при первом и последующих заказах, изменения предпочтений клиентов с течением времени.
Бесплатно
Структура информационного хранилища системы поддержки принятия клинических решений
Статья научная
Рассматривается построение на основе онтологического подхода информационного хранилища системы поддержки принятия клинических решений слабо-формализуемой предметной области лечения бронхолёгочных заболеваний. Приведён обзор подходов к созданию баз знаний в этой предметной области. Описан метод извлечения знаний, основанный на правилах из клинических рекомендаций и поиске зависимостей между словами в предложениях с учётом последовательности применения правил. Информационное хранилище системы поддержки принятия клинических решений наполняется онтологической и продукционной базами знаний при помощи предложенного метода извлечения знаний. Разработана онтология выбранной предметной области, проведены исследования её качества на основе анализа топологии графа при помощи метрик когнитивной эргономичности. Показана эффективность описанного метода извлечения знаний. Разработана оригинальная архитектура системы поддержки принятия клинических решений.
Бесплатно
Тематическое дешифрирование аэроснимков лесных территорий на основе концептуального моделирования
Статья научная
Дистанционное зондирование Земли является одним из главных источников информации о земной поверхности. С развитием беспилотных летательных аппаратов появилась возможность делать аэроснимки с высоким пространственным разрешением, по которым можно более точно идентифицировать объекты. Цель исследования - повышение достоверности интерпретации аэроснимков за счёт разработки методики автоматизированной обработки снимков на основе концептуального моделирования. Анализ методов тематического дешифрирования снимков показал, что ни один из них не обеспечивает необходимое качество сегментации без дополнительной настройки под предметную область. Применена методика концептуального моделирования предметных задач, которая обеспечивает адекватность синтаксических представлений (в т.ч. различных изображений), позволяет контролировать логику решения задач и уменьшить количество ошибок на этапе её программной реализации. Приведено описание информационной системы тематического дешифрирования снимков, реализующей разработанную методику. Проведена оценка достоверности тематического дешифрирования снимков лесных территорий. Показано, что разработанная методика позволила улучшить идентификацию лесных объектов на аэроснимках на 18,6%. Развитие данной методики может выполняться для определения характеристик идентифицируемых деревьев: возраст, порода, высота, запас древесины.
Бесплатно
Статья научная
В статье приводятся постановки и предлагаемая технология решения широкого круга задач совместной оптимизации по комплексным критериям эффективности проектных разработок и режимов функционирования сложноструктурированных бесконечномерных детерминированных и не полностью определённых систем с распределёнными параметрами применительно к их описанию операторными уравнениями достаточно общего вида с соответствующими начальными и краевыми условиями. В качестве базовой рассматривается детерминированная задача оптимального проектирования программных управлений режимами функционирования распределённой системы с полным объёмом информации о характеристиках объекта. Предлагаемый метод её решения последовательно распространяется на задачи оптимизации проектных разработок в условиях априори фиксируемых внешних воздействий на объект; на комплексную проблему совместной оптимизации и далее на типичные ситуации оптимального проектирования распределённой системы в условиях интервальной неопределённости её параметрических характеристик и внешних возмущений. Развиваемый подход использует предварительную процедуру параметризации искомых решений, опирающуюся на известные аналитические условия оптимальности; последующую операцию точной редукции к специальным задачам математического программирования; альтернансные свойства их экстремалей, подобные известным результатам теории нелинейных чебышёвских приближений, и фундаментальные закономерности предметной области. Приводится представляющий самостоятельный интерес пример применения полученных результатов общего характера к задаче оптимального проектирования промышленного объекта технологической теплофизики производственного назначения. Предлагаемая интерпретация проблемы оптимального проектирования систем с распределёнными параметрами в виде комплексной задачи совместного поиска соответствующих компонентов векторных пространственно-временных управляющих воздействий и обобщенная на достаточно широкий круг подобных задач технология разработки на этой основе программных стратегий принятия решений являются новыми.
Бесплатно
