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

Применение машинного обучения для определения порядка прилагательных в английском языке

2023. T.11. № 1. id 1301

Терехова А.Д. Терехов Г.В. Сычев О.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.028

В статье рассматривается способ решения задачи упорядочивания прилагательных в предложении на английском языке путем определения их гиперонимов. Определение гиперонима можно свести к задаче классификации, поэтому в данной работе произведено сравнение наиболее популярных методов классификации в машинном обучении: метод поиска ближайших соседей, логистическая регрессия, классификатор дерева решений, метод опорных векторов и наивный байесовский метод. Модели были обучены на выборке, содержащей прилагательные и их гиперонимы. Для анализируемого прилагательного отбираются схожие уже классифицированные прилагательные из обучающей выборки и на основе этих данных определяется наиболее семантически подходящий гипероним. Информацию о схожести слов предлагается брать из готовых эмбеддингов GloVe. Используя технику gridsearch, были подобраны оптимальные значения гиперпараметров для метода поиска ближайших соседей K-Nearest Neighbors. С помощью метрик точности (precision), полноты (recall) и F1-меры было проанализировано качество классификации данных при использовании каждого из перечисленных выше методов. Так как готовых датасетов, состоящих из классифицированных прилагательных, на данный момент нет, то для измерений вручную было классифицировано 300 прилагательных.

Ключевые слова: порядок прилагательных, обработка естественного языка, векторное представление слов, gloVe, методы классификации, гиперонимы

Прогнозирование остаточного ресурса материала гибкой насосно-компрессорной трубы на основе кинетической теории усталости

2023. T.11. № 1. id 1300

Ивженко С.П. Вдовин А.С. Печенкин В.В. Ракчеев В.Л.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.017

Технологии колтюбинга активно применяются в процессе бурения скважин и производстве внутрискважинных работ. Во время эксплуатации колтюбинговой установки необходимо в режиме реального времени получать оценку остаточного ресурса оборудования установки, в частности, остаточного ресурса гибкой насосно-компрессорной трубы. К основным повреждающим факторам гибкой трубы можно отнести сгибающие нагрузки, действия внутреннего давления, осевые воздействия, воздействия агрессивных сред. Важнейшей задачей прогнозирования состояния гибкой насосно-компрессорной трубы является построение математической модели, позволяющей наиболее точно описать процесс накопления усталостных повреждений в условиях малоцикловых нагрузок. Анализ доступных к изучению литературных источников показал, что в данный момент времени является актуальной задача разработки методов и алгоритмов, позволяющих оценить наколенную усталость материала гибкой насосно-компрессорной трубы на сложной траектории движения, где труба подвергается изгибающим нагрузкам с различной интенсивностью. Решение данной задачи обосновывает разработку математической модели, связывающей расчет поврежденности в области малоцикловых деформаций с учетом наколенных ранее повреждений. Целью настоящей работы является разработка методов и алгоритмов построения прогнозной модели текущего состояния материала гибкой насосно-компрессорной трубы, с учетом накопленных повреждений на основе полуэмпирических моделей в рамках кинетической теории усталости. В исследовании проведен анализ серии опытов с изгибной деформацией образцов гибких труб. На основе методов построения алгоритмов обработки данных малоцикловых испытаний в рамках кинетической теории усталости и математических моделей для оценки остаточного ресурса испытуемого образца в статье предложено решение, позволяющее рассчитать параметр поврежденности образца в случае накапливания повреждений на различных участках траектории движения гибкой насосно-компрессорной трубы. Материалы статьи представляют практическую ценность для исследователей, занимающихся проблемами расчета остаточного ресурса гибких труб в условиях их циклического деформирования.

Ключевые слова: колтюбинг, малоцикловая усталость, накопление повреждений, циклические напряжения, кинетическая теория механической усталости, эквивалентные напряжения

Алгоритм оптимизации процессов формирования производственного расписания предприятий позаказного производства

2023. T.11. № 1. id 1299

Кузнецова Е.А. Харсекин И.Р. Князева И.О.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.008

В статье рассматривается проблема простоев производственных предприятий с повременной оплатой труда. Нерациональное использование ресурсов ведет к потерям. Решить данную проблему можно посредством автоматизации процессов формирования производственного расписания. В представленной работе авторами используется терминология теории расписаний. В результате проведенных исследований, разработан алгоритм, который является решением задачи дискретной оптимизации посредством эвристических алгоритмов. Алгоритм предполагает случайный выбор операции на основе критериев с проверкой свободного в данный временной период ресурса и назначением его на соответствующую операцию. Алгоритм выполняется циклично до тех пор, пока не будут задействованы все операции или ресурсы на заданный временной промежуток. Построение алгоритма опирается на вычисленный рекорд, превышение которого ведет к прекращению реализации алгоритма, и его повторному запуску. Описанный алгоритм по истечению количества итераций, заданных пользователем, визуализирует решение, представляя его в виде диаграммы Ганта, для обеспечения диспетчеризации производственных процессов. Полученные авторами результаты позволят создать систему интеллектуального формирования производственного расписания и внедрить ее в существующую систему управления производственным предприятием, занимающимся производством изделий из полимерных композиционных материалов.

Ключевые слова: теория расписания, комбинаторная оптимизация, эвристические алгоритмы, дискретное программирование

Методика построения траектории беспилотных летательных аппаратов для автономного сбора визуальных данных о повреждениях линий электропередач в инфракрасном и ультрафиолетовом спектрах

2023. T.11. № 1. id 1297

Астапова М.А. Лебедев И.В. Уздяев М.Ю.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.003

Нагрев элементов линий электропередач (ЛЭП) и коронные разряды, возникающие на токопроводящих элементах ЛЭП, являются серьезными проблемами, которые могут привести к отказам в энергетической системе. Выявление данных повреждений требует специализированного оборудования, позволяющего получать изображения в инфракрасном (ИК) спектре для обнаружения нагрева и в ультрафиолетовом (УФ) спектре для обнаружения коронного разряда. Использование автономных беспилотных летательных аппаратов (БпЛА), оборудованных специализированными средствами съемки, позволяет автоматизировать процесс инспекции обозначенных повреждений. При этом траектория автономного движения БпЛА должна строиться с учетом пространственно-геометрических особенностей инспектируемых ЛЭП, а также требований к выборке изображений, получаемой в ходе инспекции повреждений ЛЭП. Однако вопросы построения траекторий движения с учетом обозначенных требований остаются во многом не проработаны. В рамках данного исследования предлагается новая методика построения траекторий движения БпЛА, отличающаяся формированием параметров траектории с учетом конструкционных ЛЭП (пространственное расположение и геометрические характеристики башен ЛЭП, и ключевых элементов (КЭ) ЛЭП), и требований к собираемым данным (наличие повреждений в кадре, репрезентативность объектов, унифицированность представленных объектов). Для проверки методики в среде трехмерного моделирования Blender была выполнена симуляция автономной инспекции нагрева проводов и коронного разряда у трех видов ЛЭП посредством автономного БпЛА. В результате была собрана выборка изображений в ИК, и УФ спектрах, состоящая из 1300 изображений, на которых представлено 1376 уникальных ракурсов 17 симулированных повреждений, унифицированных для каждого типа ЛЭП, что свидетельствует о перспективе данной методики для построения траекторий автономного полета БпЛА с целью сбора репрезентативных выборок данных о повреждениях ЛЭП в УФ и ИК спектрах.

Ключевые слова: автономные беспилотные летательные аппараты, построение траекторий, автоматический мониторинг, алгоритмы аэросъемки, сбор данных

Нейро-предиктивная система управления мобильным неголономным трехколесным роботом в среде со статическими препятствиями

2023. T.11. № 1. id 1295

Березина В.А. Мезенцева О.С. Мезенцев Д.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.024

В статье предлагается отслеживать и прогнозировать траекторию движения автономного неголономного трехколесного мобильного робота в среде со статическими препятствиями с помощью нейро-предиктивной системы управления. Данная система состоит из модифицированной нейронной сети Элмана (для отслеживания положения и ориентации робота), нейросетевой модели препятствия (для определения облака точек препятствия) и методов интерполяции кривой кубическими сплайнами и PSO-алгоритма (для сглаживания кривой обхода препятствия и обеспечения наименьшего расстояния). Новая траектория движения для объезда препятствия строится по трем точкам (до препятствия, центр препятствия, после препятствия). Предложенная система управления повышает эффективность управления мобильным роботом и обеспечивает наименьшее отклонение от траектории движения, в целом, и в месте обхода препятствия, в частности. Нейро-предиктивная система управления сравнивается с классическим PSO-алгоритмом, а также, внутри самой системы сравниваются методы сглаживания кривой обхода препятствия (интерполяция кубическими сплайнами и PSO-алгоритм). Алгоритмы сравниваются по таким критериям, как среднее расстояние робота от препятствия при перестройке траектории движения, скорость движения, время выполнения обхода препятствия. Также проверяется отклонение от заданной траектории движения: движения по лемнискате и по квадрату. Результаты моделирования показали, что нейро-предиктивная система эффективнее (в среднем, на 28,1 %) объезжает препятствие (обеспечивает наименьшее расстояние) и быстрее (в среднем, на 17,2 %) выполняет данный маневр, чем классический PSO-алгоритм. Также внутри самой системы для построения кривой обхода препятствия эффективнее работает PSO-алгоритм (на 3,3 % ближе к препятствию и, в среднем, на 88,2 % меньше среднеквадратичная ошибка), чем интерполяция кубическими сплайнами. При этом нейро-предиктивная система управления значительно лучше справляется со следованием по желаемой траектории, чем классический PSO-алгоритм.

Ключевые слова: нейро-предиктивная система управления, реккурентная нейросеть Элмана, неголономный трехколесный робот, прогнозирование траектории движения, обход препятствия

Системный анализ и управление корпоративными организациями на основе ESG-подхода

2023. T.11. № 1. id 1292

Стоянова А.Д. Трофимец В.Я. Калач А.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.011

В статье рассмотрены вопросы стратегического управления предприятиями топливно-энергетического комплекса в соответствии с ESG-подходом. Исследованы существующие варианты мер, используемых российскими и зарубежными компаниями в области ESG-политики. Проведен анализ существующих методов, выявлены нерешенные научные проблемы и перспективы дальнейших исследований. Сделан вывод о том, что привлечение новых инвесторов является одной из основных причин, по которой компании проводят активную ESG-политику. Показано, что успешная ESG-политика способствует снижению риска падения стоимости компании на рынке, что делает ее более привлекательной для инвесторов и акционеров. Выявлены особенности применения ESG-подхода для предприятий ТЭК. Отмечены особенности рейтингов ESG. Показано, что активная политика в сфере ESG приводит не только к росту финансовых показателей, но и переоценке рыночной стоимости компании. Сделан вывод о том, что для интеграции всех направлений ESG в единое платформенное решение на основе ESG-принципов необходимы совместные действия государства, рейтинговых агентств, компаний, специалистов в области устойчивого развития, а также инвесторов. Причем реализация упрощенной версии подобных решений непосредственно на базе компаний приносит низкую эффективность и не позволяет достичь комплексного эффекта.

Ключевые слова: стратегическое управление предприятиями, ESG-подход, критерии оценки эффективности управления, ESG-рейтинг, ESG-принципы, топливно-энергетический комплекс

Нейросетевая модель управления робототехническим комплексом при проведении аварийно-спасательных работ в условиях Крайнего Севера

2023. T.11. № 1. id 1291

Царькова Е.Г. Калач А.В. Бобров В.Н.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.010

Геополитическая обстановка и усиление криминогенных, террористических угроз диктует необходимость освоения новых территорий, в том числе, Севера России. В статье приведены результаты исследования математической модели искусственной нейронной сети, учитывающей запаздывания, предназначенной для управления автопилотируемым наземным робототехническим комплексом, используемым для осуществления перевозок при проведении аварийно-спасательных работ в сложных природно-климатических условиях Арктического региона. Показан универсальный характер предлагаемого метода. Описан подход к нахождению решения задачи оптимизации с применением необходимых условий оптимальности в форме принципа максимума Понтрягина и метода быстрого автоматического дифференцирования. Создан проблемно-ориентированный программный продукт, в основе которого лежит разработанный вычислительный алгоритм построения приближенного оптимального управления. Полученные в ходе численных экспериментов результаты подтверждают эффективность разработанного алгоритма при нахождении приближенного оптимального решения рассматриваемой задачи. Созданное программное средство может быть использовано для обучения искусственных нейронных сетей с динамикой, описываемой системой дифференциальных уравнений, учитывающих запаздывания. Предлагаемая математическая модель искусственных нейронных сетей применима при решении широкого круга прикладных задач робототехники, в том числе, направленных на разработку технических средств для проведения аварийно-спасательных работ в сложных природно-климатических условиях Арктического региона. Гибкость, устойчивость и адаптивность выбранной модели к изменению входных параметров обусловливают перспективность применения разработанного вычислительного алгоритма для решения задач управления сложными техническими системами.

Ключевые слова: робототехника, аварийно-спасательные работы, задача оптимального управления, принцип максимума, обучение искусственной нейронной сети, безопасность

Безиндикаторный информационно-измерительный метод определения параметров структуры потоков в тепло- и массообменных аппаратах

2023. T.11. № 1. id 1290

Персидский А.В. Топилин М.В. Меренцов Н.А. Голованчиков А.Б.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.014

В статье предложен информационно-измерительный метод определения дифференциальной и интегральной кривых отклика и их дисперсии – центрального момента второго порядка по профилю скорости, а также по зависимости скоростного напора или высоты столба манометрической жидкости в трубке Пито-Прандтля от радиуса массообменного аппарата. Приведены расчетные зависимости для определения параметров структуры потоков на основе экспериментальных данных для ректификационной колонны по паровой фазе и кипящему раствору, а также фильтрационного течения потока газовой фазы через слой адсорбента, формулы их пересчета в C- и F- кривые отклика, дисперсии. Рассмотрены индикаторные методы определения параметров структуры потоков, основанные на импульсном или ступенчатом вводе индикаторов в поток, с последующей регистрацией изменения концентрации «меченых» частиц, молекул и ионов во времени. Рассмотрен индикаторный метод измерения параметров структуры потока жидкофазных продуктов массообмена, основанный на вводе трассера, электропроводность которого отличается от электропроводности потока-носителя, с последующей регистрацией сигнала на выходе кондуктометрической ячейкой. Приведены для сравнения индикаторные методы определения параметров структуры потоков газофазных носителей на основе ввода частиц дыма, радиоактивных изотопов, а также ионизацией газового потока на входе в рабочий объем аппарата, с последующей регистрацией сигналов и распознаванием параметров модели. Показаны преимущества предлагаемого (информационно-измерительного) метода расчета вышеназванных параметров по сравнению с индикаторным методом, связанные с выбором индикатора, его точной подачей в виде импульсного или ступенчатого сигнала на входе объекта и регистрацией на выходе, а также знанием плотностей жидкой, газовой или паровой фазы в объекте и плотности манометрической жидкости в трубке Пито-Прандтля.

Ключевые слова: структура потока, гидродинамика, газодинамика, скорость потока, профиль скорости, массообмен, тепломассообмен, ректификация, абсорбция, адсорбция

Обеспечение целостности телеметрической информации о состоянии сложного технического объекта

2023. T.11. № 1. id 1289

Фрид А.И. Вульфин А.М. Гузаиров М.Б. Берхольц В.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.002

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения защищенности передаваемой на предприятие-изготовитель телеметрической информации, позволяющей анализировать состояние бортовых подсистем, возникающие сбои и неисправности, а также обнаруживать возможные воздействия злоумышленника. На основе алгоритмов предиктивной аналитики телеметрической информации могут быть выявлены неисправности и предотказные состояния бортовых подсистем и системы автоматического управления газотурбинным двигателем летательного аппарата. Оперативный сбор и анализ телеметрии позволяет специалистам наземных технических служб планировать ремонтные и профилактические мероприятия. Накапливаемая в течение длительного периода телеметрия позволяет непрерывно адаптировать цифровые модели подсистем, блоков и модулей летательного аппарата, с использованием которых возможна значимая поддержка принятия решений в случае технического сбоя. В связи с этим, целью работы является повышение вероятности выявления несанкционированной модификации передаваемых данных телеметрии о состоянии сложного технического объекта – системы автоматического управления газотурбинным двигателем. Основным методом исследования данной проблемы является интеллектуальный анализ многомерных временных рядов параметров, характеризующих состояние бортовых систем летательного аппарата. В статье разработана структура системы мониторинга целостности телеметрической информации, передаваемой с борта летательного аппарата, основанная на анализе согласованности многомерных временных рядов. Выполняется сравнение телеметрии с борта летательного аппарата и выходов цифровой модели сложного технического изделия. На выходе системы формируется оценка вероятности нарушения целостности переданных на предприятие-изготовитель данных. Материалы статьи представляют практическую ценность для повышения уровня защиты информации при ее передаче с борта летательного аппарата на предприятие-изготовитель.

Ключевые слова: телеметрическая информация, интеллектуальный анализ, многомерные временные ряды, ансамбль нейросетевых классификаторов, параметры согласованности временных рядов

Прогноз общей онкологической заболеваемости в регионах и муниципалитетах России на основе многофакторной модели

2023. T.11. № 1. id 1286

Степанов В.С.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.022

В работе исследуется вопрос о связи общей заболеваемости онкологическими патологиями на территории региона с возрастным составом населения и набором эколого-гигиенических переменных. Показано наличие зависимости между распространенностью этой патологии на территории и лаговыми значениями переменных. Комплекс факторных объясняющих переменных содержит показатель загрязненности атмосферного воздуха в поселениях территории, качественную переменную по степени ее техногенного загрязнения, удельный объем сброса загрязненных сточных вод, уровень концентраций бенз(а)пирена и долю пожилого населения. На этой основе построена эконометрическая модель, имеющая высокое статистическое качество: коэффициент детерминации выше 95 %, ошибка аппроксимации ниже 3 %. Один из факторов был ординального типа, поэтому получилась модель регрессии с переменной структурой, содержащая фиктивные переменные. Параметры модели оценивались методом наименьших квадратов по панельным данным за 2017-18 гг. Эти данные включали наблюдения с контингентами больных раком в каждом регионе и факторные переменные. Наличие лагов у последних позволяет прогнозировать численность контингента лиц, страдающих опухолями любой локализации, с горизонтом планирования в 1 год. Такие прогнозы выполнялись как на уровне регионов, так и в разрезе муниципальных образований. На основе полученного уравнения можно принимать научно-обоснованные управленческие решения, направленные на профилактику онкологической заболеваемости населения на конкретной территории, а также строить имитационные модели агентного типа.

Ключевые слова: модель регрессии, загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение сточными водами, бенз(а)пирен, техногенное загрязнение, курение, злокачественные новообразования, регион, муниципальное образование

Исследование влияния агрессивного поведения несовершеннолетних на их девиантность на основе метода Басса-Дарки путем построения нечеткой продукционной системы

2023. T.11. № 1. id 1284

Гиш А.З. Коваленко А.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.009

Проблема профилактики девиантного поведения несовершеннолетних является особо актуальной в настоящее время в связи с отношением данной возрастной группы к числу наиболее социально-уязвимых категорий. В целях идентификации девиации подростков необходимо проведение работы по анализу и выявлению проявлений их агрессивного поведения. Данное исследование основывается в определении предрасположенности к развитию агрессивного поведения на основе метода Басса-Дарки. В статье рассмотрены 10 факторов, выделенных авторами данной методики. Предложен пятиуровневый классификатор для входных и выходных факторов нечеткой продукционной системы. Функции принадлежности подобраны путем применения метода экспертных оценок, отражающих компетентное мнение специалиста относительно принадлежности элементов терм-множеству. Определены нечеткие правила, в качестве которых были внесены данные о результатах прохождения теста несовершеннолетними в возрасте 14-15 лет, а также дополненные нами для полноты системы. В целях уменьшения количества нечетких правил и обеспечения в ней непротиворечивости сформирована иерархическая структура входных факторов. В результате создана интеллектуальная система, а именно нечеткая продукционная модель девиантного поведения несовершеннолетних «Deviance level BD», которая может быть использована для профилактики девиантного поведения несовершеннолетних, а также анализа и выявления проявлений их агрессивного поведения для предупреждения совершения ими преступных действий.

Ключевые слова: нечеткая продукционная система, нечеткая модель, девиантное поведение, метод Басса-Дарки, пятиуровневый классификатор, терм-множество, функция принадлежности, нечеткие правила

Модель распознавания дыма на открытой местности с использованием сверточной и рекуррентной нейронной сети

2023. T.11. № 1. id 1282

Шестаков Д.А. Шагрова Г.В. Струкова В.Г. Доронин В.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.027

Своевременное обнаружение источника возгорания является важным вопросом защиты людей, животных и обширных территорий от пожаров. Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие системы визуального обнаружения дыма имеют ряд недостатков, которые не позволяют эффективно применять их на практике. Система наблюдения должна полагаться на визуальные характеристики, и часто ошибочно определяет туман и облака как дым. Целью исследования является повышение эффективности обнаружения дыма за счет использования усовершенствованной модели детектора дыма на основе нейронной сети «You-Only-Look-Once» и классификатора с долговременной кратковременной памятью (LSTM). Основными задачами исследования являются: структурное описание предлагаемой модели обнаружения дыма, математическое описание обучаемой модели и проведение сравнительного анализа с существующими моделями нейронных сетей. Путем изменения структуры LSTM достигается уменьшение количества слоев и ячеек, сохраняется производительность исходной LSTM. Предложенный метод обеспечивает уменьшение количества параметров в несколько раз и более быстрое время обработки на используемом наборе данных. В статье приводятся результаты производительности систем искусственного интеллекта для сравнительного анализа кандидатов нейронных сетей в модель распознавания дыма.

Ключевые слова: обнаружение дыма, обнаружение возгораний, классификация объектов, нейронные сети, обработка изображений

Автоматизация выращивания агрокультур в стационарном компактном тепличном комплексе с контролируемым микроклиматом на базе гидропонной системы

2023. T.11. № 1. id 1280

Левоневский Д.К. Рябинов А.В. Жукова Н.А. Ковалевский В.Э.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.029

В настоящее время в сельском хозяйстве активно идет автоматизация процессов производства. Решения в области автоматизации сельского хозяйства позволяют сократить затраты времени и средств на производство продуктов питания и уменьшить влияние человеческого фактора – ошибок, которые могут повлечь гибель культур и нанести существенный урон предприятию. В статье рассматривается вопрос автоматизации и моделирования технологических процессов выращивания агрокультур в стационарном компактном тепличном комплексе с контролируемым микроклиматом на базе гидропонной системы. Представлена схема и модель поведения подобного комплекса, который позволяет производить циклическое выращивание путем периодического подтопления грунта питательным раствором, очищаемым с помощью биофильтра. Для моделирования поведения мини-теплицы использованы диаграммы состояний в нотации UML. Рассмотрена задача оценки работоспособности подобных модулей и фиксации нарушения технологических процессов выращивания на основе собранных данных. Использованы методы машинного обучения для оценки и прогнозирования климатических параметров в установке. Применение этих методов позволяет выполнять проактивный контроль технологических процессов в теплице, обеспечивать четкое соблюдение регламентов выращивания и экономно использовать ресурсы. Дальнейшие исследования предполагают построение метода проактивного контроля соблюдения технологических процессов на основе их формальных моделей.

Ключевые слова: умное сельское хозяйство, киберфизические системы, автоматизированная теплица, моделирование поведения, автоматизированная система управления технологическим процессом

Моделирование и визуализация теплогидравлических процессов при воздействии внешних динамических сил

2023. T.11. № 1. id 1275

Сатаев А.А. Андреев В.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.004

В статье рассматривается актуальная проблема учета воздействия внешних динамических сил на теплогидравлические процессы. К ним относятся процессы естественной циркуляции, перемешивания теплоносителя в оборудовании ядерных энергетических установок, процессы сепарации пара, режимы работы систем подогрева высоковязких сред, работа абсорбционных холодильных приборов, установленных на малых и больших морских судах. Ведущим подходом к исследованию данной проблемы является экспериментальный метод, позволяющий комплексно рассмотреть данные процессы на мелкомасштабных моделях. Для этого был разработан экспериментальный стенд оригинальной конструкции. Параметры, полученные в ходе работы, были визуализированы и преобразованы в графические изображения, которые анализировались с помощью библиотеки компьютерного зрения с открытым исходным кодом OpenCV. Предложен новый метод визуализации процессов смешения неизотермических течений, результатом применения которого явились интегральные и локальные характеристики данного процесса. Из полученных результатов заметно, что режимы периодической качки и статического крена оказывают существенное влияние на процессы смешения неизотермических потоков теплоносителя. Проанализировав полученные графические изображения, были выявлены области неравномерного перемешивания, находящиеся в прямой корреляции с условиями внешних динамических воздействий. Апробированные в процессе исследования процессов смешения неизотермических потоков методики могут быть использованы и в других приложениях для решения схожих задач.

Ключевые слова: визуализация, теплогидравлические процессы, внешние динамические силы, качка, экспериментальное моделирование, ядерная энергетическая установка, openCV, смешение

Алгоритмизация процесса многовариантной структуризации в цифровизированных организационных системах

2023. T.11. № 1. id 1274

Рындин Н.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.005

Актуальность исследования обусловлена проблемой повышения эффективности управления в организационных системах, использующих цифровую среду для хранения и обработки информации о параметрах и характеристиках таких систем. В статье рассматриваются вопросы алгоритмизации процесса многовариантной структуризации в цифровизированных организационных системах двух типов: многообъектной и автономной. Приводятся основные характеристики процесса многовариантной структуризации, формулируются оптимизационные модели для решения задач основных этапов многовариантной структуризации. Доказывается, что показатели эффективности организационной системы зависят от выбранных реализаций компонентов развивающейся цифровой среды. При этом наличие экстремальных и граничных требований приводит к задачам однокритериальной или многокритериальной оптимизации с ограничениями. Строятся оптимизационные модели распределения ресурсного обеспечения на поддержание функциональности и развитие компонентов цифровой среды. Формулируются основные алгоритмические процедуры поиска оптимальных решений и дается оценка сочетаемости вариантов структур среды. Приводится последовательность реализации этапов многовариантной структуризации в виде структурной схемы взаимодействия этих этапов. Показываются особенности использования аппарата многовариантной структуризации для оптимизации характеристик цифровизированных систем на примере организационной системы агропромышленного предприятия. Алгоритмизация процесса многовариантной структуризации позволяет реализовать этот аппарат в информационной системе управления и обеспечить выполнение заданных требований к системе.

Ключевые слова: организационные системы, цифровая среда, управление, многовариантная структуризация, оптимизация, агропредприятие

Интеллектуальная поддержка обнаружения инцидентов информационной безопасности

2023. T.11. № 1. id 1271

Токарев В.Л. Сычугов А.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.006

Актуальность исследования обусловлена необходимостью автоматизации процессов обнаружения и идентификации инцидентов информационной безопасности для своевременного запуска процессов реагирования, что, в свою очередь, позволит снизить влияние как преднамеренных, так и случайных инцидентов информационной безопасности на защищенность информации в автоматизированных системах различного назначения. В основу предлагаемых решений положены методы искусственного интеллекта, а в качестве выстраиваемого средства интеллектуальной поддержки обнаружения инцидентов информационной безопасности – система поддержки принятия решений. В статье предложены модели, математические зависимости и методы решения задач автоматического обнаружения, идентификации инцидентов информационной безопасности, а также их локализации, для чего, среди прочего, используется теория нечетких множеств. Рассмотрены возможные стратегии локализации инцидентов ИБ. Сформулированы процедуры реагирования на инциденты информационной безопасности, а также их ликвидации, что, в свою очередь, позволяет строить системы интеллектуальной поддержки решения задачи оперативного обнаружения инцидентов информационной безопасности. Приведены примеры событий. Материалы статьи представляют практическую ценность при построении систем превентивной защиты информации, что является на сегодняшний день одним из перспективных направлений теории и практики обеспечения защиты информации.

Ключевые слова: инциденты информационной безопасности, превентивная защита информации, системы искусственного интеллекта, математическая логика, автоматизированные системы

Синтез модели получения характеристик эффективности комплексной системы безопасности на базе метода анализа иерархий

2023. T.11. № 1. id 1266

Лубенцов А.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.030

Работа посвящена системному анализу проблем синтеза комплексных систем безопасности. Представлен анализ подходов к оценке эффективности систем безопасности. Разбираются основные критерии эффективности и параметры функционирования комплексных систем безопасности, предложен их системный анализ. Получен результат анализа требований к эффективности и анализ задач эффективности систем безопасности. Определены основные целевые функции комплексных систем безопасности. Обосновывается положение о технической и экономической эффективности. Оценка этих функций по представленным параметрам. Приводится системный анализ определения термина «эффективность» в руководящих документах. Обоснована оптимальность использования Метода Анализа Иерархий. Доказано, что в Методе Анализа Иерархий достаточно много субъективизма, и предложено его уменьшить. Оригинальный метод делится на две части: первая – субъективная (выбор критериев и решений и их ранжирование); вторая – объективная (расчет параметров влияния и элементов матриц), не зависящая от решений человека. В реализации первой части метода результаты сильно зависят от лица, принимающего решение. Предложен модифицированный (каскадный) метод анализа иерархий, изложена модель расчетов. В этом случае образуются 3 группы: независимые эксперты, руководители объекта и пользователи (специалисты, эксплуатирующие объект после внедрения). Они совместно выбирают список решений (модификаций) и список критериев, но ранжирование каждая группа проводит по-своему, и матрицы каждая группа составляет на свое усмотрение. Обосновано приоритетное применение каскадного метода анализа иерархий. Приводятся обобщающие выводы по рассмотренным характеристикам.

Ключевые слова: безопасность, риск, характеристики эффективности, метод анализа иерархий, целевая функция системы безопасности

Решение системных проблем при разработке и развитии WEB-приложений с помощью MODx-концепции

2023. T.11. № 1. id 1257

Гутовский И.Д. Добрынин В.Н. Минзов А.С. Подгорный С.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.013

Существующие CMS, вне зависимости от их сложности и направленности, можно разделить на две группы: одна придерживается MODx-концепции, другая – нет. В статье описаны проблемы разработки и развития WEB-приложений, характерные для стандартных CMS. Рассмотренные в статье проблемы затрагивают всех участников WEB-разработки. Проблема кардинальной смены интерфейса заключается в необходимости постоянного изменения интерфейса при изменении какого-либо функционала системы, даже не связанного с изменяемой частью интерфейса. Такая смена требует существенных затрат, как со стороны WEB-разработчиков, так и со стороны пользователей. Проблема отсутствия преемственности API в стандартных CMS связана с отсутствием принципа атомарности сущностей. Отсутствие преемственности API приводит к существенным затратам, связанным с развитием CMS. Проблема стыковки различных приложений возникает из-за сильной связности компонентов CMS, что, в свою очередь, не дает возможности гибко настроить систему для генерации содержимого с необходимыми для стыкуемых приложений параметрами. Проблема конфликта модулей WEB-приложений связана с несистематической зависимостью компонентов CMS. В проблеме безопасности WEB-приложений существенную роль играет невозможность переопределения клиентской части и негибкая файловая иерархия CMS. Проблема масштабируемости WEB-приложений прежде всего связана с отсутствием независимости от адресов файловой системы у стандартных CMS. В статье авторы дают обоснования для применения MODx-концепции коллективом разработчиков на стадиях проектирования и эксплуатации WEB-приложений, что позволяет решить вышеперечисленные проблемы.

Ключевые слова: CMS, MODx, шаблон, верстка, установка, MODx-концепция, сайт, содержимое, WEB-сайт, WEB

Подход к управлению виртуальной компьютерной лабораторией на основе концептуальной модели операционных рисков

2023. T.11. № 1. id 1254

Живетьев А.В. Подгорный С.А. Токарева Н.А. Черемисина Е.Н. Белов М.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.001

Статья посвящена совершенствованию системы управления учебным дата-центром «Виртуальная Компьютерная Лаборатория» на основе концептуальной модели операционных рисков. Виртуальная Компьютерная Лаборатория представляет собой интегрированный комплекс аппаратных и программных средств виртуализации и контейнеризации, в форме облачных сервисов с интегрированной системой управления знаниями. Виртуальная Компьютерная Лаборатория используется для освоения многокомпонентных информационных систем и формирования набора сложных знаний, умений и навыков у учащихся в области ИТ в рамках аудиторной и самостоятельной практической работы. Система управления знаниями и принципы самоорганизации, заложенные в основу Виртуальной Компьютерной Лаборатории, позволяют сформировать однородную образовательную среду. Для надежного функционирования Виртуальной Компьютерной Лаборатории с минимальным количеством простоев выполнен анализ влияния рисков на ее работу, а также предлагается подход к созданию системы управления рисками. Рассматриваемый в статье подход позволяет лучше оценивать узкие места Виртуальной Компьютерной Лаборатории и комплексно решать ключевые проблемы, увеличивать время доступности, улучшать качество ее работы и уменьшать количество сбоев за счет использования превентивных механизмов, успешно выявлять риски, которые в наибольшей степени влияют на результаты ее работы и разрабатывать эффективную систему мероприятий по их минимизации. В статье подробно рассматриваются такие элементы риск-менеджмента, как определение и оценка рисков, стратегическое управление рисками, мониторинг и анализ рисков, обеспечение безопасности и управление изменениями.

Ключевые слова: образование, информационные технологии, виртуальная Компьютерная Лаборатория, управление рисками, риск менеджмент, операционные риски, управление социотехническими системами на основе модели рисков, цифровая трансформация, облачный дата-центр, современные методы управления

Реализация алгоритма адаптивного диаграммообразования на ПЛИС

2023. T.11. № 1. id 1253

Бойко И.А. Казьмин О.Ю. Глушанков Е.И. Кирик Д.И. Коровин К.О. Царик И.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.025

Статья посвящена реализации на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) алгоритма диаграммообразования в адаптивных антенных решетках. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения помехоустойчивости приема сигналов в радиотехнических системах. В качестве алгоритма диаграммообразования был выбран градиентный алгоритм по критерию нормализованной наименьшей среднеквадратической ошибки (английский – normalized least mean squares – NLMS), который обладает наименьшей вычислительной сложностью, а использование в нем переменного шага адаптации позволяет обеспечить сходимость алгоритма в условиях априорной неизвестности мощности входного сигнала. В работе приведено математическое описание процедур адаптивной обработки сигналов, а также приведены формулы вычисления оптимальных векторов весовых коэффициентов, обеспечивающих наилучшее приближение входного воздействия к образцовому сигналу. Рассмотрены приближенные методы, обеспечивающие практическую реализацию оптимальной обработки сигналов, на основе итерационных алгоритмов в виде нормированного алгоритма минимума среднеквадратической ошибки. Приведены примеры синтеза диаграммы направленности антенной решетки, обеспечивающей адаптивную обработку сигналов, реализованную на программируемой логической интегральной схеме, при различной сигнально-помеховой обстановке. Для всех случаев реализации было получено приемлемое совпадение теоретических и экспериментальных данных.

Ключевые слова: адаптивная антенная решетка, диаграмма направленности, адаптивный алгоритм минимума среднеквадратической ошибки, ПЛИС

Комплексная модель поддержки принятия решения по реализации проекта внедрения инновационного изделия «стек проточной батареи»

2023. T.11. № 1. id 1251

Пахомов А.В. Воропай А.Н. Пахомова Е.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.012

В работе представлено системное междисциплинарное комплексное исследование, объектом которого является процесс подготовки и принятия решения по реализации проекта внедрения инновационного изделия «стек ванадиевой проточной окислительно-восстановительной батареи», предметом – сочетание методов системного анализа и экономико-математических методов для поддержки принятия такого решения. Цель – финансово-экономическое обеспечение условий проекта внедрения новой продукции, для чего решен ряд задач: разработка комплексной модели, предусматривающей с учетом модели жизненного цикла продукта предпроектную и проектную стадии реализации проекта, распределенный денежный поток, расчет точки безубыточности с учетом и без учета временного фактора, сравнение результатов моделирования и оценку верификации и валидации модели, разработку алгоритма и проведение расчетной реализации каждого этапа модели. С точки зрения практической значимости, интегративно полученный результат является разработанной оперативной, адаптивной, малозатратной в применении человеко-машинной системой поддержки принятия решений для выбора оптимальных вариантов путем имитационного моделирования, что обусловливает ее возможность использования в качестве шаблона как в учебных, так и производственных целях, в том числе, для формулирования требований к технико-экономическим расчетам и обоснованиям заданий на разработку проектных материалов. Научная (академическая) значимость представленного исследования видится в развитии авторского оригинального направления – инструментально-методического подхода к адаптации модели тройной спирали для условий России – на мезо-/ микроуровни (в отраслевом / региональном) разрезе.

Ключевые слова: стек проточной батареи, системный подход, системный анализ, алгоритм, человеко-машинная система, имитационное моделирование, жизненный цикл, распределенный денежный поток, инфляция, точка безубыточности

Методы сбора, обработки и анализа информации для интегральной оценки устойчивости развития региона

2023. T.11. № 1. id 1250

Шамаева Е.Ф. Пряхин В.Н. Глаз Р.А.

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.015

Актуальность исследования обусловлена растущей на протяжении последних десятилетий популярности вопроса устойчивости развития. В результате растущего потребления и производства особенно острым становится вопрос сохранения экосистемы. Другим следствием этого роста является то, что расслоение между сверхбогатыми и бедными людьми все больше растет, приводя к проблемам социального характера. Ограниченность ресурсов ставит новые вызовы экономической науке. Для решения задач устойчивого развития необходимо проектирование системы комплексных оценок состояния устойчивости или, другими словами, методов интегрального оценивания состояния устойчивого развития. В связи с этим, статья посвящена анализу существующих методов системного анализа и оценки территориальной устойчивости развития. Подробно разбираются критерии оценок, их релевантность задаче оценки состояния устойчивости, на их основе формируются критерии эффективной интегральной оценки устойчивости развития региона. Приводится анализ методов системного анализа, используемых в интегральных оценках, а также их методологический обзор. В результате проведенного исследования сформулированы методологические требования к проектированию интегральной оценки устойчивости развития, а также необходимые методы для проведения такой оценки. Результаты данного исследования могут быть основой для проектирования интегральной оценки устойчивости, устойчивости развития, ресурсного потенциала, а также работ в области междисциплинарных исследований, включающих в себя методы системного анализа, экологии, экономики, социологии.

Ключевые слова: интегральные критерии, комплексные модели, развитие, устойчивость, интегральная оценка, индикаторы устойчивого развития

Анализ возможностей построения рациональной структуры киберфизической системы

2023. T.11. № 1. id 1235

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

DOI: 10.26102/2310-6018/2023.40.1.020

Анализ показывает, что киберфизические системы, вместе с кибербиологическими и киберсоциальными системами, в настоящее время рассматриваются как ключевые элементы в современных инфотелекоммуникационных системах. Концепция киберфизической системы базируется на том, что существует дуализм физической и кибернетической сред. За счет того, что комбинируется физическая, биологическая, социальная среда и в дальнейшем внедряется киберпространство, возникают значительные возможности для реализации самых различных функций. При этом появляются новые проблемы, например, связанные с моделированием процессов внутри подобных систем. Существует также проблема мониторинга внутри киберфизической системы, поскольку данные могут быть пропущены. Поэтому в данной статье была поставлена задача формирования такой структуры киберфизической системы, чтобы эффективность ее функционирования была как можно больше. После осуществленных исследований в работе была предложена процедура формирования рациональной структуры такой системы. Выбор компонентов в ней основывается на принципе их ранжирования относительно того, какое значение ценности с точки зрения системы. В работе были предложены два вида ограничений. Первые из них связаны с площадью рассматриваемой системы, а вторые связаны с применяемыми технологиями. На начальном этапе экспертами на основе информационной системы реализуется выбор компонентов киберфизической системы. В дальнейшем применяются две процедуры выбора. В качестве основного результата в работе предложена структурная схема, связанная с оптимальным выбором компонентов киберфизической системы.

Ключевые слова: киберфизическая система, структура, оптимизация, эксперт, информационная система