Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)
Разработка архитектуры по подключению системного модуля для людей с ограниченными возможностями
Статья научная
Введение. Для разработки новых системных модулей программного обеспечения помощи сотрудникам с ограниченными возможностями требуется проработать архитектурное решение для взаимодействия всех частей системы. В результате анализа и проектирования необходимо получить программную архитектуру, которая должна выполнять ряд стандартных требований. В первую очередь, она должна быть безопасной. Для этого следует учитывать систему логирования ошибок, аудирование событий, возможность отключения функционала непосредственно после вывода в промышленную эксплуатацию, внутренние механизмы валидации входных запросов клиента и ответов сервера. Данная работа посвящена выработке основных вариантов обслуживания системы, анализу исключительных ситуаций при взаимодействии с пользователем для дальнейшей оценки эффективности архитектуры и непосредственной разработки проекта. Материалы и методы. Архитектурное решение проводилось при помощи языка графического описания (Unified Modeling Language, UML), который помогает строить визуальные изображения жизненного цикла и взаимодействия всех компонентов системы. Для проработки взаимодействия основных модулей будущей системы использовался синтаксис диаграммы развертывания (deployment diagram UML). Для обработки жизненного цикла - синтаксис диаграммы последовательности действий (sequence diagram UML). Помимо этого, использовалась диаграмма прецедентов для описания основных сценариев использования. Результаты исследования. Разработана архитектура, имеющая схему взаимодействия отдельных модулей и систем, а также варианты использования программного комплекса для будущей реализации программного продукта. Предложенная архитектура системы соответствует требованиям безопасности, надёжности (отказоустойчивости) и производительности. Авторами зафиксированы функциональные требования системы помощи сотрудникам предприятий с проблемами слуха для возможности их трудоустройства и работы по телекоммуникационной сети интернет. Выработаны основные вариации обслуживания системы. Обсуждение и заключения. Построение грамотной архитектуры позволяет учесть ситуации, выходящие за рамки нормального использования системы, а также использовать нечеткую модель для определения эффективности системы. Дальнейшее углубленное описание вариантов развёртывания и эксплуатации позволит реализовать эффективную и производительную систему.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Научное направление «природные вычисления» в последнее время широко используется для решения оптимизационных NP-полных задач, в том числе комбинаторных задач криптоанализа. В статье приводится краткий обзор публикаций, посвященных применению природных (биоинспирированных) методов для криптоанализа. Основной целью работы является исследование возможности применения алгоритмов пчелиных колоний для реализации криптоанализа блочных шифров. Материалы и методы. Для решения данной оптимизационной задачи применяются известные методы пчелиных колоний, относящиеся к сравнительно новому классу биоинспирированных оптимизационных методов, имитирующих процессы, протекающие в живой природе. Приводится описание и структурная схема алгоритма колонии пчел для решения задачи криптоанализа, отмечаются основные операции, выполняемые параллельно на глобальном уровне. Далее определяется множество независимых операторов, допускающих параллельное выполнение. С этой целью строятся информационно-логические граф-схемы алгоритма с введенными связями по управлению и по информации, а также формируются матрицы следования, логической несовместимости и независимости. По данной матрице независимости возможно определение множества операторов алгоритма, которые допускают параллельное выполнение. При этом размерность максимального внутренне устойчивого множества определяет максимальное число процессоров, используемых для реализации алгоритма. Результаты исследования. Основными результатами являются теоретические оценки временной сложности алгоритма пчелиных колоний. Кроме того, приводится решение задачи: для алгоритма криптоанализа на основе построенного информационно-логического графа и для заданного времени найти необходимое наименьшее число процессоров однородной вычислительной системы и план выполнения операторов на них. Приводится оценка необходимого минимального числа процессоров для реализации алгоритма криптоанализа, а также оценка общего Обсуждение и заключения. Основными результатами исследования являются: разработка алгоритма колонии пчел, используемого для решения задачи криптоанализа; описание его структурной схемы и основных параллельно выполняемых этапов; построение матрицы независимости; оценка числа процессоров для реализации алгоритма. Следует заметить (и это отмечалось в предыдущих работах), что отличительной особенностью применения биоинспирированных методов криптоанализа является возможность использования самого алгоритма шифрования (или расшифрования) в качестве целевой функции для оценки пригодности ключа, определенного с помощью операций биоинспирированного метода. Поэтому можно утверждать, что при использовании биоинспирированных методов процесс определения секретного ключа зависит не столько от сложности шифрующих преобразований, сколько от самого биоинспирированного метода, который должен обеспечивать достаточное разнообразие генерации ключей. времени реализации алгоритма
Бесплатно
Статья научная
Введение. При решении задач, требующих обработки большого объема данных, возникает проблема получения решения за приемлемое время. Одним из способов выполнения ограничения на временной ресурс является разделение всего объема вычислений между несколькими центрами обработки данных. Следовательно, задача разработки методов повышения быстродействия вычислительных систем и эффективности их использования является актуальной. В настоящей работе рассматривается разработка системы распределенных вычислений для обеспечения решения обратных задач в области механики разрушений. Целями работы являются проектирование и расчетно-экспериментальное обоснование системы для решения узко специализированного типа задач. В работе применяются такие программные комплексы как ANSYS, COMSOL и FlexPDE. Методология. Предложена методология, позволяющая использовать в качестве центров обработки обычные ПК, а не специализированные машины с предустановленным аппаратным обеспечением. Система не накладывает особых требований к аппаратной части компьютеров. Для функционирования системы необходима связь между ПК. Наличие качественной высокоскоростной сети является желательным, так как это упрощает процесс развертывания системы и увеличивает производительность вычислительного процесса. Проведен расчет конечно-элементной модели с большим набором параметров. Результаты исследования. Разработано новое программное обеспечение для обеспечения решения обратных задач в области механики разрушений. Реализована возможность использования системы для решения более широкого спектра задач. Были учтены особенности аналогичного ПО с целью повышения отказоустойчивости и уменьшения издержек, не связанных с решением задачи. Исполняющий модуль системы проводит вычисления в многопоточном режиме, поэтому аппаратные возможности вычислительных средств используются максимально рационально. Простота организации формата хранения данных и передачи их по сети позволила достигнуть наиболее оптимального использования доступных ресурсов. Обсуждение и заключения. Разработанная система распределенных вычислений применена при проведении конечно-элементного моделирования распространения ультразвуковой волны в стенке трубы с тонким внешним покрытием. В системе предусмотрено резервное копирование данных, что позволило сократить возможные потери расчетных данных при отказе некоторых компонентов системы.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Экологические проблемы, возникающие на мелководных водоёмах и вызываемые как природными, так и техногенными факторами, ежегодно наносят существенный ущерб аквасистемам и прибрежным территориям. Своевременно определить эти проблемы, а также пути их устранения возможно с использованием современных вычислительных систем. Но проведённые ранее исследования показали, что ресурсов вычислительных систем, использующих только центральный процессор, недостаточно для решения больших научных задач, в частности, по прогнозированию крупных экологических происшествий, оценке нанесенного ими ущерба и определению возможностей их устранения. Для этих целей предлагается использовать модели вычислительной системы и декомпозиции расчётной области для разработки алгоритма параллельноконвейерных вычислений. Целью данной работы является создание модели параллельно-конвейерного вычислительного процесса для решения системы сеточных уравнений модифицированным попеременнотреугольным итерационным методом с использованием декомпозиции трёхмерной равномерной расчётной сетки, учитывающей технические характеристики используемого для расчетов оборудования.Материалы и методы. Разработаны математические модели вычислительной системы и расчётной сетки. Модель декомпозиции расчётной области выполнена с учётом характеристик гетерогенной системы. Предложен параллельно-конвейерный метод решения системы сеточных уравнений модифицированным попеременнотреугольным итерационным методом.Результаты исследования. На языке CUDA С написана программа, реализующая параллельно-конвейерный метод решения системы сеточных уравнений модифицированным попеременно-треугольным итерационным методом. Проведённые эксперименты показали, что с увеличением числа потоков время вычислений уменьшается и при декомпозиции расчётной сетки рациональным является разбиение на фрагменты по координате z на величину, не превышающую 10. Результаты экспериментов подтвердили эффективность разработанного параллельно-конвейерного метода.Обсуждение и заключение. По итогам проведенных исследований разработана модель параллельноконвейерного вычислительного процесса на примере одного из самых трудоёмких этапов решения системы сеточных уравнений модифицированным попеременно-треугольным итерационным методом. Её построение основано на моделях декомпозиции трёхмерной равномерной расчётной сетки, учитывающей технические характеристики используемого в расчетах оборудования. Применение программы позволит ускорить процесс расчёта и равномерно по времени загрузить программные потоки. Проведенные численные эксперименты подтвердили математическую модель декомпозиции расчётной области.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Многокритериальную оптимизацию с учетом противоречащих друг другу критериев задействуют для улучшения эффективности производства, сокращения затрат, повышения качества продукции и экологической безопасности процессов. В литературе описано использование многокритериальной оптимизации для производственных целей, в том числе при выборе условий реакции и улучшении технологических процессов. В представленной работе объект исследования - это процесс гидрирования полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) при получении высокоплотных топлив. Для определения оптимальных условий процесса решается задача многокритериальной оптимизации на основе кинетической модели. Критерии: максимизация выхода целевых нафтенов и конверсия исходного сырья. Цель работы - создание программы, реализующей алгоритм многокритериальной оптимизации NSGA-II (англ. non-dominated sorting genetic algorithm II). Благодаря этому на основе кинетической модели можно рассчитать оптимальную температуру для процесса гидрирования ПАУ.Материалы и методы. Для решения многокритериальной задачи оптимизации применялся генетический алгоритм NSGA-II. Используется также измененный отбор родителей и выживания в рамках фронта Парето. При необходимости разделения фронта решения выбирались по манхэттенскому расстоянию между ними. Программа реализована на языке Python.Результаты исследования. В системе обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений химической кинетики концентрацию обозначили yi, условное время контакта реакционной смеси с катализатором - τ. Систему решили для реакции гидрирования полициклических ароматических углеводородов. Расчеты показали, что при τ = 0 y1(0) = 0,025; y2(0) = 0,9; y6(0) = 0,067; y9(0) = 0,008; yi(0) = 0, i = 3-5,7,8,10-20; Q(0) = 1. В качестве управляемого параметра рассматривали температуру процесса по двум критериям оптимальности: максимизация выхода целевых нафтенов (f1) в конце реакции и максимизация конверсии исходного сырья (f2). Значения f1 были в границах 0,43-0,79; конверсии - 0,01-0,03; температуры - 200-300 К. Рост температуры сопровождается увеличением выхода целевых нафтенов и снижением конверсии исходного сырья. Каждое полученное решение - неулучшаемое. При моделировании процесса гидрирования ПАУ запустили алгоритм с размером популяции - 100, количеством поколений - 100. Разработана программа, реализующая алгоритм NSGA-II. Рассчитано оптимальное множество значений температуры реакции гидрирования ПАУ, позволяющее получить неулучшаемые значения критериев оптимальности - максимизации выхода целевых нафтенов и конверсии исходного сырья.Обсуждение и заключение. Алгоритм NSGA-II эффективен для решения задачи недоминирования и вывода оптимального решения для всех критериев. Будущие исследования следует посвятить подбору оптимальных параметров алгоритма, позволяющих увеличить скорость решения. Опираясь на полученные теоретические оптимальные условия реакции гидрирования ПАУ, можно реализовать процесс в промышленности
Бесплатно
Решение задач на собственные значения для уравнения Гельмгольца методом точечных источников поля
Статья научная
Разработан способ решения задач вычисления собственных значений и собственных функций для уравнения Гельмгольца в областях с произвольной конфигурацией. При разработке способа численного решения задач используется метод точечных источников поля (МТИ). Предлагаемый способ основан на анализе числа обусловленности системы МТИ или погрешности численного решения задачи. Вводится понятие «критерий собственных значений». Результатом работы является разработанный эффективный алгоритм решения задач на нахождение собственных значений и собственных функций для уравнения Гельмгольца. Показано, что при приближении параметра Гельмгольца к собственному значению задачи число обусловленности системы МТИ и погрешность численного решения резко возрастают. Определив зависимость погрешности численного решения задачи или числа обусловленности системы МТИ от параметра Гельмгольца, можно по расположению максимума для полученных зависимостей найти собственные значения уравнения Гельмгольца в заданной области. После нахождения собственного значения можно приступить к нахождению собственных функций. При этом, если собственное значение оказывается вырожденным, то есть ему соответствует несколько собственных функций, то, с учетом симметрии области решения, возможно нахождение всех собственных функций. Приведены результаты решения тестовых двумерных и трехмерных задач, на основании которых делается вывод об эффективности предложенного метода.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Определение механических свойств слоистых конструкций автомобильных дорог является актуальной задачей. Это обусловлено, во-первых, необходимостью контроля качества новых участков при строительстве автомагистралей. Во-вторых, представляет интерес оценка состояния действующих дорог при накоплении повреждений и дефектов. Образование множественных дефектов (трещин) меняет осредненные вязкоупругие свойства составляющих конструкции, особенно поверхностных асфальтобетонных слоев. В статье рассматривается использование нейросетевых технологий для повышения точности восстановления вязкоупругих свойств. Данный подход базируется на экспериментальных методах. В качестве примера можно привести определение динамического прогиба конструкции от падения груза (англ. determining the dynamic deflection of a structure from a falling weight, FWD).Материалы и методы. На основе нейронной сети определены модули упругости трехслойной конструкции. Для выяснения точности решения его сопоставили с результатами математического моделирования и экспериментальными данными.Результаты исследования. Экспериментальные и расчетные показатели модулей упругости отдельных слоев дорожной конструкции оказались очень близкими. Предложенный подход к определению механических свойств материалов дорожных конструкций позволяет применить полученные результаты для определения состояния отдельных элементов и всей дорожной конструкции.Обсуждение и заключения. Показана перспективность использования искусственного интеллекта для определения механических свойств слоистых конструкций. Дальнейшее совершенствование методов и средств анализа поведения дорожной конструкции при динамическом нагружении позволит расширить существующие подходы к оценке состояния дорожных конструкций.
Бесплатно
Решение задачи подбора модели источника ошибок в ИС ОПСАПК
Статья научная
Введение. Работа посвящена решению задачи подбора математической модели источника ошибок, адекватно отображающей заданный канал связи. Это многопараметрическая задача, решение которой аналитическими методами весьма затруднительно. Предлагается решать данную задачу в рамках информационной системы оценки применимости схем помехоустойчивого кодирования на основе последовательности ошибок, полученной из реального канала связи. Целью работы является развитие методов подбора средств помехоустойчивой защиты в системах передачи данных. Основная задача состоит в построении модификации информационной системы оценки применимости схем помехоустойчивого кодирования, позволяющей по потоку ошибок, полученному из реального канала связи, выбрать наиболее близкую математическую модель источника ошибок и на основе компьютерных имитационных экспериментов решить задачу согласования параметров помехоустойчивого кодека и характеристик конкретного канала связи. Отметим, что выбор помехоустойчивых методов предполагает выбор не только алгебраического кода, но и алгоритмов его кодирования и декодирования. Результаты использования помехоустойчивых методов зависят от интенсивности и структуры ошибок, действующих в канале передачи. Материалы и методы. Основой описанной информационной системы является специализированный программный комплекс, основанный на имитационном моделировании помехоустойчивых каналов связи. Поставленная задача решается добавлением в информационную систему модуля подбора модели источника ошибок. В основе работы модуля подбора лежит разработанный алгоритм выбора адекватной математической модели источника ошибок, использующий методы теории скрытых полумарковских моделей, в частности, решение задачи оценивания. Результаты исследования. Результатом работы является построенная модификация информационной системы оценки применимости схем помехоустойчивого кодирования, которая позволяет в автоматическом режиме из списка доступных методов помехоустойчивой защиты подбирать подходящий метод для конкретной системы передачи данных. Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть применены при проектировании цифровых систем связи. Построенная информационная система позволяет автоматизировать процесс подбора алгоритмических методов помехоустойчивого кодирования в системах передачи данных.
Бесплатно
Способ восстановления булевой функции нескольких переменных по ее производной
Статья научная
Введение. Булевы функции нескольких переменных играют важную роль в криптографии и теории кодирования. Композиции этих функций используются в ряде симметрических криптосистем; с их помощью могут быть определены некоторые помехоустойчивые коды, например, коды Рида-Маллера, коды Кердока, а также построены новые декодеры, работающие за пределом половины кодового расстояния. В работе рассматривается задача восстановления булевой функции по ее производной, названная задачей интегрирования булевых функций. При восстановлении булевой функции вектор, в направлении которого вычислена производная, полагается неизвестным. Материалы и методы. Результаты получены на базе следующей методологии: теория булевых функций, теория конечных полей и полиномиальных колец, линейная алгебра. Пространство булевых функций рассмотрено как некоторое изоморфное факторкольцо, что позволило свести поставленную задачу к поиску решения полиномиальной системы уравнений специального вида. Построенный изоморфизм позволяет проверить, разрешима ли задача об интегрировании, а также предложить новый способ ее решения. Результаты исследования. Формально построен алгоритм поиска прообраза методом полного перебора, вычислена его алгоритмическая сложность. Доказана теорема о необходимых и достаточных условиях существования прообраза для произвольной булевой функции, которая рассматривается как значение производной по направлению. Приводимые доказательства носят конструктивный характер. На основе доказанных фактов построены алгоритмы проверки существования прообраза для заданной булевой функции и построения прообраза. В предложенном варианте алгоритм строит только один из возможных прообразов, при условии его существования. Предложенный алгоритм построения прообраза обладает с точки зрения алгоритмической сложности значительной эффективностью по сравнению с методом полного перебора. Приводятся временные оценки сложности основных формальных алгоритмов, разработанных для решения поставленных задач, описано сравнение сложности их работы со сложностью алгоритма интегрирования булевых функций методом полного перебора. Обсуждение и заключения. Выполненная работа может быть полезна для специальных разделов криптографии и теории кодирования, в которых используются булевы функции нескольких переменных.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Статья посвящена решению задачи синтеза управления движением центра масс (задача наведения) беспилотного летательного аппарата (БЛА) с большой дальностью полета на разгонном участке. Условие управления: оптимальный расход топлива. Для решения задачи используется принцип динамического программирования с учетом ограничений на модуль вектора тяги двигателя. Реализация терминального наведения требует формирования управления как функции состояния объекта в конце участка выведения. Достижение этих граничных условий определяет дальнейший переход к баллистической фазе полета.Материалы и методы. Принцип динамического программирования Беллмана является наиболее рациональным с точки зрения реализуемости эффективных в вычислительном отношении бортовых алгоритмов и решения задачи в форме синтеза. При естественной ограниченности величины тяги и энергетических ресурсов на борту данный принцип позволяет получить решения, не содержащие функции переключения. Оптимальное управление в этом случае является гладкой функцией (без разрыва производной) текущих и конечных параметров БЛА.Результаты исследования...
Бесплатно
Статья научная
Введение. Множество практических задач опирается на задачу покрытия множеств: построение расписаний, расположение пунктов обслуживания, построение электронных схем. Это определяет актуальность поиска способов повышения эффективности решения данной задачи. Материалы и методы. Рассматриваются методы решения задачи о покрытии множества точным и приближенным алгоритмами. В качестве приближенного метода используется генетический алгоритм, в качестве точного - метод ветвей и границ. Результаты исследования. Генетический алгоритм во всех своих модификациях по временным характеристикам показал предсказуемость и стабильность во всех сериях экспериментов. Метод ветвей и границ был применен к задаче покрытия множеств и показал точные результаты. Обсуждение и заключения. Проведенные исследования показали, что для множеств небольших размеров целесообразно использовать метод ветвей и границ, который продемонстрировал быстрое время выполнения при гарантированно точном результате. Для множеств больших размеров рекомендуется использовать генетический алгоритм, который гарантирует результат с незначительной погрешностью, причем изменение времени его работы стабильно и предсказуемо.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Статья посвящена исследованию криптографической системы NTRUEncrypt, расчету алгоритмической сложности разработки криптосистемы NTRUEncrypt и ее модификации. Цели исследования: разработка эффективного постквантового криптографического алгоритма NTRUEncrypt, обладающего высокой криптостойкостью к атакам с квантового компьютера, а также разработка модификации предложенного алгоритма, анализ и экспериментальное доказательство его преимуществ.Материалы и методы. Предложено описание системы шифрования NTRUEncrypt. Изучена модификация рассматриваемого алгоритма, представлена блок-схема реализации основанного на нем программного средства. Приведен пример работы программного средства и дана его характеристика. Достоверность результатов обоснована с помощью U-критерия Манна - Уитни. При проведении эксперимента использована сторонняя программная реализация криптографической системы RSA. В исходный код всех трех программ NTRUEncrypt, RSA, модификации NTRUEncrypt был внедрен элемент класса Stopwatch...
Бесплатно
Статья научная
Введение. При растущей загруженности автомагистралей эффективность интеллектуальных транспортных систем зависит от качественного краткосрочного прогнозирования потоков. Статистические методы недостаточно точно учитывают нелинейные и динамические изменения трафика. Более перспективны модель долгой краткосрочной памяти (LSTM) и метод опорных векторов (SVR). Однако они не ранжированы в плане корректности, так как нет работ по комплексному сопоставлению их адекватности для краткосрочного прогнозирования потоков. Представленное исследование восполняет этот пробел. Цель работы — сравнительный анализ точности LSTM и SVR и выбор оптимального подхода для прогнозирования транспортного потока на автомагистрали Мэйгуан Шэньчжэня. Материалы и методы. Данные детекторов транспорта собраны в июне 2021 года на автомагистрали Мэйгуан. Использовались методы предварительной обработки данных, включая заполнение взвешенным средним и нормализацию. Для извлечения признаков применили автокорреляционный анализ, а также создание переменной взаимодействия скорости и занятости детектора. Модели обучались и тестировались на данных, полученных с детекторов с 5-минутными интервалами. Результаты исследования. Показатели LSTM лучше на 17,86 % по среднеквадратической, на 19,82 % — по средней абсолютной и на 25,78 % — по средней абсолютной процентной ошибке. В периодах с наименьшей ошибкой прогнозирования интенсивности потока RMSE, MAE и MAPE для модели LSTM оказались меньше на 36,5 %, 34,3 % и 42,3 % соответственно. В периодах c наибольшей ошибкой RMSE, MAE и MAPE для LSTM оказались меньше на 73,2 %, 65,4 % и 64,4 % соответственно. Критерий Уилкоксона <0,05 подтвердил статистическую значимость различий. Обсуждение. Лучшие прогнозные возможности LSTM обусловлены ее архитектурой, а именно комбинированием переменных взаимодействия и лаговых показателей. LSTM лучше учитывает временные зависимости потока, адаптируется к его сложным, долгосрочным динамическим изменениям и остается точной даже при значительных колебаниях. Меньшая прогнозная эффективность SVR обусловлена слабой, нелинейной аппроксимирующей способностью. При резких изменениях потока существенно увеличиваются показатели ошибок. Заключение. При краткосрочном прогнозировании транспортного потока на скоростной автомагистрали, выбирая между нейросетевой и машинной моделью, следует предпочесть нейросетевую — например, LSTM. Результаты исследования целесообразно использовать в предиктивных стратегиях снижения заторов. Краткосрочное прогнозирование на основе LSTM может быть базой для оптимизации управления дорожным движением, снижения заторов и загрязняющих выбросов, а также для оптимизации интеллектуальных транспортных систем. Перспективное направление — разработка гибридных архитектур, интегрирующих контекстные данные (погода, инфраструктура, аварии) для улучшения прогнозов в режиме реального времени.
Бесплатно
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
