Информатика и вычислительная техника. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
Особенности применения деревьев решений в задачах классификации
Статья научная
Рассматривается применение деревьев решений в задачах классификации. В последние годы деревья решений широко применяются в задачах компьютерного зрения, таких как распознавание объектов, классификация текстов, распознавание жестов, обнаружение спама, обучение ранжированию в информационном поиске, семантическая сегментация и кластеризация данных. Этому способствуют такие отличительные особенности деревьев решений как интерпретируемость, управляемость, возможность автоматического отбора информативных признаков. Однако имеется и ряд принципиальных недостатков, из-за которых задача обучения деревьев решений существенно усложняется. В статье приводится анализ преимуществ и недостатков деревьев решений, рассматриваются вопросы обучения и тестирования деревьев решений. Особое внимание уделяется проблемам сбалансированности обучающей выборки. Рассматриваются также леса решений и методы их обучения. Приводится краткий обзор методов снижения взаимозависимости ошибок деревьев решений при обучении лесов решений. Предлагаются методы преодоления недостатков деревьев решений, приводятся результаты работы данных методов.
Бесплатно
Оценивание неопределённости в машинном обучении
Статья научная
Большинство методов машинного обучения основаны на статистической теории обучения, при этом часто используется упрощение процедур для достижения приемлемой скорости вычислений. Цель исследования. Сформировать общий подход к оценке неопределенности в моделях машинного обучения. В эконометрике в любой модели в обязательном порядке ставится неопределенность в форме стандартного отклонения («сигмы») для коэффициентов и для прогнозов. Проблема заключается в том, что в машинном обучении нельзя аналитически посчитать неопределенность через «сигму». Поэтому вместо аналитических методов мы предлагаем использовать численные методы. Материалы и методы. Для детального рассмотрения вопроса оценивания неопределённости выбраны классические методы регрессионного анализа, в которых уделяется большое внимание неопределённости коэффициентов модели и - что более важно - точности прогнозов, полученных по такой модели. Результаты. Предлагается технология оценки неопределённости, демонстрируемая на модельном примере для того, чтобы показать, что она согласуется с традиционными классическими методами по результатам. В дальнейшей практике мы предлагаем использовать кросс-валидацию. Заключение. При использовании машинных моделей сложных процессов, в том числе прогнозов, построенных по таким моделям, при принятии управленческих решений становится всё более актуальной проблема оценивания неопределённости и вытекающих из этой неизбежной неопределённости рисков. Данная проблема может быть решена на основе непараметрических методов, хотя для этого потребуется гораздо большая вычислительная мощность, чем та, которая используется для обучения машинной модели. Предлагаемый подход можно обобщить и для других методов машинного обучения, например, для задачи классификации и кластеризации.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время формируется методология системной инженерии, продуктом которой является, как правило, создание информационных моделей реальных объектов, дополненных виртуальными составляющими, и наоборот, виртуальных объектов, дополненных реальными составляющими. Например, информационная модель технологического объекта - спецификация реального оборудования, дополненная спецификацией приобретаемого оборудования какого-либо технологического процесса и наоборот. По аналогии с общей инженерией в области технической деятельности метаструктуры таких информационных моделей должны удовлетворять V-образной структуре процессов валидации и верификации. То есть модели в течение их жизненного цикла должны регулярно проверяться путем оценки степени соответствия её структуры и параметров реальным и виртуальным объектам. Сегодня существуют условия совместного решения задачи системного информационного моделирования технологических объектов с учетом их внутренней (физической) структуры и внешней структуры цифровой среды. В общетеоретическом плане в основе построения системных моделей лежит проблема формального непротиворечивого описания (грамматического исчисления) структуры и функциональных закономерностей множества объектов и их связей в исследуемой предметной области. В основу излагаемого подхода системного моделирования рассматриваемой предметной области положена классическая модель учебно-производственной деятельности машиностроительного предприятия (МП) и вуза. Цель исследования. Применить принципы проектного подхода для формирования метаструктуры цифрового двойника корпоративной информационной системы (КИС) машиностроительного предприятия, исследовать перспективы его применения, определить ключевые информационные компоненты в управлении предметно-ориентированными знаниями и данными, а также возможность масштабирования технологий при формировании цифровой среды для архитектуры современного МП, повышения эффективности взаимодействия участников бизнес-процессов. Методы исследования, использованные в работе: принципы методологии системной инженерии (процессного подхода, жизненного цикла и др.); комплексный подход и структурный анализ процесса проектирования по методологии SADT (Structured Analyze and Design Technology); методология TOGAF (The Open Group Architecture Framework). Результаты. Предложенный подход системного моделирования рассматриваемой предметной области является развитием работ коллектива авторов; демонстрируется возможность его масштабирования на примере взаимодействия участников НОЦ с использованием в составе вуза цифрового двойника КИС предприятия реального сектора экономики. Показана необходимость разработки модели управления знаниями, возрастающая роль информационно-поисковых систем. Заключение. Предложенный подход расширяет применение метаструктуры цифрового двойника, позволяет скорректировать архитектуру предприятия для повышения эффективности бизнес-процессов.
Бесплатно
Подходы к оценке защищённости информационных систем с криптографическим преобразованием объектов
Статья научная
Файловая система является одним из компонентов информационной системы, особенно уязвимых к атакам злоумышленников. Следовательно, повышение уровня защищённости информационной системы невозможно без обеспечения достаточного уровня защиты объектов файловой системы, атаки на которые затрагивают в том числе интересы пользователей информационных систем. Для принятия решений по использованию тех или иных механизмов защиты объектов файловой системы необходима регулярная оценка их текущего уровня защищённости. Цель исследования: построение модели оценки защищённости информационной системы с криптографическим преобразованием объектов файловой системы в условиях применения злоумышленником широкого спектра атак на файловую систему.
Бесплатно
Статья научная
Разработаны теоретические положения метода парных расстояний применительно к определению радиуса сферической поверхности, имеющей отклонения формы. Для реализации метода на исследуемой поверхности размещают реперные точки и измеряют между ними линейные расстояния. Рассмотрен наиболее общий случай определения радиуса, когда парные расстояния измеряются с погрешностями, а сфера имеет случайные отклонения формы. Рассматриваемый подход является развитием метода определения радиуса сферической поверхности по расстояниям, измеренным между 4 расположенным на поверхности точкам. Указанное количество точек является минимально необходимым для решения задачи. Представлена реализация метода для определения радиуса сферической поверхности по расстояниям, измеренным между произвольным, большим 4, количеством расположенных на поверхности точек. В рамках разработанного метода получены аналитические выражения радиуса сферической поверхности через расстояния между парами точек и вычислены среднеквадратические отклонения погрешностей оценок радиуса, вызванные погрешностями измерения расстояний и отклонением формы. Определены условия оптимальности конфигураций задаваемого количества точек на сфере, обеспечивающих минимальную дисперсию оценки радиуса. Метод позволяет исключить применение дорогостоящих координатных машин для получения оценки радиуса, так как для измерения парных расстояний можно использовать простой серийный измерительный инструмент. Оценка параметров методом парных расстояний целесообразна в случае крупногабаритных прерывистых поверхностей, когда измеряемая поверхность составляет только часть общей поверхности, прямые измерения невозможны из-за недоступности измерительных баз. Метод нашел приложение в комплексе работ по оценке параметров юстировки телевизионной системы измерения углового положения динамического стенда с газовой опорой.
Бесплатно
Статья научная
Цель исследования: разработка метода глубокого обучения для аугментации и генерации проблемно-ориентированного набора данных, содержащего промышленные объекты, в том числе разработка более эффективных алгоритмов генерации и аугментации данных, основанных на глубоком обучении, которые позволяют создавать более разнообразные и реалистичные данные, соответствующие промышленным объектам, которые могут быть перенесены из одного стилевого домена в другой. Поставленная в исследовании цель связана с наличием актуальной научно-технической задачи обеспечения компьютерного зрения в системах, работающих в подводной среде. Это могут быть автономные необитаемые подводные аппараты, которые ищут прорывы в трубопроводах, анализируют утечку нефти, движение косяков рыб и т. п. Однако достаточного количества данных, содержащих описанные объекты в условиях их реального существования, сегодня нет. Таким образом, необходимо обеспечить обучающую выборку реалистичными изображениями. Методы исследования: архитектура CycleGAN, обеспечивающая преобразование набора данных, содержащего изображения различных объектов, сделанные в лабораторной или в обычной надземной среде, в набор данных, содержащий характеристики подводной среды. Для оценки разработанного алгоритма аугментации предлагается использовать классификацию изображений по доменам, которая может быть выполнена с помощью сверточной нейронной сети ResNet. Результаты исследования. Представлен инструмент для решения проблемы отсутствия подводных наборов данных, разработана модель глубокого обучения, которая применяется для создания изображений с подводными элементами. Модель работает по принципу циклической генеративно-состязательной сети, которая получает на вход реальное изображение промышленного объекта в надводных условиях, а на выход возвращает сгенерированное изображение того же промышленного объекта в подводных условиях. Визуальный анализ изображений показывает, что такой метод достаточно адекватен. Кроме того, проверка на классификационной модели показала почти 100%-ную способность нейросети различать домены. Заключение. Исследование показало, что модель CycleGAN можно использовать для создания изображений различных объектов в подводной среде. В будущем возможен поиск дополнительных процедур аугментации, кроме того, могут быть использованы аугментации сгенерированного набора изображений, что также обеспечит исследователей и разработчиков достаточным материалом с промышленными объектами в подводной среде. Это может повысить качество разработок.
Бесплатно
Статья научная
В современном мире все популярнее становятся различные информационные системы, в том числе и корпоративные. Многие из таких систем хранят конфиденциальные данные своих пользователей. В основном эти данные защищены только логином и паролем, которые на сегодняшний день уже не могут обеспечить высокий уровень безопасности и гарантировать сохранность эти данных. Одновременно с развитием информационных систем развиваются методы и инструменты, с помощью которых злоумышленники могут завладеть конфиденциальной информацией. Довольно часто появляются новости о том, что какая-либо из крупных компаний допустила утечку личных данных пользователей. И для того чтобы минимизировать возможности для компрометации пользовательских данных, стоит более тщательно подходить к выбору способа аутентификации пользователей в системе. Цель исследования. Используя математический подход, определить наиболее подходящий способ аутентификации в корпоративных информационных системах с учетом определенных критериев. Материалы и методы. Рассматриваются такие виды аутентификации, как: аутентификация на основе многоразового пароля, TOTP (Time-based one-time password authentication), аутентификация на основе SMS, аутентификация на основе биометрии, OpenID, SAML (Security Assertion Markup Language). Используется метод построения множества Парето и определение с помощью метода идеальной точки наиболее предпочтительного для реализации метода аутентификации. Результаты. В статье авторами приводится описание рассматриваемых способов аутентификации, описание алгоритма их работы и диаграммы взаимодействия. С помощью метода идеальной точки было определено, что наиболее подходящим способом аутентификации является SAML.
Бесплатно
Статья научная
В Российской Федерации агропромышленный комплекс является одной из лидирующих отраслей экономики с объемом внутреннего валового продукта 4,5 %. России принадлежат 10 % всех пахотных земель мира. Согласно данным о посевных площадях по культурам в 2020 году, большую часть сельскохозяйственных площадей России занимает пшеница. Российская Федерация занимает третье место в рейтинге стран-лидеров по производству данного вида зерновых культур, а также лидирующие позиции по ее экспорту. Бурая (листовая) и линейная (стеблевая) ржавчина - наиболее вредоносная болезнь зерновых культур. Она является причиной изреженности посевов пшеницы и приводит к резкому снижению урожайности. Поэтому одной из главных задач аграриев является сохранение урожая от заболеваний. Помочь справиться с этой задачей способно применение таких областей искусственного интеллекта, как компьютерное зрение, машинное обучение и глубокое обучение. Данные технологии искусственного интеллекта позволяют успешно решать прикладные задачи агропромышленного комплекса при помощи автоматизированного анализа фотоматериалов. Цель исследования. Рассмотреть применение методов компьютерного зрения для задачи классификации поражений культурных растений на примере пшеницы. Материалы и методы. Набор данных CGIAR Computer Vision for Crop Disease для задачи распознавания поражений культурных растений взят из открытого источника Kaggle. Предлагается использовать подход к распознаванию поражений культурных растений с использованием известных нейросетевых моделей ResNet50, DenseNet169, VGG16 и EfficientNet-B0. На вход нейросетевым моделям поступают изображения пшеницы. Выходом нейронных сетей является класс поражения растения. Для преодоления эффекта переобучения нейронных сетей исследуются различные техники регуляризации. Результаты. Приводятся результаты качества классификации, оцениваемые с использованием метрики F1-score, являющейся среднегармоническим между мерами Precision и Recall. Заключение. В результате проведенного исследования установлено, что наилучшую точность распознавания показала модель DenseNet c применением комбинации технологии трансферного обучения и технологий регуляризации DropOut и L2 для преодоления эффекта переобучения. Применение данного подхода позволило достичь точности распознавания 91 %.
Бесплатно
Проблематика использования текстовых DSL в информационных системах
Статья научная
Рассматривается современное положение дел в среде разработки информационных систем с точки зрения внедрения и использования предметно-ориентированных языков в системе для предоставления всего комплекса функционала пользователю. На сегодняшний день существует несколько методик по внедрению предметно-ориентированных языков в информационную систему. В первую очередь эти подходы различаются по типу внедряемого DSL: внутренний или внешний, API-подобный или полностью интегрированный. Если существующие подходы по внедрению предметно-ориентированных языков в информационные системы проанализировать на предмет выявления недостатков, то данные недостатки позволят определиться с кругом проблем, который возникает при использовании текстовых предметно-ориентированных языков в информационных системах. Подобный анализ позволит сформулировать задачи исследования, решение которых поможет преодолеть сложившуюся ситуацию с использованием текстовых предметно-ориентированных языков и соответствующих проблем, которые возникают при интеграции подсистемы интерпретации DSL в информационную систему.
Бесплатно
Проблемы формирования обучающей выборки в задачах машинного обучения
Статья научная
Правильное формирование обучающей выборки часто имеет решающее значение в задачах машинного обучения, что признаётся большинством специалистов в данной области. Зачастую решение задач машинного обучения сводится к грамотному формированию обучающей выборки. Несмотря на это, в современной литературе по машинному обучению вопросам формирования обучающей выборки почти не уделяется внимание, теоретическая база практически отсутствует. В настоящей статье постараемся исправить данный недостаток. В статье исследуются возможные проблемы и ошибки при формировании обучающей выборки, обобщается опыт авторов в решении задач машинного обучения, предлагаются теоретические модели для описания явлений, связанных с формированием множества обучающих данных, приводятся методы улучшения обучающей выборки. Даются практические рекомендации на основе разработанных теоретических моделей. В конце статьи представлены результаты экспериментов, демонстрирующие некоторые из проблем формирования обучающей выборки и методы их решения на примере задачи обучения деревьев решений.
Бесплатно
Статья научная
Спектроскопия среднего инфракрасного диапазона с преобразованием Фурье представляет собой быстрый и дешевый способ анализа проб коровьего молока для определения содержания жира, белка, лактозы и других количественных и качественных показателей молока. Современные инструменты анализа данных позволяют выявить наиболее значимые зависимости между различными парами количественных и качественных признаков состава молока. Цель исследования. Выполнить прогнозирование ряда ключевых признаков состава молока коров с использованием данных инфракрасной спектроскопии для изучения точности разработанной математической модели. Методы. Работу проводили в зимний период 2022 года на базе экспериментального стада голштинизированного черно-пестрого скота (Краснодарский край). Анализ компонентов молока осуществляли с использованием автоматического анализатора MilkoScan (FOSS) с применением метода инфракрасной спектроскопии путем выгрузки полученных спектров при анализе состава сырого молока. Исследованы 23 показателя количественного состава молока: массовая доля жира, белка (истинного и общего), лактозы, СОМО (сухого обезжиренного молочного остатка), сухого вещества, казеина, следы ацетона и бета-гидроксибутирата, мочевина, точка замерзания, кислотность молока, миристиновая, пальмитиновая, стеариновая, олеиновая жирные кислоты (ЖК), длинноцепочечные ЖК, среднецепочечные ЖК, короткоцепочечные ЖК, мононенасыщенные и полиненасыщенные ЖК, насыщенные ЖК, трансизомеры жирных кислот. Рассмотрены методы на основе линейной регрессии (Linear Regression), подходы к регуляризации модели линейной регрессии (Ridge, Lasso и ElasticNet), а также полиномиальная регрессия, метод частичной регрессии (PLSRegression) и метод Байесовской регрессии для задачи прогнозирования ключевых признаков состава молока. Реализован метод снижения размерности данных инфракрасной спектроскопии на основе алгоритма случайного перебора считывания по длине окна и выделены наиболее значимые признаки. Результаты. Разработаны модели прогнозирования шести основных показателей качества молока - массовая доля жира ('Fat'), массовая доля казеина ('Cas.B'), жирных кислот - миристиновой ('C14:0') и олеиновой ('C18:1'), мононенасыщенных ('MUFA') и полиненасыщенные жирных кислот ('PUFA') - со средней абсолютной ошибкой, не превышающей 0,016. Заключение. Результаты, полученные в ходе проведенного исследования, позволят в дальнейшем улучшить предиктивную способность уравнения для определения качества, состава молока по новым селекционным признакам молочной продуктивности, снизить издержки анализа и проводить контроль за состоянием здоровья животных на ранних стадиях.
Бесплатно
Прогнозная модель процесса флокуляции на основе нейронной сети
Статья научная
Обоснована задача построения прогнозной модели процесса флокуляции калийной руды. Показано, что результаты расчетов по традиционным моделям неудовлетворительно воспроизводят экспериментальные данные, а применение регрессионно-дифференциальной модели вызывает затруднения в объяснении ее коэффициентов. Предложено для моделирования процесса использовать нейронную сеть. Обоснованы выбор алгоритма обратного распространения для обучения сети и сигмоидальной активационной функции. Использована программная система реализации нейронных сетей на основе библиотеки FANN. На основании пяти экспериментов произведено обучение сети. Оценены статистические показатели нейронной сети данной структуры. Тестирование по данным шестого эксперимента показало удовлетворительное качество модели. Изучены вопросы рациональной организации обучения и тестирования нейронной сети для моделирования процесса флокуляции. В итоге показана возможность использования нейронных сетей для моделирования процесса флокуляции в конкретном оборудовании.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена проблеме прогнозирования эволюции термокарстовых озер в зонах мерзлоты как интенсивных источников природной эмиссии парниковых газов в атмосферу на арктических территориях. Цель работы. Целью работы является рассмотрение вопросов создания программно-алгоритмического комплекса прогнозирования пространственно-временной динамики озер Российской Арктики на основе методов и алгоритмов рандомизированного машинного обучения.
Бесплатно
Статья научная
Представлен программный комплекс для исследования области устойчивости численного решения тестового неклассического интегрального уравнения типа Вольтерра, возникающего при моделировании развивающихся систем. Предполагается, что элементы системы разбиты на несколько возрастных групп, каждая из которых действует с определенной эффективностью. Баланс между задаваемым уровнем развития системы и количеством осуществляющих его элементов, описывается неклассическим уравнением Вольтерра I рода c переменными пределами интегрирования. Первая часть программы содержит численное решение тестового уравнения модифицированными методами левых и средних прямоугольников. Во второй части ведется поиск величины априорной оценки границы временного отрезка, на котором погрешность численного решения не превосходит заданный порог.
Бесплатно
Статья научная
Наблюдающийся в последние десятилетия рост среднего возраста основного оборудования электроэнергетической системы России в сочетании с процессами инфляции приводит к необходимости разработки стратегий реконструкции, модернизации и вводов новых мощностей. В связи с этим рассматривается задача оптимального управления возрастной структурой оборудования электростанций. Задача поставлена на основе интегральной модели развития крупной электроэнергетической системы. Модель учитывает возрастную структуру оборудования электростанций за счет выделения нескольких возрастных групп оборудования с различающимися показателями эффективности их функционирования. При этом генерирующее оборудование делится на несколько типов по видам используемых энергоресурсов. Математическая модель представляет собой систему интегральных уравнений типа Вольтерра с переменными нижними и верхними пределами интегрирования, описывающую баланс между задаваемым уровнем потребности в электроэнергии, вводом нового и выводом из эксплуатации старого оборудования, а также доли разных типов электростанций в общем составе оборудования электроэнергетической системы. Критерием оптимальности в задаче служит функционал, отражающий затраты на ввод новых и эксплуатацию генерирующих мощностей. Спецификой задачи является нелинейное вхождение управляющих параметров как в целевой функционал, так и в ограничения. Существование и качественное поведение решений таких задач требуют специального анализа, поскольку общей теории не существует. В работе представлен программный комплекс для решения задачи оптимального управления возрастной структурой основного оборудования электростанций. Алгоритм включает численное решение системы неклассических интегральных уравнений Вольтерра I рода с использованием модифицированных методов квадратур правых и средних прямоугольников. Предложен способ учета ограничений на вводимые мощности. Приводятся численные расчеты для решения задачи применительно к Единой электроэнергетической системе России на перспективу до 2050 года на реальных данных. С помощью разработанного программного комплекса можно решать задачи оптимального управления возрастной структурой оборудования электростанций для различных вариаций экономических показателей.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается вычислительный алгоритм решения обратной задачи рентгеновской томографии по реконструкции внутренней структуры микрообъектов в ближнем зоне Френеля с применением голографических методов визуализации объемных изображений. Голографические методы не дают прямого решения задачи по реконструкции внутренней структуры объекта. Они могут только решить задачу объемного отображения некоторой поверхности объекта. Однако, используя данные по поглощению рентгеновского излучения объекта и фазоконтрастных голографических сигналов в ближней зоне Френеля, показана возможность получения объемного голографического изображения внутренних слоев объекта. Решение этой сложной задачи потребовало использование трeхмерного (3D) преобразования Радона внутренней функции объекта и двухмерного (2D) преобразования Радона фазоконтрастной голографической проекции. Был получен алгоритм реконструкции фазоконтастных томографических изображений внутренней структуры объекта и на основании его разработан вычислительный алгоритм для практической реконструкции объемных томографических изображений внутренней структуры микрообъектов. Результаты исследований были подтверждены математическим моделированием алгоритма реконструкции объемных изображений. Для чего, была разработана математическая модель тестового фантома и для него смоделированы фазоконтрастные проекции с последующей реконструкцией по ним фазоконтрастных томографических изображений томографическими методами с использованием разработанного авторами программного реконструктора. Разработан компактный алгоритм реконструкции фазоконтрастных томографических изображений для экспериментальных установок по исследованию малоразмерных биологических объектов, когда для получения фазоконтрастных проекций осуществляется два массива измерений: измерения яркости от объекта на детекторе в ближней зоне Френеля и измерения от объекта на детекторе в зоне поглощения. Практическое применение разработанного подхода в получении фазоконтрастных томографических изображений томографическими методами может найти для исследования микрообъектов, где требуется высокое разрешение на изображении, чем при применении классических методов КТ.
Бесплатно
Статья научная
Для моделирования сложных стохастических процессов функционирования современных многопользовательских информационно-коммуникационных систем достаточно эффективно применяются динамические байесовские сети. Динамические байесовские сети представляют собой графические вероятностные модели, отражающие топологию и стохастические причинно-следственные связи между элементами моделируемых процессов обработки информации. Построение топологии динамических байесовских сетей, адекватно отражающей вероятностные и функциональные связи между элементами процессов, является ключевым фактором успеха при моделировании с помощью данного инструментального средства. Топология сетей, как правило, строится или экспертным путем, или на основании обучения. Механизмы обучения позволяют получить остовную структуру сети, а также определить условные связи и их направленность между отдельными вершинами сети. В статье рассмотрены вопросы применения математического аппарата проверки статистических гипотез о наличии зависимости между случайными величинами, опирающегося на статистические критерии Пирсона, Шварца, Акаике и Байеса - Дирихле. В отличие от статических байесовских сетей при определении структуры динамических байесовских сетей необходимо определять переменные и связи между ними не только внутри одного среза, но и между переменными различных срезов, которые реализуют транзитивные связи между временными этапами функционирования некоторого процесса или объекта. Построение структуры транзитивных связей между срезами является достаточно сложным и проблемным этапом почти всех существующих алгоритмов. В данной статье в рамках оптимизации алгоритмов построения динамических байесовских сетей с транзитивными связями между срезами представлен алгоритм обучения структуры динамической байесовской сети, базирующийся на методе Левенберга - Марквардта.
Бесплатно
Разработка инструментария управления жизненным циклом изделия с учетом его потенциалов
Статья научная
В статье приведены результаты исследований, а также изложены теоретические и математические модели систем управления жизненным циклом изделий авиационной промышленности с использованием теории потенциалов. Введена новая категория для управления жизненным циклом объекта - потенциал. Цель. Разработать инструментарий управления жизненным циклом на основе потенциалов объекта. В качестве объекта выбран узел авиационного двигателя. Методы. Основанием для формирования новых инструментов может быть ранее не отмечавшееся свойство объекта, проявляющееся как результат существенных трансформаций во внешней среде и содержащее новую информацию об объекте. Тенденция к развитию информационного обеспечения этапов жизненного цикла создает новые теории и подходы, среди которых представлена теория потенциалов. Предполагается, что разработанный инструментарий можно формализовать под все составные части авиационного двигателя на любом этапе жизненного цикла. Анализ накопленного потенциала связан с прошлыми изменениями. Отсчеты времени производятся против течения времени. Потенциал жизненного цикла вычисляется как накопленный потенциал всех потоков. Необходимым элементом является построение бизнес-модели процесса, включающей модель данных, модель организационной структуры подразделений, участвующих в технологическом процессе, и функциональную модель процесса. Результаты. Математическая модель управления жизненным циклом изделия разрабатывается с использованием следующих категорий: накопленный и прогнозные потенциалы. Потенциалы рассчитываются на основе исходных данных предприятия по объекту исследования. Накопленный потенциал учитывает материализацию прошлых потоков данных, поэтому анализ и моделирование увязаны с прошлыми изменениями. Смысл прогнозного потенциала заключается в определении рыночной стоимости будущих платежей. Предполагается, что в совокупности платежи определяют рыночную стоимость актива, связанного с ними. Заключение. Существующая структура организационных, функциональных элементов и элементов данных объекта достаточна для определения накопленного потенциала. Действительно, применительно к активам можно посчитать прогнозный и накопленный потенциал, где наблюдается четкая тенденция изменения потенциалов. Целесообразность вычисления потенциала вместо использования исходных данных вызвана большой адекватностью модели потенциала.
Бесплатно
Разработка искусственной нейронной сети для прогнозирования прихватов колонн бурильных труб
Статья научная
Прихват колонны бурильных труб является одним из самых тяжелых видов аварий в бурении нефтяных и газовых скважин и оказывает существенное влияние на эффективность процесса бурения и стоимость скважины. Прогнозирование прихвата на стадии проектирования и в процессе бурения скважин позволяет минимизировать риск возникновения прихвата за счет выбора оптимального способа предупреждения для конкретных геолого-технических условий. Статья посвящена разработке искусственной нейронной сети для прогнозирования прихвата колонны бурильных труб. Также приведен литературный обзор существующих методов прогнозирования прихватов. В качестве входных данных применяются важные и обобщающие факторы, влияющие на возникновение всех видов прихватов, что позволяет прогнозировать все виды прихватов колонн бурильных труб. С целью повышения восприимчивости входных данных к обучению нейронной сети производится преобразование элементов данных на субэлементы с последующей нормализацией. Экспериментальным методом выбирается тип и архитектура сети, а также ее гиперпараметры. Оценка качества работы сети производится методом кросс-валидация по k-блокам. Для нахождения оптимальной комбинации активационных функций с различными оптимизаторами проводятся экспериментальные исследования с дальнейшим анализом результатов. Эксперименты реализованы на языке программирования Python c пакетами библиотек KERAS, TensorFlow и Matplotlib, а также в облачной платформе Colaboratory от компании Google. Отличительной особенностью предлагаемого метода является то, что полученная модель прогнозирования легко может адаптироваться к новым данным, что часто происходит при бурении скважин на новых месторождениях.
Бесплатно
Статья научная
В представленной работе рассматривается программный комплекс для обеспечения мониторинга состояния следящего гидропривода с гидростатическими направляющими в составе диагностического вибростенда для цифровых трансформаторов. Срок службы цифровых измерительных трансформаторов составляет 25 лет, а межповерочный интервал - 8 лет. Для достижения таких высоких эксплуатационных характеристик необходимо проведение большого количества испытаний для подобных изделий. Одним из таких испытаний является испытание на вибростенде. Уникальность применяемого в диагностическом вибростенде гидропривода заключается в его длительном ресурсе работоспособности в эксплуатационных нагрузках (до 100 млн циклов). Такая надежность достигается за счет применения в конструкции гидропривода специальных гидростатических направляющих и требует наличия специального программного обеспечения. Создана архитектура программного комплекса для вибростенда. Для тестирования функционала пакета выполнено имитационное моделирование работы компонентов программного комплекса. Цель исследования: на основе анализа функционирования технологического оборудования и вариантов реализации управляющего программного обеспечения разработать архитектуру программного комплекса для реализации системы мониторинга состояния следящего гидропривода с гидростатическими направляющими в составе диагностического вибростенда для цифровых трансформаторов.
Бесплатно
