Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Вестник Донского государственного технического университета
Статья научная
Введение. Статья посвящена теоретическому описанию процесса переноса ионов в мембранных системах в гальваностатическом режиме. В качестве мембранной системы рассматривается канал обессоливания электродиализного аппарата. Цели работы: создание и верификация двумерной математической модели стационарного переноса ионов соли в канале обессоливания электродиализного аппарата для гальваностатического режима.Материалы и методы. Предложена новая модель переноса ионов. Она основана на системе уравнений Нернста — Планка — Пуассона для электрического потенциала и на уравнении для функции электрического тока. Получено численное решение краевой задачи модели методом конечных элементов с помощью программного пакета Comsol Multiphysics.Результаты исследования. Разработанная математическая модель позволяет описать стационарный перенос ионов бинарной соли в канале обессоливания электродиализного аппарата. При этом учитываются нарушение электронейтральности раствора и формирование расширенной области пространственного заряда при сверхпредельных токах в гальваностатическом режиме...
Бесплатно
Структурный синтез дискретных адаптивных следящих систем на основе объединенного принципа максимума
Статья научная
Введение. Несоответствие структуры математической модели наблюдаемому процессу является одной из причин срыва сопровождения при функционировании управляемых систем. Это определяет актуальность задачи структурного синтеза следящих адаптивных систем, которая рассматривается в экстремальной постановке Материалы и методы. Для решения задачи синтеза в квазидетерминированном приближении используется методология объединенного принципа максимума. Исследование в этом случае заключается в поиске условия минимума целевого функционала, который является результатом свертки критерия качества и интеграла действия. Это позволяет построить модель фильтра состояния со структурной адаптацией как решение обратной задачи динамики. Практическая реализация полученных с применением такого подхода результатов в цифровых следящих системах ставит задачу выбора схемы конечномерной аппроксимации полученной модели, что связано с определением вида приближения синтезирующей функции и использованием общего решения однородного дифференциального уравнения. Результаты исследования. Рассмотрен вариант практической реализации цифровых следящих систем на базе конечномерной аппроксимации с новой структурой переходной матрицы и ковариационной матрицы вектора интенсивности возмущений в дискретном времени. Обсуждения и заключение. Результаты математического моделирования показывают, что новый метод синтеза следящих систем в дискретном времени в условиях регулярных возмущений обеспечивает повышение точности функционирования алгоритмов оценки в сравнении с традиционными.
Бесплатно
Структурный синтез терминальных управлений с использованием энергии ускорений
Статья научная
Учет физических особенностей системы в виде ее инвариантов позволяет продвинуться в решении проблемы структурного синтеза терминальных управлений. Это достигается за счет использования энергии ускорений при формировании расширенного целевого функционала, что определяет отличия полученного результата от известных. Применение аппарата асинхронного варьирования привело к установлению необходимого и достаточного условия минимума целевого функционала. На его основе получены уравнения краевой задачи для Аппелевых динамических систем. Их конечный вид определяется целью синтеза. Развертывание этих уравнений целесообразно производить для конкретных случаев. Достоверность полученных результатов подтверждается результатами решения задачи терминального управления. Для линейных систем предлагаемый метод позволяет получить точное аналитическое решение. Синтезированное управление обеспечивает безударный режим изменения состояния динамической системы.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Рассматривается организация ветвлений и повторений в контексте логического программирования на примере языка Пролог. Принципиальной особенностью программы на языке логического программирования является то, что компьютер должен решать задачу, проводя рассуждения подобно человеку. Такая программа содержит описание объектов и отношений между ними на языке математической логики. При этом остается актуальной программная реализация ветвлений и повторений в условиях отсутствия в логическом языке специальных операторов для указанных конструкций. Целями работы явились выявление наиболее эффективных способов для решения задач с применением ветвлений и повторений средствами языка логического программирования Пролог, а также демонстрация полученных результатов на примерах вычислительных задач. Материалы и методы. Выполнен анализ специальной литературы по теме исследования. Использованы методы обобщения, систематизации знаний, тестирования программы, анализ хода ее выполнения. Результаты исследования. Предложены конструкции организации ветвлений и повторений в программе на языке Пролог. Для организации повторений предложены различные варианты завершения рекурсивного цикла при решении задач.Обсуждение и заключения. Рассмотрены способы организации ветвлений и повторений на языке логического программирования Пролог. Все эти способы продемонстрированы на примерах решения задач вычислительного характера. Полученные результаты могут быть использованы при дальнейшей разработке рекурсивных предикатов в логических языках программирования, а также в учебном процессе при изучении логического программирования на языке Пролог. Приведенные примеры программ позволяют использовать их в качестве технологической основы программирования ветвлений и повторений на языке логического программирования Пролог.
Бесплатно
Техническое обслуживание технологических машин на базе цифровизации
Статья научная
Введение. Цифровые данные и аналитика преобразуют роль технического обслуживания производственного оборудования. Аналитическая информация датчиков, размещенных на изделии, позволяет непрерывно наблюдать функционирование технологических машин и своевременно обслуживать их. Так, выявляются дефекты технического оснащения, анализ которых позволяет разрабатывать алгоритмы мониторинга, прогнозирования и предупреждать выход оборудования за пределы надежной работы.Материалы и методы. Представлены основные принципы цифровизации и структура построения цифровых образов. Используется математический метод описания вектора цифровых образов и алгоритмизации системы управления.Результаты исследования. Обобщены достижения известных систем технического обслуживания и цифровизации различных машин. Использование динамического цифрового образа позволило определить необходимые уровни для поддержания работоспособности технологических объектов. Показан возможный вариант мониторинга состояния оборудования в рамках концепции цифровизации производства. Он основан на предложенном алгоритме автономного управления технологическим состоянием.Обсуждение и заключение. Описано построение цифровых образов станка в соответствии с основными стадиями его жизненного цикла. Рассмотрена задача автоматизированного поддержания работоспособности станков на базе цифровизации.
Бесплатно
Технология раздельного формирования многомерных данных
Статья научная
Предметом исследования является технология формирования многомерного представления данных с использованием раздельного задания размерностей и мер. Цель - обеспечение максимального уровня автоматизации работы пользователей при формировании новых кубов данных. В ходе проведенных изысканий решены следующие задачи: определена последовательность формирования промежуточных представлений данных; исследована корректность этих представлений; разработаны эффективные алгоритмы формирования представления и проверки корректности. Теоретической основой исследования являются методы межмодельных преобразований данных. При этом в качестве исходной модели данных используется классическая реляционная модель, в качестве целевой - расширенная модель многомерных данных с несбалансированными иерархиями в размерностях. В результате проведенной работы представлена технология формирования многомерных данных. Полученные результаты могут использоваться аналитическими службами различных предприятий в процессе обработки значительных объемов данных. Предложенная технология формирования многомерных данных является развитием традиционных OLAP-технологий.
Бесплатно
Типизация проектов перехода на облачные сервисы
Статья научная
Введение. Цифровые решения позволяют сделать работу компании четче, сократить расходы на персонал, обеспечить безопасность данных. В литературе описаны различные аспекты автоматизации, цифровизации и облачных технологий. Ставится вопрос о качестве методологической основы таких преобразований. Представлены глобальный и узкий технический подходы. Как правило, материалы подаются с позиций специалистов по внедрению цифровых технологий. В данной работе впервые предлагается авторская схема, которая позволит ориентироваться в предстоящем переходе в облако не только провайдерам, но и их заказчикам. Последние получат систематизированные сведения о том, как выбрать подрядчика и вариант сотрудничества, наиболее целесообразный с экономической точки зрения.Материалы и методы. Информационная модель строилась на базе семантической сети как система узлов, их характеристик и связей. Визуализированы управление проектом миграции в облачные сервисы и сама миграция. Обобщена практика заключения договоров между провайдерами и их заказчиками. Учтены особенности техзаданий таких проектов. Часть предметной области, касающаяся реализации облачного сервиса, алгоритмирована - представлен пошаговый переход в облако, обобщенная схема процесса с учетом иерархии элементов.Результаты исследования. Впервые предложен метод самостоятельной подготовки компании к внедрению облачных решений. Алгоритм систематизирует процессы миграции в облако. Описаны мероприятия, связанные с целеполаганием, ИТ-аудитом, выбором облачной среды и сервисов, расчетом экономической эффективности проекта, планированием и реализацией миграции, техподдержкой и масштабированием процессов. Показаны возможности определения экономической целесообразности мероприятий по переходу в облако. Учитываются затраты на оборудование, хранение и обработку данных, лицензии на софт, зарплаты, обеспечение информационной безопасности и пр. Полученную сумму сравнивают с предложениями провайдеров. Для окончательного решения принимаются во внимание расходы на поддержку инфраструктуры - заказчиком или аутсорсером. Выбирается оптимальный вариант. В итоге заказчик получает возможность работать с лучшей рентабельностью и масштабировать проект. Предусмотрена отработка обратной связи и корректировка процессов, начиная с повторного ИТ-аудита.Обсуждение и заключение. Предложенное решение даст менеджменту заказчика системное представление о том, в какой последовательности действовать при миграции в облако, какие вопросы и задачи обсуждать с потенциальным аутсорсером. Провайдеры могут применить алгоритм для типизации, унификации проектов, что в итоге упростит согласование с клиентами перечня услуг и порядка миграции. Таким образом стороны высвободят значительные ресурсы по времени, трудовым и иным затратам. К тому же заказчики и провайдеры могут отчасти задействовать описанную семантическую сеть, чтобы отработать не только организационную, но и техническую сторону проекта.
Бесплатно
Управление качеством при разработке программного обеспечения
Статья научная
Введение. В научной литературе рассматриваются разные подходы к менеджменту качества в сфере информационных технологий (ИТ). Проработаны вопросы выявления и исправления дефектов, показаны возможности их минимизации. Есть материалы об управлении качеством в сложных технологических процессах. Доказано, что работа с качеством цифровых продуктов требует в числе прочего прояснения вопросов качества кода. При этом нет детального описания управления качеством на каждом этапе жизненного цикла ИТ-продукта, включая тестирование. Отметим, что координация релизов (выпусков) программного обеспечения тесно связана с управлением качеством, однако данный процесс редко или фрагментарно рассматривается в литературе. К тому же не учитывается взаимодействие процессов, поэтому нет комплексного представления об управлении качеством при создании, тестировании и доработке программного обеспечения (ПО). Данное исследование призвано восполнить указанные пробелы. Его цель - представить комплексный подход, связывающий теорию, практику и методы управления качеством ПО.Материалы и методы. Исследована, проанализирована и отреферирована профильная теоретическая и прикладная литература. Задействован профессиональный опыт автора в управлении качеством ИТ-продуктов. Учтены практики глобальных поставщиков цифровых товаров и услуг. Автор использовал эти материалы и методы для детальной проработки вопросов тестирования ПО и развертывания кода.Результаты исследования. Сформирована, описана и представлена в виде схемы комплексная модель управления качеством при создании ПО. Выявлены ее взаимосвязи с моделью менеджмента проектов и жизненным циклом продукта, а именно: анализом, дизайном, разработкой, тестированием, развертыванием и поддержкой. Указаны принципы управления качеством на каждой из этих стадий. Систематизированы и представлены в виде схемы процессы и проверки при развертывании кода. Показаны их особенности в трех средах: при разработке, тестировании и производстве.Обсуждение и заключение. Алгоритм позволяет специалистам по качеству выстроить последовательность действий для исключения в будущем выявленных дефектов, понимания ситуации, когда можно (или нельзя) развертывать код и определения момента, когда следует передать ПО пользователю. Кроме того, предложенная схема может быть базой для автоматизации развертывания кода. Решение позволит сократить время на разработку. Как следствие, продукт быстрее выйдет на рынок, что ускорит окупаемость затрат. Внедрение в производственную практику ИТ-компаний модели, созданной в рамках данной научной работы, предполагает стратегические изменения. Их реализация требует значительных затрат времени и других ресурсов, поэтому общий процесс трансформаций следует разбить на части. Предложенный подход адаптируется под нужды различных организаций и продуктов. Можно работать с отдельными компонентами, чтобы создать оптимальный план для достижения целей по управлению качеством.
Бесплатно
Ускоренный препроцессинг в задаче поиска подстрок в строке
Статья научная
Введение. Бурное развитие таких систем, как Yandex, Google и пр., предопределило актуальность задачи поиска подстрок в строке. На сегодняшний день активно исследуются подходы к ее решению. Эта задача используется при создании систем управления базами данных, поддерживающих ассоциативный поиск. Кроме того, она применима при решении вопросов информационной безопасности, создании антивирусных программ. Алгоритмы поиска подстрок в строке используются в задачах обнаружения, основанного на сигнатурах.Материалы и методы. Решение задачи базируется на алгоритме Ахо - Корасик, который представляет собой классический способ осуществления поиска подстрок в строке. Вместе с тем применен новый подход в части, касающейся предварительной обработки.Результаты исследования. Показана возможность построения функции перехода и суффиксных ссылок при помощи суффиксных массивов и специальных отображений. Исследована взаимосвязь между префиксным деревом и суффиксными массивами. Это дало возможность разработать принципиально новый способ построения функций перехода и ошибок...
Бесплатно
Статья научная
Введение. Современная наука признает актуальной проблему адекватного моделирования физических процессов и объектов. Автоматизация работ в этой сфере повышает точность моделирования и экономит средства на натурном моделировании объектов изучения. Целью данного исследования было создание компьютерной программы, которая по исходному набору параметров автоматически формирует безразмерные критерии подобия.Материалы и методы. В основе расчетного алгоритма лежит к-теорема теории подобия и основные положения теории размерностей.Результаты исследования. Создана компьютерная программа, которая позволяет получить все теоретически возможные критерии подобия для моделирования изучаемого физического процесса или объекта.Обсуждение и заключение. Полученные результаты могут быть использованы в промышленном и научном моделировании физических объектов исследования, расчете новых критериев подобия, решении задач описания сложных процессов и т. д.
Бесплатно
Численный анализ динамики газового потока пиролиза пропана
Статья научная
Введение. Исследуется процесс пиролиза пропана в проточном реакторе в режиме подачи энергии через постоянный внешний нагрев. Для комплексного исследования процесса во всевозможных условиях и для обеспечения перехода от лабораторных установок к промышленным необходимо провести численный анализ результатов моделирования течения газа в реакторе с учётом химических процессов. В работе представлены результаты численного моделирования трехмерной динамики газового потока пиролиза пропана в реакторе в программном пакете ANSYS Fluent с использованием компактной кинетической модели. Материалы и методы. Авторами предложена новая компактная кинетическая схема пиролиза пропана, которая была получена на основе методов локального и глобального анализа чувствительности модели. Представлена математическая модель, используемая в пакете ANSYS Fluent, которая представляет собой уравнения неразрывности, сохранения импульса, сохранения энергии, дополненные уравнениями неразрывности для каждой компоненты газа. Результаты исследования. Впервые проведено численное моделирование трехмерной динамики газового потока пиролиза пропана в реакторе в программном пакете ANSYS Fluent с использованием компактной кинетической модели. Проведены расчеты динамики газового потока пиролиза пропана в лабораторном реакторе с учетом процессов диффузии, химических реакций и их тепловых эффектов. Результаты численных расчетов и экспериментальные исследования по конверсии пропана хорошо согласуются между собой. Обсуждение и заключения. Результаты исследования и моделирования пиролиза пропана могут составить основу для описания процесса в объеме реактора под воздействием лазерного излучения.
Бесплатно
Численный анализ динамики газового потока пиролиза пропана
Статья научная
Исследуется процесс пиролиза пропана в проточном реакторе в режиме подачи энергии через постоянный внешний нагрев. Для комплексного исследования процесса во всевозможных условиях и для обеспечения перехода от лабораторных установок к промышленным необходимо провести численный анализ результатов моделирования течения газа в реакторе с учётом химических процессов. В работе представлены результаты численного моделирования трехмерной динамики газового потока пиролиза пропана в реакторе в программном пакете ANSYS Fluent с использованием компактной кинетической модели.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена вопросу анализа чувствительности функционала качества воды к параметрам модели искусственной водной экосистемы биологической очистки сточных вод, сформулированной в виде начальнокраевой задачи для системы уравнений реакции конвекции-диффузии, описывающей динамику биогенов. Использование многомерных нестационарных моделей водных экосистем с подробным описанием биохимических реакций осложняется большим числом параметров, значение которых необходимо получать экспериментально. Для упрощения процесса обеспечения данных была исследована чувствительность функционала качества очистки к параметрам модели.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Статья посвящена вопросу анализа чувствительности функционала качества воды к параметрам модели искусственной водной экосистемы биологической очистки сточных вод, сформулированной в виде начально-краевой задачи для системы уравнений реакции-конвекции-диффузии, описывающей динамику биогенов. Использование многомерных нестационарных моделей водных экосистем с подробным описанием биохимических реакций осложняется большим числом параметров, значение которых необходимо получать экспериментально. Для упрощения процесса обеспечения данных была исследована чувствительность функционала качества очистки к параметрам модели. Материалы и методы. В работе проведён краткий обзор существующих методов оценки, на основе методов теории малых возмущений и сопряжённых уравнений сформулирован алгоритм исследования чувствительности функционала, характеризующего качество воды, к параметрам модели водной экосистемы. Результаты исследования. Получен алгоритм исследования чувствительности функционала к параметрам модели водной экосистемы. Приведён практический пример применения рассмотренного метода для задачи оптимального управления аэротенком-вытеснителем - элементом очистного сооружения для биологической очистки сточных вод. Обсуждение и заключения. На основе проведённого анализа выявлены наиболее и наименее значимые параметры математической модели искусственной водной экосистемы аэротенка-вытеснителя, являющейся составной частью задачи оптимального управления аэрацией. Применение разработанного алгоритма оценки чувствительности возможно и для других процессов, связанных с массопереносом реагирующих веществ, таких как решение обратных источниковых задач динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере, моделирование биологических процессов в живых организмах, управление процессами массопереноса в аппаратах химических технологий и т. д.
Бесплатно
Статья научная
Целью данной работы является исследование актуальной задачи поисковой оптимизации многоэкстремальных объектов, которая существенно сложнее одноэкстремальных задач. Показано, что для достижения поставленной цели пригодны лишь эвристические методы. Поэтому исследуются три наиболее известных и разработанных метода поисковой оптимизации: метод роящихся частиц, эволюционно-генетический подход и муравьиный алгоритм. Анализ проводится в среде общей для всех методов тестовой задачи исследования многоэкстремальной функции Растригина. Показано, что все указанные методы вполне пригодны для решения многоэкстремальных задач. Хотя в каждом из эвристических алгоритмов приходится использовать собственные специфические подходы к решению задачи обнаружения и идентификации локальных экстремумов, их объединяет необходимость осуществления кластеризации данных. Каждый метод может обеспечить любую заданную точность решения экстремальной задачи и использует приемлемый ресурс времени.
Бесплатно
