Преподавание прикладной математики и информационных и коммуникационных технологий в Петрозаводском государственном университете: история становления

А. В. Воронин, Ю. А. Богоявленский, В. А. Кузнецов

Введение

Республика Карелия входит в Северо-Западный федеральный округ, имеет серьезные запасы природных ресурсов, прежде всего леса, добывающие и перерабатывающие отрасли промышленности, развивающиеся отрасли сервиса и туризма. Стратегия развития республики предполагает поддержку ее потенциала, повышение уровня жизни жителей. Решение этой задачи требует современной образовательной среды для подготовки высококвалифицированных кадров, в том числе в областях систем управления предприятиями и информационных и коммуникационных технологий. Ответственность за решение этой задачи несет Петрозаводский государственный университет (ПетрГУ) - региональный многопрофильный классический университет, основанный в 1940 г. Он играет ведущую роль в научном и кадровом обеспечении региона, развитии инновационнопроизводственной деятельности и международного сотрудничества Карелии и Европейского Севера России.

В работе представлена история становления в ПетрГУ современного учебного процесса по прикладной математике и ИКТ - от практически полного отсутствия опыта в этих областях до создания современного успешного 1Т-парка.

Для подготовки специалистов высокого качества необходимо не только формирование у студентов определенных знаний и навыков, но и убедительная демонстрация примеров применения этих знаний. Еще более ценно, если при вузе существуют предприятия, где студенты могут реально убедиться в существовании полезных для общества применений полученных знаний, принять участие в исследованиях и разработках, а выпускники - найти достойную, интересную работу.

1. Становление школы математического моделирования в ПетрГУ

В 70-е гг. XX века на физико-математическом факультете (ФМФ) ПетрГУ были две кафедры - математического анализа и алгебры и геометрии. В это время, впервые в истории ПетрГУ, кадры факультета пополнились «прикладными» математиками из школ акад. Л.В. Канторовича и чл.-корр. В.И. Зубова. Одному из авторов этой статьи, В.А. Кузнецову, посчастливилось участвовать в работе кафедры экономической кибернетики под руководством Л.В. Канторовича, а затем поступить в аспирантуру под руководством специалиста в области межотраслевой экономики и экономики природопользования доцента Г.В. Шалабина.

Л.В. Канторович вложил много сил в организацию кафедры и лаборатории по применению математических и статистических методов в экономических исследованиях [1]. В этих коллективах царил дух энтузиазма. Круг решаемых задач охватывал разные уровни управления экономическими объектами, а математические методы оказались мощным инструментом экономического анализа, что позволило В.А. Кузнецову дополнить знания математического программирования уникальной школой постановки экономико-математических задач, получить востребованные в дальнейшем навыки. Спустя много лет эти идеи были успешно использованы в ПетрГУ. Защитив в 1976 г. диссертацию, В.А. Кузнецов приступил к работе на ФМФ ПетрГУ, где направления деятельности расширились в 1981 г. в связи с переездом в Петрозаводск из С.-Петербурга профессора Владимира Ильича Чернецкого. Математик и педагог, творческая личность, блестящий организатор, он посвятил себя развитию математического образования и науки в Карелии, открыл в 1982 г. кафедру прикладной математики и кибернетики (ПМиК), активизировал работы по экономико-математическому моделированию, оформил хоздо- говоры с крупными предприятиями по оптимизации производственных процессов.

Для Карелии приоритетными являются задачи планирования и управления технологическими процессами предприятий лесопромышленного комплекса (ЛПК) и целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП). Выбранное наукоемкое направление - оптимизационные модели - обеспечивает конкурентное преимущество университета как академической организации, способной решать задачи, непосильные для большинства компьютерных компаний и специализированных отраслевых организаций. Разработки и внедрение систем планирования производства были начаты для флагмана российской ЦБП - ОАО «Архангельский ЦБК» (АЦБК). Заинтересованность руководства АЦБК привела к тому, что комбинат на много лет стал базовой площадкой ПетрГУ. Разработки начались в 1982-1983 гг. с исследования задачи распределения химикатов и планирования объемов выработки продукции производствами (очередями) АЦБК.

Проблема выбора нормативов и организации распределения химикатов при варке целлюлозы с учетом возможных замен дефицитных ресурсов между очередями комбината с учетом технологических ограничений была формализована в виде многопериодной балансовой оптимизационной задачи с линейными ограничениями и выпуклой целевой функцией. В 1986 г. задача вошла в состав верхнего уровня АСУ линии производства целлюлозы. В 1984-1986 гг. эта задача породила необходимость расчета балансировки плана работы подразделений АЦБК при выходе из строя отдельных единиц оборудования технологических линий. Задача была формализована как линейная балансовая оптимизационная, а после учета ряда важных технологических параметров - как нелинейная, которая была внедрена в качестве центральной модели в АСУ технологической линии АЦБК, а спустя 3 года утверждена в качестве отраслевой методики и использовалась рядом крупных предприятий ЦБП.

Затем решалась задача балансировки производства и сбыта продукции (1984-1985 гг ). Договоры поставки продукции предприятия ЦБП устанавливают номенклатуру, объемы, сроки и график ее отгрузки. Эта задача возникает, когда, например, допускается гибкий график поставок и/или возможность выбора номенклатуры и объемов продукции. Задача была формализована как линейная оптимизационная задача со специфической матрицей.

За годы интенсивной работы в ПетрГУ сложился коллектив постановщиков прикладных задач, специалистов по моделям и методам их решения и реализации в виде программных систем (некоторые итоги и опыт этих работ представлены в монографии [2]).

Впоследствии коллектив перешел от решения задач управления отдельными технологическими процессами к более сложным задачам разработки комплексных систем управления производствам. В 1987 г. началась разработка комплексной системы планирования фанерного производства для оптимальной комплектации листов фанеры заданной толщины и качества. Формализация этой задачи, предложенная Л.В. Канторовичем, была существенно развита для учета процессов лущения, просушки и ремонта шпонов. Экономический эффект подсчитывался сравнением расчетного плана с полученным традиционным способом и составил более 5 %.

Система оптимизации распределения работ между различными бумагоделательными машинами (БДМ) отталкивалась от задачи раскроя тамбура бумажного полотна на рулоны [1]. От нас потребовалось дополнительно учесть в математической модели выбор режима работы каждой БДМ, их частичную специализацию, плотность полотна бумаги, требование выкраивать рулоны из определенной части полотна и др.

Система планирования производства гофротары потребовалась АЦБК в 1994 г., когда номенклатура заказов возросла от десятка до сотни наименований. Ручное планирование раскроя гофрополотна давало большое количества обрезков. Задача оптимизации раскроя была формализована как многокритериальная задача дискретного программирования с тысячами ограничений, решаемая многократным применением симплекс-метода и методов нечетких множеств. В настоящее время эта система перенесена на современные программные платформы, встраивается в интегрированные системы управления, доступна по технологии облачных вычислений и внедрена более чем на 20 предприятиях. Срок ее окупаемости составляет от 3 до 6 месяцев.

Другим примером «долгоживущей» системы управления производством является автоматизированная система планирования и учета работ, выполняемых ремонтным производством, которая с 1988 г. разрабатывалась для компьютеров и операционных систем многих поколений, многократно переписывалась для разных СУБД и языков программирования. Задача была формализована в виде классической задачи линейного программирования, однако затем эта формализация многократно менялась для учета разнообразных требований заказчика. Будучи разработанной для АЦБК, система была внедрена на ряде комбинатов ЦБП и машиностроительных предприятий с аналогичной структурой производства. Итоги разработок комплексных систем управления производствами подведены в монографии [3].

Формализованная Л.В. Канторовичем и другими авторами классическая задача раскроя лесосырья в 2008 г. была расширена в связи с необходимостью учета технологий раскроя, расхода ГСМ, электроэнергии и др. Оптимизация ведется с учетом 3D-размеров продукции и статистики выхода продукции пониженного качества. Задача геометрической оптимизации предназначена для планирования погрузки рулонов бумаги или картона в емкости транспортных средств. Для сложных заказов - более 10 форматов - расчеты обеспечивают экономию до 8 % объема емкостей С учетом полученного опыта в 2007-2009 гг. коллективом под руководством А.В. Воронина и В.С. Кузнецова была разработана удобная универсальная библиотека для решения задач линейного программирования с виртуальной матрицей ограничений, включающей произвольное количество генераторов столбцов [4, 5]. Описание матрицы ограничений задачи представляет собой совокупность указателей на составляющие ее многоуровневые фрагменты, а проверка оптимальности текущего базисного плана осуществляется с учетом ее структуры: блоков, констант и повторов. Библиотека позволила существенно повысить скорость разработок и расширить спектр решаемых задач.

2. Становление исследований в области информационных и коммуникационных технологий

В конце 80-х гг. XX в. назрела необходимость выведения на мировой уровень подготовки студентов и исследований в областях сетевых технологий, системного программного обеспечения и программной инженерии (технологии разработки программного обеспечения). Для решения этой задачи в 1989 г. из состава кафедры ПМиК выделилась кафедра информатики и математического обеспечения (ИМО), которую возглавил доцент Г.С. Сиговцев, руководивший специализацией «Вычислительная математика». С 2000 г. кафедрой заведует доцент Ю.А. Богоявленский. Эта кафедра начала подготовку к проведению соответствующих исследований.

Работа началась с освоения персональных ЭВМ. В 1990-1994 гг. на кафедре разрабатывались прикладные системы по заказам организаций республики. Для объединения «Карелпушнина» на ПЭВМ в среде СУБД Paradox разработана система расчета оптимальных рационов кормления методом линейного программирования. Интерфейс обеспечивал взаимодействие зверовода с системой в терминах его предметной области. Задача линейного программирования решалась внешним пакетом программ. Для железнодорожной больницы Петрозаводска на ПЭВМ в среде СУБД Paradox разработана система учета амбулаторных пациентов и получения медицинской статистики. Интерфейс позволял оператору в течение дня вводить данные о более чем 450 пациентах. Были реализованы защита потери данных из-за отключений электроэнергии и система резервного копирования.

В 1993 г. кафедра организовала сотрудничество с отделением информатики Университета Хельсинки (Финляндия) для выполнения совместных пилотных исследований по направлениям моделирования и анализа производительности сетевых систем. В 1998 г. на кафедре сформулирована общая постановка задачи планирования мощности локального провайдера услуг как элемента инфраструктуры Интернета на основе информации о потоках данных. В ходе исследований возникла идея разработки экспериментальной платформы Nest для исследования моделей и методов управления ИКТ-инфраструктурами локальных провайдеров услуг Интернета и эффективности использования этих инфраструктур в бизнес-процессах [6]. Основная задача Nest - обеспечение доступа к данным измерений трафика, структурированного по пространственным, организационным и аппаратно-программным единицам инфраструктуры организации и их произвольным агрегациям. Nest основывается на объектной модели инфраструктуры и содержит подсистемы автоматизированного построения графа корпоративной сети, его визуализации и унифицированного доступа к данным измерений. Система активно разрабатывается, некоторые ее компоненты используются для управления сетью ПетрГУ.

Центральная роль протокола TCP и актуальность задач моделирования и анализа производительности его алгоритмов представлены в работе [7]. На кафедре эти исследования были начаты в 1997 г. с разработки в среде ОС Linux анализатора TCP соединений ТСРсоиаи [8] с использованием утилиты tepdump. В связи с усложнением реализаций TCP, в частности с появлением механизма выгрузки сегментирования (TSO), утилита tepdump стала давать неверные данные. В 2006 г. была начата разработка системы GetTCP для мониторинга выполнения алгоритмов TCP на уровне ядра ОС, последняя версия которой представлена в работе [9]. Получение первичных данных на этом уровне обеспечивает доступ к информации, отсутствующей в пространстве пользователя (например, размер скользящего окна), и позволяет получить любую информацию о поведении ТСР-соединения. Работы по вероятностному моделированию алгоритмов TCP были начаты на кафедре в 2001 г. Некоторые результаты представлены в работе [10], где построена полумарковская модель совместной работы алгоритмов Slow Start и AIMD.

Опыт моделирования показал, что решения при управлении сетями и их проектировании во многих случаях носят дискретный характер, т. е. целесообразно применять дискретные модели. Мы начали использовать системы неотрицательных линейных диофантовых уравнений (НЛДУ), коэффициенты которых - произвольные целые числа, а решения - неотрицательные целые. Эти системы легко интерпретировать содержательно, они имеют единственный базис (базис Гильберта) [11], компактно описывающий множество решений, и широко применяются в целочисленном программировании, анализе сложности алгоритмов, моделях памяти, параллельных вычислениях и др.

Задача вычисления базиса Гильберта является трудноразрешимой и эффективные алгоритмы ее решения в настоящее время можно построить только для некоторых классов систем. В работе [12] был развит подход португальских математиков М. Filgueiras и A. Tomas, показавших, как по контекстно-свободной грамматике можно построить ассоциированную с ней систему НЛДУ.

В диссертации [13] были построены новые классы ассоциированных систем и разработаны псевдо полиномиальные синтаксические алгоритмы вычисления базиса Гильберта. Также была построена в виде системы НЛДУ и экспериментально исследована модель стационарной агрегирующей структуры нагрузки внешнего канала провайдера услуг сети Интернет. В диссертации [14 были разработаны метод последовательных исключений для однородных систем НЛДУ и основанные на нем алгоритмы вычисления базиса Гильберта и генерации систем НЛДУ с известным базисом, а также построена диофантова модель сети MPLS для построения резервных маршрутов.

Эти два алгоритма вычисления базиса Гильберта и алгоритм генерации были реализованы в программной системе WebSynDic [15], которая позволяет с помощью интернет-обозревателя задавать и решать системы НЛДУ, а также исследовать новые алгоритмы вычисления базиса Г ильберта. Исследования по диофантову моделированию были продолжены и обобщены в монографии [16].

3. Становление учебных планов и формирование концепции подготовки специалистов по ИКТ на базе стандарта «Прикладная математика и информатика»

Кафедра ПМиК постоянно улучшала учебный процесс. В 1984 г. В.И. Чернецким была открыта специальность «Прикладная математика». Были разработаны и внедрены в учебный процесс такие базовые дисциплины, как «Методы оптимизации», «Комбинаторные алгоритмы», «Математическое моделирование», «Исследование операций» и др. В 1986 г. математический факультет выделился из состава ФМФ, была открыта аспирантура и создан Совет по присуждению кандидатских степеней. В частности, один из авторов этой статьи, А.В. Воронин, в 1983 г. стал первым аспирантом В.И. Чернецкого в Петрозаводске, а в 1993 г. возглавил кафедру ПМиК.

Важную роль в подготовке специалистов играет Клуб творчества программистов, организованный проф. В.А. Кузнецовым. С 2000 г. более 100 школьников и студентов изучают математическое моделирование, оптимизацию, теорию алгоритмов и программирование, участвуют в городских и республиканских олимпиадах. Работа начинается с 5-6-го класса школы и продолжается в университете. Клуб проводит несколько занятий и соревнований в неделю. Команды клуба успешно выступают в соревнованиях, в том числе на студенческом Чемпионате мира по программированию (ACM-ICPC International Collegiate Programming Contest), завоевали 2 бронзовые (2007, 2008) и серебряную (2010) медали. Более 10 лет ПетрГУ проводит летние и зимние международные сборы, в которых участвуют более 40 сильнейших команд России и мира.

В 1991 г. кафедры ПмиК и ИМО интенсифицировали работу по выводу учебного процесса на международный уровень путем активного изучения [17], [18] руководства ACM/IEEE по разработке учебных планов для направления Computer Science [19] и двухуровневой организации учебного процесса по схеме бакалавриат - магистратура.

В 1993 г. математический факультет ПетрГУ, одним из первых в России, открыл направление бакалавриата 010500 «Прикладная математика и информатика» [20], а в 1997 г. - магистратуру. В образовательных программах было учтено указанное выше руководство АСМЛЕЕЕ, а при их развитии - последующие рекомендации организаций ACM, IEEE, AIS, AITP. Активно велись работы по разработке адаптивных электронных курсов [21, 22]. В учебный план бакалавриата были введены дисциплины «Архитектура процессоров ПЭВМ» (для студентов первого курса), «Структуры данных», «Операционные оболочки», «Системное программирование в среде UNIX», «Компьютерные сети» и др. Для магистратуры были введены дисциплины «Выпуклые многогранники и задачи оптимизации», «Основы теории потоков в сетях», «Современные технологии высокопроизводительных вычислений», «Объектно-ориентированный анализ и проектирование» и др.

Затем были открыты специальность «Информационные системы и технологии» (1999) и направление «Бизнес-информатика» (2006). Сейчас более пятисот студентов обучаются по направлениям прикладной математики и информационных технологий. Наиболее талантливые выпускники продолжают обучение в аспирантуре и докторантуре, защищают диссертации в советах ПетрГУ и СПбГУ.

Факультет сотрудничает с учебно-методическими объединениями. В 2001 г. на базе ПетрГУ проведено совместное заседание Учебно-методического совета Минобразования РФ по направлению 654700 - «Информационные системы» и Учебно-методической комиссии по специальности 220200 - «Автоматизированные системы обработки информации и управления», а в 2008 г. - пленум Учебно-методического совета по прикладной математике и информатике, информационным технологиям Учебно-методического объединения по классическому образованию [23].

Кафедры ИМО и ПМиК выполнили большую работу по организации обучения студентов коллективной разработке ПО в рамках годовой дисциплины «Программная инженерия», читаемой с 1993 г. Для вывода ее преподавания на мировой уровень кафедрой ИМО в 2004 г. был реализован подготовительный проект - прототип системы WebSynDic [15]. В 2005 г. командой из пяти российских и шести финских студентов в режиме удаленного взаимодействия был завершен программный проект DaCoPAn [24] для визуализации процесса передачи данных по протоколам Интернета. Отметим, что участвовавшие в этих проектах студенты сейчас работают на кафедрах и участвуют в преподавании дисциплины «Программная инженерия».

К 2007 г. на факультете сформировалась система подготовки по этой дисциплине, обеспечивающая овладение студентами необходимых компетенций. В системе предусмотрены следующие этапы:

0. Клуб творчества программистов (см. выше).

1. Базовое обучение. Формируются основы навыков для указанных выше компетенций. Первым дается язык С, как основа современной культуры индустриального программирования.

2. Программная инженерия. Осваиваются навыки командной разработки проектов. В 5-м семестре выполняется простой «минипроект», а в 6-м - немного более сложный проект (команда 4-6 человек), приближенный к реальным промышленным условиям (планирование, анализ требований, полноценный набор документации, процедуры обеспечения качества, выбор и следование стандартам, тестирование, аттестация и т. и.). По выбору читаются дисциплины «Инструментальные средства разработки ПО», «Обеспечение качества ПО» и «Генера- ция лексических и синтаксических анализаторов».

3. Исследовательские и промышленные проекты. Студенты-исполнители вводятся в реальные исследовательские или промышленные проекты на кафедрах и в IT-парке ПетрГУ. Более детально система подготовки по дисциплине «Программная инженерия» изложена в [25].

В учебном процессе используются компьютерные средства на базе открытых программных платформ (ОПП) в средах ОС, производных от ОС UNIX, которые применяются для управления самым широким спектром аппаратных архитектур. На кафедре ИМО с 1993 г. проводилось изучение ОС Linux (первый дистрибутив - Slackware на ста 3,5-дюймовых дискетах был предоставлен зав. отделением информатики Университета г. Йоэнсуу (Финляндия) профессором М. Пенттоненом), подготовка преподавателей и разработка дисциплин. В сентябре 2001 г. была запущена серверная ЭВМ kappa.cs.karelia.ru, обеспечившая студентам сетевой доступ к необходимому набору программных продуктов и сетевых услуг в среде SUSE Linux.

В настоящее время потребности студентов и сотрудников удовлетворяются факультетской вычислительной системой, использующей ОС OpenSUSE (см. диаграмму [26]). Система имеет мощные серверные ЭВМ, маршрутизаторы, домен cs.petrsu.ru (cs.karelia.ru), поддерживает распределенную файловую систему, резервное копирование, электронную почту, широкий набор инструментов разработки ПО, веб-серверы и зоны Wi-Fi кафедр и лабораторий. Наш опыт [27] показывает, что использование ОПП в учебном процессе способствует формированию у студента таких фундаментальные компетенций, как архитектурная культура, прямое использование языков программирования, разработка системного ПО. Инструменты ОПП и патентованных сред практически не отличаются, и выпускник, имеющий ООП-навыки, свободно работает в патентованных средах. Обратное, к сожалению, неверно.

Итоги работы факультета по решению задачи планирования подготовки специалистов, способных к долговременной эффективной профессиональной работе в условиях диверсификации ИКТ (далее ЗАДАЧА), сформулированы в виде концепции «обратного подхода», представленной в пленарном докладе на конференции SORUCOM 2006 [28, 29]. Выполненный в этой работе сравнительный анализ характеристик Ядер совокупностей базовых знаний дисциплин «Computer Science», «Information Systems», «Information Technology» и «Software Engineering», представленных в [30], показывает, что эти Ядра полностью размещаются в объеме учебного времени стандарта бакалавриата 010500 «Прикладная математика и информатика», выделенного на изучение ИКТ. В работе обосновывается вывод, что ЗАДАЧА может быть решена путем усиления фундаментальности образования на основе концепции «обратного подхода», когда соответствующие инженерные компоненты вносятся в стандарты, обеспечивающие высокую математическую культуру.

4. Международное сотрудничество

В 1994 г. кафедра ПМиК при финансовой и организационной поддержке финской компании «Valmet Automation» (сейчас - «Metso Automation») провела международную конференцию «Новые информационные технологии в ЦБП», собравшую представителей крупнейших предприятий отрасли, важнейших специализированных отраслевых организаций, а также ряда университетов России и Финляндии.

В 90-е гг. XX века в России были закрыты многие отраслевые НИИ и КБ. В этих условиях ПетрГУ стал площадкой по обмену опытом между предприятиями и разработчиками систем автоматизации производства. Участники первой конференции отметили практическую ценность подобного обмена и целесообразность проведения конференций в Петрозаводске на регулярной основе один раз в два года. В сентябре 2012 г. ПетрГУ провел юбилейную десятую конференцию. Регулярное проведение подобных конференций еще больше укрепило связи кафедры ПМиК с предприятиями и специалистами ЦБК, позволило получать актуальную информацию о перспективных прикладных задачах на производствах.

Сотрудничество с отделением информатики Хельсинкского университета (Финляндия) с 1993 г. проводилось в виде исследовательских и учебных визитов преподавателей и студентов в Хельсинки и ответных визитов финских коллег в форме «недели приглашенного лектора» для чтения студентам современных спецкурсов. С 1997 г. проводится Ежегодный международный научный семинар «Annual International Workshop on Advances in Methods of Information and Communication Technology (AMICT), где студенты и молодые ученые представляют свои работы. Вышло в свет одиннадцать томов Трудов семинара [31]. В 2001 г. было разработано общее ядро учебных планов направления «Прикладная математика и информатика» ПетрГУ и направления «Computer Science» Хельсинкского университета. Тогда же на факультете, на базе этого ядра, открылась специализация «Системные технологии Интернета», для которой было разработано восемь специальных и факультативных дисциплин.

Впоследствии к сотрудничеству подключились университеты городов Йоэнсуу, Куопио, Оулу. Преподаватели факультета математического факультета ПетрГУ читают в этих университетах спецкурсы, ведут совместные исследования. Факультет также участвовал в программах подготовки магистров IMPIT и Трансграничного Российско-Финляндского университета (CBU), организовывал летние и зимние школы для студентов из Фин- ляндии. Доцент Д.Ж. Корзун проводит совместные исследования с коллегами из института Helsinki Institute of Information Technology.

В 2008 г. ПетрГУ вступил в Международную ассоциацию открытых инноваций FRUCT, цель которой - дать возможность студентам повысить свой профессиональный уровень, участвуя в проектах, требующих творческого подхода и получения практических результатов. Опираясь на опыт применения ОС Linux и современную систему подготовки по дисциплине «Программная инженерия», по инициативе FRUCT факультет начал, поддержанную небольшими грантами Nokia, разработку приложений для мобильных устройств N800, N810, N900 компании Nokia в среде Linux-подобных ОС Маето и Harmattan. На базе этих работ в IT-парке ПетрГУ была создана Лаборатория беспроводных и мобильных технологий ПетрГУ-Nokia-NSN, выполнявшая разработки силами сотрудников и студентов. Более детально работа лаборатории представлена в [32].

В 2011 г. ПетрГУ совместно с FRUCT получил три крупных гранта на общую сумму более 1,2 млн. евро за счет Программы приграничного сотрудничества в рамках европейского инструмента соседства и партнерства «Карелия» (ППС ЕИСП «Карелия»), финансируемой Евросоюзом, Финляндией и Россией. Цель первого гранта («Комплексное развитие регионального сотрудничества в сфере открытых инноваций в области информационно-коммуникационных технологий») состояла в дальнейшем развитии лаборатории для формирования коллектива, способного разрабатывать приложения, пригодные к размещению в сетевых магазинах. В настоящее время эта задача решена, более двадцати приложений [33] для ОС Symbian, Maemo, Harmattan, Android и Windows Phone размещены в сетевых магазинах соответствующих компаний и загружены несколько сот тысяч раз. Была также развернута работа по направлению «Интеллектуальные пространства (Smart Spaces)», см. например: [34]. Два других гранта были направлены на развитие мобильных приложений для туристов и людей с ограниченными возможностями и завершаются в конце 2014 г. В настоящее время на базе этих работ получены гранты РФФИ и Минобрнауки РФ для работ по направлениям «Интеллектуальные пространства» и «Интернет вещей (Internet of Things)» [35].

Международное сотрудничество в значительной степени способствовало подготовке нового поколения преподавателей и исследователей, способных вести работу на современном уровне.

5. Инновационная инфраструктура ПетрГУ

Качественным прорывом в развитии инновационно-производственной деятельности ПетрГУ стало создание в 2005 г. IT-парка. После реконструкции здания площадью более 4000 кв. м. были оборудованы более 200 рабочих мест для студентов, аспирантов, преподавателей и сотрудников - специалистов в области математического моделирования, информационных и нанотехнологий, микроэлектроники. Здесь же разместились Клуб творчества программистов, Студенческий бизнес-инкубатор, Управление инновационно-производственной деятельности ПетрГУ.

Подразделения IT-парка выполняют заказы ведущих российских и зарубежных предприятий и организаций, активно участвуют в проектных и грантовых программах. Среди наших партнеров и заказчиков предприятия ЛПК, ЦБП, машиностроительной и нефтехимической отраслей России, мировые лидеры инноваций - Nokia , Samsung, Metso Automation, Metso Minerals, Outotec и др. В 2010-2012 гг. на базе IT-парка создано 14 малых инновационных предприятий, в т. ч. компания «Оптисофт», которая в 2013 г. выполнила заказы по разработке программных систем на сумму около 40 млн рублей.

В настоящее время в IT-парке, наряду с адаптацией разработанных систем к интегрированным системам управления предприятиями на базе систем R/3, ORACLE, 1C и др., ведется разработка моделей, алгоритмов и программных комплексов решения новых задач планирования и управления производствами для предприятий с которыми налажено сотрудничество.

Открываются новые направления исследований: IT-парк приступил к разработке систем планирования и управления производствами на основе распределенных вычислений в рамках проекта «Исследование задач оптимального планирования производственных процессов и разработка программной платформы для их решения с использованием частного облака по технологии SaaS», см. например: [36]. Завершена разработка комплексной системы планирования и управления предприятием ЦБП ОАО «Кондопога», начиная от поступления лесосырья и приемки заказа, вплоть до отгрузки готовой продукции.

Заключение

Деятельность кафедры ПмиК, затем кафедры ИМО, а в дальнейшем IT-парка ПетрГУ обеспечила динамичное развитие направлений экономико-математического моделирования, прикладных методов оптимизации и современных ИКТ. В ПетрГУ создан математический факультет, а сформированная на нем научнопедагогическая школа обеспечивает подготовку высококвалифицированных кадров, востребованных как в Республике Карелия, так и за ее пределами. В настоящее время в составе кафедр ПМиК и ИМО восемь профессоров, большая часть преподавателей защитила кандидатские диссертации. Подготовлено новое поколение преподавателей и исследователей. Практически все сотрудники участвуют в проектах и договорных работах.

Учебный процесс математического факультета соответствует современным мировым тенденциям, планируется и развивается в тесном контакте с сообществами учебно-методических объединений России на основе построенной на базе собственного опыта концепции «обратного подхода». IT-парк ПетрГУ представляет собой современную технологическую площадку для воспитания студентов в духе энтузиазма и общественной важности осваиваемой ими профессии. В настоящее время подразделения IT-парка ПетрГУ полностью реализуют идею задуманной Л.В. Канторовичем хозрасчетной экономико-математической организации, способной материально обеспечить своих сотрудников за счет решения важных задач планирования и управления производствами.

Список литературы

1. Канторович Л.В., Романовский И.В. Математические методы в управлении экономикой. М. Знание, 1977. 337 с.
2. Воронин А. В., Кузнецов В. А. Математические модели и методы планирования и управления предприятием ЦБП. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2000.256 с.
3. Воронин А. В., Шегельман И. Р. Вертикально-интегрированные структуры управления в лесопромышленном комплексе. СПб.: Изд-во СПбЛТА, 2003. 216 с.
4. Кузнецов В. А., Печников А. А., Шабаев А. И. Универсальная программная система для разработки программного обеспечения управления производственными процессами // Автоматизация и современные технологии. 2008. № 11. С. 10-14
5. Воронин А. В., Печников А. А., Шабаев А. И. Конвейерная технология разработки программного обеспечения для управления производственными ресурсами и процессами // Перспективы науки. 2010. № 2. С. 95-99
6. Богоявленский Ю. А. Прототип экспериментальной платформы Nest для исследования моделей и методов управления ИКТ-инфраструктурами локальных поставщиков услуг Интернет//Программная инженерия. 2013. № 2. С. 11-20.
7. Богоявленская О.Ю. Протокол TCP как средство распределенного управления инфраструктурой сетей передачи данных история и перспективы развития. В настоящем сборнике.
8. Korzoun D. G., Bogoiavlenski I. A. TCPconan: A System with Flexible Management of TCP Connections Data Processing // Proceedings of FDPW '99 / ПетрГУ. Петрозаводск, 2000. T. 2. С. 77-94.
9. Sannikov A. A., Bogoiavlenskaia О. Г, Bogoiavlenskii I. A. GetTCP+: Performance Monitoring System at Transport Layer // Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networking, Lecture Notes in Computer Science 8121. 2013. August. P. 236-246.
10. Богоявленская О. Ю. Вероятностная модель алгоритмов протокола распределенного управления сети Интернет // Автоматика и телемеханика. 2009. № 1. С. 119-129.
11. Giles F., Pulleyblank W. Total Dual Integrality and Integer Polyedra//Linear algebra and its applications. 1979. № 25. P. 191-196.
12. Богоявленский Ю. А., Корзун Д. Ж. Общий вид решений системы линейных диофантовых уравнений, ассоциированной с контекстно-свободной грамматикой // Труды Петрозаводского государственного университета. Сер. «Прикладная математика и информатика». Выл. 6. 1997. С. 98-109.
13. Корзун Д. Ж. Синтаксические алгоритмы решения неотрицательных линейных диофантовых уравнений и их приложение к моделированию структуры нагрузки канала Интернет: дисс. ... канд. физ.-мат. наук / ПетрГУ. Петрозаводск, 2002. 185 с.
14. Кулаков К. А. Эффективные алгоритмы и программные средства реализации линейных диофантовых моделей сетей ЭВМ: дисс. ... канд. физ.-мат. наук/ПетрГУ. Петрозаводск, 2009. 170 с.
15. Богоявленский Ю. А., Корзун Д. Ж. Программная система удаленного решения однородных линейных диофантовых уравнений в неотрицательных целых числах // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. «Информатика. Телекоммуникации. Управление». 2010. № 1 (93). С. 90-99.
16. Korzun D., Gurtov A. Structured Peer-to-Peer Systems: Fundamentals of Hierarchical Organization, Routing, Scaling, and Security. Springer, 2013. P. 366.
17. Using of Computing Curricula 1991 for Transition from «Mathematics» to «Applied Mathematics and Computer Science» Baccalaureate Program / A. Voronin, I. Bogoiavlenski, A. Pechnikov, G. Sigovtsev // Abstracts of Conference ITiCSE'97. Uppsala: University of Uppsala, 1997. P. 8.
18. Goldweber M. Historical Perspectives on the Computing Curriculum (Report of WG № 7), New-York, USA // Working Group Reports and Supplemental Proceedings of ITiCSE'97 / M. Goldweber, J. Impagliazzo, A. G. Clear, G. Davies, I. A. Bogoiavlenski, H. Flack, J. P. Mayers, R. Rasala. Uppsala (Sweden): ACM Press, 1997. P. 94-111.
19. Allen B. Tucker, Computing Curricula 1991 // CACM. Vol. 34, Issue 6. 1991. June. P. 68-84.
20. Профессионально-образовательная программа для подготовки бакалавров по направлению 010500 «Прикладная математика и информатика» / А. В. Воронин, Ю. А. Богоявленский, А. В. Кузнецов, В. В. Поляков, Г. С. Сиговцев // Тезисы докладов Всероссийской научно-методической конференции «Методические основы функционирования и развития системы многоуровневого образования». Саратов: Изд-во Саратовского гос. тех. ун-та, 1993.
21. Гольдштейн Ю. Б., Сиговцев Г. С., Русанов О. В. Интерактивная обучающая среда по техническим дисциплинам // Proceedings of IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies. Kazan, 2002. C. 88-90.
22. Сиговцев Г. С., Семенов И. О. Разработка электронного учебного курса с использованием когнитивной карты как модели содержания // Дистанционное и виртуальное обучение: науч. журнал. 2012. № 3. С. 97-106
23. Электронный ресурс, свободный.
24. Distributed Cross-Experience in a distributed cross-cultural Student Software Project / I. Verkamo, J. Taina, Y. A. Bogoyavlenskiy, D. G. Korzun, T. Tuohiniemi // A Case Study. Proc. of 18th Conference on Software Engineering Education & Training (CSEET'05). 2005. P. 207-214. Обучение технологии разработки программного обеспечения в Петрозаводском государственном университете / А. В. Воронин, Ю. А. Богоявленский, Д. Ж. Корзун, А. И. Шабаев // Пятая открытая всероссийская конференция «Преподавание информационных технологий в Российской Федерации»: сб. докладов. М.: АП КИТ, 2007. С. 102-119.
25. Электронный ресурс, свободный.
26. Воронин А. В., Богоявленский Ю. А., Корзун Д. Ж. Опыт подготовки специалистов по информационным и коммуникационным технологиям на базе открытых программных платформ // Сборник трудов IV Международной научно- практической конференции «Современные информационные технологии и ИТ-образование» (Москва, 14-16 декабря 2009 г.). М.: ИНТУИТ.РУ, 2009. С. 97-104.
27. Богоявленский Ю. А. Подготовка специалистов по информационным и коммуникационным технологиям на базе семейства стандартов «Прикладная математика и информатика» // Материалы международной конференции SORUCOM 2006«Развитие вычислительной техники в России и странах бывшего СССР: история и перспективы». Ч. 1. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2006. С. 33^14.
28. Bogoiavlenskii I. A. Information and Communication Technology Education Based on the Russian State Educational Standard of «Applied Mathematics and Informatics» Perspectives on Soviet and Russian Computing, IFIP Advances // Information and Communication Technology. Vol. 357. 2011. P. 243-250.
29. IEEE/AIS/ACM Joint Task Force on Computing Curricula. Computing Curricula 2005. The Overview Report covering undergraduate degree programs in Computer Engineering, Computer Science, Information Systems, Information Technology, Software Engineering. 2005.
30. Электронный ресурс, свободный.
31. Лаборатория беспроводных и мобильных технологий ПетрЕУ-Nokia-NSN: организация и результаты / А. В. Воронин, С. И. Баландин, Ю. А. Богоявленский, К. А. Кулаков, Д. Ж. Корзун, А. И. Шабаев // Материалы Восьмой открытой всероссийской научно-практической конференции «Преподавание информационных технологий в Российской Федерации»: сб. трудов. Петрозаводск: Изд-во ПетрЕУ, 2010. С. 136-140.
32. Электронный ресурс , свободный.
33. Корзун Д. Ж., Ломов А. А., Ванаг П. И. Автоматизированная модельно-ориентированная разработка программных агентов для интеллектуальных пространств на платформе Smart-МЗ // Программная инженерия. 2012. № 5. С. 6-14.
34. Korzun D., Balandin S., Gurtov A. Deployment of Smart Spaces in Internet of Things: Overview of the Design Challenges, Proc. // 13th Int’l Conf. Next Generation Wired/Wireless Networking (NEW2AN’13) and 6th Conf. Internet of Things and Smart Spaces (ruSMART’13). LNCS 8121. S.-Petersburg, Russia, 28-29 Aug. 2013. P. 48-59
35. «Cloud» services for improving production efficiency of industrial enterprises («Облачные» сервисы для повышения эффективности промышленных предприятий) / А. В. Воронин, В.А. Кузнецов, А. И. Шабаев, И. В. Архипов // Материалы международной конференции «Maintenance, performance, measurement and management 2013». Технологический университет г. Лаппеенранта (Финляндия), 2013. С. 315-329

Об авторе: Петрозаводский государственный университет
voronin0psu.karelia.ru, ybgv0cs.karelia.ru, kuznetcv0mail.ru
Материалы международной конференции Sorucom 2014 (13-17 октября 2014)
Помещена в музей с разрешения авторов 17 декабря 2014