Репозитарій ІТГІП

Інституційний репозитарій наукових праць Інституту телекомунікацій і глобального інформаційного простору Національної академії наук України

Репозитарій містить:

Монографії, підручники та навчальні посібники
Наукові статті співробітників інституту
Матеріали конференцій
Дисертації та автореферати

Для отримання доступу до подання документів зверніться до адміністратора репозитарію.

Communities in DSpace

Select a community to browse its collections.

Now showing 1 - 5 of 8

Recent Submissions

Інформаційні технології для систем підтримки прийняття рішень в управлінні регіональним розвитком
(Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору Національної академії наук України, 2025) Просянкіна-Жарова Тетяна Іванівна; Трофимчук Олександр Миколайович
Просянкіна-Жарова Т. І. - Інформаційні технології для систем підтримки прийняття рішень в управлінні регіональним розвитком. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – інформаційні технології. Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України, Київ, 2025. Дисертаційну роботу присвячено вирішенню актуальної науковоприкладної проблеми - розроблення інформаційних технологій, призначених для використання у системах підтримки прийняття рішень управління регіональним розвитком органів місцевого самоврядування та державного управління. У дисертації розроблено нові інформаційні технології, які дозволяють обробляти великі обсяги різнорідної структурованої та неструктурованої, часто недостовірної, обмеженої та неповної інформації, приймати коректні рішення щодо розвитку соціально-еколого-економічних систем – регіонів та громад в умовах невизначеності та ризиків різних типів. У роботі представлено інформаційні технології побудови прогнозів розвитку соціально-еколого-економічних систем на основі системної методології адаптивного моделювання і комплексного застосування статистично-ймовірнісного підходу та методів інтелектуального аналізу даних. Розроблені інформаційні технології ґрунтуються на принципах багатомодельного підходу, інтеграції структурованої та неструктурованої інформації, системному використанні методів інтелектуального аналізу даних, моделювання, прогнозування та прийняття рішень. Науковими результатами досліджень є методології створення інформаційної технології виконання системних досліджень складних соціально-економічних систем, розроблення методологічних засад побудови на її основі інтелектуальної системи підтримки прийняття рішень для підвищення якості прийняття управлінських рішень щодо їх розвитку в умовах невизначеності. В роботі розроблено системну методологію попередньої обробки (підготовки) даних, яка ґрунтується на множині методів відбору найбільш значимих чинників, заповнення пропусків даних і нормування спостережень, обробки екстремальних значень та структурування даних. У дисертаційному дослідженні удосконалено системну методологію побудови моделей процесів, що характерні для різних рівнів складних соціальноекономічних систем на основі адаптивного підходу до моделювання з комбінованим використанням сценарного аналізу, регресійних та ймовірнісностатистичних моделей у формі мереж Байєса, що дозволяє урахувати структурно-параметричні невизначеності і забезпечує адекватний опис причинно-наслідкових зв’язків та можливих варіантів розвитку подій під впливом різних груп чинників; У роботі представлено удосконалену системну методологію проєктування і реалізації систем підтримки прийняття рішень, що ґрунтується на принципах мережецентричного, багатомодельного та багатокритеріального підходів і засновану на системному використанні методів аналізу даних, адаптивного моделювання, прогнозування і прийняття рішень; що дозволяє органам державного управління та місцевого самоврядування вирішувати задачі регіонального розвитку, ефективно реагувати на загрози в умовах наявності невизначеностей та ризиків різних типів. Запропоновано використання різних типів інформаційних технологій прогнозування, в основу яких покладено поетапне розкриття невизначеностей різної природи, уточнення результатів моделювання на кожному етапі дослідження. В основу запропонованої технології покладено багатомодельний підхід, який ґрунтується на використанні множини різнотипних моделей: регресійний аналіз, байєсівське моделювання і прогнозування, технологія на основі застосування методу аналізу подібності часових рядів, аналізу структурованих та неструктурованих даних. При цьому кожний тип моделей призначений для виконання поставленої конкретної задачі. Згідно з принципами багатомодельного підходу розроблено метод синтезу інформаційних технологій, застосований для розв’язування задач прогнозування розвитку соціальноекономічних систем, який ґрунтується на інтеграції різнотипної інформації й заснований на системному використанні методів аналізу даних, моделювання, методів прогнозування. Запропонована інформаційна технологія інтерооперабельною. Програмне забезпечення реалізоване мовами програмування SAS/Base та SAS/IML та Python і має гнучку адаптивну архітектуру. Методи, що були розроблені та реалізовані в роботі, призначені насамперед для автоматизації аналізу та прогнозування процесів регіонального розвитку. Запропоновані методи і моделі доведені до рівня практичної реалізації у вигляді інформаційної технології що дозволяє аналізувати та прогнозувати регіональний розвиток в умовах невизначеності. Отримані теоретичні та практичні результати дисертаційної роботи використовуються в науково-практичній діяльності підприємств, установ, органів державного управління та місцевого самоврядування.
Математичне моделювання нелінійних полімерних матеріалів в екструдерах
(Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", 2021) Зеленський Кирило Харитонович; Трофимчук Олександр Миколайович
Зеленський К.Х. Математичне моделювання нелінійних полімерних матеріалів в екструдерах – кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеню доктора технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи -Національний технічний університет України ``Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського'' МОН України, Київ, 2021. Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-технічної проблеми розробки методів математичного і комп'ютерного моделювання динамічних процесів в об'єктах із розподіленими параметрами, що описуються системами нелінійних і квазілінійних диференційних рівнянь у частинних похідних параболічного типу математичної фізики із урахуванням нелінійних властивостей теплофізичних і реологічних характеристик процесів. Вирішення цієї проблеми сприяє удосконаленню існуючих конструкцій екструзійного устаткування та проектуванню нового екструзійного обладнання для виготовлення виробів із полімерних матеріалів, зокрема, кабелів на надвисокі напруги із полімерним ізоляційним покриттям. Використання результатів роботи надає можливість суттєво скоротити терміни і вартість проектування нового обладнання за рахунок математичного і комп'ютерного моделювання процесів в екструдерах замість тривалих і коштовних експериментальних досліджень з впливу нелінійних реологічних і теплофізичних характеристик полімерних матеріалів на процеси переробки полімерних матеріалів з метою виготовлення полімерної продукції і автоматизувати процеси проектування нового екструзійного обладнання. Проведений аналіз сучасного стану процесів тепло і масоперенесення в екструдерах засвідчив, що підходи до аналізу особливостей нагрівання полімерної суміші у зоні завантаження не враховують процес індукційного нагріву корпусу екструдера і, природно, не враховують наявність променистого теплообміну між індуктором та корпусом екструдера, що є суттєвим чинником для визначення кількісної характеристики ступеню нагріву корпусу з точки зору його оптимального значення (перегрівання або навпаки). Цей фактор суттєво впливає на геометричні параметри зони завантаження. Крім того, не враховується залежність коефіцієнту тепломісткості від температури нагріву, що знову ж таки суттєво впливає на протяжність цієї зони порівняно із розрахунковим значенням при проектуванні екструдеру. У значній кількості наукових праць, в яких формулюються математичні моделі процесів у зонах плавлення та дозування розплаву полімерів, що є спрощеними (наприклад, використовуються одновимірні відносно просторових координат моделі, або стаціонарні двовимірні моделі), оскільки ніяк не враховують процеси конвективного перенесення у зонах плавлення і дозування, а також нелінійні властивості параметрів, у тому числі, реологічних. Наявність двохфазних зон лише декларується і зовсім не враховується при комп'ютерному моделюванні цих моделей із застосуванням або різницевих схем, або із застосуванням методів скінченних елементів. Більше того, результати такого моделювання наводяться в одновимірній постановці, що свідчить про спрощений підхід до моделювання цих процесів. Отже, для коректного опису процесів нагрівання полімерної суміші та її плавлення і подальшої кристалізації необхідно будувати математичні моделі, що описуються рівняннями або системами (у випадку плавлення та кристалізації) нелінійних диференційних рівнянь у частинних похідних математичної фізики із відповідними лінійними або нелінійними межовими умовами. Існуючі підходи до розробки таких систем, як правило, ґрунтуються на використанні лінійних математичних моделей для опису динаміки об'єктів. Такий підхід до побудови моделей не враховує найсуттєвіші властивості об'єктів за рахунок або ігнорування нелінійних складових або їхньої лінеаризації. Ця проблема особливо актуальна стосовно процесів із розподіленими параметрами, математичні моделі яких описуються рівняннями із частинними похідними із відповідними додатковими умовами на межі області. В останні десятиліття об'єктам із розподіленими параметрами приділяється велика увага. Це пояснюється бажанням підвищити ефективність математичного моделювання динаміки таких об'єктів і процесів та розробки систем автоматичного й автоматизованого управління, оскільки добре відомо, що всі фізичні процеси і об'єкти за своєю сутністю є об'єкти із розподіленими параметрами. Але переважна більшість моделей, що описують динаміку об'єктів із розподіленими параметрами є лінійні моделі, хоча добре відомо, що реальні фізичні процеси є за своєю сутністю нелінійні. Виходячи з цього, виконання математичного моделювання нелінійних процесів є актуальна наукова проблема. Математичне моделювання нелінійних процесів із використанням сучасної обчислювальної техніки надає можливість глибшого і достовірного вивчення цих процесів, суттєвої економії витрат, пов'язаних із традиційним фізичним моделюванням процесів, створення систем автоматичного й автоматизованого управління, що адекватні реальним об'єктам. Для отримання розв'язків відповідних крайових задач, що описуються системами нелінійних диференційних рівнянь у частинних похідних параболічного типу, автором розроблено числово-аналітичний метод, що ґрунтується на застосуванні скінченних інтегральних перетворень. Застосування цього методу до розв'язання нелінійних крайових задач ґрунтується на апроксимації циліндричних функцій (функцій Неймана) дробово-раціональними функціями із використанням апарату ланцюгових дробів, а також на наближеному поданні конвективних складових у відповідних рівняннях дробово-раціональними функціями. Розроблено алгоритми інтегрування добутків кількох циліндричних функцій, що ґрунтуються на поданні цих функцій дробово-раціональними виразами. Розроблено відповідне алгоритмічне та програмне забезпечення, яке надає можливість автоматизувати процес розв'язання цих задач і визначати оптимальні значення реологічних і теплофізичних параметрів об'єкту дослідження. Досліджено вплив питомої потужності індуктора на довжину зони завантаження із урахуванням променистого випромінювання на межі індуктор - корпус екструдера. Показано, що визначальним фактором, який впливає на якість кінцевого продукту, є швидкість руху межі фазового переходу тверда суміш – розплав полімеру, яка має дорівнювати радіальній компоненті швидкості обертання шнеку, щоб забезпечити розрахункові геометричні параметри зон екструдера. Оскільки змінювання швидкості обертання шнеку призводить до змінювання конструктивних характеристик екструдера, слушно управляти процесами тепло і масоперенесення у ньому за рахунок змінювання питомої потужності індуктора у кожній зоні, що нагріває корпус екструдера. Виконано математичне моделювання процесів гомогенізації та кристалізації розплаву полімеру, що ґрунтується на кінетичних співвідношеннях між гомогенізацією та кристалізацією. Розроблені у дисертаційній роботі методи математичного і комп'ютерного моделювання процесів масо- і теплоперенесення у полімерах із урахуванням нелінійних властивостей надали можливість суттєво підвищити якість моделювання, розробити рекомендації щодо проектування й удосконалення технологічних процесів з виготовлення кабелів на надвисокі напруги. Наукова новизна роботи полягає у тому, що вперше запропоновано метод числово-аналітичного розв'язання нелінійних диференційних рівнянь у частинних похідних параболічного типу і його застосування до розв'язання задач нагріву корпусу екструдера, нагріву полімерної суміші у зоні завантаження, зоні плавлення полімеру і гомогенізації та кристалізації розплаву полімеру у зоні дозування. Виконані дослідження надають можливість забезпечити підтримання розрахункових параметрів екструдера при виготовленні полімерних виробів (ізоляційне покриття кабелів на надвисокі напруги, виготовлення полімерних плівок широкого асортименту тощо), а також розрахунку оптимальних розмірів вказаних зон при проектуванні екструзійного обладнання, призначеного для виготовлення широкого кола продукції із застосуванням екструзійних пристроїв.
Моделі, методи та інформаційні технології прогнозування нелінійних нестаціонарних процесів в умовах невизначеності
(Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору Національної академії наук України, 2021) Терентьєв Олександр Миколайович; Трофимчук Олександр Миколайович
Терентьєв О. М. Моделі, методи та інформаційні технології прогнозування нелінійних нестаціонарних процесів в умовах невизначеності. – Кваліфікаційна праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.13.06 «Інформаційні технології». – Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору, Національна академія наук України, Київ, 2021. Дисертаційну роботу присвячено вирішенню актуальної науковоприкладної проблеми розроблення і використання моделей та методів прогнозування нелінійних нестаціонарних процесів (ННП) різної природи, призначених до використання у сучасних інформаційних системах підтримки прийняття рішень У дисертації розроблено нову інформаційну технологію для реалізації та використання прогнозуючих моделей високого ступеня адекватності та якості, що дозволяє прогнозувати ННП різних типів. Розроблена інформаційна технологія ґрунтується на принципах багатомодельного підходу, інтеграції структурованої та неструктурованої інформації, системному використанні методів інтелектуального аналізу даних, моделювання, прогнозування та прийняття рішень. Науковими результатами досліджень є інформаційна технологія для розв’язання задач прогнозування ННП, удосконалені методи прогнозування ННП різної природи на основі використання ймовірнісних та комбінованих прогнозів, метод оцінювання параметрів математичних моделей та їх ансамблів, метод розкриття невизначеностей різних типів за допомогою ймовірнісно-статистичних методів з метою коректного розв’язання задач прогнозування розвитку обраних процесів,. підходи, що забезпечують адекватний опис причиннонаслідкових зав’язків різних груп чинників та визначення можливих варіантів розвитку досліджуваних ННП, побудовано та реалізовано інформаційну технологію для розв'язання задач моделювання та прогнозування ННП для її подальшого використання у системах підтримки прийняття рішень. В роботі запропонований новий робастний непараметричний метод для аналізу ННП за їх подібністю. Суть методу полягає у пошуку процесів (часових рядів) досліджуваного типу зі схожою статистичною поведінкою, що в результаті допомагає зробити висновки стосовно наявність шаблонів поведінки досліджуваних процесів. Проведено аналіз складності алгоритму побудови оптимального шляху переміщення по матриці відстаней. Виконано огляд існуючих метрик для оцінювання якості побудови шляху переміщення, які забезпечують оптимізацію процесу аналізу подібності процесів. У дисертаційному дослідженні запропоновано власну метрику, призначену для оцінювання ступення близькості досліджуваних часових рядів, яка підвищує коректність використання алгоритму аналізу подібності процесів. Науковими результатами досліджень також є запропонована та реалізована методику побудови мережі Байєса за наявності прихованих вершин. Наведено приклад успішного застосування інформаційної технології аналізу даних на основі мереж Байєса для моделювання і прогнозування економічних процесів на регіональному рівні. Запропоновано використання різних типів інформаційних технологій прогнозування, в основу яких покладено поетапне розкриття невизначеностей різної природи, уточнення результатів моделювання на кожному етапі дослідження. В основу запропонованої технології покладено багатомодельний підхід, який ґрунтується на використанні множини різнотипних моделей: регресійний аналіз, байєсівське моделювання і прогнозування, технологія на основі застосування методу аналізу подібності, аналізу неструктурованих даних. При цьому кожний тип моделей призначений для виконання поставленої конкретної задачі. Регресійне моделювання забезпечує формування моделей на основі множини допустимих регресорів, їх оптимального вибору для конкретної моделі з наступним оцінюванням одно- або багатокрокового прогнозу. У дисертаційному дослідженні запропонована методика моделювання, що має в основі пошук історичних аналогій поведінки досліджуваних процесів. В цьому випадку використовується історична вибірка даних та відрізок-шаблон для якого виконується пошук історичного аналогу, оскільки зазвичай для таких задач виміри прив’язані до часу. Згідно з принципами багатомодельного підходу розроблено метод синтезу інформаційних технологій застосований для розв’язування задач прогнозування розвитку нелінійних нестаціонарних процесів різної природи, який ґрунтується на інтеграції різнотипної інформації й заснований на системному використанні методів аналізу даних, моделювання, методів прогнозування. Запропонована інформаційна технологія реалізована із використанням спеціальних мов програмування SAS/Base та SAS/IML і має гнучку архітектуру. Методи, що були розроблені та реалізовані в роботі призначені насамперед для автоматизації процесу інтелектуального аналізу даних що описують досліджувані процеси. Наукова новизна одержаних результатів визначається такими теоретичними і практичними результатами, отриманими автором: Уперше: - розроблено новий метод опрацювання невизначеностей, який ґрунтується на застосуванні теорії подібності процесів, який відрізняється робастністю результатів аналізу, що забезпечує отримання оцінок прогнозів високої якості за наявності неповних або спотворених даних; - запропоновано новий метод побудови регресійних та ймовірнісностатистичних моделей у формі мереж Байєса, який відрізняється можливістю врахування нестаціонарності і нелінійності стосовно змінних, що забезпечує високу адекватність моделей і якість прогнозів процесів досліджуваного типу; - розроблено метод моделювання ННП різної природи в умовах невизначеності, який відрізняється від відомих урахуванням різних типів невизначеностей, що підвищує адекватність моделей і якість оцінок прогнозів за лінійними та нелінійними моделями; - побудовано та досліджено ансамблі моделей для формального опису ННП, які відрізняються модифікованою комплексною структурою та високою адекватністю, що дозволяє підвищити якість оцінювання прогнозів розвитку досліджуваних процесів; - запропоновано метод прогнозування, оснований на використанні адаптивного підходу до моделювання у поєднанні із статистичним та ймовірнісним моделюванням, що дає можливість урахувати структурнопараметричні невизначеності і забезпечує адекватний опис причиннонаслідкових зв’язків і можливих варіантів розвитку процесів різної природи під впливом груп внутрішніх та зовнішніх чинників; - запропоновано нові моделі і методи створення інформаційних технологій розв’язування задач побудови математичних моделей для прогнозування ННП, які ґрунтуються на принципах багатомодельного та багатокритеріального підходів, інтеграції різнотипної інформації і засновані на системному використанні методів інтелектуального аналізу даних, ймовірнісно-статистичного моделювання, теорії подібності процесів, прогнозування і підтримки прийняття рішень, що підвищує обґрунтованість прийняття рішень в умовах наявності невизначеностей та ризиків різних типів; - розроблено інформаційну технологію, в основу якої покладено поєднання принципів системного аналізу, методів обробки та оцінювання якості даних, прогнозного моделювання із використанням нових моделей та їх композицій, запропонованих критеріїв адекватності моделей, оцінок якості прогнозів, яка забезпечує високу якість проміжних та остаточних результатів дослідження ННП. Удосконалено та розвинуто: - інформаційну технологію розв’язання задач прогнозування розвитку досліджуваних процесів ННП, яка створює підґрунтя для прийняття ефективних рішень; - метод оцінювання параметрів математичних моделей, який відрізняється комплексним застосуванням теорії оцінювання та байєсівського підходу, що забезпечує подолання проблеми зміщеності оцінок; - інформаційну технологію, призначену для реалізації у системах підтримки прийняття рішень на основі системного підходу, множини методів ідентифікації і врахування невизначеностей, регресійного та інтелектуального аналізу даних, яка забезпечує побудову адекватних моделей досліджуваних процесів і обчислення високоякісних оцінок прогнозів. Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що запропонована методики аналізу ННП перевірена експериментальним шляхом. Було побудовано множину довго-, середньо-, короткострокових та дуже короткострокових математичних моделей прогнозування навантаження енергосистеми в енергетиці. Методика була застосована під час торгівлі криптовалютою біткоїн в парі з доларами США, за вісім місяців отримано майже 43 центи прибутку на 1 долар, вкладений у біткоіни. Виконано застосування теорії подібності процесів для вирішення задачі прогнозування поширення коронавірусної хвороби, в рамках якого було підтверджено, що недостатнє охоплення населення тестуванням впливає на об’єктивну статистичну картину урахування кількості хворих та померлих внаслідок коронавірусної хвороби, тому для уникнення спотворення вхідних даних, в роботі використано підхід уточнення значень показників із урахуванням значень аналогів-країн. В рамках багатомодельного підходу успішно продемонстровано на прикладі розв’язання практичної задачі групування регіонів України за обсягом капітальних інвестицій, спрямовуваних на охорону навколишнього середовища. На основі запропонованої нового робастного непараметричного методу аналізу ННП за їх подібністю виконано аналіз щодо продуктивності праці у сільськогосподарських підприємствах. Запропоновані методи і моделі доведені до рівня практичної реалізації у вигляді інформаційної технології що дозволяє аналізувати та прогнозувати ННП в умовах невизначеності. Отримані теоретичні та практичні результати дисертаційної роботи використовуються в науково-практичній діяльності наступних підприємств та установ – Державній службі України з лікарських засобів та контролю за наркотиками; ТОВ «Картезіан-Європа»; Smart Arbitrage Technologies Limited та у навчальному процесі Інституту прикладного системного аналізу Національного технічного університету «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», що підтверджується відповідними актами та довідками про впровадження.
Методологія та обчислювальні технології моделювання аерогідродинамічних процесів
(Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору Національної академії наук України, 2021) Черній Дмитро Іванович; Довгий Станіслав Олексійович
Черній Д.І. Методологія та обчислювальні технології моделювання аерогідродинамічних процесів. – На правах рукопису. Дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – «Математичне моделювання та обчислювальні методи». – Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України, Київ, 2021. У дисертаційній роботі вирішуеться актуальна науково-прикладна проблема підвищення ефективності математичного моделювання аерогідродинамічних процесів та систем шляхом урахування їх особливостей і спеціальних властивостей, створення технологій моделювання, придатних для застосування в комп’ютерних системах прогнозування та керування швидкоплинними процесами в реальному масштабі часу. Досягнення ефективності моделювання відбувається за рахунок методології побудови моделей, що враховують основні домінуючі фактори явищ та процесів, із застосуванням методу сингулярних інтегральних рівнянь, використання удосконалених дискретизованих моделей, нових методів, обчислювальних алгоритмів та технологій, придатних для застосування в системах прогнозування та забезпечення підтримки прийняття рішень. На основі методу сингулярних інтегральних рівнянь побудовані нові дискретизовані моделі динамічних процесів, та дискретизовані моделі масопереносу, що базуються на принципах Лагранжа. Разом з використанням нових підходів та обчислювальних алгоритмів, були створені обчислювальні технології, що призначені для застосовування в комп'ютерних системах прогнозування та керування швидкоплинними процесами. Створено лабораторний стенд та методологію лабораторних досліджень нових моделей нестаціонарних, циркуляційних течій в плоскому криволінійному каналі з перешкодами в діапазоні чисел Рейнольдса 0≤ Re ≤1.5⋅104. Лабораторна верифікація моделей надає можливість поширення застосування методу дискретних особливостей на нові класи прикладних задач. Розроблено новий метод та алгоритми перетворення системи дискретних особливостей для коректного обчислення значень дискретизованих інтегральних представлень з сингулярними підінтегральними функціями. Створено нові обчислювальні технології обрахунку локальних і розподілених кінематичних та динамічних характеристик течії з врахуванням деформації меж області та відривних структур. Також були розроблені дискретизовані моделі масопереносу та адвекції, які базуються на принципах Лагранжа. Розроблені обчислювальні технології призначені для застосування в моделюючих комп'ютерних системах інженерно-технологічного спрямування (проектно-конструкторських, інформаційно- аналітичних, підтримки прийняття рішень, забезпечення керування швидкоплинними процесами). В першому розділі дисертації представлено огляд та аналіз існуючих актуальних питань і методів моделювання, визначено невирішені проблеми та нові задачі, які пов’язані зі створенням систем прогнозування швидкоплинних процесів. Представлено огляд літератури та аналіз проблем розв’язування задач тривимірних вихрових в’язких течій нестисливої рідини. Зроблено огляд методів та методологій. Визначено їх переваги та недоліки. Розглянуто ряд інженерно прикладних напрямів в гагузі аерогідродинаміки, гідрології, метеорогогії, будивництва, машинобудивництва та енергетики, для яких математичне моделювання є основним інструментом для проведення досліджень та є необхідною складовою проектування, виготовлення та експлуатації об’єктів нової техніки. Розглянуто можливості, переваги та недоліки існуючих систем комп’ютерного моделювання. Розглянуто ряд застосувань математичного моделювання, які потребують використання спеціалізованих обчислювальних технологій для забезпечення спеціалізованих систем моделювання в реальному масштабі часу. Виділено спектр науково-прикладних напрямков, в рамках яких будут проводиться наукови дослідження. Окреслено круг технічних задач, для яких може бути застосовано методологічний підхід з побудови математичних моделей та обчислювальних технологій орієнтованих на моделювання аерогідродинамічних процесів та визначені перешкоди, які необхідно подолати для досягнення мети досліджень. Визначено, що основною метою дисертаційної роботи повинно бути розв’язання науково-прикладної проблеми підвищення ефективності моделювання аерогідродинамічних процесів та систем шляхом урахування їх особливостей і спеціальних властивостей, створення технологій моделювання, придатних для застосування в комп’ютерних системах прогнозування та керування швидкоплинними процесами в реальному масштабі часу. У другому розділі дисертації обґрунтовано систему розщеплення вихідної задачі на систему задач та представлено методологію побудови математичних моделей. Вихідна задача вважається поставленою, при визначені для рівнянь крайових та початкових умов. Але, значна кількість практично важливих задач залишается умовно коректною. Запропоновано методику постановки тривимірних задач про течію в шару паралельному площині, зведенням до двовимірної задачі щодо течій в шару з перешкодами. Застосовувати моделі в’язких вихрових течій в шару, паралельно площині. При розгляді циркуляційних течій паралельних площині щару, асимптотичний аналіз задач, та нових розв’язків показал, що в придельних випадках чисел Рейнольдса, нові розв’язкі асимпптотично прямують, до класичних розв’язків. Для помірних чисел Рейнольдса поведено редукцію задачі масоперносу в плоскому шару, паралельно його площини, до задачі двовимірної адвекції. Показано, можливості врахування домінуючих впливів в задачах масопереносу. Розглянуто питання існування та єдність розв’язків задач. При побудові тривимірних моделей вихрових структур показана необхідність врахування йх із топологічних властивостей, що поширює можливості застосування моделей в традиційних задачах вихорової аерогідромеханіки та в галузь метеорології. Третій розділ дисертації присвячено дискретизації моделей, методам обчислень та обчислювальним схемам та дискретизації інтегральних представлень. Дискретизацію застосовано до моделей на основі сингулярних та гіперсингулярних інтегральних представлень та функцій,в методології обчислень яких використовано поняття головного значення по Коші та скінченного значення по Адамару. Розроблено вортонну модель для визначення динамічних впливів вітру на водноу поверхню. Дискретизовану модель додаткового (вітрового) впливу представляено у вигляді орієнтовної «хмари» вортонів. Дискретизацію моделей тривимірних вихорових та струменевих систем проведено з врахуванням іх топологічних властивостей. В четвертому розділі представлено побудову методів та алгоритмів обчислювальних технологій моделювання вихрових (циркуляційних) течій і динамічних систем. Розроблено нову обчислювальну технологію яка містить: метод та алгоритми перетворення системи дискретних особливостей (для дискретизованих інтегральних представлень з розривними подінтегральними функціями; метод та алгоритми перетворення системи дискретних особливостей на деформовному рухомому контурі, для моделі з породженням нових елементів контуру; метод та алгоритми обчислень динамічних характеристик та функцій при застосуванні методу дискретних особливостей; метод обчислення похідних від значень функції в області та на її межі при застосуванні для моделей течії системи дискретних особливостей; алгоритм послідовного обрахунку локальних кінематичних та динамічних характеристик, що, в сукупності надає можливість визначати динамічні параметри процесів та явищ із вже існуючих розв’язків вихідної задачі. Обчислювальні технології суттево поширюють можливості застосування методу сингулярних інтегральних рівнянь для технічних систем. П’ятий розділ присвячено експериментальним методам, методиці та технології моделювання в’язких течій на лабораторному стенді з плоским каналом який має перешкоди та границі складної криволінійної форми. Крім того, у розділі представлені результати експериментальних досліджень. Результат лабораторних досліджень є підтвердженням коректності теоретичних припущень щодо існування циркуляційних режимів течії в тонкому щару між паралельними площинами при помірних числах Рейнольдса. Шостий розділ присвячено комп’ютерному моделюванню динамічних систем та прогнозуванню наслідків аерогідродинамічних процесів. В розділі наведено результат застосування обчислювальних технологій в моделюючих програмних системах, призначених для проведення попередніх проектних та експертних досліджень в галузях будівельної аеродинаміки, в машинобудуванні, в гідротехніці, в галузі контролю екологічного стану акваторій та для досліджень тривимірних аергідродинамічних явищ та ефектів. Компютерне моделювання аеродинамічних процесів навколо висотних споруд та конструкцій, моделювання зміни структури течії і гідрологічних процесів в акваторіях та погнозування процесу масопереносу поверхневого забруднення в акваторіях, а також компютерне моделювання з визначення миттевих аеродинамічних полів для вітроротору Дар’є із з керованою системою лопатей продемонстрували ефективність застосування обчислювальних технологій в комп’ютерних моделюючих системах для прогнозування швидкоплинних процесів та забезпечення керування в реальному масштабі часу. Нові моделі тривимірних вихрових структур надали для можливість компютерного моделювання ортогональних векторних полів (циркуляційних течій) для тривимірних моделей вихрових структур типу смерч/торнадо, для моделювання взаємодії вихрових структур та тривимірного струменю навколо несучої поверхні та для моделювання трансформації (інверсії) тривимірного струменю, що знайшло застосування в технічних системах та пристроях. Реалізація запропонованої в дисертації методології побудови моделей та обчислювальних технологій дозволяє створювати системи комп’ютерного прогнозування, програмно-моделюючі системи інженерно-технологічного призначення (проектно-конструкторського застосування), які здатні підсилити прогнозування методом моделювання різноманітних процесів для застосування в системах реального часу. Розроблені в дисертаційній роботі математичні моделі, методи, алгоритми, обчислювальні технології та методологічні підходи було впроваджено, що підтверджується відповідними актами.
Методологія побудови систем інформаційно-аналітичного забезпечення адміністративного управління
(Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору Національної академії наук України, 2020) Нестеренко Олександр Васильович; Трофимчук Олександр Миколайович
Нестеренко О.В. Методологія побудови систем інформаційноаналітичного забезпечення адміністративного управління. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – інформаційні технології. Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України, Київ, 2020. В умовах використання новітніх досягнень комп’ютерної науки та інформаційних технологій у всіх сферах розвитку держави й суспільства, його цифрової трансформації назрілою є необхідність формування в органах адміністративного управління з метою підвищення ефективності та досягнення якісно нового рівня діяльності автоматизованих систем інформаційно-аналітичного забезпечення (АСІАЗ). Про це свідчить досвід й багатьох країн світу. В дисертаційній роботі вирішується важлива й актуальна науковоприкладна проблема розробки методології створення АСІАЗ у сфері адміністративного управління на основі моделей, методів та інформаційнокомунікаційних технологій з урахуванням вимог комплексності, підтримки прийняття управлінських рішень на базі знання-орієнтованих засобів, їх вичерпного інформаційного забезпечення, підтримки процесів опрацювання документів, забезпечення інформаційної та кібербезпеки, а також інтеграції систем інформаційно-аналітичного забезпечення з дотриманням інтероперабельності. Перший розділ дисертації присвячено системологічному аналізу проблем побудови інформаційних систем з аналітичними функціями для сфери адміністративного управління, напрямів розвитку інфраструктури інформаційного простору сфери адміністративного управління, чинників, що в сучасних умовах впливають на адміністративне управління, методів та технологій автоматизації інформаційно-аналітичної діяльності (ІАД) в органах управління, пов’язаних із удосконаленням управління. При цьому визначається, що вирішення існуючих проблем сучасного стану інформаційного забезпечення органів управління полягає у створенні національної системи інформаційних ресурсів, а АСІАСЗ мають стати елементами загальної електронної інфраструктури країни. У другому розділі проведено аналіз функціонального аспекту діяльності органів управління, проведено деталізацію функцій органів управління, розглянуто основні класи задач, що розв’язуються існуючими методами, розглянуті особливості автоматизації ІАД в органах управління різних країн, а також і в Україні, основні засади автоматизації ІАД в органах управління. Проведено аналіз сучасного стану ефективності інформаційно-аналітичної роботи в органах управління та створюваних в них автоматизованих систем. Основні принципи відкритості діяльності та інтеграції в інформаційний простір доповнено принципами, на основі яких має відбуватися побудова АСІАЗ, які полягають у застосуванні виконавчої обов’язковості опрацювання документів, забезпечення ІАД на основі знання-орієнтовного підходу, базової парадигми інтелектуального органу управління, підходу до розв’язання багатокритеріальних задач на основі експертних методів, зокрема методу аналізу ієрархій у поєднанні з онтологічними моделями предметної області. У третьому розділі проведено аналіз та оцінку підходів до формалізації та моделювання АСІАЗ на основі системного підходу, запропоновано концептуальні та теоретичні основи побудови АСІАЗ. Виходячи з пріоритетності інформаційного підходу наведено концепцію інформаційної взаємодії органу управління, пов’язану з розглядом взаємодії системи адміністративного управління з навколишнім середовищем. За результатами визначено за доцільне застосування логіко-лінгвістичних інформаційних моделей (ЛЛМ) та методології зростаючих пірамідальних мереж (ЗПМ), що реалізують гіпотезу про закономірності структурування інформації при її сприйнятті. Запропоновано концепцію системи інформаційних ресурсів сфери адміністративного управління, яка базується на вимогах створення та організації використання в державі системи національних інформаційних ресурсів, створення системи інформаційних ресурсів органу управління шляхом інтеграції з просторовими (геоінформаційними) ресурсами та застосування для підтримки ІАД геоінформаційних систем (ГІС), а також дотримання стратегії інформаційного менеджменту. Виходячи з того, що основною інформаційною одиницею, яка опрацьовується в ОАУ, є документ, запропоновано теорію обробки інформаційних документальних потоків в АСІАЗ, засновану на вимогі виконання політики виконавчої обов`язковості, пов’язаною з оцінкою своєчасності прийняття рішення (тобто опрацювання певного документу), моделях цінності інформації та структурах документальних інформаційних потоків. У загальному випадку цей аналіз спирається на теорію інформації та математичну теорію зв’язку (теорію телетрафіку). Реалізація виконавчої обов’язковості спирається на запропоновану нову теорію ситуаційного регулювання технологічних процесів в органі управління при автоматизованій обробці інформаційних та документальних потоків, що базується на відповідності функціонування встановленому регламенту, на розв’язанні задач вимірювання інформаційного навантаження в АСІАЗ та аналізі виникаючих ситуацій. Для розв’язування задачі вимірювання інформаційного навантаження в АСІАЗ проведено інтерпретацію основних положень теорії масового обслуговування (ТМО) та теорії телетрафіку (ТТ) у застосуванні до поставленої задачі. Проблемно-орієнтована методологія розв’язання інформаційноаналітичних задач як бази формалізації та моделювання АСІАЗ відображена у концепції підтримки інформаційно-аналітичної діяльності на основі онтологічних описів. Спільний розвиток предметних онтологій з використанням онтології верхнього рівня (ОВР) як процес інтеграції полягає в імпортуванні онтологій в певне середовище, щоб дозволити їм взаємодіяти одне з одним. Структурна концепція органу адміністративного управління та АСІАЗ визначає можливі структури органу управління, концептуальну структуру АСІАЗ та базові складові архітектури АСІАЗ. Безпосередньо складові АСІАЗ реалізуються на інфраструктурі спеціально створюваного інформаційно-аналітичного центру (ІАЦ). Концепція електронної інфраструктури сфери адміністративного управління базується на тому, що інформатизація органів управління фактично є фактором забезпечення національної безпеки та суверенітету, добробуту країни, і регулювання цього процесу має виходити на рівень важливіших функцій держави. З важливістю питань безпеки в умовах інформаційного суспільства, особливо для взаємодіючих систем, повязана розробка концепції інформаційної та кібербезпеки, стійкості та живучості АСІАЗ, що зокрема передбачає слідування стратегії довіреної ідентифікації в кіберпросторі та довіреного Інтернет-середовище (Екосистема Ідентичності, Identity Ecosystem) на основі різних технологій ідентифікації/автентифікації та інфраструктури публічних ключів (PKI) електронного цифрового підпису. У четвертому розділі проведено побудову методів і моделей інформаційно-аналітичних процесів в АСІАЗ, зокрема модель інформаційного навантаження при опрацюванні документів в АСІАЗ, модель взаємодії інформаційних процесів при експертній обробці документів, логіко-лінгвістична модель АСІАЗ на основі методології зростаючих пірамідальних мереж, що дозволило провести класифікацію відповідності АСІАЗ із виділенням їх основних структурних елементів категоріям задач, які мають місце при обробці інформаційних потоків, комплексна компонентна архітектурна модель застосування інформаційних технологій в сфері управління, інтеграційний метод забезпечення вирішення проблем прийняття рішень в умовах багатокритеріальності, метод оцінки ризиків кібербезпеки інформаційного середовища органу управління на основі графового подання. У п’ятому розділі визначаються методологічні підходи до використання інформаційних технології в АСІАЗ. Проводиться порівняння отриманих рішень з відомими методиками створення технологій корпоративних інформаційних систем для управління підприємствами. Також визначаються основні вимоги до технологій АСІАЗ, які реалізують результати досліджень, у першу чергу, технології формування, використання та інтеграції інформаційних ресурсів, технології регулювання виконавчої обов’язковості в електронному документообігу, технології підтримки аналітичної діяльності, технології інтероперабельності та безпеки. У шостому розділі наведені особливості застосування розроблених рішень при побудові автоматизованих систем інформаційно-аналітичного забезпечення в різних органах адміністративного управління, зокрема типова система інформаційно-аналітичного забезпечення регіональних органів управління, ІАС Національної комісії, що здійснює регулювання у сфері зв’язку та інформатизації, веб-вузол електронних інформаційних ресурсів підтримки наукової діяльності Міністерства освіти і науки України. Теоретичні і практичні результати дисертації упроваджено у навчальний процес для викладання низки дисциплін та виконання магістерських робіт студентами комп’ютерних спеціальностей Національної академії управління.