Прикладная информатика. Научные статьи
Скачать книги из серии Прикладная информатика. Научные статьиCreation of a chemical-technological system digital twin using the Python language
В настоящее время при моделировании сложных технологических процессов в киберфизических системах все более широкое распространение получают процедуры создания так называемых цифровых двойников (ЦД), которые являются виртуальными копиями реальных объектов и отражают их основные свойства и характеристики на различных этапах жизненного цикла. Применение цифровых двойников позволяет в реальном времени отслеживать текущее состояние моделируемой системы, а также предоставляет дополнительные возможности для инжиниринга и более глубокой настройки входящих в нее компонентов для повышения уровня качества выпускаемой продукции. Развитию технологии «цифровой двойник» способствует происходящая в настоящее время Четвертая промышленная революция, характеризующаяся массовым внедрением в производство киберфизических систем. Указанные системы основаны на использовании новейших технологий обработки и представления данных и обладают сложной структурой информационных связей между ее компонентами. При создании цифровых двойников элементов подобных систем целесообразно использовать языки программирования, которые позволяют реализовывать визуализацию моделируемых процессов, а также предоставляют удобный и развитый аппарат для работы со сложными математическими зависимостями. Подобными характеристиками обладает язык программирования Python. В статье в качестве примера киберфизической системы рассматривается химико-технологическая система на основе обжиговой машины конвейерного типа. Данная система предназначена для реализации процесса производства окатышей из отходов добычи апатит-нефелиновых руд. В статье описаны различные аспекты создания цифрового двойника ее элементов, осуществляющих химико-технологический процесс сушки применительно к единичному окатышу. Цифровой двойник реализован с использованием языка программирования Python 3.7.5, и предусматривает визуализацию протекания процесса в виде трехмерной интерактивной модели. Визуализация выполнена с применением библиотеки VPython. Приводится описание алгоритма работы программного обеспечения цифрового двойника, вид интерфейса информационной системы, формат входной и выходной информации, а также результаты моделирования исследуемого химико-технологического процесса. Показано, что разработанный цифровой двойник может применяться в трех вариантах: самостоятельно (Digital Twin Prototype), в качестве экземпляра цифрового двойника (Digital Twin Instance), а также в составе совокупности цифровых двойников (Digital Twin Aggregate).
Методы создания автоматизированных средств обучения программированию
В статье рассматриваются вопросы автоматизированного обучения программированию. Программирование в современном мире является одной из самых быстро развивающихся и перспективных отраслей. По данным кадровых агентств сейчас наблюдается нехватка программистов узкой специализации, и она будет только расти. В настоящее время к квалификации программистов работодатели предъявляют повышенные требования. Поэтому обучение программированию на курсах или повышение квалификации является особенно актуальным. При этом возрастает роль именно автоматизированного обучения, которое позволит сделать обучение более доступным. В статье анализируются принципы построения и типичные элементы существующих обучающих курсов, а также методы повышения эффективности именно автоматизированного обучения, которое можно проводить онлайн. Актуальными вопросами при таком обучении является создание условий, при которых обучаемый получал необходимые практические навыки – навыки написания и отладки рабочего кода на языке программирования в отсутствие или при минимальном присутствии преподавателя. Важным моментом при очном обучении программированию является проверка кода преподавателем, поиск ошибок и выявление неэффективного кода. При этом обучаемому дается обратная связь. При автоматизированном обучении задачи должны быть построены таким образом, чтобы можно было автоматизировано выполнить проверку кода. В статье предложены изменения и дополнения, которые повысят эффективность существующих автоматизированных курсов по обучению программированию. Проведен анализ существующих систем верификации программного кода и выявлены те методы верификации, которые применимы при обучении. Автоматическая верификация программного кода может вывести обучение на новый, более высокий уровень.
Virtualization technologies and information system security
Актуальность исследования продиктована внедрением цифровизации во все сферы жизнедеятельности людей, своевременной защиты информации, и в первую очередь персональных данных граждан. Задачей проведенного исследования послужила необходимость преобразования методов и подходов защиты информации при ее передачи, создании и хранении. Методический арсенал проведенного исследования представлен общенаучными методами познания сути и содержания изучаемого явления, структурирования составляющих его элементов и их системного обобщения, анализа причинно-следственной связи между функционалом визуализации и защитой информационного обеспечения принимаемых управленческих решений. В представленной статье рассмотрены проблемы применения технологии виртуализации для цифровой трансформации бизнеса – защиты конфиденциальной информации. Авторами проанализированы основные технологии виртуализации для цифровой трансформации бизнеса и сделан вывод о необходимости совершенствования нормативно-правовой базы в данной области. Значимость настоящей статьи заключается в том, что применение метода виртуализации позволит повысить уровень безопасности бизнеса с минимальными потерями. Действующий ГОСТ Р 56938–2016 «Защита информации при использовании технологий виртуализации» не в полной мере отражает вопросы защиты информации в условиях ее визуализации, что приводит к необходимости совершенствования нормативно-правовой базы при использовании технологий виртуализации для защиты информации. Особое внимание при этом следует уделить облачным хранилищам, сервисам для совместной работы и общения, программам для удаленного управления проектами, решениям в области кибербезопасности, CRM-системам. Все это особенно актуально сегодня, в период появления виртуальных рабочих мест и перевода работников на дистанционный режим работы.
Разработка информационной системы программ-оракулов в блокчейн системах управления
Программы-оракулы принимают информацию с различных источников, преобразуют ее и передают смарт-контрактам. Они могут также принимать данные от смарт-контракта и передавать их внешнему источнику данных. Обеспечение безопасности, валидности и целостности поставляемых данных определяет успех работы блокчейн-системы, следовательно, тема исследования актуальна. Цель написания статьи – выявить практически важные особенности программ-оракулов, расширить наши представления о роли программ-оракулов в успехе блокчейн-систем управления и разработать вариант архитектуры информационной системы, отвечающий необходимым требованиям. Перед авторами стояли задачи исследования всех уязвимостей, связанных с применением программ-оракулов и разработка оптимального архитектурного решения. В процессе исследований были использованы методы обзора научной литературы по тематике исследования, сбора, структурирования и анализа полученной информации, методы выбора решений. В результате исследования предложена концепция интеллектуальной системы передачи внешних данных в блокчейн-систему управления и разработана оптимальная архитектура указанной интеллектуальной системы. Данное решение направлено на повышение безопасности применения программ-оракулов блокчейн-систем управления, особенно блокчейн-систем управления приложений промышленного интернета вещей. Решение может быть использовано разработчиками систем распределенного реестра для эффективного запуска и реализации проектов.
Оценка флуктуационных свойств взаимодействия растровых структур различных линиатур при воспроизведении полноцветных изображений
Статья посвящена исследованию флуктуационных свойств взаимодействия растровых структур с различной линиатурой в процессе полноцветной печати и разработке метода оценки визуального восприятия этих взаимодействий. Одной из основных задач, решаемых в процессе полиграфического воспроизведения изобразительной информации, является соблюдение равномерности тона участков изображения на печатном оттиске. Нарушение равномерности тона приводит к возникновению флуктуаций и, как следствие, к ухудшению визуального восприятия готовой изобразительной продукции, которое является основополагающим при выборе технологии воспроизведения изображения. Данный вопрос является особенно актуальным при изготовлении полноцветных изображений, где происходит взаимодействие нескольких растровых структур, изготавливаемых для четырех копий изображения, соответствующих краскам полиграфического синтеза в процессе цветоделения. Существенное влияние на уровень флуктуаций оказывает не только выбор углов взаимного расположения данных структур, которое регламентируется технологическими стандартами, но и выбор линиатуры растрирования. В то же время, соблюдение технологических стандартов не всегда гарантирует качественный результат. Цель исследования – обеспечение возможности выбора оптимальной линиатуры регулярных растровых структур, которая, при взаимном сочетании данных структур, позволит минимизировать уровень заметности флуктуаций (шумов) и, как следствие, повысить качество полноцветной печатной продукции. Для достижения поставленной цели в рамках данной работы разработан метод оценки флуктуационных свойств взаимодействия растровых структур, основанный на вычислении величины стандартного отклонения, характеризующего гистограмму конкретного растрового поля, и, как следствие, уровень флуктуаций. Разработанный метод позволяет выбрать оптимальную линиатуру растрирования, которую можно использовать при двойном или тройном сочетании растровых структур.
Метод разрешения лексической многозначности поискового запроса на основе онтологий
Одним из факторов, влияющих на релевантность результатов информационного поиска, является многозначность поискового запроса, выраженная лексическими средствами естественного языка. Отмечено, что практически каждое слово естественного языка, кроме строго однозначных терминов, особенно принадлежащее общеупотребительной лексике, многозначно, его зависит от контекста употребления слова. Многозначность лексической единицы проявляется на этапе поискового запроса. Предлагается метод разрешения многозначности лексических единиц в поисковом запросе, основанный на онтологиях. Обосновано, что онтологии позволяют достаточно точно передавать семантическую составляющую данных, относящихся к предметной области. Предлагаемый метод лексического многовариантного разрешения может быть описан следующим образом. Поисковый запрос пользователя поступает на вход поисковой системы. Поисковая система связывается с библиотекой онтологий, чтобы найти поисковый запрос пользователя. Если лексическая единица из поискового запроса многозначна, то поисковая система предложит пользователю список предметных областей, в которых была найдена лексическая единица из поискового запроса. Часто пользователь заранее ищет результат из конкретной предметной области. Когда предметная область определена, поисковая система определяет ближайшие элементы в структуре онтологии, а при ранжировании результатов поиска система будет руководствоваться их наличием или отсутствием. Использование онтологий также позволяет добавлять в поисковый запрос синонимы и аббревиатуры, означающие одно и то же понятие разными лексическими средствами. Предлагаемый подход позволит решить проблему лексической многозначности и существенно разгрузить поисковую выдачу, оставив только предметную область, представляющую интерес для пользователя.
Использование статистических методов для анализа и прогноза UDP-flood атак
Web-ресурсы являются неотъемлемой частью жизни современного человека, которые в настоящее время все чаще подвергаются хакерским атакам, таким как внедрение операторов SQL, межсайтовое выполнение сценариев и др. DDоS-атаки продолжают входить в топ-10 сетевых атак и приводить к серьезным сбоям и отказам работы web-ресурсов, наиболее распространенным типом DDоS-атак является UDP-flооd атаки, основанные на бесконечной посылке UDP-пакетов на порты различных UDP-сервисов. Основанием для проведения эмпирического исследования являются факторы: отсутствие эффективных средств защиты от DDоS-атак, специфика UDP-flооd атак, отсутствие моделей прогнозирования, адекватно описывающих исследуемый процесс. Целью исследования является повышение уровня защищённости web-ресурсов, за счет своевременного обнаружения аномалий в их работе, обнаружении информационных угроз безопасности на основе методов анализа и прогнозирования. В качестве объекта исследования был выбран тип атак UDP-flооd из семейства DDоS атак. Методами корреляционного анализа и моделирования были рассчитаны индекс сезонности UDP-flооd атак, автокорреляция временного ряда данного типа атак, на основе моделей простого экспоненциального сглаживания и нейросетевого прогнозирования построен прогноз UDP-flооd атак. В работе предложена классификация DDоS-атак, описаны способы защиты. На основе корреляционного анализа рассчитаны прогнозные значения воздействия UDP-flооd атак на web-ресурсы, выявлен фактор – сезонность. Анализ результатов прогнозирования показал, что разброс прогнозных значений не значительный, наибольшее количество атак ожидается в IV квартале 2020 года. Для DDоS-атак длительностью до 20 минут также выявлена сезонность в I квартале календарного года, а значит, в I квартале 2020 года следует ожидать наибольшее количество атак данной длительности. Перспективы дальнейшего исследования проблемы защиты от DDоS атак представляются в дальнейшей проработке методики противодействия UDP-flооd атакам, алгоритмов информационной безопасности web-ресурсов, что позволит сократить количество инцидентов UDP-flооd атак, планировать мероприятия по повышению уровня защищенности web-ресурсов, повысить уровень их защищенности.
О проблеме обеспечения интероперабельности при автоматизации поддержки принятия решений
Актуальность вопроса интероперабельности автоматизированных систем управления определяется тем, что применение прикладных программ в их составе обеспечивается с использованием формализованной информации об управляемых процессах и объектах, формируемой на основе системы классификации и кодирования, работа которой сильно осложняется при увеличении масштаба управляемых систем и номенклатуры применяемых программных средств. По существующим нормативным документам, взаимодействие между автоматизированными системами управления организуется через специализированные протоколы взаимодействия: технического, организационного, информационного, программного. С ростом масштабов управляемых систем появляется проблема поддержания наборов протоколов в актуальном состоянии, углубляющаяся с увеличением общего количества и типов взаимодействующих агентов в сети управления. В рамках используемой в настоящее время «жесткой» системы кодирования, решить указанную проблему проблематично. Целью исследования является поиск путей решения проблемы интероперабельности, основанных на других, отличных от организационных принципах. Для решения этой проблемы в статье сформулирована постановка задачи обеспечения интероперабельности в распределённых мультиагентных средах на основе методов «нечеткой» классификации и кодирования. С использованием общенаучного метода системного анализа, синтезированы предложения по разделению систем автоматизированного управления на два кластера, в одном из которых совместимость может быть обеспечена с использованием алгоритмических методов на основе методов «нечеткого» информационного обеспечения. Учитывая, что таких систем в практике управления большинство, теоретически возможно использование указанного метода для решения проблемы взаимодействия. Полученные результаты не противоречат принципам создания единого информационного пространства, а дополняют их за счет перехода от организационных методов обеспечения взаимодействия систем к технологическим.
