Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Известия Самарского научного центра Российской академии наук
Анализ возможностей инструментов реализации технологии process mining
Статья научная
Современные реалии диктуют требования эффективной оптимизации производств. Модернизация ведения бизнеса, экономики, производства, организации здравоохранения и медицины в целом являются актуальной задачей современности. Одной из технологий эффективного анализа процессов является process mining. Технология process mining позволяет извлекать знания из журнала событий, формируя на их основе модель процесса. Подобные инструменты позволяют выявлять неэффективные структуры управления и бизнес-процессы, неисправности в программном обеспечении, некомпетентности сотрудников, решая множество проблем организации эффективного управления в различных отраслях. На сегодняшний день существует множество программных средств реализующих методы анализа процессов: Disco, Apromore, ProM. Celonis Process Mining, UiPath Process Mining и др. Выбор программного обеспечения для определенных задач является процессом сложным, впоследствии влияющим на реализацию проекта в целом. Поэтому крайне важно комплексно проанализировать все возможности и ограничения существующих инструментов process mining. Выбраны следующие критерии: стоимость фреймворка; доступность исходного кода; язык программирования; возможность построения дерева решений на основе процесса; техническая поддержка; техническая документация; развитое сообщество разработчиков; возможность создания и добавления плагинов; опыт работы с фреймворком. В качестве целевой области применения было выбрано здравоохранение. Согласно результатам проведенного анализа был сделан вывод об эффективности применения фреймворка ProM для решений задач в области здравоохранения.
Бесплатно
Анализ восстановления квадратурных составляющих по пилот-сигналам
Статья научная
Рассмотрена задача восстановления квадратурных составляющих по пилот-сигналам в многочастотных системах связи. Для нахождения дисперсии ошибки оценивания квадратурных составляющих используются методы фильтрация Калмана, авторегрессионные процессы 1 и 2 порядка.
Бесплатно
Анализ динамики развертываемой космической тросовой системы с атмосферным зондом
Статья научная
Исследуется динамика развертываемой космической тросовой системы с атмосферным зондом. Предлагается программа выпуска троса, обеспечивающая приведение системы в заданное вертикальное положение без решения краевой задачи. Для построения номинальной программы развертывания системы используется математическая модель ее движения в подвижной орбитальной системе координат с учетом аэродинамических сил, действующих на космический аппарат и зонд. Рассматривается процесс развертывания КТС с атмосферным зондом в геоцентрической неподвижной системе координат с учетом работы системы регулирования, растяжимости троса, инерционности механизма управления и других возмущений. Показано, что построение номинальной программы развертывания тросовой системы с учетом аэродинамических сил позволяет в несколько раз уменьшить ошибки приведения системы в заданное конечное состояние. Приводятся численные расчеты, подтверждающие проведенные аналитические исследования и сформулированные выводы.
Бесплатно
Анализ динамических процессов в наноэлектронных структурах на базе мемрезистивных элементов
Статья научная
Появление в последнее время широкого спектра наноэлектронных компонентов расширяют возможности информационно-вычислительных систем. В первую очередь это касается суперкомпьютеров с петафлопсовой производительностью. Для достижения такой производительности на базе современных микроэлектронных устройств создаются вычислительные комплексы, объединяющие до 100 тыс. процессоров, потребляющие около 100 мегаватт электрической энергии и занимающие порядка 300 кв. метров площади. Существенное увеличение производительности, снижение энергопотребления и уменьшение массо-габаритных показателей можно обеспечить при переходе от микроэлектронной к наноэлектронной элементной базе. К числу таких перспективных наноэлектронных компонентов относятся мемристоры. Мемристор (англ. memristor, от memory - память, и resistor - электрическое сопротивление) - пассивный элемент в микроэлектронике, способный изменять своё сопротивление в зависимости от протекавшего через него заряда. Длительное время мемристор считался теоретической моделью [7], которую нельзя реализовать практически, пока первый образец элемента, демонстрирующий свойства мемристора не был создан в 2008 году коллективом учёных во главе с Р. С. Уильямсом в исследовательской лаборатории фирмы Hewlett-Packard. Устройство не накапливает заряд как конденсатор, не поддерживает магнитный поток, как катушка индуктивности. Изменение свойств устройства обеспечивается химическими реакциями в тонкой двухслойной плёнке диоксида титана (5 нм). Один слой пленки устройства слегка обеднен кислородом и кислородные вакансии мигрируют между слоями при изменении напряжения. Данную реализацию мемристора относят к классу наноионных устройств. Наблюдающееся явление гистерезиса в мемристоре позволяет использовать его в том числе и в качестве ячейки памяти [9, 10-15, 20-21]. Уже изученные свойства мемристоров позволяют говорить о том, что на их основе можно создавать компьютеры принципиально новой архитектуры, по производительности значительно превышающие полупроводниковые. Благодаря регулярной структуре из пересекающихся нанопроводников изготовление мемристора достаточно простое, особенно в сравнении со сложной структурой современных процессоров на основе КМОП-технологии. В результате время записи/чтения в ячейке мемристорной памяти не превышает 5 нс. Число циклов записи/чтения превышает 1012, а время хранения информации больше 10 лет. Все это позволяет считать, что память на мемристорах станет единственным типом компьютерной памяти. Однако, применение подобных элементов в условиях реальной эксплуатации приводит к тому, что электрические параметры данных устройств меняются в широких пределах. Подобная неопределенность характеристик затрудняет схемотехнический анализ и весь процесс проектирования электронных устройств, в состав которых входят мемристорные компоненты. В связи с этим актуальной является задача оценки стабильности наноэлектронных структур на базе мемрезистивных элементов в условиях неопределенных внешних воздействий.
Бесплатно
Статья научная
Проводится сравнительный анализ динамических свойств кластеров двигателей-маховиков и гиродинов для управления ориентацией космического робота при до-выведении на геостационарную орбиту и сближении с геостационарным спутником для его технического обслуживания. Представляются результаты анализа для типовых поворотных манёвров робота и выделяются условия, при которых проявляются преимущества кластера гиродинов.
Бесплатно
Статья научная
Представляются результаты сравнительного анализа динамических характеристик минимально избыточных кластеров двигателей-маховиков в отношении областей вариации векторов их кинетического и управляющего моментов, как в штатной конфигурации, так и при отказе любого одного двигателя-маховика в их составе.
Бесплатно
Анализ математических моделей при построении нейронной сети для оценки работоспособности агрегата
Статья научная
Предупреждение аварийных ситуаций авиационной техники в значительной мере обеспечивается диагностикой функционирования ее агрегатов. Часто критерием качества функционирования является уровень вибраций, влияющий на решение о корректировке нагрузки или останове агрегата. В статье рассматриваются математические модели при применении нейросетевых методов для вибродиагностики. При использовании кросс-валидации исходная выборка с данными по вибрациям разбивается на несколько блоков, которые группируются в три выборки: обучающую, контрольную и тестовую. Для оценки эффективности диагностики использовались три разных критерия качества: средняя ошибка на тестовой выборке, AUC и F-мера. Для заданного набора исходных данных наилучшей подобранной конфигурацией оказалась нейронная сеть из трех слоев с 18 нейронами в каждом слое, реализованная в пакете MATLAB. В качестве функции обучения в ней используется алгоритм байесовской регуляризации. Процент средней ошибки распознавания состояния рассматриваемого агрегата с помощью нейронной сети оказался равным 4,85, значение AUC равно 0,885, а F-меры - 0,827. По сравнению с сетью, построенной в автоматическом режиме с помощью библиотек машинного обучения Statistics and Machine Learning Toolbox и Neural Network Toolbox, значение F-меры подобранной конфигурации сети выше на 6,7 %.
Бесплатно
Анализ моделей воспроизводства промысловых рыб с нелинейной интерпретацией данных наблюдений
Статья научная
Рассматривается проблема методов подтверждения соответствия наблюдаемой динамики промысловых популяций рыб трем возможным режимам поведения траекторий дискретных динамических систем. Многие применявшиеся популяционные модели с качественными изменениями поведения оперируют с не интерпретируемыми с точки зрения экологии вида характеристиками, как знак третьей производной второй итерации от функции воспроизводства в момент потери устойчивости стационарной точки. На примерах показывается, что статистическая аппроксимация данных наблюдений приводит к зависимостям, исключающим наблюдаемое в реальности развитие популяционного процесса. Обсуждаются критерии, которыми можно пользоваться при анализе результатов вычислительного моделирования с точки зрения биологической адекватности. Предполагается, что скорость изменения численности в модели должна иметь интервал отрицательных значений, а кривая воспроизводства как минимум две нетривиальные стационарные точки. Учет действия экологического эффекта Олли в моделях будет способствовать лучшей сущностной интерпретации, разграничению возникающих в дискретных итерационных системах нелинейных эффектов и введет понятие о критически низкой численности промысловой популяции.
Бесплатно
Статья научная
В статье ставится и решается задача разработки универсальной имитационной модели шестифазного магнитоэлектрического генератора (МЭГ) с однополупериодным выпрямителем на базе методики математического моделирования, учитывающей рациональную форму представления уравнений вентильного генератора (ВГ) и оптимальную, с точки зрения затрат машинного времени, организацию вычислительных процедур. В основу математического описания вентильного МЭГ положен метод представления уравнений модели в однородном координатном базисе переменных, позволяющий описать электромагнитные процессы ВГ системой дифференциальных уравнений (ДУ) минимального (по числу независимых контуров цепи - хорд дерева направленного графа) порядка. Предпочтение данному методу отдается вследствие того, что силовая структура исследуемого ВГ не содержит емкостных элементов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены основные и дополнительные погрешности, возникающие при косвенном измерении плотности нефтесодержащей смеси в нефтегазосепараторе. Для компенсации дополнительной погрешности в схему управления процессом сепарации введён датчик температуры. Коррекция осуществляется на основе данных лабораторных исследований зависимости плотности скважинной воды и нефти от температуры. Получены формулы для определения основной погрешности измерения плотности косвенным методом. Выполнена оценка точности приближённых вычислений погрешности по полученным формулам в общем случае и в установившемся технологическом режиме. Точное определение плотности позволяет рассчитать обводнённость нефтесодержащей смеси и определить оптимальное время сепарации. Разработан алгоритм, реализующий основные измерительные и вычислительные процедуры. Алгоритм предусматривает постоянный контроль величины обводнённости смеси и обновление данных для имитационной модели. На основе имитационной модели выполнены эксперименты, результатом которых явилось нахождение оптимального времени сепарации при различной обводнённости нефтесодержащей смеси. Результаты работы позволяют повысить производительность устройства сепарации при сохранении качества товарной нефти.
Бесплатно
Статья научная
В статье приводятся результаты исследования временных рядов химических показателей промышленных сточных вод образующихся при производстве печатных плат и электронных блоков. Печатные платы соединяют все электронные компоненты сложного технического устройства между собой, в том числе автоматизированных комплексов связи и систем управления. Технологический процесс производства печатных плат включает в себя последовательность химических обработок. Реализация этих операций в производстве достаточно сложна, так как хромовые соединения токсичны и необходимы меры по обезвреживанию отходов. Стабильный химический состав сточных вод с одной стороны свидетельствует о бесперебойном характере технологического процесса производства, а с другой позволяет применять определенный комплекс очистных методов. Периодически измеряемые значения химических показателей образуют временные ряды, которые используются для исследования производственных процессов. Для контроля стабильности любого процесса сначала необходимо провести исследование его характеристик, построить описательные модели, поверить их качество. По полученным характеристикам, используя методы статистического анализа, можно получить модель процесса. В качестве исходных данных использовались измеренные химические показатели состава производственных сточных вод по двум колодцам (106 и 127) за несколько лет. Для выполнения расчетов были использованы статистический пакет Statistica и разработанное программное обеспечение. Анализируя средние значения и их дисперсию можно подтвердить вывод, что состав сточных в колодцах существенно отличается. Различия значений показателей в разных колодцах также можно объяснить изменениями в технологических процессах или работой фильтров сточных вод. Следует отметить наличии корреляционной связи средней силы между показателями кислотности и фосфатами. Остальные показатели химического состава промышленных сточных вод не связаны друг с другом линейной зависимостью. Перед построением прогноза для выбранных химических показателей нестационарные временные ряды были приведены к стационарности. Из всех построенных моделей для показателя кислотности признана наилучшей ARIMA (2,0,1). Для построения регрессионных моделей в качестве отклика (зависимой переменной Y) был использован общий объем сточных вод в данный колодец.
Бесплатно
Анализ состояния члена экипажа воздушного судна по его речи на базе гауссовых моделей смесей
Статья научная
Работа посвящена исследованию эффективности применения моделей гауссовых смесей для распознавания аномальных отклонений в речи диктора. Предложено практическое применение разрабатываемых алгоритмов для выявления эмоционального состояния члена экипажа по произнесенной им фразе. В качестве основного критерия для различения с помощью модели гауссовых смесей используются спектральные характеристики речевого сигнала. В связи с достаточно небольшим шагом дискретизации по частоте и соответственно с наличием 255 частотных составляющих в спектре сигнала предложено сжатие спектра до 10 составляющих. Такой подход позволил сократить число ключевых параметров в гауссовой модели до 10, что, в свою, очередь, позволило упростить процесс анализа при построении многомерных распределений. Для оценки качества предлагаемого алгоритма были записаны тестовые фразы. При этом имитировались различные психологические состояния диктора. Использовались как простые нерегламентированные речевые конструкции, так и сообщения, регулируемые в порядке Федеральных авиационных правил при проведении радиообмена в гражданской авиации на территории Российской Федерации. С учетом ограничений на предварительные знания модели и кластеризации по спектральным характеристикам все записи модели были выполнены одним диктором. Были рассмотрены три класса эмоционального состояния диктора. На выходе система распознавания ставила такие метки, как спокойное состояние, усталое состояние, стрессовое состояние. Различные состояния искусственно имитировались в процессе подготовки данных. На тестовой выборке из 48 сообщений гауссова модель из 3 компонент и 10 параметров без предварительного обучения сразу позволила достичь результата порядка 65%, в то время как вероятность распознать верный класс при 3-х равных классах априори составляет 33%. В качестве дальнейших исследований предложено применение предварительного обучения с использованием нейронных сетей или корреляционных алгоритмов. Такой подход позволит выполнять дальнейшую кластеризацию на более глубоком уровне, когда, например, определяется пол диктора, определяется типовое сообщение радиообмена, а затем уже выявляется эмоциональное состояние диктора.
Бесплатно
Анализ физических и математических моделей напряженных магнитоанизотропных структур
Статья научная
Рассматривается анализ физических и математических моделей напряженных магнитоанизотропных структур (НМАС), в котором физические модели представлены в виде ферромагнитной прямоугольной пластины или четверти кольцевого элемента (ЧЭ) в электромагнитном поле при силовом воздействии. Их математические модели описываются системами дифференциальных уравнений теорий электромагнитного поля, ферромагнетизма и упругости в декартовых, цилиндрических и сферических координатах. Показано, что наиболее полно отражается картина в НМАС в сферических полярных координатах, что подтверждено экспериментально.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке теоретических положений и практических рекомендаций по формированию и использованию человеческих знаний в процессе управления рисками в пищевой промышленности. В качестве предметной области, на которой иллюстрируются эти положения, рассматривается хлебобулочное производство. Повышение эффективности использования человеческого капитала в процессе производства пищевых продуктов реализуется на основе управления корпоративными знаниями, которые аккумулирует и представляет пользователям информационно-аналитическая система поддержки принятия решений. Для этого разработаны объектные модели процесса поддержки принятия решений в управлении качеством производства хлеба и хлебобулочных изделий. Разработана интегрированная онтологическая модель поддержки принятия решений управления рисками на хлебобулочном предприятии, в основе которой заложены знания экспертов, опыт предыдущих периодов, а также информация из технической документации и стандартов. В онтологическом редакторе Protege 5.2 сформированы запросы в виде правил, отражающие причинно-следственные отношения между определенными классами событий, являющихся причинами возникновения проблемных ситуаций. Разработанная система поддержки принятия решений предполагает сопровождение процесс производства на всех критических точка возникновения вероятности наступления риска, что позволит повысить точность принимаемых решений и наладить коммуникацию между работниками.
Бесплатно
Статья научная
В основу расчетов положена предложенная Ильюшиным А.А. теория течения в тонком пластическом слое, заключенного между двумя сближающимися по за-данному закону поверхностями тел инструмента в предположении, что: материал растекающегося слоя идеально-пластический и объемно-несжимаемый; упругие деформации инструмента малы и ими можно пренебречь; на поверхностях контакта металла слоя с инструментом принимается классический закон течения Прандтля Л. Для исследования особенностей течения используется известная краевая задача в постановке «идеальной жидкости», которая описывается нелинейными дифференциальными уравнениями первого порядка в частных производных относительно контактного давления и компонент вектора скорости течения. В общем случае исследуемые величины представляют собой сложные функции, зависящие от формы очага деформации, величины контактного давления в рассматриваемой точке поверхности контакта, наличия, состава и способа нанесения смазки, величины шероховатости контактирующих поверх-ностей и других факторов. В работе предлагается метод решения задач течения пластических слоев в новой постановке. С помощью предложенного математи-ческого аппарата построены алгоритм решения и компьютерная модель течения.
Бесплатно
Веб-ориентированная информационная система дислокации объектов транспортной инфраструктуры
Статья научная
Разработана веб-ориентированная информационная система дислокации объектов транспортной инфраструктуры, решающая задачи: получение атрибутивной информации объектов; определение дислокации объектов на электронной карте; взаимодействие с ГИС ITSGIS и сервером БД ITSGIS. Разработаны алгоритмы получения и обработки атрибутивных данных, технология визуализации пространственно-ориентированных данных и паттерны проектирования веб-ориентированной информационной системы дислокации объектов транспортной инфраструктуры.
Бесплатно
Вейвлет-анализ в обработке сигналов аналитических приборов
Статья научная
В статье рассмотрены свойства вейвлет-преобразования и его применение для обработки сигналов аналитических приборов (хроматографов, полярографов, масс-спектрометров и др.). Для конкретных сигналов и вейвлет-функций представлены результаты аналитического вычисления непрерывного вейвлет-преобразования, которые используются затем в алгоритмах вычисления информативных параметров пиков и разделения совмещенных сигналов.
Бесплатно
Векторное полиномиальное представление законов наведения и анимация движения спутника землеобзора
Статья научная
Описываются методы аналитического представления законов углового наведения спутника землеобзора при сканирующей оптико-электронной съемке и разработанные программные средства для анимации его пространственного движения с отображением маршрутов съемки на поверхности Земли.
Бесплатно
Вероятность отказа блока контроля обогрева во время полета и ее последствия
Статья научная
В статье приводятся результаты прогнозирования вероятности отказа блока контроля обогрева во время полета на основе математического моделирования многостадийных процессов выполнения операций в стохастических продуктивных системах. Постановка задачи формируется следующим образом: определить вероятность отказа блока контроля обогрева во время полета и ее возможные последствия. В качестве исходного объекта для определения верояности отказа рассматирвалась структурно-функциональная схема блока контроля обогрева с применением строгого формального математического описания на основе уравнений, описывающего процесс Орнштейна-Уленбека.
Бесплатно
Влияние диффузности ионосферы на оптимальную рабочую частоту декаметровой радиолинии
Статья научная
Получены оценки влияния уровня диффузности ионосферы на изменение оптимальной рабочей частоты декаметровой радиолинии относительно ее максимально и наименьшей применимой частоты.
Бесплатно
