Физическое, математическое, компьютерное и электромоделирование. Рубрика в журнале - Агротехника и энергообеспечение
Статья научная
В данной статье рассмотрены дополнения внесенные Правительством РФ в Федеральный закон от 27 июня 2006 года № 149-ФЗ и указ № 96 от 01.04.2015 изданный Министерством связи и массовых коммуникаций Российской федерации которые устанавливают план перехода государственных организаций на отечественные программные продукты и регламентируют данный процесс. Приведены функции Единого реестра программ для ЭВМ и БД. Рассмотрены критерии, которым должен соответствовать программный продукт для включения его в единый реестр программ для ЭВМ и БД, а также возможность их использования в государственных и ведомственных бюджетных учреждениях. С целью выявления разрешенных для использования в условиях импортозамещения современных языков программирования и сред разработки программного обеспечения, подходящих под рассмотренные критерии, представлен их анализ и рассмотрены преимущества и недостатки.
Бесплатно
Геометрическая модель пчелиного улья с теплофизическими характеристиками
Статья научная
Остаются актуальными вопросы зимовки пчёл, а именно температурного режима внутри улья, вентиляции и т.д. Опираясь на полученные данные, была построена геометрическая модель пчелиного улья с возможностью ее дальнейшего использования в программном пакете Ansys Multyphysics, в среде COMSOL. Выведена зависимость между геометрией пчелиного клуба и температурой окружающего воздуха. При понижении температуры рабочие пчёлы собираются в специфичную агрегацию, тем самым защищая себя от переохлаждения. Получены уравнения, необходимые для моделирования теплового состояния пчёл в зимний период на территории Северного Кавказа и для определения мощности электрообогрева ульев.
Бесплатно
Статья научная
Выполнен анализ основных направлений применения современных информационных технологий при разработке инновационных машиностроительных технологий, оборудования и материалов: планирование активного эксперимента, регрессионный анализ его результатов и формирование обобщенных показателей качества на базе психофизического шкалирования. Показано, что для решения большинства задач в данной сфере достаточно располагать сравнительно недорогим базовым модулем системы анализа данных SPSS Base. Внимание к методам планирования эксперимента в настоящее время в определенной мере ослабло, все чаще в научных исследованиях применяют статистические методы анализа данных, но сейчас наблюдается возврат к «старым», проверенным временем идеям активного эксперимента. Эти методы желательно изучать при подготовке инженеров, особенно тех, кто планирует обучение в магистратуре и дальнейшее занятие наукой. Одним из перспективных направлений применения современных информационных технологий при разработке инновационных машиностроительных технологий, оборудования и материалов, является формирование обобщенных показателей качества на базе психофизического шкалирования. Эффективность новаций, как правило, оценивается по нескольким показателям, при этом желателен переход к обобщающему интегральному показателю. Наиболее простой метод построения интегрального критерия заключается в том, что один из частных критериев принимается в качестве обобщенного.
Бесплатно
Информационные технологии для малых форм хозяйствования в АПК
Статья научная
В основе современного агропроизводства в мире лежит повышение наукоемкости производимой продукции, одним из направлений этого процесса является внедрение цифровых технологий в производство. Цифровизация меняет облик и структуру экономики стран и регионов, при этом конкурентоспособность отраслей отдельных стран на мировых рынках повышается, что способствует росту национальных экономик. Цифровизация агропроизводства характерна для многих стран мира. Новые национальные приоритеты России предполагают использование цифровых технологий для обеспечения вхождения страны в число крупнейших экономик мира, с учетом этого вопрос цифровизации деятельности в хозяйствах среднего и малого предпринимательства является очень актуальным. Целью исследования является анализ опыта цифровизации малыми формами хозяйствования, определение его потенциала и аргументация тиражирования этого опыта с применением монографического, сравнительного, системного анализа и других методов. Распространение сведений о положительном опыте использования цифровых технологий будет способствовать более широкому их распространению среди малых форм хозяйствования.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен подход к реализации имитационных компьютерных моделей динамических технических объектов с использованием систем 3D-графики и игровых движков. Предложена модель динамического объекта, разработанного в системе Unity, с использованием скриптов на языке программирования C# для реализации базовых алгоритмов модели. Подход апробирован на примере компьютерной модели динамики подвески трактора при движении по неровной поверхности. Модель наглядно показывает характер колебательных процессов в подвеске трактора в реальном времени и позволяет улучшить понимание подобных процессов при изучении и проектировании технических объектов. Предложенный подход к преподаванию дисциплин, связанных с моделированием динамических объектов, позволил активизировать творческую и практико-ориентированную составляющую дисциплин, он может быть использован в курсовом и дипломном проектировании студентами технических специальностей вузов.
Бесплатно
Компьютерное моделирование трансмиссии машинно-тракторных агрегатов
Статья научная
В работе рассмотрен подход к исследованию параметров трансмиссии уборочных машин с применением методов компьютерного моделирования в системах компьютерной математики и пакетах схемотехники. Подход позволяет после построения базовой блочно-иерархической модели трансмиссии выполнять уточнение модели путем замены варьируемых блоков из пользовательской библиотеки пакета схемотехники.
Бесплатно
Компьютерное моделирование элементов динамических систем в Python
Статья научная
ЦЕЛЬ. Исследование возможности применения системы программирования Python при анализе процессов в линейных и нелинейных динамических системах. При создании и исследовании компьютерных моделей часто приходится решать задачу выбора инструментария моделирования. МЕТОДЫ. При решении поставленных задач использовался метод катастроф, учитывающий скачкообразные изменения, возникающие в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий. РЕЗУЛЬТАТЫ В работе представлены результаты апробации системы программирования Python в качестве основы для разработки компьютерных моделей линейных и нелинейных динамических систем. Дана краткая характеристика библиотек и модулей Python, применяемых при разработке систем, описанных дифференциальными уравнениями и передаточными функциями. Дан теоретический обзор возникновения хаотических процессов в нелинейных динамических системах, продемонстрирован механизм перехода к хаосу на примере построения модели, основанной на уравнении Ферхюльста. Реализована математическая модель уравнений Лоренца, которая описывает многообразие хаотических изменений нелинейной динамической системы, построены фазовые портреты выходных параметров модели в виде трехмерных графиков. Сделан вывод о том, что система программирования Python может быть использована в качестве инструментария при разработке компьютерных моделей линейных и нелинейных динамических систем. Апробация данного подхода проводилась при разработке моделей динамических систем в курсе математического моделирования сложных систем.
Бесплатно
Компьютерное прогнозирование электрических нагрузок методами нейронных сетей
Статья научная
В процессе проектирования и эксплуатации городских электрических сетей возникает проблема прогнозирования электрических нагрузок на определенный временной период, обусловленная технологическими и экономическими причинами. Используемый в большинстве случаев для прогнозирования электрических нагрузок метод экспертных оценок в реальных условиях эксплуатации не обеспечивает требуемую точность прогноза. В работе представлен подход к решению задачи прогнозирования электрических нагрузок городской электросети на основе искусственной нейронной сети. Рассмотрены возможности применения методологии нейронных сетей в энергетике, выполнен анализ существующих задач применения нейрокомпьютеров в системах управления энергетическими системами. Поставлена задача формирования нейронной сети для прогнозирования нагрузок электросетей. Исследована возможность применения систем компьютерной математики для реализации нейронных сетей. Разработана реализация нейронной сети в системе компьютерной математики Matlab. Выполнена настройка и обучение сети на реальных исходных данных. Приведены целевые и входные данные для создания нейронной сети, результаты ее обучения. Выполнены тестовые расчеты электрических нагрузок и электропотребления, полученные с помощью нейронной сети, вычислена погрешность моделирования, сделан вывод о том, что модель, построенная на основе нейронной сети, адекватна.
Бесплатно
Математическая модель профиля трубы
Статья научная
Математика - это, прежде всего, универсальный язык. Язык символов, подчиненный жестким и строгим логическим правилам. С его помощью можно описать любые явления и события. Привычным стал математический язык механики и физических явлений. В нынешнем столетии на нем все чаще говорят биологи и медики. Такая модель является обобщенной и универсальной. Она более абстрактна, чем модели, возникающие в конкретных естественных науках. Одно и то же уравнение описывает и распад радиоактивных веществ, и размножение бактерий. Одна и та же математическая конструкция позволяет описывать и логические суждения, и поведение контактных схем. При создании математической модели мы максимально отвлекаемся от конкретных деталей моделируемого явления. Из общности математических моделей вытекает, и вторая их особенность: возможность точного и строгого исследования таких моделей. Наиболее общие модели оказываются и наиболее простыми (чем больше отброшено конкретных деталей, тем меньше сложность модели) и в силу этого допускают строго математическое исследование. В данной работе предложена математическая модель формы косинусного излучателя, которая в силу своей универсальности подходит и для профильных труб, и для их переходников. Показан пример расчета этой модели в математическом пакете MathCAD.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются математические модели расчета потенциально возможных урожаев сельскохозяйственных культур, основанные на взаимосвязи урожайности с агрохимическими показателями плодородия почв. Основу математической модели по определению урожайности составили показатели гумуса почвы, основные источники поступления азота, фосфора, калия в почву. Прогнозирование урожайности сельскохозяйственных культур по кислотности осуществляется по максимальным значениям урожайности, а также кислотности почвы (из данных агрохимического обследования). Разработанные математические модели легли в основу программного комплекса по прогнозированию урожайности сельскохозяйственных культур. Данная разработка позволяет рассчитать прогноз урожайности без внесения удобрений; с внесением только органических; с внесением только минеральных; с внесением органических и минеральных удобрений. Программа может с успехом применяться в сельскохозяйственных предприятиях Центрального, Центрально-Черноземного, Северо-Западного, Поволжского, Волго-Вятского, Уральского экономических районов Российской Федерации в качестве универсального инструмента агронома для планирования будущей урожайности возделываемых культур.
Бесплатно
Статья научная
Для увеличения износостойкости стрельчатых лап культиваторов разработан метод наплавки отдельных износостойких валиков на их рабочие поверхности, ширина которых меньше расстояния между ними. При вспашке стрельчатыми лапами, упрочненными этим методом, на их поверхности образуются застойные зоны почвы, по которым происходит дальнейшее движение ее частиц. Выявлено, что наибольший эффект достигается при наплавке на рабочую поверхность стрельчатых лап валиков в форме дуг. На базе ФГБНУ ФНАЦ ВИМ разработана установка для наплавки с числовым программным управлением (ЧПУ) типа 4D (обладающая четырьмя степенями свободы), позволяющая упрочнять этим методом стрельчатые лапы в автоматическом режиме. Для наплавки валиков с требуемыми геометрическими параметрами составляется управляющая программа для установки с ЧПУ, представляющая собой G-код и задаются режимы наплавки. При этом сила тока и напряжение соответствуют рекомендациям производителя сварочной проволоки. Для обеспечения требуемой высоты валиков выполнено математическое моделирование и найдена зависимость между шириной и высотой наплавляемых валиков, скоростью подачи проволоки и скоростью движения сварочной горелки. Для визуальной интерпретации зависимости построена поверхность отклика и ее изолинии.
Бесплатно
Математическое моделирование при расчетах на живучесть деформированного твердого тела
Статья научная
В статье рассматривается вопрос решения задач динамики и статики, который основан не только на фундаментальных методах механики, но и с использованием общепринятых гипотез и допущений сопротивления материалов. Это дает возможность изучить состояние стержней и пластин при внезапных структурных изменениях, проанализировать их чувствительность при продольном расслоении. Моделирование различных конструкций для применения в качестве первых приближений и тестов в численных методиках являются основой при решении прикладных задач динамики и статики, связано с интегрированием дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, применением степенных рядов в приближенных вычислениях. Дифференциальные уравнения четвертого порядка с переменными коэффициентами позволяют создать алгоритм решения, в котором будут учтены все начальные условия. Построение математической модели для неоднородных стержней в статике и динамике позволяет рассчитать воздействие на конструкции, которые подвергаются внезапным выключениям связей и изменениям структуры. Такой подход позволяет решать оптимизационные задачи по выбору закона распределения площадей поперечных сечений, обеспечивающего при заданном объеме материала минимальное напряжение в опасном сечении при внезапном снижении степеней статической неопределимости.
Бесплатно
Моделирование процессов энергообмена в агропродовольственных системах
Статья научная
Чтобы выдержать испытания изменением климата и трансформации энергосистем, в сочетании с прогнозируемым ростом населения, сельское хозяйство должно адаптироваться к переменам и производить больше более дешевых продуктов питания, уменьшая при этом свою зависимость от невозобновляемых источников энергии и сохраняя экосистемы. Экспертная систематизация существующих математических моделей, которые изучают энергопотоки в агропродовольственных системах, с выделением потенциальных преимуществ и недостатков в применении различных методологий моделирования необходима на практике для критической оценки адекватности моделирования и прогнозирования системного развития. Будущее за применением комплексных подходов при моделировании с целью проектирования и поддержки энергоэффективных и углероднонейтральных агропродовольственных систем. Такие модели смогут лучше представить новые энергетические технологии, интегрировать различные методологии моделирования и включать социальные, демографические, экономические и климатические сценарии в целостную систему прогнозирования, как краткосрочных, так и долгосрочных процессов эволюции моделируемых объектов.
Бесплатно
Обоснование схемы и параметров газораспределительной сети производственной базы
Статья научная
Наиболее эффективным мероприятием по повышению эффективности газораспределительной сети низкого давления является разработка оптимальной схемы расположения газопроводов. Для предприятия, где в качестве энергоносителя используется несколько видов голубого топлива с различной теплотой сгорания, методом последовательного исключения была определена рациональная схема сети и параметров газопроводов. При использовании данной схемы потери давления при работе газораспределительной сети в аварийном режиме не превышают предельно допустимые значения. В результате корреляционного анализа получены зависимости изменения давления от теплоты сгорания и контура движения газов. Данные математические модели позволяют спрогнозировать величину потерь давления при использовании газообразного топлива с любой температурой сгорания .
Бесплатно
Статья научная
Представлена методика имитационного моделирования воздействия электрического поля рабочих органов электротехнологического культиватора на растение в программной среде пакета Elcut 6.0. Оценка такого воздействия базируется на анализе изменений значений и распространения плотности тока в структуре «Воздушная среда над почвой - растение - верхний слой почвы». Результаты получены для растительных объектов со стержневой, а так же с мочковатой корневой системой. Приведены картины распространения плотности тока, создаваемого в моделях сорных растений при трёх вариантах прохождении стержневого электрода: 1) в почве, 2) по поверхности почвы, 3) над почвой. Получены зависимости плотности тока протекающего в моделях растений от пространственного расположения рабочего органа - электрода в структуре «Воздушная среда над почвой - растение - верхний слой почвы».Установлено, что наиболее оптимальным для электрического повреждения растений как со стержневой корневой системой, так и с мочковатой корневой системой является рабочий орган-электрод, перемещаемый по поверхности почвы.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время в области электроснабжения сельскохозяйственных объектов растет интерес к разработке инженерных систем с использованием возобновляемых источников энергии, в особенности, фотоэлектрических систем. В виду того, что связи между технико-экономическими показателями фотоэлектрических систем имеют сложно идентифицируемый характер, нелинейные авторегрессионные нейросетевые модели могут найти успешное применение в области прогнозирования и представить более достоверные результаты, чем линейные модели. В работе представлены результаты разработки математических моделей для прогнозирования суточного хода электрической мощности и полной приведенной стоимости электроэнергии (levelized cost of energy - LCOE) для солнечных фотоэлектрических систем на основе нелинейной авторегрессионной нейронной сети с экзогеном (neural autoregressive network whith exogenous - NARX).
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена рассмотрению конвективного теплообмена в пористых структурах с целью подтверждения обобщенного критериального уравнения внутрипорового конвективного теплообмена, которое было рекомендовано для предварительных теплообменных расчетов на основе анализа и обобщения многочисленных экспериментальных данных. Существуют три механизма распространения теплоты. Это кондукция, тепловое излучение и конвекция, которая возможна лишь в текучей среде и всегда сопровождается кондукцией. Очень важную роль конвекция играет во всевозможных теплообменных аппаратах, которые повсеместно используются для теплосъема при охлаждении теплонапряженных систем и узлов в разнообразных конструкциях во всех отраслях хозяйства. Различают естественную и вынужденную конвекцию. Для обоих случаев существуют критериальные уравнения для определения с их помощью среднего коэффициента конвективной теплоотдачи, зависящего от физических свойств охлаждающей среды, конфигурации и размеров поверхности теплообмена и от условий обтекания ее охлаждающей средой. Обосновано, что одним из перспективных и эффективных способов интенсификации тепломассообменных процессов является использование в разнообразных теплообменных устройствах пористых металлов. Приведены результаты успешной попытки подтверждения упомянутой выше критериальной аналитической зависимости для пористых структур. В ходе работы были получены и сравнены расчетные и экспериментальные данные, показавшие хорошую согласованность, что окончательно подтвердило возможность использования обобщенного критериального уравнения применительнок существующим маркам пористых сетчатых материалов.
Бесплатно
Проблемы и перспективы применения IT-технологий в отрасли АПК
Статья научная
В рамках данной статьи автором дана оценка текущей ситуации с внедрением IT-технологий в производственные процессы всех отраслей сельскохозяйственного сектора экономики. Рассмотрены проблемы и перспективы цифровизации аграрного сектора современной России. Приведено краткое описание проекта «Цифровое сельское хозяйство». Описаны необходимые направления для реализации проекта, а также приведен поэтапный план внедрения IT-технологий на предприятиях сельскохозяйственной отрасли. Приведен краткий обзор Федерального IT-форума «Smart Agro: Цифровая трансформация в сельском хозяйстве» в 2021 году. Обозначены значимые причины, которые, по оценкам экспертов, сдерживают темпы цифровизации предприятий сельского хозяйства в данный момент и, тем самым, являются перспективами и векторами развития. Совместная и слаженная работа государства, предприятий и образовательных учреждений позволит ускорить цифровизацию и повысить качество IT-технологий в аграрном секторе.
Бесплатно
Развитие навыков промышленного моделирования с помощью учебного моделирования
Статья научная
Статья посвящена всё более актуальному в современных производственных условиях компьютерному моделированию. Обсуждаются преимущества его широкого использования, приводятся аргументы, свидетельствующие об экономической и конструкторской целесообразности его разностороннего применения. Говорится о многократном увеличении вариативности рассматриваемых для модернизации или вновь создаваемых конструкций. Затрагивается проблема подготовки кадрового состава для успешного включения в работу на производстве в разных областях сразу после окончания высших учебных заведений. Рассматриваются вопросы реформирования системы современного российского образовательного процесса, и предлагается один из путей более широкой и качественной подготовки выпускников для компьютерного моделирования на производстве путём обеспечения им позиции «соавторов учебного процесса» при привлечении к совместной с преподавателем научной работе в период обучения. В статье описаны компьютерные модели, созданные автором с привлечением обучающихся для современного образовательного процесса. Рассмотрено компьютерное моделирование механических, теплоэнергетических систем и систем электроники и автоматики. Проанализированы и выделены положительные стороны такого моделирования и обозначены перспективы перехода от него и направления развития с его помощью промышленного моделирования различных систем в машиностроительном производстве.
Бесплатно
Статья научная
В статье приведены результаты имитационного моделирования нетяговой системы электроснабжения витебской и барановичской дистанции электроснабжения. Идея данного метода заключается в оптимальном размещении трансформаторных подстанций (ТП) и низковольтных потребителей, подборе полных мощностей трансформаторов ТП, сечений кабелей и воздушных линий на основании технико-экономического сравнения различных вариантов схем электроснабжения, разыгрываемых с помощью процедуры Монте-Карло.
Бесплатно
