Содержание № 2, 2020 г.

Обзоры

Макаренко А.В. Глубокие нейронные сети: зарождение, становление, современное состояние (с. 3-19) 

Аннотация. Рассмотрено эволюционное развитие искусственных нейронных сетей: от зарождения в виде нейрона Маккаллока – Питтса до современных глубоких архитектур. Перечислены основные «нейросетевые кризисы» и показаны причины их появления. Основное внимание уделено нейронным архитектурам, обучающимся в режиме «обучения с учителем» по размеченной выборке данных. Приведены ссылки на оригинальные работы и основополагающие математические теоремы, формирующие теоретический фундамент под направлением искусственных нейронных сетей. Проанализированы причины затруднений на пути к формированию эффективных глубоких нейронных архитектур, рассмотрены пути разрешения возникших трудностей, выделены обстоятельства, способствующие успеху. Перечислены основные слои свёрточных и рекуррентных нейронных сетей, а также их архитектурные комбинации. Приведены примеры и ссылки на статьи, демонстрирующие эффективность глубоких нейронных сетей не только на данных, имеющих ярко выраженные структурные паттерны (изображения, голос, музыка и др.), но и на сигналах стохастического/хаотического характера. Выделено также одно из основных направлений развития свёрточных нейросетей – внедрение в слои обучаемых интегральных преобразований. На базовом уровне рассмотрена современная архитектура «Трансформер» – мейнстрим в задачах обработки последовательностей (в том числе в компьютерной лингвистике). Приведена ключевая проблематика современной теории искусственных нейронных сетей.

Ключевые слова: глубокое обучение, свёрточные нейронные сети, рекуррентные нейронные сети.

 Анализ и синтез систем управления

Баженов С.Г., Козяйчев А.Н., Королев В.С. Частотные методы анализа устойчивости самолета с многосвязной системой управления (с. 20-27)

Аннотация. В рамках частотного подхода рассмотрены методы исследования устойчивости многосвязных систем. Методы предусматривают: размыкание системы по одному контуру при замкнутых остальных и расчет передаточной функции разомкнутой системы; размыкание системы по всем сигналам выбранного сечения и решение уравнения потери устойчивости; определение собственных значений матрицы передаточных функций разомкнутой системы. Показано, что суть рассмотренных методов сводится к уравнению потери устойчивости, тем самым доказана их эквивалентность для расчета областей устойчивости. Применение методов продемонстрировано при расчете областей устойчивости магистрального самолета с комплексной системой управления в боковом канале, где в качестве органов управления служат элероны и руль направления и реализованы интегральные алгоритмы. Выявлена нелинейная зависимость передаточных функций, определяющих устойчивость замкнутой системы от коэффициентов усиления алгоритмов управления, что вносит неопределенность в понятия запасов по амплитуде и фазе для многосвязных систем.

Ключевые слова: многосвязная система, передаточная функция, разомкнутая система, матрица передаточных функций, область устойчивости, самолет, комплексная система управления.

Ковешников В.А., Мехтиев А.Я. Исследование накопительно-сортировочного метода решения задач параметрической оптимизации (с. 28-35)

Аннотация. Отмечено, что при проектировании сложных систем возрастает актуальность решения задач оптимизации. Однако на практике оптимизация затруднена ввиду отсутствия надежных методов, дающих эффективные решения независимо от особенностей математической модели. Разработка методов, позволяющих решать произвольные задачи параметрической оптимизации, представляет собой сложную задачу. Рассмотрена сущность нового подхода, основанного на эвристиках, эксперименте и предусматривающего применение специальных процедур отсечения и сортировки, Парето-анализа и методов теории случайных процессов. Разработано программное обеспечение и несколько модификаций соответствующего метода, проведена их апробация на ряде тестовых функций повышенной сложности с учетом всего спектра задач параметрической оптимизации. Экспериментально доказана высокая эффективность рассматриваемого подхода. Метод может быть применен для решения сложных научно-исследовательских задач, а его программное обеспечение входить в состав больших интегрированных систем, таких как системы автоматизированного проектирования, интеллектуальные системы, везде, где есть многовариантный анализ как механизм принятия решений.

Ключевые слова: случайный поиск, многоэкстремальность, дискретная оптимизация, непрерывная оптимизация, целочисленность, неопределенность.

Управление в социально-экономических системах

Белов М.В. Согласованное управление многоэлементными динамическими организационными системами. Ч. 2. Многоуровневая динамическая организационная система (с. 36-46)

Аннотация. Полученные в первой части статьи результаты распространены на многоуровневую динамическую многоэлементную организационную/активную систему (ОС), а также на случай неопределённых затрат агентов. Доказаны утверждения о том, что для любой допустимой траектории результатов может быть построена согласованная компенсаторная система стимулирования, которая реализует (как равновесие в доминантных стратегиях) траекторию действий агентов, приводящих к требуемой траектории результатов; декомпозирует задачу управления по агентам и по периодам времени; гарантированно обеспечивает (по всем возможным дальновидностям агентов) минимальные затраты управляющего органа (центра) на реализацию данной траектории результатов. Показано, что в таких системах стимулирования размеры платежей зависят только от соответствующих значений функций затрат, которые, в свою очередь, косвенно учитывают технологические функции, структуру сетей и структуру ОС в целом. Поставлена задача оптимального планирования и указан алгоритм её решения.

Ключевые слова: стимулирование, многоуровневые динамические активные системы, согласованное управление.

Информационные технологии в управлении

Подлазов В.С., Каравай М.Ф. Расширение возможностей системной сети «Ангара» (с. 47-56) 

Аннотация. Рассмотрен способ расширения возможностей системной сети «Ангара» благодаря совместному применению собственных 24-портовых маршрутизаторов и рыночных «хабов» 1х3 и 1х4. Способ основан на применении сетей с топологией квазиполных графов, построенных в расширенном элементном базисе, состоящем из коммутаторов (маршрутизаторов) и хабов дуплексных каналов. Эти сети лежат в основе метода инвариантного расширения произвольных сетей, сохраняющего задержки передачи расширяемых сетей и наращивающего число их абонентов. Этим методом из маршрутизаторов сети «Ангара» построен распределенный расширенный маршрутизатор, и на его основе построены сети со структурой 1, 2, 3, 4-мерных торов либо содержащие существенно большее число абонентов при одинаковом диаметре сети, либо имеющие меньший диаметр при одинаковом числе абонентов по сравнению с сетью «Ангара». Фактически рассмотренный способ дал возможность увеличить число процессоров, сократить диаметр и повысить канальную отказоустойчивость сети.

Ключевые слова: системные сети суперкомпьютеров, сеть «Ангара», сети с топологией квазиполных графов, инвариантное расширение сетей, число абонентов сети и диаметр сети, масштабирование и быстродействие.

Управление техническими системами и технологическими процессами

Муромцев Д.Ю., Грибков А.Н., Тюрин И.В., Шамкин В.Н. Алгоритм оптимального управления многомерными технологическими объектами при изменении их производительности на длительном интервале времени (с. 57-68)

Аннотация. Обсуждены вопросы управления сложными энерго- и ресурсоемкими технологическими объектами, работающими в режимах переменной производительности по получаемым продуктам на длительном интервале времени, с помощью алгоритмов дестабилизационной оптимизации. Рассмотрена линейная задача дестабилизационной оптимизации режимов многомерного технологического объекта, функционирующего на интервале времени, когда его производительность меняется дважды, при избыточности управляющих воздействий, влияющих на координаты состояния объекта, появляющиеся в результате дестабилизации. Задача декомпозирована на совокупность линейных одномерных задач дестабилизационной оптимизации с избыточностью управляющих воздействий, в основе решения которых лежит сформулированная теорема и разработанный на её основе алгоритм. Геометрически проиллюстрирована работа этого алгоритма с указанием получаемого эффекта. Продемонстрирована возможность применения дестабилизационного управления реальным производственным объектом – крупной воздухоразделительной установкой низкого давления. Отмечена необходимость разработки алгоритма решения линейной задачи дестабилизационной оптимизации режимов многомерного технологического объекта с избыточностью управляющих воздействий, функционирующего при неоднократном изменении его производительности на интервале времени.

Ключевые слова: дестабилизация, интервал времени, интегральный критерий, многомерный объект, оптимизация, производительность, оптимальное управление, дополнительный эффект.

Философские вопросы управления

Дозорцев В.М. От неклассической к постнеклассичекой науке: пример компьютерных тренажёров для обучения операторов технологических процессов (с. 69-82) 

Аннотация. Дан обзор проблематики построения и применения компьютерных тренажёров для обучения операторов технологических процессов в рамках периодизации научной рациональности от классической и неклассической к постнеклассической. Представлены ключевые постнеклассические характеристики современных тренажёров – саморазвитие, междисциплинарность, антропоцентрический фактор, ориентация на практику. Особое внимание уделено технике имитационного моделирования как принципиально новому способу определения отклика сложной технической системы на произвольные вмешательства пользователей, а также иммерсивным инструментам воспроизведения рабочей среды обучаемого оператора. Исследована постнеклассическая роль инструктора, сочетающая функции организатора тренинга, агента развития, инициирующего перенастройку компонентов тренажера и совершенствование методик обучения, а также ключевого звена капитализации знаний лучших профессионалов. Показаны принципиальные изменения в организации и реализации тренажёрного проекта, охватывающего теперь не только стадии исследования и разработки, но и сопровождение, и развитие тренажерных систем. Рассмотрены перенос приобретаемых в тренинге навыков и современные подходы к автоматизированной оценке работы операторов на тренажере. Проанализированы базовые тенденции в тренажеростроении: изменение мотивов тренинга (превалирование профессионального роста и самореализации работников), поколенческий сдвиг на фоне революционного обновления средств труда (виртуальная и смешанная реальности, советчики на базе искусственного интеллекта), развитие и оценка профессиональных компетенций работников. С учетом высокой синтетичности тренажерных технологий изложение опирается на широкий понятийный контекст, включая научно-технические, когнитивно-психологические, педагогические, социально-экономические и литературные феномены.

Ключевые слова: классическая, неклассическая и постнеклассическая научная рациональность, технологические процессы, компьютерные тренажеры для обучения операторов, саморазвивающиеся системы, человекоразмерность сложных технических систем, междисциплинарный подход.

Хроника

XXVII международная конференция «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (с. 83-87)

Номер целиком