Работая с нашим сайтом, вы даете свое согласие на использование файлов cookie. Это необходимо для нормального функционирования сайта, показа целевой рекламы и анализа трафика. Статистика использования сайта отправляется в «Яндекс» и «Google»

Понятно

Научный журнал Моделирование, оптимизация и информационные технологииThe scientific journal Modeling, Optimization and Information Technology

cетевое издание
issn 2310-6018

отправить
статью

метаданные статей за последние 2 года

Методика расстановки базовых станций системы локального позиционирования в рабочей зоне с препятствиями

2024. T.12. № 2. id 1579

Крижановский М.Н. Тихонова О.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.037

В данной статье рассматриваются существующие методы расстановки базовых станций локальной системы позиционирования в рабочей зоне. Выбор способа расстановки станций во многом определяет конечную точность и экономическую целесообразность всей проектируемой системы. Обзор научной литературы показал, что в настоящее время отсутствует универсальная методика размещения базовых станций в рабочей зоне позиционирования. Существующие решения реализуют либо один из стандартных подходов размещения станций по сетке, либо воплощают метод перебора множества комбинаций размещений. Метод расстановки станций по сетке не приспособлен к условиям проектирования системы позиционирования в рабочей зоне сложной формы, разделенной внутри различными перегородками и массивными объектами, так как не учитывает особенности распространения радиосигнала. Метод перебора различных комбинаций размещения базовых станций в большинстве программных реализаций сводится к минимизации влияния геометрического фактора (Geometric Dilution of Precision – GDOP) на погрешность измерений расстояний до станций и так же не учитывает искажения навигационного сигнала, вносимые при прохождении сквозь различные препятствия. Поэтому разработка методики размещения базовых станций локальной системы позиционирования является актуальной проблемой и именно ее решению посвящена статья. Согласно предлагаемой методике, рабочая зона, содержащая на своей площади массивные препятствия, разбивается на выпуклые свободные подобласти в соответствии с жадным алгоритмом, в которых и осуществляется расстановка базовых станций. По итогу работы над статьей выведены принципы для работы методики расстановки базовых станций и предложен универсальный алгоритм размещения станций в рабочих зонах с препятствиями.

Ключевые слова: система локального позиционирования, dilution of Precision, геометрический фактор, жадный алгоритм, DOP, трилатерация

Компьютерное моделирование работы корпуса трубодержателя подвески насосно-компрессорной трубы

2024. T.12. № 2. id 1577

Тимофеев Е.К.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.036

Подвеска насосно-компрессорной трубы является конструктивным элементом, входящим в состав системы подводной добычи. Корпус трубодержателя является основой конструкции подвески насосно-компрессорной трубы и воспринимает скважинное давление и силу тяжести колонны свинченных труб, чья прочность и работоспособность играет решающую роль в обеспечении безопасности процесса добычи. Нарушение структурной целостности конструкции корпуса трубодержателя может вызвать необратимые катастрофические последствия. Недостаточно проработанные инженерные решения по конструктивному исполнению проточной части корпуса трубодержателя могут привести к увеличению местного гидравлического сопротивления, что способствует увеличению энергозатрат по перекачке газлифтовым способом добываемого флюида и, как следствие, снижению коэффициента полезного действия всей линии трубопровода добычи. В этой связи данная статья направлена на выявление степени влияния геометрических параметров проточной части корпуса трубодержателя на прочностные и гидравлические характеристики конструкции. В работе представлены результаты компьютерного моделирования корпуса трубодержателя в эксплуатационных условиях работы методом конечных элементов, а также методом конечных объемов с использованием расчетного комплекса Ansys. При конечно-элементном моделировании напряженно-деформированного состояния корпуса трубодержателя задача рассматривалась в рамках упругой постановки. Методом конечных объемов моделировалось однофазное течение газа при перепаде давления Δp =1 МПа между входом и выходом проточного канала с учетом модели турбулентности k-ɛ. По результатам моделирования были определены прочностные и гидравлические параметры конструкции. Представлены результаты расчетов эквивалентных напряжений, а также коэффициента гидравлического сопротивления для различных типов исполнения проточной части корпуса трубодержателя. Материалы статьи представляют практическую ценность для инженеров, занимающихся проектированием элементов системы подводной добычи.

Ключевые слова: система подводной добычи, корпус трубодержателя, напряженно-деформированное состояние, подвеска насосно-компрессорной трубы, подводная фонтанная арматура, коэффициент гидравлического сопротивления

Интеллектуализация управления в организационных системах с цифровым концентратором результатов деятельности на основе оптимизационного моделирования

2024. T.12. № 2. id 1575

Львович Я.Е. Пупыкин А.Н.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.018

В статье рассматривается подход к интеллектуализации управления в организационных системах, нацеленных на обеспечение эффективности взаимодействия производителей и потребителей результатов деятельности с использованием цифровых технологий и оптимизационного моделирования. В условиях активной цифровизации бизнеса выделен класс организационных систем с цифровым концентратором результатов деятельности. Показано, что при организации взаимодействия производителей и потребителей управление направлено не только на согласование объектов торговых операций, но и на регулирование объектов информационных потоков с целью снижения затрат на цифровой трансфер. При этом возникает две оптимизационные задачи, связанные с различными схемами распределения объемов информационных потоков со стороны производителей и потребителей. В первом случае оптимизируемыми переменными являются коэффициенты распределения планового объема потока, поступающего в цифровой концентратор, между объектами-производителями с учетом вариантов продвижения. Экстремальное требование обеспечивает минимизацию затрат, а граничное – связано с планируемым максимальным и минимальным уровнем доходов объектов от обмена информацией с потребителями. Алгоритм принятия решения совмещает случайный выбор значений коэффициентов на заданном интервале с последующей их настройкой с использованием градиентного поиска. Выбрано правило останова итерационного процесса, при выполнении которого определяется оптимальное распределение информационных потоков между объектами. Во втором случае строится оптимизационная модель, в которой оптимизируемыми переменными являются коэффициенты распределения планового объема информационного потока между производителями с учетом зарегистрированных цифровым концентратором категорий результатов деятельности.

Ключевые слова: организационная система, цифровой концентратор, интеллектуализация, управление, оптимизационное моделирование

Исследование эффективности моделей глубокого обучения в задаче распознавания технологических операций, как последовательности движений кистей рук

2024. T.12. № 2. id 1574

Штехин С.Е. Стадник А.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.035

В работе изучаются методы распознавания на видео специфического класса технологических операций ручного труда, который представляет собой последовательности движения кистей и пальцев рук. Технологическая операция здесь определяется как последовательность новых специфических символов жестового языка. Рассмотрены различные методы распознавания жестов на видео. Исследован двухэтапный подход: на первом этапе распознаются ключевые точки рук на каждом кадре с помощью открытой библиотеки mediapipe, на втором этапе покадровая последовательность ключевых точек трансформируется в текст с помощью обученной нейросети архитектуры трансформер. Основное внимание уделено обучению модели нейросети архитектуры трансформер на базе открытого датасета американского жестового языка (ASL) для распознавания предложений жестового языка на видео. Затронут вопрос применимости данного подхода и обученной модели ASL для распознавания технологических операций ручного труда с мелкой моторикой в виде текстовой последовательности. Полученные результаты могут быть полезны при исследовании трудовых процессов с быстрыми движениями и малыми отрезками времени в алгоритмах распознавания технологических операций ручного труда на видеоданных.

Ключевые слова: видеоанализ движений рук, распознавание жестов, распознавание действий, глубокие нейронные сети, трансформер, технологические операции

Моделирование стохастической нагрузки в жилом секторе

2024. T.12. № 2. id 1573

Боровский А.В. Юменчук А.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.034

Спрос на электроэнергию в электрической сети меняется в зависимости от времени суток и потребностей потребителей. Реагирование на спрос – это изменение кривой потребительской нагрузки, сопровождающееся изменением цены на электроэнергию, в основном используемое поставщиками для ограничения пиков потребления. Уменьшение краткосрочного несоответствия между производством и потреблением помогает интегрировать в энергосистему возобновляемые источники электроэнергии, различные низкоуглеродные технологии, аккумуляторное хранение электроэнергии и электромобили. Одним из инструментов, используемых для сохранения баланса между производством и потреблением электроэнергии, являются умные счетчики, работающие в интеллектуальной сети. Подобные устройства широко распространены в США и странах Европейского союза, в том числе в жилом секторе. В Российской Федерации в настоящий момент внедрение интеллектуальных сетей в жилом секторе только начинается. В статье рассмотрена стохастическая модель потребления электроэнергии бытовыми приборами на основе теории сверток. Выполнен замер потребляемой мощности наиболее распространенными бытовыми приборами. Приведены несколько примеров составления профилей потребителей на основе полученных данных. Выявлены барьеры, возникающие при внедрении интеллектуальных систем энергоснабжения в Российской Федерации, а также причины, в связи с которыми растет заинтересованность поставщиков электроэнергии в интеллектуальных системах энергоснабжения.

Ключевые слова: стохастические модели, прогнозирование спроса, многоступенчатая нагрузка, интеллектуальная сеть, график энергопотребления

Численное моделирование подавления вынужденных колебаний торцов микрокапельных агрегатов в магнитных жидкостях при увеличении межфазного натяжения

2024. T.12. № 2. id 1572

Романенко М.Г. Дроздова В.И. Шагрова Г.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.033

Актуальность моделирования вынужденных колебаний микрокапельных агрегатов, входящих в состав магнитных жидкостей, связана с проблемой прогнозирования параметров рабочих тел новых устройств и с созданием новых магниточувствительных сред с управляемыми свойствами. Научный интерес обусловлен уникальной чувствительностью к магнитному полю микрокапельных агрегатов, что связано как с их высокой (для жидких сред) магнитной проницаемостью, так и низким межфазным натяжением на границе раздела агрегата с окружающей его жидкостью, что позволяет получать вынужденные колебания большой амплитуды, характер которых определяется параметрами агрегатов, напряженностью и частотой внешнего поля. Особенности вынужденных колебаний микрокапельных агрегатов при большой амплитуде мало изучены, в частности, представляет интерес разработка универсального метода моделирования, пригодного для проведения вычислительных экспериментов в широком диапазоне изменения межфазного натяжения и исследование возможности подавления колебаний с ростом частоты, проведенное в данной работе. В основу моделирования вынужденных колебаний положен энергетический подход и предположение о том, что форму удлиненного вдоль поля агрегата можно представить эллипсоидом вращения, а его намагниченность – линейной зависимостью от напряженности внешнего магнитного поля. Это позволило провести вычислительный эксперимент при изменении межфазного натяжения на порядок в диапазоне от 2∙10-6 Н/м до 2∙10-5 Н/м и получить удовлетворительное согласование с результатами натурных экспериментов. В результате вычислительного эксперимента установлено, что повышение межфазного натяжения приводит к уменьшению амплитуды колебаний и сокращению удлинения, т. е. подавляет колебания. Практическую ценность представляет прогнозирование деформации агрегатов под действием магнитного поля для разработки новых материалов с управляемыми свойствами.

Ключевые слова: численное моделирование, вынужденные колебания, микрокапельные агрегаты, межфазное натяжение, магнитная жидкость

Технология хаос-ритмов в исследованиях собственного электромагнитного поля биологических объектов

2024. T.12. № 2. id 1570

Алешков А.А. Цветков Г.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.032

Любой живой организм имеет собственное биологическое поле, зависящее как от характеристик и состояния живого организма, так и от факторов внешней среды. При информационном воздействии внешних факторов наблюдается изменение фрактальной структуры этого поля и образование особых хаотических сигналов, параметры которых могут служить основой для решения различных научных и практических задач. В статье представлена технология исследования электромагнитных полей биологических объектов на основе анализа изменения структуры хаоса широкополосных хаотических сигналов собственных электромагнитных излучений, генерируемых под действием внешнего информативного электромагнитного поля с заданной напряженностью и модуляционно-временными параметрами. Для оценки структуры хаотических сигналов предлагается использовать такие методы фрактального подхода, как отображение Пуанкаре, вычисление соответствующей размерности Хаусдорфа и параметров хаос-ритма. На основе проведенных экспериментов установлено наличие характерной зависимости параметров хаос-ритма собственных электромагнитных излучений биообъекта как от характеристик и состояния самого живого организма, так и от параметров, последовательности и скорости изменения внешнего информативного электромагнитного поля. Определена степень информационного воздействия внешнего электромагнитного поля на человека, которая может превосходить энергетическое по некоторым показателям почти в 4 раза. Доказана возможность использования предложенной технологии для решения различных научных и практических задач: медицинских исследований функционального состояния организма, оценки и контроля воздействия электромагнитных полей на здоровье человека, разработки средств защиты окружающей среды и человека от радиоизлучающих систем, обнаружения и распознавания биообъектов заданного класса.

Ключевые слова: фрактальный подход, хаос-ритм, показатель Хаусдорфа, широкополосный хаотический сигнал, биорадиоинформативная технология, биологический объект, электромагнитное излучение, интегральное поле, информационное взаимодействие

Разработка акустической измерительной системы анализа состава веществ

2024. T.12. № 2. id 1569

Бочкарев А.В. Любимова М.А. Попов К.С.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.031

Актуальность исследования обусловлена проблемой несвоевременности анализа состава жидких смесей при их изготовлении предприятиями пищевой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Традиционный метод такого анализа проводится после формирования партии продукции, из-за чего предприятия терпят издержки, связанные с утилизацией брака партии продукции. Данная же статья посвящена разработке акустической измерительной системы анализа состава жидких веществ, способной использоваться для анализа различной жидкой продукции в промышленности в непрерывном режиме при транспортировке этой продукции по внутренней системе промышленного трубопровода, что позволяет выявить брак до формирования партии продукции, тем самым сократить издержки на утилизацию. Система, встраиваемая в трубопровод, содержит два измерительных канала, включающих два пьезоэлектрических приемника и один, общий для двух каналов, пьезоэлектрический излучатель. В рамках данной работы производится отбор оборудования на основе анализа повторяемости результатов исследований, в частности, рассматривается возможность применения того или иного генератора, формирующего возбуждающие сигналы для пьезоэлектрического излучателя. Исследуется возможность использования возбуждающих сигналов различной формы и/или длительности, производится оценка повторяемости на основании линейного коэффициента корреляции между несколькими повторениями экспериментов с одним типом возбуждающего сигнала. Анализируется необходимость наличия двух измерительных каналов. Материалы представляют практическую ценность для предприятий, выпускающих жидкую продукцию, а также для производителей аналитического оборудования.

Ключевые слова: акустический метод измерения, пьезоэлектрический преобразователь, аналитические исследования, повторяемость результатов, линейный коэффициент корреляции

Анализ и оптимизация эффективности функционирования организационной системы с автоматизированными устройствами обслуживания на основе имитационного моделирования

2024. T.12. № 2. id 1567

Бакулин А.Ю. Львович Я.Е.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.030

В статье рассматривается подход к анализу и оптимизации эффективности сетевых организационных систем в условиях активизации процессов автоматизации и цифровизации. Выделен класс организационных систем с автоматизированными устройствами обслуживания, результатом деятельности которых является выполнение услуг. Включение в сетевую структуру сервисных автоматов определяет особенность решения задач анализа и оптимизации. Анализ базируется на имитационном моделировании исследуемого класса систем как систем массового обслуживания с варьируемой топологией каналов обслуживания. Поэтому оптимизируемыми переменными определены альтернативные переменные, характеризующие компоненты топологии, которые связаны с дублированием как компонентов, так и автоматизированных устройств в целом. К этим переменным добавлены переменные, влияющие на лояльность клиентов за счет предоставления скидок в определенные временные периоды. Оптимизационная модель представляет собой объединение формализованных описаний зависимостей от оптимизируемых переменных экстремального и граничных требований. В качестве экстремального требования определена необходимость максимизации дохода, а граничных – временные характеристики, связанные с временем простоя автоматизируемых устройств и временем простоя обслуживания. Алгоритмизация принятых решений по варианту топологии сетевой системы и механизму повышения лояльности клиента основана на объединении трех составляющих итерационного процесса поиска: анализа исследуемой организационной системы с использованием имитационной модели; имитацией направленного перебора при случайных значениях альтернативных переменных; окончательного выбора на множестве перспективных вариантов путем экспертного оценивания. Предложена структурная схема алгоритма, базирующегося на интеграции перечисленных составляющих.

Ключевые слова: организационная система, автоматизированные устройства обслуживания, имитационное моделирование, анализ, оптимизация, экспертное оценивание

Обзор методов биологической обратной связи в реабилитации посттравматического стрессового расстройства

2024. T.12. № 3. id 1566

Галушка М.С. Вишневецкий В.Ю.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.025

Посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) представляет собой серьезное психическое заболевание, которое может развиться после переживания или травматического события. Современные методы лечения включают психотерапию и фармакотерапию, но они не всегда эффективны, а некоторые пациенты могут испытывать остаточные симптомы или рецидивы. Биологическая обратная связь (БОС) – это многообещающий дополнительный метод лечения ПТСР, который фокусируется на обучении пациентов сознательно контролировать свои физиологические реакции на триггеры, связанные с травмой. БОС включает в себя использование электронных устройств для измерения и предоставления пациентам обратной связи в режиме реального времени об их физиологических функциях, таких как частота сердечных сокращений, мышечное напряжение, потоотделение и активность мозга. Анализ данных, получаемых с помощью БОС, требует разработки специализированных алгоритмов и программного обеспечения, в том числе с использованием методов машинного обучения и интеллектуального анализа данных для обработки больших массивов данных и выявления скрытых закономерностей. В данном обзоре рассмотрены существующие исследования эффективности БОС, в частности нейрофидбека и биофидбека в реабилитации ПТСР. Анализ 19 рандомизированных контролируемых исследований, проведенных в период с 2014 по 2024 год, показал, что различные виды БОС, включая нейрофидбек, БОС по вариабельности сердечного ритма, БОС по дыханию, эффективно снижают выраженность симптомов ПТСР, а также сопутствующих тревожных и депрессивных расстройств. В обзоре также рассматриваются различные протоколы БОС, используемые в лечении ПТСР, включая типы используемых датчиков, параметры обратной связи и продолжительность лечения. Представлена модель для оценки эффективности БОС при лечении ПТСР. Результаты показывают, что БОС может быть эффективным дополнением или альтернативой традиционным методам лечения, особенно при хроническом и сложном ПТСР. Несмотря на многообещающие результаты, необходимы дальнейшие исследования с более крупными размерами выборки и стандартизированными протоколами для определения оптимальных протоколов лечения и долгосрочной эффективности БОС при ПТСР.

Ключевые слова: ПТСР, БОС, нейрофидбек, биофидбек, реабилитация, информационные технологии, интеллектуальный анализ данных, моделирование

Визуальное и прогностическое моделирование заболеваемости артериальной гипертензией лиц старших возрастных групп и их диспансеризации

2024. T.12. № 2. id 1565

Гафанович Е.Я. Ломаков А.В. Львович А.И. Чопоров О.Н.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.014

В статье рассматривается использование результатов анализа динамики показателей заболеваемости и диспансеризации населения региона на основе визуального и прогностического моделирования многолетней медико-статистической информации. В качестве группы заболеваний выбрана артериальная гипертензия. Использованы данные медицинской статистики Воронежской области за 2013–2022 годы. Предложено провести визуальное моделирование временных рядов, характеризующих динамику показателей заболеваемости и диспансеризации, на основе анализа их графического представления и использования механизмов наглядно-образной интуиции человека при сопоставлении результатов визуализации. Визуальное моделирование позволило охарактеризовать тенденцию ежегодного прироста уровня заболеваемости артериальной гипертензией взрослого населения Воронежской области и установить важную для принятия решений органами управления здравоохранением информацию о периодах снижения темпа роста заболеваемости. Другой важной для органов управления оценкой является адекватность процесса диспансеризации тенденциям в динамике заболеваемости, которая устанавливается путем сопоставления результатов визуализации и определяется совпадающими изменениями при графическом представлении временных рядов соответствующих показателей. Для использования результатов прогностического моделирования в первую очередь по величине среднеквадратичной ошибки прогноза динамики временных рядов сравнивается ряд методов: авторегрессионное интегрированное скользящее среднее, простое экспоненциальное сглаживание, метод линейного Хольта, тройное экспоненциальное сглаживание. Сделан вывод о том, что первый метод показывает наилучший результат, а прогнозные оценки подтверждают результаты визуального анализа. Эти оценки ориентируют органы управление здравоохранением сохранять в будущие временные периоды темпы роста ресурсного обеспечения, выделяемого на проведение диспансеризации в регионе.

Ключевые слова: медико-статистическая информация, заболеваемость, диспансеризация, визуализация данных, прогностическое моделирование, управление ресурсным обеспечением

Математическое моделирование циклических процессов в динамических синергетических системах

2024. T.12. № 3. id 1563

Лебедев В.И.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.007

В работе исследуется возможность возникновения циклического поведения динамических синергетических систем при учёте нелинейных процессов разных возрастающих порядков. Системы представляются в виде динамических, нелинейных, дифференциальных уравнений в фазовых пространствах. Фазовые пространства образуют из существенных переменных, характеризующих систему. Существенные переменные образуют систему «параметрами порядка» для моделей. Изучены бифуркации в поведении ряда моделей динамических синергетических систем. Исследованы процессы возникновения циклического поведения в динамических синергетических системах. Изучаются нелинейные процессы в динамических системах и их изменения в особых точках фазовых диаграмм. Проведено изучение поведения и устойчивость синергетических моделей в областях простых элементарных катастроф типа «сборка» и «складка». Исследованы циклические процессы при катастрофе типа «сборка». Рассмотрена модель циклических логистических революций в региональных экономиках. Изучены циклы в «мягкой» по Арнольду катастрофе «ласточкин хвост». Исследовано возникновение циклических процессов, а также устойчивость циклов. Определены способы верификации моделей и возможности управления моделями. Исследованы области фазовых диаграмм для сложных нелинейных динамических систем с циклическим поведением. Обсуждена динамика циклов в разных областях фазового пространства для синергетических систем. Определены проблемы верификации и управления моделями с возможным появлением циклов, а также обсуждено появление циклов высшего порядка.

Ключевые слова: математические модели, синергетические системы, фазовые пространства, катастрофы, бифуркации, циклические процессы, верификация моделей, устойчивость циклов

Микросервисная архитектура в облачных системах: риски и возможности применения в 2024–2030 гг.

2024. T.12. № 2. id 1561

Малыгин Д.С.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.029

Микросервисная архитектура (МСА) выступает как современный подход в разработке программного обеспечения, нацеленный на обеспечение гибкости, масштабируемости и устойчивости к изменениям требований со стороны бизнеса и технологий. Предмет данного исследования заключается в выявлении и анализе возможностей и рисков применения МСА в контексте операционных систем (ОС), что актуально на фоне все ускоряющейся цифровизации и повышения требований к программному обеспечению. Целью работы является оценка и прогнозирование роли МСА в будущем ОС, включая анализ текущих тенденций и предсказание развития на ближайшее десятилетие. Методология исследования базируется на сравнительном анализе микросервисных и монолитных архитектур, а также включает в себя рассмотрение данных из актуальных исследовательских работ, посвященных МСА. Основные результаты исследования подчеркивают значительное увеличение эффективности и производительности программных систем за счет внедрения МСА, что демонстрируется на примере ускорения разработки и улучшения возможности непрерывной интеграции и доставки (CI/CD), а также повышении отказоустойчивости систем. Также были выявлены и систематизированы ключевые риски и проблемы, связанные с применением микросервисов, включая сложности управления и потенциальные угрозы безопасности, что представляет собой необходимость в разработке специализированных инструментов и подходов к обеспечению безопасности и мониторинга микросервисных систем. Ценность данного исследования заключается в обеспечении глубокого понимания роли и места МСА в современных ОС, предоставляя комплексный анализ рисков и возможностей, что служит основой для разработки стратегий эффективного внедрения и использования микросервисов. Полученные результаты и рекомендации способствуют улучшению практических навыков и развитию концепций в области системной архитектуры, предоставляя ценные указания для ИТ-специалистов, системных архитекторов и разработчиков в области оптимизации программного обеспечения и повышения его надежности и производительности.

Ключевые слова: микросервисная архитектура, облачные системы, гибкость, масштабируемость, безопасность, непрерывная интеграция

Алгоритмы для проведения компьютерного моделирования системы «расходомерная трубка – жидкость» кориолисова расходомера и обработки его результатов

2024. T.12. № 2. id 1560

Гудкова Е.А. Таранцева К.Р.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.028

Математическое моделирование системы «расходомерная трубка – жидкость» представляет актуальное направление в инженерной и научной практике, поскольку позволяет оптимизировать конструкцию расходомерных трубок, оценить влияние различных факторов, таких как давление, температура, вязкость и состав жидкости на работу системы без необходимости проведения сложных и дорогостоящих натурных экспериментов. В связи с этим, данная статья направлена на разработку алгоритмов для реализации математической модели системы «расходомерная трубка – жидкость» кориолисова расходомера. В работе синтезирован алгоритм разработки численной модели в пакете мультифизического моделирования COMSOL Multiphysics, позволивший повысить достоверность моделирования, снизить трудоемкость создания и отладки за счет использования модульного принципа. Разработан вычислительный алгоритм и выполнено математическое описание расчета средней временной задержки сигналов датчиков кориолисова расходомера. Алгоритм использует метод линейной интерполяции на основе известных точек массивов данных, полученных в результате вычислительного эксперимента. Предложен алгоритм работы программы на языке Python с использованием Comsol API, автоматизирующий обработку массивов данных и расчет средних временной и фазовой задержек. Алгоритмы реализованы с использованием языка UML в программном продукте Enterprise Architect. Материалы статьи представляют практическую ценность для специалистов в области численного моделирования и оптимизации параметров кориолисова расходомера.

Ключевые слова: система «расходомерная трубка – жидкость», кориолисов расходомер, компьютерное моделирование, численная модель, вычислительных эксперимент

Структуризация управления инвестированием многообъектной организационной системы на стадиях формирования и реализации программы развития с использованием оптимизационного подхода

2024. T.12. № 2. id 1559

Бухольцев И.М.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.017

В статье предложены структурные решения, связанные с построением системы управления инвестированием многообъектной организационной системы и ее детализации для принятия управленческих решений на стадиях формирования и реализации программы развития. Показано, что структуризация процесса управления определяется особенностями ряда составляющих: информационного обеспечения, требований управляющего центра, механизмами экспертного оценивания, необходимостью балансировки инвестиций на стадии формирования программы развития и ребалансировки – на стадии реализации. Интеллектуальная поддержка принятия управленческих решений осуществляется с использованием мониторинговой информации, прогностического и оптимизационного моделирования. Обоснована последовательность процедур в рамках структурной схемы управления процессом балансировки инвестиций при формировании программы развития многообъектной организационной системы. Указаны процедуры, которые требуют для своей реализации привлечения экспертных оценок. Рассмотрен переход к оптимизационному моделированию на основе трансформации требований управляющего центра в формализованное описание экстремальных и граничных требований. Возможности структуризации управления процессом ребалансировки инвестиций при реализации программы развития многообъектной организационной системы определены исходя из наличия информационных ресурсов, позволяющих сформировать временные ряды показателей эффективности и на этой основе обучить прогностические модели. Охарактеризованы задачи и методы оптимизации процесса принятия управленческих решений с использованием прогностических моделей.

Ключевые слова: структуризация, управление, многообъектная организационная система, мониторинг, прогнозирование, оптимизационное моделирование

Формализация многокритериальной транспортной задачи с временными ограничениями

2024. T.12. № 2. id 1557

Белых М.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.027

В статье рассматривается математическая постановка многокритериальной транспортной задачи с временными ограничениями. В качестве критериев в ней выступают стоимость перевозок, их важность и временные затраты на перевозки. Особенностью данной задачи является наличие временных ограничений, таких как временные окна у заказчиков и длительность пребывания транспортных средств в пути. В качестве решения многокритериальной задачи предлагается отбор точек, оптимальных по Парето, поскольку данный метод оптимизации имеет широкий спектр задач для применения. Приводятся формулировка парето-оптимизации и определение парето-оптимальности. Рассматриваются методы оптимизации по Парето: лексикографический метод и скаляризация, разновидностями которого являются метод ε-ограничений, в основе которого лежит градация критериев оптимизации в порядке убывания их важности, и метод линейной скаляризации, механизм работы которого основан на объединении всех функций оптимизации в одну. На примере рассматривается приведение формализованной многокритериальной транспортной задачи к виду, пригодному для осуществления скаляризации. Определение парето-эффективности представляется приемлемым для реализации его механизмов в составе адаптивной системы поддержки принятия решений, направленной на решение задач оптимизации в различных областях и оперирующей эвристическими алгоритмами.

Ключевые слова: задача оптимизации, многокритериальная транспортная задача, задача с временными ограничениями, оптимизация по Парето, парето-оптимальность, системы поддержки принятия решений

Численный метод решения задачи рационального размещения технических средств организации дорожного движения

2024. T.12. № 3. id 1556

Арутюнян М.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.021

В статье представлен один из полученных автором научных результатов в ходе проводимого диссертационного исследования - комбинированный численный метод для решения задачи рационального размещения технических средств организации дорожного движения, основанный на использовании метода градиентного спуска совместно с методом Ньютона-Рафсона. Поднята одна из актуальных проблем развития современного города, заключающаяся в формировании удобной и безопасной дорожно-транспортной инфраструктуры. По данным статистики, в Российской Федерации ежегодно почти 20 % от всего количества дорожно-транспортных происшествий приходится на наезды на пешеходов вне пешеходных переходов. В качестве одного из решений рассматриваемой проблемы предложена установка технических средств организации дорожного движения, в частности, пешеходных переходов на тех улицах, на которых они расположены либо нерационально, либо отсутствуют вовсе. Разработана математическая модель рационального размещения технических средств организации дорожного движения и предложен численный метод ее решения. Отмечено, что предложенный автором комбинированный численный метод позволяет быстро и точно находить оптимальные параметры для разработанной математической модели, что способствует улучшению ее производительности и точности. Обобщено, что совместное применение рассмотренных численных методов является достаточно эффективным способом решения поставленной задачи.

Ключевые слова: численные методы, метод градиентного спуска, метод Ньютона-Рафсона, технические средства организации дорожного движения, безопасность дорожного движения

Марковская модель кибератак и ее применение к анализу защищенности информации в автоматизированных системах

2024. T.12. № 2. id 1554

Трапезников Е.В. Магазев А.А. Касенов А.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.011

В работе представлено описание марковской модели кибератак как метода анализа защищенности информации в автоматизированных системах. На основе представленной модели в работе дается описание двух метрик безопасности – среднего времени до отказа безопасности (среднее число переходов между состояниями в соответствующей марковской цепи до ее первого попадания в одно из поглощающих состояний) и среднего риска при отказе безопасности (сумма произведений ущербов при реализации каждой из кибератак на соответствующие вероятности реализации этих кибератак). Дается алгоритм оценки входных параметров на основе взаимосвязи баз данных угроз и уязвимостей CVE, CWE и CAPEC. Описанные в работе взаимосвязи позволяют вычислить вектор вероятностей возникновения кибератак и вектор ущербов от кибератак, которые формируются как входные данные для модели оценки защищенности. Также в работе рассматривается проблема численной оценки параметров через метрики CVSS. В исследовании демонстрируется, что вектор вероятностей отражения кибератак и вектор вероятностей «задержек» кибератак возможно получить только с помощью метода экспертных оценок, либо статистики. В работе также дается описание разработанного программного продукта, который позволяет выполнить оценку защищенности автоматизированной системы на заданном промежутке времени.

Ключевые слова: метрики безопасности, метрика CVSS, CVE, CWE, CAPEC, модель кибератак, алгоритм сбора данных, автоматизированная система, марковская цепь, метод экспертных оценок

Информационно-измерительная система пневмопривода промышленного робота специализированного назначения модели МП-11

2024. T.12. № 2. id 1553

Сандлер И.Л. Иванов Д.В. Портнов А.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.026

Одной из важнейших задач, с которыми сталкиваются разработчики пневматических систем автоматизации, является сокращение времени анализа и проектирования на научно-исследовательском этапе. Использование специализированного программного обеспечения позволяет значительно улучшить работу пневматических систем автоматизации. Моделирование пневматических роботов-манипуляторов позволяет определить уязвимые места, провести оптимизацию процессов управления, провести виртуальные испытания различных сценариев работы, что поможет улучшить планирование и управление, при этом достичь значительного повышения производительности и надежности работы системы. В статье представлена информационно-измерительная система для пневматического привода звеньев робота (манипулятора) специализированного промышленного назначения модели МП-11 в виде имитационной модели, которая реализована методом имитационного моделирования пневматических систем на базе пакета FluidSIM-P (FluidSIM Pneumatic) фирмы «Festo». Результатом работы информационно-измерительной системы являются графики переходных процессов перемещения штоков пневматических цилиндров, которые адекватно описывают реальный рабочий режим пневмопривода манипулятора МП-11. Материалы статьи представляют практическую ценность для специалистов, занимающихся проектированием и анализом систем автоматизации. Кроме того, результаты статьи могут быть полезны для студентов и исследователей, изучающих область автоматизации и системного проектирования. Любой, кто интересуется применением технологий автоматизации в различных сферах, найдет в статье ценную информацию для своей работы и исследований.

Ключевые слова: информационно-измерительная система, робот, МП-11, имитационная модель, пневматическая схема, переходные процессы, fluidSIM-P, pneumatic

Защита от множественных сбоев в памяти

2024. T.12. № 2. id 1551

Лепёшкина Е.С.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.025

Рассмотрена проблема множественных сбоев, образующихся в микросхемах памяти бортовой аппаратуры космических аппаратов в результате воздействия отдельных ядерных частиц космического пространства. Обзор литературных источников показал, что опасность множественных сбоев реальна и будет увеличиваться по мере уменьшения технологических норм проектирования электронной компонентной базы. Двойные множественные сбои являются в настоящее время наиболее актуальной угрозой, так как их появление вызвано заряженными частицами с относительно небольшой энергией. Двойные сбои могут быть смежными и несмежными. Смежные двойные сбои вызваны одномоментным действием одной ядерной частицы. Несмежные сбои – это результат накопления однократных сбоев, произошедших в разное время в разных запоминающих ячеек одного слова памяти. При определенных условиях можно избежать появление двукратных несмежных ошибок. Для защиты от двойных смежных ошибок применимы коды для их исправления. Эти коды являются относительно новыми и обобщённое описание их построения отсутствует. Данные коды гарантировано исправляют однократные ошибки и двукратные смежные, но имеют существенную вероятность ошибочного исправления несмежной двойной ошибки. При переходе к практическому использованию для этих кодов необходимо определить требования к виду проверочной матрицы, найти общий алгоритм их построения для разной длины слова памяти при малой избыточности и высокой производительности при условии, что к корректирующим способностям кода предъявляются требования обнаружения и исправления только одиночных и двойных смежных ошибок и никаких дополнительных.

Ключевые слова: разовые сбои в памяти, сбои однократные и множественные, двукратные сбои, частота множественных сбоев, меры защиты от множественных сбоев, коды с исправлением двукратных ошибок

Математическая модель канала измерения механической нагрузки на изолятор

2024. T.12. № 2. id 1550

Непомнящий В.Ю. Панарин В.М. Маслова А.А. Рябов П.Е. Прокопчина С.В. Кочкаров А.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.024

Актуальность исследования обусловлена тем, что важным фактором надежной эксплуатации воздушных линий электропередач является исправная работа гирлянд изоляторов, а повреждение изоляции гирлянд изоляторов может привести к увеличению токов утечки, энергетическим потерям, в том числе к аварийным ситуациям при повреждении изоляторов. Также к дополнительным потерям электроэнергии могут привести неблагоприятные метеорологические условия, такие как гололед, снег, дождь, туман, сильный ветер. В связи с этим, данная статья направлена на описание новой математической модели канала измерения механической нагрузки на изолятор для оценки технического состояния изоляторов, которая реализуется в виде отдельного блока информационно-измерительной системы дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ, и снабжает оператора диспетчерского пункта актуальной информацией о текущем состоянии изоляторов, а также позволяет уменьшить число внештатных (аварийных) ситуаций путем своевременного ремонта или замены изоляторов. Ведущим методом при построении математической модели канала измерения механической нагрузки на изолятор является рассмотрение статической нагрузки с перспективой оценки процессов гололедообразования на проводах воздушной линии электропередач, позволяющий обеспечить фиксирование динамики нарастания механической нагрузки на изолятор (фиксация образования гололеда), а также без лишних трудозатрат и временных ресурсов создать удобную в использовании цифровую модель энергетической системы, предоставляющую возможность реализовать структуру, состояние и действие реальной энергосистемы с достаточной оперативностью, полнотой и достоверностью. В статье представлена последовательность измеренных значений датчика механической нагрузки на изолятор при квантовании во времени, которые далее сопоставляются с величиной статической нагрузки на изолятор, определяемой величиной веса провода на пролете воздушных линий электропередач, и в результате проводится оценка нарастания механической нагрузки на изолятор и фиксация образования гололеда на проводе воздушных линий. Материалы статьи представляют практическую ценность для оперативных служб электросетевых компаний.

Ключевые слова: дистанционный мониторинг, воздушная линия электропередач, изолятор, диагностика, механическая нагрузка, канал

Подходы к прогнозированию изменения состояния обеспечивающих компонентов информационно-управляющей системы

2024. T.12. № 2. id 1549

Шевнина Ю.С. Рябов П.Е. Прокопчина С.В. Кочкаров Р.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.023

В статье представлены подходы к прогнозированию динамики состояния обеспечивающих компонентов информационно-управляющих систем на примере моделирования энергосистемы производственного предприятия. Рассмотрен способ моделирования других типов обеспечивающих компонентов на основе предлагаемых подходов. Моделирование состояния энергосистемы производственного предприятия основано на ее представлении в виде множества Т-образных ячеек, состоящих из сопротивления, емкости и индуктивности. Прогнозирование изменения состояния обеспечивающих компонентов информационно-управляющей системы производится с использованием многослойной нейронной сети прямого распространения с учетом нелинейных факторов, определяемых внешним и внутренним состоянием производственной среды. В качестве независимых переменных используются параметры окружающей среды, данные об амортизации исполнительных механизмов и оборудования, нормативные производственные требования, в качестве зависимой – мощность энергосистемы предприятия. При этом расчет мощности производится на основе описанной модели энергосистемы с использованием Т-образных ячеек. Обучение модели производилось на основе накопленных данных. Полученные результаты моделирования состояния обеспечивающих компонентов информационно-управляющих систем показывают, что использование для прогнозирования динамики модели нейронной сети прямого распространения с одним скрытым слоем и шестью узлами в нем позволяет получить точный прогноз мощности с учетом различных нелинейных факторов. Представлены экспериментальные данные, доказывающие эффективность предлагаемых авторами подходов к прогнозированию состояния обеспечивающих компонентов.

Ключевые слова: информационно-управляющие системы, прогнозирование состояния, нелинейные факторы, энергосистемы, нейронная сеть прямого распространения

Моделирование рассеяния электромагнитных волн на структурах в виде куба

2024. T.12. № 3. id 1548

Преображенский А.П. Львович Я.Е. Аветисян Т.В. Преображенский Ю.П.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.46.3.006

На сегодняшний день среди различных прикладных задач в электродинамике можно отметить разработку различных подходов, направленных на оценку и исследование характеристик рассеяния различных электродинамических объектов. Среди них можно выделить трехмерные объекты, в составе которых выделяются плоские поверхности и угловые структуры. Их вклад в уровни электромагнитных полей в определенных направлениях может быть достаточно заметным. Для того, чтобы корректным образом осуществлять решение проблемы рассеяния характеристик рассеяния электромагнитных волн, требуется опираться на соответствующие методы. При этом необходимо минимизировать возможные ошибки, но рассматриваемую трехмерную задачу требуется решать за относительно небольшое время. В данной работе проводится построение методики, связанной с определением характеристик рассеяния структуры в виде куба. Это связано с тем, что подобные структуры входят в состав большого числа современных технических объектов, данное замечание необходимо учитывать в ходе их проектирования. Для решения поставленной задачи был выбран метод интегральных уравнений. Представлены результаты проведенного моделирования. Проводится сравнение с экспериментальными данными, показано, что решение сходится. Также проведено сравнение с характеристиками куба Гюйгенса.

Ключевые слова: численное моделирование рассеяния, дифракция электромагнитных волн, структура в виде куба, интегральное уравнение, куб Гюйгенса

Классификационные модели адаптационного потенциала живой системы

2024. T.12. № 2. id 1547

Петрунина Е.В. Сафронов Р.И. Пшеничный А.Е. Филист С.А. Шехине М.Т.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.010

В результате проведенных исследований разработан метод классификации адаптационного потенциала организма человека. Метод основан на использовании данных, которые получают при проведении функциональной пробы, ассоциируемой с функцией Хэвисайда, путем проведения которой получают модель переходного процесса в живой системе. Представляя живую систему квазилинейной, на основе ее импедансной модели получают спектральные характеристики живой системы, на основе которых формируют дескрипторы для модели машинного обучения. Для получения импедансной модели живой системы предложена методика трехфазного эксперимента. Методика трехфазного эксперимента заключается в моделировании функции Хэвисайда в процессе выполнения велоэргометрической функциональной пробы на трех уровнях функционального состояния организма человека. Это позволяет вычислять дескрипторы для трех «ветвей» классификатора адаптационного потенциала. Классификатор адаптационного потенциала включает драйвер построения линейной импедансной модели живой системы, формирователь дескрипторов и модуль принятия решений. В качестве линейной импедансной модели живой системы используется амплитудно-фазочастотная характеристика четырехполюсника, построенная по переходной характеристике модели живой системы, а дескрипторы вычисляются по импедансной модели Войта, адекватной экспериментально полученной амплитудно-фазочастотной характеристике модели живой системы. Проведены оценки показателей качества дихотомического классификатора адаптационного потенциала на экспериментальной группе студентов и аспирантов, разделенных на два класса посредством показателя активности регуляторных систем. Они показали, что уровень истинно положительных и истинно отрицательных результатов при классификации неизвестных примеров в удовлетворительной степени соответствуют экспертным оценкам. Это позволяет рекомендовать его для использования в практической медицине, например, в биотехнических системах реабилитации, спортивной медицине, а также для контроля динамики функционального состояния пациента в процессе лечения.

Ключевые слова: адаптационный потенциал, переходная характеристика, импедансная модель, классификатор, нейронная сеть, алгоритм

Метод автоматизированного проектирования экзоскелета с учетом антропометрических данных пользователя

2024. T.12. № 2. id 1545

Драгунов С.Е.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.009

Метод автоматизированного проектирования экзоскелета нижних конечностей с применением параметрического дизайна предназначен для создания медицинских экзоскелетов нижних конечностей под антропометрические параметры оператора, что позволяет снизить погрешность совмещения осей движения суставов экзоскелета и осей движения суставов оператора. Метод основывается на перестроении эталонной модели экзоскелета нижних конечностей под антропометрические данные оператора и включает в себя следующие проектные процедуры: процедуру снятия мерок с оператора, снятие изображения, полученного в результате 3D-сканирования, заполнение формы приложения, учитывающего эксплуатационные требования, вывод перестроенной модели экзоскелета и сопутствующей документации. Для определения элементной базы экзоскелета используется база данных электрорадиокомпонентов, подбираемых под эксплуатационные требования. Для построения каркаса, соответствующего антропометрическим данным, используется предварительно созданная эталонная модель экзоскелета нижних конечностей. Для апробации модели метод также включает в себя виртуальную симуляцию работы через наложение перестроенной модели экзоскелета на 3D-модель оператора, полученную в результате 3D-сканирования, с последующей проверкой анимации движений и совмещения коллизий моделей. Для проверки эффективности было произведено тестирование построения экзоскелетов под антропометрические данные пользователя ручным и автоматическим способами.

Ключевые слова: проектирование, САПР, автоматизация, экзоскелеты, антропометрические параметры, 3D-модель

Управление процессом и разработка системы принятия решений классификации информационных сигналов на основе марковских моделей

2024. T.12. № 2. id 1543

Осама А.Р. Калинин М.Ю. Мутин Д.И.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.001

В статье обосновывается необходимость осуществления управления процессом классификации информационных сигналов на основе простой и двухсвязной марковских моделей. Показана возможность объединения полученных ранее моделей и алгоритма классификации в систему принятия решений в целях классификации информационных сигналов (случайных процессов) по критерию максимизации апостериорной вероятности. Предлагается структурная схема системы принятия решений, приводится описание разработанных программных компонентов, последовательно реализующих как вспомогательные, так и базовые процедуры, позволяющие реализовать синтезированные ранее марковские модели и методы оценки их параметров, а также алгоритм классификации. Приводится описание возможности обучения алгоритма классификации как «с учителем», так и в режиме «самообучения», определены объемы выборок предоставляемых отсчетов исследуемых сигналов для формирования баз данных марковских моделей сигналов, марковских моделей классов сигналов. Представлены результаты статистического имитационного моделирования зависимости вероятности ошибки от объема обучающей выборки. Предложены структурные схемы некоторых программных компонентов системы принятия решений. Рассмотрены результаты реализации разработанных ранее моделей, методов и алгоритмов, в виде программных средств, показаны функциональные возможности применения данных средств в составе системы принятия решений. Приведены результаты расчетов, показывающие адекватность получаемых решений и функциональность разработанных программных средств. Делаются выводы о возможности применения системы принятия решений в различных предметных областях, в том числе при классификации состояний сердечно-сосудистой системы пациента по наблюдаемым ритмограммам.

Ключевые слова: управление процессом, марковская модель, классификация, апостериорная вероятность, система принятия решений, обучение алгоритма

Анализ адекватности математических моделей параметров частично-когерентных сигналов в радиотехнических системах

2024. T.12. № 2. id 1541

Глушанков Е.И. Кондрашов З.К. Суденкова А.В. Рылов Е.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.002

В статье рассматривается анализ адекватности марковских моделей параметров частично-когерентных сигналов в радиотехнических системах на основе стохастических дифференциальных уравнений, проведенный в программной среде MATLAB. Представлены результаты моделирования одномерных негауссовских и гауссовских непрерывных, дискретно-непрерывных и смешанных случайных процессов. Методом функциональной (квазигауссовской) аппроксимации осуществляется представление многомерной плотности распределения вероятностей через одномерные плотности компонент и элементы корреляционной матрицы векторного случайного процесса. Для полученных в результате такого представления многомерных плотностей распределения вероятностей и синтезированных на их основе многомерных стохастических дифференциальных уравнений рассмотрено моделирование векторных случайных процессов, описывающих параметры частично-когерентных сигналов в непрерывных каналах связи. Производится оценка соответствия полученных моделей теоретическим распределениям по критерию согласия Колмогорова-Смирнова. Исследуются диапазоны изменений параметров, входящих в состав СДУ, при которых модель можно считать состоятельной, а также влияние параметров на форму рассматриваемых распределений. По полученным результатам можно оценить диапазоны изменения параметров моделей, определяющих вид стохастических дифференциальных уравнений, при которых выполняются требования адекватности полученных моделей частично-когерентных в пространственном и частотном смысле сигналов в радиотехнических системах.

Ключевые слова: частично-когерентные сигналы, стохастические дифференциальные уравнения, критерий Колмогорова-Смирнова, модели распределения Рэлея и Гаусса, функциональная аппроксимация, белый шум, пуассоновский шум

Разработка алгоритма решения задачи распределения времени обучения по направлениям подготовки

2024. T.12. № 2. id 1540

Резников Д.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.008

В период прохождения службы в уголовно-исполнительной системе сотрудники постоянно совершенствуют свои знания, умения и навыки в рамках служебной подготовки. В статье рассматривается задача распределения времени обучения по направлениям подготовки для обеспечения максимального значения минимальной средней оценки по каждому направлению. Разработан алгоритм решения, на первом шаге которого определяется максимальное повышение минимальной средней оценки по одному направлению и количество времени, которое на это требуется. Если полученное значение оценки меньше средних оценок по другим направлениям, то на втором шаге определяется максимальное повышение нескольких минимальных средних оценок и требующееся количество времени. Определен вид зависимости приращения средней оценки по направлениям подготовки от времени обучения аппроксимацией статистических данных, позволяющий получить аналитическое решение поставленной задачи. Также проведен анализ возможности применения для аппроксимации степенной и экспоненциальной зависимостей, позволяющих получить приближенное решение задачи численными методами. Полученные значения коэффициента детерминации подтвердили высокую достоверность аппроксимации. Представлены графики зависимостей. Приведены два примера аналитического решения поставленной задачи, иллюстрирующие применение предложенного алгоритма. В первом примере начальные средние оценки подготовки сотрудников по всем направлениям одинаковые, во втором примере – средние оценки различные.

Ключевые слова: средняя оценка, приращение средней оценки, время обучения, кривая научения, аппроксимация, метод наименьших квадратов

Символьный метод решения начально-краевой задачи для неоднородного уравнения переноса сплошной среды на графе

2024. T.12. № 2. id 1539

Рыбаков М.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.003

Актуальность исследования обусловлена необходимостью получения аналитических выражений приближенных решений сложных технических задач, математическое описание которых, приводит к краевым задачам для систем дифференциальных уравнений в сетеподобных областях и, в частности, на графах. В статье представлена постановка начально-краевой задачи для неоднородного уравнения переноса сплошной среды в n-мерной сетеподобной области. В случае n=1 предлагается символьный метод решения рассматриваемой начально-краевой задачи на графе-дереве. В основе алгоритма лежит аппроксимация частной производной по временной переменной разностным отношением (используется двухслойная аппроксимационная схема) и последующее применение преобразования Лапласа к полученной дифференциально-разностной системе. Представлена блок-схема алгоритма, приведено описание структуры программного комплекса на основе разработанного алгоритма. Программный комплекс разработан на языке программирования Java. Для ввода исходных данных начально-краевой задачи и вывода решения используется веб-интерфейс программного комплекса на основе фреймворка Spring. Для иллюстрации работы программного комплекса рассматривается пример решения начально-краевой задачи с пошаговой демонстрацией результатов расчетов. Материалы статьи представляют практическую ценность для специалистов в области анализа прикладных задач сетевой гидродинамики, теплотехники, а также анализе диффузионных процессов биофизики.

Ключевые слова: символьный метод, дифференциально-разностная система, начально-краевая задача, уравнение переноса сплошной среды, граф-дерево

Оптимизация принятия структурно-компонентных проектных решений в САПР киберфизических систем

2024. T.12. № 2. id 1538

Львович И.Я. Преображенский А.П. Львович Я.Е.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.45.2.022

В статье приведены результаты исследования, включающего формирование оптимизационной модели и интерактивной процедуры принятия структурно-компонентных решений на основе принципов построения интегрированной САПР киберфизических систем (КФС). Приведено описание по пяти основным уровням, в рамках которых реализуется процесс проектирования КФС. Рассмотрены некоторые подходы, которые использовались авторами в ходе проектирования элементов проектирования КФС. Дано описание того, каким образом происходит формирование оптимизационной модели структурно-компонентного синтеза. Приведены основные компоненты такой оптимизационной модели. Структурные элементы КФС описываются на основе совокупности сформированных множеств. Выделены три группы показателей в модели. К первой группе отнесены надежность и стоимость, которые вычисляются для всей КФС в целом. Ко второй группе отнесем показатели, вычисляемые для некоторых цифровых нитей. Третья группа показателей связана с принципом охвата всего жизненного цикла КФС от проекта до эксплуатации. Приведена интерактивная процедура принятия структурно-компонентного проектного решения. Генерация вариантов решений осуществляется в автоматическом режиме рандомизированного поиска за счет замены булевых переменных на случайные булевы переменные.

Ключевые слова: киберфизическая система, САПР, структурно-компонентное проектирование, оптимизация, экспертное оценивание