Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Статья научная
В данной статье будут описаны результаты испытаний, проведённых на заводе-изготовителе холодильных приборов, позволяющие судить о возможности применения новой методики тестирования холодильных приборов на предмет соответствия изделий установленным ГОСТом стандартам, определяющим конкретные теплоэнергетические свойства каждого холодильного прибора в зависимости от его типа (однокамерный или двухкамерный, с одним компрессором или с двумя и т. д.), проходящего приёмо-сдаточные испытания. Будут представлены графики активной мощности прибора при подключении его к сети питания и описана зависимость изменения графика мощности в зависимости от времени, описаны признаки графиков неисправных холодильных приборов с указанием причины неисправности. Авторы указывают параметры, по которым предлагается проводить сравнение полученных графиков мощности с эталонными графиками, полученными при тестировании достоверно исправных холодильных приборов. По результатам сравнения определённых значений параметров, характеризующих прибор, предлагается судить о соответствии стандарту каждого отдельного холодильного прибора. Также предоставлено описание алгоритма, который будет использован для определения соответствия холодильного прибора установленным параметрам теплоэнергетических характеристик, определяющим его работоспособность. Реализация данного алгоритма будет осуществлена посредством написания соответствующей программы для программируемого логического контроллера (ПЛК).
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время активно развивается разработка крупногабаритных космических конструкций и, в частности, трансформируемых рефлекторов. Особенностью данных аппаратов является малый объём при транспортировке и большие размеры в развёрнутом рабочем состоянии. Поэтому важно осуществить надежное и плавное раскрытие, настроить форму активной радиоотражающей поверхности с заданной точностью, регулировать орбитальное положение. В космическом пространстве на систему оказывается постоянное воздействие радиации, возникает большой перепад температур на околоземной орбите, присутствует солнечный ветер, что главным образом влияет на диаграмму направленности. В данной работе рассмотрен процесс разведения спицы рефлектора при наличии возмущений и ошибок измерений. В соответствии с принципом разделения алгоритм включает фильтр Калмана и регулятор для разведения спицы и коррекции интервалов включения измерителей. Задача управления разведением спицы решается при использовании алгоритма оптимального управления по иерархии целевых критериев. Коррекция интервалов наблюдений производится управлением производными от моментов времени включения и отключения измерителей. Представлены результаты численного моделирования.
Бесплатно
Оптимизация управляющих воздействий при электролитическом способе получения алюминия
Статья научная
Наиболее общим показателем эффективности управления процессом получения алюминия является себестоимость произведенного металла, но это понятие включает в себя много составляющих. Прежде всего это стоимость сырья и электроэнергии в данном регионе, а также стоимость трудозатрат на тонну продукции, расходные коэффициенты сырья и энергии, капитальные затраты на строительство и ремонт, стоимость утилизации отходов, экологические выплаты и т.д. При этом отсутствует единый функционал качества процесса, зависящий от технологических параметров, то есть задача полной и относительно строгой математической оптимизации процесса в целом в настоящее время представляется не решаемой не только из-за ее объемности, а из-за отсутствия полной модели эффективности. В рамках данного исследования рассмотрены частные критерии эффективности, на улучшение которых направлена разработанная авторами оптимизационная модель управляющих воздействий, которые выбраны исходя из возможных рычагов действующей автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) электролиза алюминия. Все испытания проводились на программном обеспечении «Виртуальный электролизер» без передачи на реальный объект управления.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен подход к разработке архитектуры сервис-ориентированной системы обработки информации, моделирования и управления технологическими процессами. Разрабатываемая система представляет собой инструментарий для идентификации, прогнозирования и управления дискретно-непрерывными процессами, математический аппарат которой основан на непараметрических алгоритмах идентификации и управления. Программная архитектура состоит из нескольких основных модулей: модуль обработки данных, моделирования и прогноза выходных переменных процесса, модуль управления технологическим процессом. Первый модуль включает в себя алгоритмы предобработки данных: нормализация, центрирование и анализ выбросов и пропусков. Модуль моделирования представлен алгоритмическим функционалом для исследования и восстановления зависимостей между переменными процесса, идентификации процесса с использованием непараметрической оценки функции регрессии по наблюдениям. Последний модуль - это реализация непараметрических алгоритмов дуального управления. Управляющие устройства, построенные на основании данных алгоритмов, выполняют функции как управления объектом, так и его изучения. В статье обсуждаются вопросы применения архитектурных решений, основанных на двух зарекомендовавших себя в области разработки программного обеспечения подходах - композитном и сервис-ориентированном. Описываются основные принципы композитной архитектуры как набора программных систем с множеством характеристик, которые выполняют определенную задачу, и сервис-ориентированной архитектуры как модульного подхода к разработке программного обеспечения. Показаны преимущества примененной композитной сервис-ориентированной архитектуры перед другими вариантами архитектур программного обеспечения для систем управления, в частности, в работе сравнивается монолитная программная архитектура с композитной сервис-ориентированной архитектурой. Выбранное архитектурное решение предоставляет возможность выстроить систему из набора независимых модулей, каждый из которых реализует отдельную операцию, которая является логически обособленной, повторяющейся задачей, являющейся составной частью производственного процесса предприятия. Использование описанного в работе подхода позволило достичь положительных результатов при интеграции с существующими программными продуктами предприятий, значительно сократить сложность и стоимость разработки новых компонентов, а также поддержки «унаследованных» частей системы.
Бесплатно
Оценка количества апериодических слов
Статья научная
В 1902 г. У. Бернсайд поставил вопрос о локальной конечности групп, все элементы которых имеют конечный порядок. Первый отрицательный ответ на него был получен в 1968 г. в работе П. С. Новикова - С. И. Адяна. Конечность свободной бернсайдовской группы периода n установлена в разное время для n = 2, n = 3 (У. Бернсайд), n = 4 (У. Бернсайд; И. Н. Санов), n = 6 (М. Холл). Доказательство бесконечности этой группы для нечетных показателей n ≥ 4381 было дано в работе П. С. Новикова - С. И. Адяна (1968), а для нечетных n ≥ 665 - в монографии С. И. Адяна (1975). В связи с этими результатами рассматриваем множество m-апериодических слов. Под l-апериодическим словом понимают слово Х, если в нем нет непустых подслов вида Yl. В монографии С. И. Адяна (1975) приведено доказательство С. Е. Аршона (1937) того, что в алфавите из двух букв существует бесконечное множество сколь угодно длинных 3-апериодических слов. В монографии А. Ю. Ольшанского (1989) доказана теорема о бесконечности множества 6-апериодических слов и получена оценка снизу количества таких слов любой данной длины. Наша задача получить оценку для функции f ( n ) количества m-апериодических слов длины n в алфавите из двух букв. Полученные результаты могут быть полезны при кодировании информации в сеансах космосвязи.
Бесплатно
Повышение надежности программного обеспечения для распределенных систем управления
Статья научная
Рассматривается подход для оценки и улучшения основных параметров эффективности вычислительной сети. Для распределенных систем управления надежность, при обеспечении требуемой производительности, является главным критерием. Для повышения надежности функционирования вычислительной сети вводится как аппаратная, так и программная избыточность. Для обеспечения программной избыточности разрабатываются новые версии для тех модулей программного обеспечения (ПО), в которых возможны программные сбои. Рассматривается применение методов N-версионного программирования и блока восстановления для введения программной избыточности, а также оцениваются затраты на разработку сетевого ПО с учетом мультиверсионности. Для реализации предлагаемого подхода приводится математическая модель оценки надежности ПО, которая учитывает архитектуру программного обеспечения вычислительной сети и затраты на его разработку. На основе данной модели создана программная система для проведения исследования программной надежности вычислительной сети, с помощью которой можно находить зависимость надежности сетевого программного обеспечения (СПО) от количества версий одного из выделенных программных модулей. Сравнение динамики изменения показателей надежности СПО и трудовых затрат специалистов на его разработку указывает на достаточное количество новых версий для тех модулей СПО, программную надежность которых необходимо повысить на этапе проектирования. Делается вывод о значимости как определения параметра трудозатрат на разработку СПО, так и его использования при проектировании вычислительной сети, в которой надежность повышается методом программной избыточности.
Бесплатно
Повышение срока активного использования бортовой электронной аппаратуры космических аппаратов
Статья научная
Для электронной аппаратуры космических систем, и в первую очередь устройств памяти, актуальна задача защиты от воздействия ионизирующего космического излучения и других внешних факторов, искажающих хранимую и обрабатываемую информацию. В данной работе предложен голографический метод кодирования, позволяющий восстанавливать информацию при большом числе ошибок. Метод основан на записи в память вместо исходных данных цифровой голограммы виртуального цифрового объекта, соответствующего блоку данных. Использовано свойство делимости голограммы, позволяющее восстановить записанный блок данных по его фрагменту. Достигаемый уровень помехоустойчивости определяется размером голограммы. Для 8-разрядного блока данных запись 256-разрядной голограммы обеспечивает восстановление информации при потере 75 % записанной голограммы. Разработанный декодер корректирует пакет зависимых (группирующихся) ошибок, искажающих все биты голограммы. Количество случайных независимых ошибок, которые корректирует декодер, может составлять до 40 % записанной информации. Система хранения информации, устойчивая к ионизирующему излучению, представляет собой массив памяти увеличенной емкости с учетом выбранного коэффициента избыточности, и контроллер памяти, осуществляющий голографическое кодирование при записи информации и декодирование с автоматическим исправлением ошибок при чтении информации. Алгоритм работы самого контроллера может быть реализован в виде программируемой логической интегральной схемы, либо хранится в постоянном запоминающем устройстве, не подверженном влиянию ионизирующего излучения.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена модификации автоматизированной информационной системы решения задач мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера с целью повышения эффективности ее функционирования, а именно: повышения скорости выполнения основных операций, снижения вероятности возникновения ошибок. Мониторинг и прогнозирование чрезвычайных ситуаций являются одними из приоритетных направлений в сфере обеспечения защиты населения от ЧС, так как предотвращение и ликвидация их последствий осуществляются на основе решения данных задач. При этом, скорость сбора, обработки и анализа данных во многом определяют эффективность полученных результатов. В статье рассматривается существующая система мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, ее функциональная модель в нотации IDEF0, характерные особенности, достоинства и недостатки. Предлагается совершенствование системы путем автоматизации ряда задач, связанных с обработкой, передачей и хранением больших объемов данных, поступающих, в том числе, и в режиме реального времени, а также с формированием сводных отчетов по результатам мониторинга и прогнозирования для различных объектов. Рассмотрена информационная архитектура предлагаемого решения, соответствующая модель базы данных. Представлена модель решения задач мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций с учетом предлагаемой модификации автоматизированной информационной системы. Проводится сравнительный анализ времени выполнения основных операций на основе исходной и модифицированной АИС при использовании существующего аппаратного обеспечения, подтверждающий эффективность предлагаемого решения. Предлагаемая автоматизация обмена данными и генерации сводных отчетов по множеству объектов мониторинга позволит упростить анализ полученных результатов и выработку на их основе решений, направленных на предотвращение чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также ликвидацию их последствий.
Бесплатно
Поиск широкополосных сигналов наземной радионавигационной системы
Статья научная
В представленной работе рассмотрен метод временного поиска широкополосных сигналов при частотной манипуляции с минимальным сдвигом (ЧММС) радионавигационных систем (РНС) наземного базирования. Метод основан на многоальтернативном оптимальном обнаружении сигнала (сигнал может принадлежать к одному из ортогональных сигналов) с использованием оценочно-корреляционного принципа обработки (ОКПО) сигнала в условиях априорной неопределённости. Решена задача представления широкополосного сигнала с ЧММС как сигнала с двойной частотно-фазовой манипуляцией (ЧФМ). Определён закон фазовой манипуляции в форме двоичной последовательности элементов bl кода длины L τ э (в РНС «Спрут» L = 16383 , t э = 2, 5 мкс - длительность элемента сигнала) через закон частотной манипуляции в форме двоичной последовательности элементов dl известного кода длины L. Представление сигнала в форме с ЧФМ позволяет при корреляционной обработке применить замену корреляционного интеграла на интервале [0, L τ э ] на сумму L корреляционных интегралов на интервалах [0, τ э ] или на сумму L поэлементных корреляций. Вычисление поэлементных корреляций позволяет использовать матричный аппарат при ОКПО анализируемого сигнала. При технической реализации процедуры «поиска» отпадает необходимость в формировании 2 L пар опорных квадратурных сигналов при длине L модулирующего кода, а вместо этого производится запоминание пары поэлементных корреляций и за время τ э , согласно элементу dlk кода, циклически сдвинутого на k - 1 элементов, частотной манипуляции и элемента bkl кода, циклически сдвинутого на k - 1 элементов, фазовой манипуляции, производится поблочное накопление L квадратурных корреляций. Использование верхней левой и нижней правой треугольных матриц с бинарными элементами bkl позволяет проводить поиск широкополосных сигналов с ЧММС при дополнительной фазовой манипуляции дискретным информационным сообщением. Приведена структура оптимального алгоритма параллельного поиска при ОКПО широкополосного с ЧММС сигнала с применением матричного аппарата, позволяющего реализовать оптимальный алгоритм «поиска» за время длительности сигнала L τ э в режиме реального времени.
Бесплатно
Полуаналитический метод расчета упруго-гидродинамического контакта
Статья научная
Описан полуаналитический метод расчета упруго-гидродинамического контакта, основанный на частичном использовании Computer Aided Design / Computer Aided Engine ering (CAD/CAE) пакетов и решения интегрального уравнения функциональной связи между давлением и деформацией. Давление в смазочном слое описывается решением модернизированного уравнения Рейнольдса с учетом таких факторов, как упругая деформация поверхностей в зоне контакта, эффект кавитации в области низкого давления, переменная вязкость смазочного слоя, зависящая от термодинамических параметров. На основе стационарного решения получен тензорный коэффициент демпфирования, с помощью которого далее выполняются расчеты переходных нестационарных режимов, возникающих в случаях резкого изменения внешней нагрузки. Проведено сравнение результатов моделирования подшипника скольжения, полученных с помощью предложенного полуаналитического метода и полного расчета, выполненного с помощью CAD/CAE программ, таких как ANSYS и COMSOL Multiphysics. Сравнение показало хорошую сходимость всех численных методов. При этом «гибридный» метод показал ряд преимуществ по сравнению с прямыми расчетами в CAD/CAE пакетах, таких как более быстрая скорость расчета, невысокие требования к вычислительным ресурсам и учет кавитационного эффекта. Описанный полуаналитический метод позволяет создавать цифровые двойники подшипниковых узлов, центробежных насосов и гидроопор, использующихся в спутниковых системах охлаждения и поворотных механизмах наземных спутниковых антенн.
Бесплатно
Статья научная
В представленной работе приведена оценка помехоустойчивости параллельного алгоритма временного поиска широкополосных сигналов с частотной манипуляцией при минимальном сдвиге. В качестве критерия используется пороговое значение h 2 отношения Сигнал/ Шум, приходящееся на один L-ичный сигнал, при котором обеспечивается требуемая точность кодовой синхронизации с заданной вероятностью ошибок. В этом случае задача поиска формируется как задача распознавания L сигналов, модулирующие кодовые последовательности { dkl } которых отличаются временным циклическим сдвигом τ k = ( k - 1) τэ ( k = 1, L , L - длина модулирующей кодовой последовательности, t э - длительность элемента сигнала или элемента модулирующей кодовой последовательности), равной энергии. Предварительно определяется L-мерная плотность вероятности модулей V 1 ,..., VL ( Vi - модуль корреляции анализируемого и опорного сигналов на выходе квадратурного коррелятора). Вероятность ошибки определяется путём L-кратного интегрирования L -мерной плотности вероятности модулей V 1,..., VL . Решена задача определения энергетических потерь в анализируемом сигнале при воздействии структурной помехи. При этом используется квадратурная схема распознавания одного из двух дискретных сигналов и определяется отношение Сигнал/ Шум на выходе схемы распознавания с учётом действия структурной помехи и производится сравнение с отношением Сигнал/ Шум для анализируемого сигнала, действующего на входе квадратурной схемы распознавания. Приведена оценка воздействия структурной помехи на временной поиск с учётом нормированной периодической автокорреляционной функции (НПАКФ) анализируемого сигнала и структурной помехи (при L = 16383). Показано, что наиболее рационально работать с НПАКФ на его восходящем участке (потактовый интервал [ 361τэ ,540τэ ]), при этом коэффициент взаимной корреляции не превзойдёт 4 · 10-3 и эквивалентные энергетические потери анализируемого сигнала составят не более 3 дБ. При интенсивности £ 34 дБ структурной помехи использование восходящего участка НПАКФ позволяет минимизировать энергетические потери анализируемого сигнала и проводить временной поиск за время £ 0,35 с (при τэ = 2,5 мкс).
Бесплатно
Статья научная
В статье приведена постановка задачи оптимизации структуры аппаратно-программных комплексов, предназначенных для систем управления реального времени, применяемых, в том числе, в ракетно-космической отрасли. Кроме того, изучены особенности данной задачи, влияющие на выбор методов оптимизации. Делается вывод, что данная задача может быть эффективно решена с использованием эволюционных методов оптимизации. Существующие модели производительности позволяют определять минимальную аппаратную конфигурацию многопроцессорного вычислительного комплекса. Предложенный в данной статье подход позволяет находить конфигурации, обладающие аппаратной избыточностью (по сравнению с минимальной конфигурацией), но, за счёт этого, имеющие большую вероятность нахождения в состояниях, обеспечивающих производительность, достаточную для достижения целей функционирования проектируемой системы управления реального времени. Описанный подход является более гибким, чем простое дублирование всех аппаратных компонентов минимальной конфигурации, что может быть использовано для уменьшения затрат на создание и эксплуатацию проектируемой системы управления. Предложенная модель может быть использована для оптимизации производительности многопроцессорных аппаратно-программных комплексов систем управления реального времени. При этом нужно учитывать, что ресурсы, выделенные на создание и эксплуатацию аппаратнопрограммного комплекса, всегда ограничены. Поэтому целесообразно рассматривать задачу оптимизации производительности как многокритериальную: одним критерием будет производительность, а другим - затраты на создание аппаратно-программного комплекса.
Бесплатно
Статья научная
Композитные конструкции (тела) широко применяются в авиационной и ракетно-космической технике. Для анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) упругих композитных тел (КТ) эффективно применяется метод многосеточных конечных элементов (ММКЭ), который реализуется на основе функционала Лагранжа (в перемещениях). При построении по известным процедурам многосеточного конечного элемента (МнКЭ), кратко - стандартного МнКЭ, используются мелкая (базовая) сетка, которая может быть сколь угодно мелкой, и крупные сетки, вложенные в мелкую. Мелкая сетка порождена базовым разбиением МнКЭ, которое учитывает в рамках микроподхода его неоднородную, микронеоднородную структуру. Крупные сетки используются для понижения размерности МнКЭ. Для стандартного МнКЭ характерно следующее. Всякая крупная сетка стандартного МнКЭ и отвечающие ей аппроксимации перемещений определяются на всей его области. Это приводит к увеличению размерности стандартного МнКЭ при повышении его порядка точности, так как в этом случае на крупных сетках определяются аппроксимации перемещений высокого порядка. Для уменьшения погрешности решений применяются высокоточные МнКЭ, т. е. высокого порядка точности, которые имеют большую размерность. Однако, применение высокоточных МнКЭ затруднительно, так как они образуют дискретные модели тел высокой размерности. В данной работе предлагается метод локальных аппроксимаций (МЛА) для построения высокоточных МнКЭ малой размерности (кратко - малоразмерных МнКЭ), которые используются для расчета НДС по ММКЭ упругих однородных и КТ. Рассмотрены два типа малоразмерных МнКЭ. Малоразмерные МнКЭ 1-го типа проектируются на базе стандартных с применением локальных аппроксимаций перемещений, которые определяются на подобластях стандартных МнКЭ, 2-го типа - с применением образующих конечных элементов (КЭ). Краткая суть построения малоразмерных МнКЭ 1-го типа состоит в следующем. Согласно МЛА на области V 0 стандартного МнКЭ определяем более мелкую сетку Н, чем его базовая. Область V 0 представляем граничными и внутренними областями. Граничные (внутренние) области имеют общую границу (не имеют общей границы) с областью V 0 , общие границы с областью V 0 не вырождаются в точку. На граничных (внутренних) областях определяем крупные сетки, которые вложены в мелкую сетку Н и порождают локальные аппроксимации перемещений малого (высокого) порядка. На области V 0 , используя локальные аппроксимации перемещений граничных и внутренних областей, строим МнКЭ. Затем с помощью метода конденсации выражаем перемещения внутренних узлов МнКЭ через перемещения узлов, лежащих на его границе, т. е. на границе области V 0 . В результате получаем высокоточный МнКЭ Vp малой размерности, т. е. малоразмерный МнКЭ 1-го типа, размерность которого равна размерности стандартного. Важно отметить, что при увеличении порядка точности МнКЭ Vp размерность его не меняется, т. е. не увеличивается, и поэтому он называется высокоточным МнКЭ малой размерности. Подробно изложена процедура построения малоразмерных МнКЭ 1-го типа. Как известно, расчет на статическую прочность упругих конструкций сводится к определению для них максимальных эквивалентных напряжений, определение которых с малой погрешностью для КТ в настоящее время является актуальной проблемой. Расчеты показывают, что малоразмерные МнКЭ 1-го типа порождают в КТ максимальные эквивалентные напряжения, погрешности которых в 25-50 раз меньше погрешностей аналогичных напряжений, полученных с помощью стандартных, на базе которых построены малоразмерные, т. е. малоразмерные МнКЭ 1-го типа более эффективны, чем стандартные. Применение в расчетах по ММКЭ малоразмерных МнКЭ 1-го типа позволяет для крупных дискретных моделей КТ определять максимальные эквивалентные напряжения с малой погрешностью. Показано построение малоразмерных МнКЭ 2-го типа, которые проектируются на базе стандартных высокоточных МнКЭ с применением образующих КЭ. Малоразмерный МнКЭ 2-го типа имеет такой же порядок точности, как стандартный, но размерность его меньше размерности стандартного. Достоинство малоразмерных МнКЭ 2-го типа состоит в том, что они порождают дискретные модели КТ меньшей размерности, чем стандартные.
Бесплатно
Применение контурного метода для решения задачи оптимального распределения трафика в сети
Статья научная
Целью настоящей работы является создание способа решения задачи оптимального распределения трафика в сети с помощью контурного метода анализа данных. В первом разделе работы объяснен принцип преобразования любой доступной сети к контурному виду, причем рассмотрен случай как для сетей без потерь, так и для сетей с потерями. Во втором разделе в общем виде показан метод приведения сети в контурном виде к системе нелинейных неравенств, решив которую можно получить некое распределение трафика в системе. В заключительном разделе на примере системы массового обслуживания M/M/1/N показано решение задачи оптимального распределения трафика по критерию минимизации потерь. В качестве исходных данных для задачи выступили матрица инцидентности, интенсивность обслуживания и размерность буфера для каналов связи. Указанный подход по оптимальному распределению трафика позволяет сократить число используемых переменных по сравнению с известными методами на основе беспетельных маршрутов, а также не требует их предварительного поиска, так как они определяются из размерности матрицы инцидентности графа моделируемой сети.
Бесплатно
Статья научная
Целью исследования является создание математической модели технологического процесса изготовления неразъемных соединений разнородных материалов на основе электронно-лучевой сварки с использованием алгоритмов машинного обучения. Каждый из соединяемых элементов представляет собой ответственный узел комплексного устройства, в связи с чем выставляются жесткие критерии к качеству сварного соединения. В сущности, поставленная задача представляет собой задачу регрессии. Существует множество алгоритмов, подходящих для решения задачи регрессии. Однако зачастую использование одного алгоритма не обеспечивает достаточной точности полученного результата. Одним из способов решения такой проблемы является построение композиции алгоритмов для компенсации проблем каждого из них. Одним из наиболее эффективных и мощных алгоритмов композиции является градиентный бустинг. Использование данного алгоритма повысит качество модели регрессии. Предлагаемая модель позволит технологу задавать параметры технологического процесса и получать оценку качества конечного изделия равно как по заданию входных, так и выходных величин. Использование методов оценки и прогнозирование снизит временные и трудовые затраты на поиск, отработку и наладку технологического процесса. Приводится описание алгоритма градиентного бустинга, а также анализ применимости данного алгоритма к модели, равно как и заключение касательно областей его применимости и достоверности прогнозов, получаемых при его использовании. Кроме того, рассматривается процесс непосредственного обучения модели на основе данных, полученных в рамках проведения поисковых экспериментов для улучшения качества конечного изделия. Результаты анализа применимости позволяют судить о допустимости использования предложенного метода для процессов, имеющих схожие статистические зависимости. Применение предложенного подхода позволит осуществить поддержку принятия технологических решений специалистов по электронно-лучевой сварке при отработке технологического процесса и при вводе в производство новых видов продукции. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
Статья научная
Безопасность внутренней сети является важным аспектом успешного предприятия. Существуют различные средства для предотвращения киберугроз и анализа посещаемых интернет-ресурсов, но их быстродействие и возможность применения сильно зависит от объема входных данных. В статье рассматриваются существующие методы определения сетевых угроз с помощью анализа журналов прокси-сервера и предлагается метод кластеризации интернет-ресурсов, направленный на снижение объема входных данных путем исключения групп безопасных интернет-ресурсов или выбором только подозрительных интернет-ресурсов. Предложенный метод состоит из 3-х этапов: предобработка данных, анализ данных и интерпретация полученных результатов. Исходными данными для него являются записи журнала прокси-сервера. На первом этапе из исходных данных выбираются полезные для анализа данные, после чего непрерывный поток данных делится на небольшие сессии при помощи метода ядерной оценки плотности. На втором этапе выполняется мягкая кластеризация посещенных интернет-ресурсов путем применения метода тематического моделирования. Результатом второго этапа являются неразмеченные группы интернет-ресурсов. На третьем этапе, с помощью эксперта, происходит интерпретация полученных результатов путем анализа наиболее популярных интернет-ресурсов в каждой группе. Метод имеет множество настроек на каждом этапе, что позволяет сконфигурировать его под любой формат и специфику входных данных. Его область применения никак не ограничивается. Полученный метод может быть использован в качестве дополнительного шага предобработки с целью снижения количества входных данных.
Бесплатно
Статья научная
Тенденции развития промышленности в области космических аппаратов (КА) ставят все более сложные задачи перед мехатронными системами. Ввиду усложнения процессов компоновки КТК и солнечных батарей, текущие методы раскрытия конструкций становятся менее надежными и актуальными. Помимо этого, развитие орбитальных станций приводит к возникновению целого спектра задач. Одним из перспективных подходов является использование мехатронных манипуляторов, однако, функциональность их применения сильно ограничена заранее определенными при разработке алгоритмами перемещения исполнительного органа и манипуляций над объектами. В связи с этим, возникает необходимость в проработке новых подходов к нахождению и определению формы целевого объекта, для дальнейшего просчета алгоритма его взаимодействия со схватом мехатронного манипулятора. В статье приводится метод реконструкции трехмерной формы объектов, основанный на применении системы технического зрения. Для получения пространственных характеристик сцены используется стереокамера. На основе полученных данных, сцена разбивается на несколько независимых геометрических поверхностей, с последующей поэтапной обработкой нейросетевыми алгоритмами. На каждом из этапов алгоритма происходит извлечение требуемых параметров целевых объектов. В качестве архитектуры нейронной сети используется YOLACT EDGE, осуществляющая семантическую сегментацию и классификацию объектов. Отдельной задачей можно вынести соотнесение пространственных характеристик целевых объектов и замещающей трехмерной модели. Для обеспечения этого соотнесения архитектура нейронной сети была дополнена ветвью «Маска опорных точек», обеспечивающей прогноз позиций опорных точек объектов, однозначно определяющих пространственные характеристики целевого объекта. В результате, полученная система способна обеспечить построение трехмерной карты зоны обметания в режиме реального времени. Кроме того, на основе полученной телеметрической информации возможен просчет траектории движения исполнительного органа манипулятора и его взаимодействия с объектами.
Бесплатно
Статья научная
Для анализа напряженно-деформированного состояния однородных и композитных тел (КТ) эффективно применяется метод многосеточных конечных элементов (ММКЭ), в котором используются многосеточные конечные элементы (МнКЭ). ММКЭ порождает многосеточные дискретные модели малой размерности, в которых неоднородная структура тел учитывается в рамках микроподхода с помощью МнКЭ. Базовые дискретные модели (БМ), учитывающие неоднородную структуру тел, имеют высокую размерность. Для понижения размерности дискретных моделей тел используется ММКЭ. Однако, существуют БМ КТ (например, БМ тел с микронеоднородной структурой), которые имеют такую высокую размерность, что реализация ММКЭ для таких БМ, в силу ограниченности ресурсов ЭВМ, затруднительна. Кроме того, для многосеточных дискретных моделей высокой размерности ММКЭ порождает численно неустойчивые решения, что связано с погрешностью вычислений ЭВМ. Для решения данных проблем здесь предлагается в расчетах использовать фиктивные дискретные модели, особенность которых состоит в том, что их размерности меньше размерностей БМ КТ. В данной работе предлагается метод фиктивных дискретных моделей (МФДМ) для расчета на статическую прочность упругих композитных тел с неоднородной, микронеоднородной регулярной структурой. МФДМ реализуется с помощью ММКЭ с применением скорректированных условий прочности, которые учитывают погрешность приближенных решений. В основе МФДМ лежит положение, что решения, отвечающие БМ КТ, мало отличаются от точных, т. е. эти решения считаем точными. Расчет КТ по МФДМ сводится к построению и расчету на прочность фиктивных дискретных моделей (ФМ), которые обладают следующими свойствами. ФМ отражают форму, характерные размеры, крепление, нагружение и вид неоднородной структуры КТ, распределение модулей упругости, отвечающее БМ КТ. Размерности ФМ меньше размерности БМ КТ. Последовательность, состоящая из ФМ, сходится к БМ, т. е. предельная ФМ совпадает с БМ. Как показывают расчеты, сходимость такой последовательности обеспечивает равномерную сходимость максимальных эквивалентных напряжений ФМ к максимальному эквивалентному напряжению БМ КТ, что позволяет применять такие ФМ в расчетах упругих тел на прочность. Рассматриваются два типа ФМ. Первый тип - масштабированные ФМ, второй - ФМ с переменными характерными размерами. В данной работе подробно рассматриваются ФМ второго типа. Расчеты показывают, что реализация ММКЭ для ФМ с одним, двумя или тремя переменными характерными размерами приводит к большой экономии ресурсов ЭВМ, что позволяет использовать МФДМ для тел с микронеоднородной регулярной структурой. Расчеты на прочность КТ по МФДМ требуют в 103 ¸ 107 раз меньше объема памяти ЭВМ, чем аналогичный расчет с использованием БМ КТ, и не содержат процедуру измельчения БМ. Приведенный пример расчета на прочность трехмерной композитной балки по МФДМ с применением ФМ с тремя переменными характерными размерами показывает его высокую эффективность.
Бесплатно
Программная система математического моделирования процесса электронно-лучевой сварки
Статья научная
В рамках настоящего исследования предложена программная система моделирования распределения температурного поля в установившемся режиме процесса электронно-лучевой сварки тонкостенных конструкций аэрокосмического назначения. Целью создания такой программной системы является повышение качества управления процессом электронно-лучевой сварки и, соответственно, снижение количества дефектов в сварных соединения тонкостенных конструкций. Программная система имеет модельную структуру и реализует предложенные ранее авторами модели распределения энергии. В качестве средств реализации программы были выбраны системы управления базами данных MySQL и программирования Embarcadero RAD Studio. Центральным звеном системы выступает база данных, позволяющая хранить и обрабатывать информацию как по математическому моделированию, так и по результатам имитационных и натурных экспериментов. В статье описана структура разработанной программной системы, а также представлены алгоритмы работы ее составных модулей. Система предоставляет пользователю возможность не только проводить моделирование по заданным технологическим параметрам (скорость сварки, ускоряющее напряжение, ток пучка, граничные условия, время моделирования, материал изделия), но и визуализировать результаты и сохранять их в единой базе данных. Применение предложенной системы позволяет не только минимизировать затраты предприятия на отработку технологических параметров установившегося режима для процесса электронно-лучевой сварки, но и создать гибкую информационную базу для сбора экспериментальной информации с целью дальнейшей автоматизации и интеллектуализации технологического процесса создания неразъемных соединений в рамках Индустрии 4.0.
Бесплатно
Пространственные двумерные решения
Статья научная
В работе рассматриваются стационарные пространственные уравнения идеальной пластичности с условием текучести Мизеса. Материал предполагается несжимаемым. Подробно изучен случай, когда все три компоненты вектора скорости и гидростатическое давление зависят только от двух координат x, y. Для этого случая введено новое название - пространственная двумерная система уравнений, чтобы отличить ее от общепринятых двумерных систем уравнений, когда от нуля отличны только две компоненты вектора скорости и гидростатическое давление. Доказано, что система допускает, в смысле С. Ли, алгебру Ли размерности 10. Показано, что пространственное двумерное деформированное состояние - это есть суперпозиция плоского напряженного состояния и пластического кручения вокруг оси z. Построены два инвариантных решения уравнений, описывающих пространственное двумерное деформированное состояние. Первое решения можно использовать для описания пластических течений между двумя жесткими плитами, которые сближаются с разными скоростями. Второе решение служит для описания напряженно-деформированного состояния материала внутри плоского канала, образованного сходящимися плитами.
Бесплатно
