Организация-заказчик: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Соглашение № 075-15-2020-799 https://frccsc.ru/projects/075.15.2020.799
Название: Методы построения и моделирования сложных систем на основе интеллектуальных и суперкомпьютерных технологий, направленных на преодоление больших вызовов
Руководитель проекта: Соколов Игорь Анатольевич
Организация-исполнитель: Федеральный исследовательский центр «Информатика и управление» Российской академии наук
Срок выполнения: 29.09.2020 – 31.12.2022
Целью проекта является проведение комплексных исследований в области построения и моделирования сложных систем. В проекте соединено несколько направлений, охватывающих как фундаментальные, так и прикладные исследования. Основным результатом проекта станет создание теории, методов и инструментов моделирования сложных систем и применение разработанных технологий для решения широкого спектра актуальных прикладных задач из различных областей: робототехника, материаловедение, вычислительная биология, моделирование летательных аппаратов. Успешная реализация проекта может стать существенным продвижением в решении задач «больших вызовов» в соответствии с ключевыми приоритетами стратегии научно технического развития России.
В ходе выполнения первого этапа проекта получены следующие результаты:
разработана методология исследования информационной и статистической структуры процессов в сложных системах;
разработаны численные алгоритмы адаптивного сгущения расчетных сеток для расчетов внешнего обтекания тел сложной формы;
разработаны алгоритмы глобальной оптимизации и методы решения задачи оптимального управления;
создана многомасштабная модель для расчета структурных характеристик новых композиционных материалов;
разработана методология проектирования микросхем с повышенным временем бессбойной работы и способностью адаптироваться к изменяющимся условиям эксплуатации.
Полученные результаты могут быть применены при моделировании турбулентной плазмы, расчёта обтекания летательных аппаратов, управления роботами и группами роботов. Результаты раздела 4 отчёта могут быть использованы для расчёта структурных характеристик новых композиционных материалов, применяемых в авиационно-космической отрасли. Методология проектирования микросхем, характеризующихся повышенным временем бессбойной работы, разработанная в рамках проекта может быть применена для создания надёжных высокопроизводительны вычислительных систем. Внедрение результатов проекта в перечисленных областях несомненно усилит технические характеристики соответствующих прикладных разработок и повысит экономическую эффективность их производства и эксплуатации.
На втором этапе проекта получены следующие результаты:
разработаны вероятностно-статистические модели на основе энтропийных и минимаксных подходов;
созданы параллельные алгоритмы решения кинетических уравнений для расчетов течений разреженных газов, включая существенно нестационарные течения газа;
разработаны новые кинетические методы на основе решеточных уравнений Больцмана;
разработаны методы построения оптимальных расчетных адаптивных многоугольных сеток;
создан программный комплекс для решения задач глобальной оптимизации на высокопроизводительных вычислительных системах;
разработаны методы обучения систем управления робототехническими устройствами и методы навигации мобильных роботов, построенные на основе эвристического поиска, и машинного обучения и технологии символьной регрессии;
создан программный комплекс с применением высокопроизводительных вычислений для моделирования структурных свойств композиционных материалов;
разработан метод получения достоверной информации о психологических особенностях человека на основании анализа его письменной речи;
разработано логическое, схемотехническое и топологическое представления элементов самосинхронной библиотеки микросхем.
Результаты второго этапа проекта вносят существенный вклад в теорию и методы математического моделирования сложных систем широкого спектра. Значимость и мировой научный уровень результатов подтверждается их опубликованием в высокорейтинговых научных изданиях (19 публикаций из Q1, Q2 WoS/SCOPUS) и апробацией на престижных международных конференциях.
Перечислим некоторые наиболее значимые области применения полученных результатов:
В ходе выполнения третьего этапа получены следующие научные результаты:
разработаны методы решения уравнений Больцмана, движения разреженного газа, теория и методы построения оптимальных расчетных сеток;
получены новые аналитические свойства стохастических систем и систем массового обслуживания и программные инструменты для анализа данных в сложных системах на основе нейросетевых методов;
создан программный комплекс для решения задач глобальной оптимизации на графических ускорителях, разработаны методы инженерной оптимизации и алгоритмы поиска энергетически оптимальных конфигураций белковых структур;
разработаны методы интеллектуального адаптивного управления роботами;
создан программный комплекс для решения различных классов задач в области наук о материалах;
создан новый метод оценки направленности и динамики реакции пользователей социальных сетей на значимые события;
разработаны программные инструменты для моделирования в области самосинхронной схемотехники.
Научная значимость полученных результатов подтверждается публикациями в ведущих научных изданиях (28 публикаций в журналах первого и второго квартилей WoS/SCOPUS). Результаты также обладают высокой практической значимостью и востребованы в широком спектре прикладных отраслей экономики: авиастроение, космическая отрасль, робототехника, производство композиционных материалов, электроника.
Перечислим некоторые наиболее значимые области применения полученных результатов:
Ряд результатов готов к внедрению, разработаны программы для ЭВМ, на которые получены свидетельства о государственной регистрации.
Ениколопов С. Н., Кузнецова Ю. М., Осипов Г. С., Смирнов И. В., Чудова Н. В. Метод реляционно-ситуационного анализа текста в психологических исследованиях // Психология. Журнал Высшей школы экономики. – 2021. – Т. 18. – №4. – С. 748–769. (ссылка)
В ходе выполнения проекта были получены прорывные научные результаты по широкому спектру направлений:
Все полученные результаты обладают высокой значимостью для науки, общества и государства, детально обоснованной в отчетах за три этапа выполнения НИР. Остановимся на наиболее интересных результатах, имеющих большой потенциал внедрения.