Информационные технологии, моделирование и управление. Рубрика в журнале - Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий
Решение задач автоматизации элеваторного комплекса
Статья научная
Статья посвящена решению задач автоматизации при разработке автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора для управления элеватором производительностью 280 тонн в час в рамках работ ООО “Интеллектуальные комплексы автоматики”. В существующих элеваторных комплексах обеспечивается только транспортировка зерна (отсутствуют системы управления с автоматической сушкой зерна при высокой точности измерения влажности), не предусмотрено автоматическое формирование маршрутов перемещения зерна (для каждого маршрута требуется составление технического задания и внесение изменений в управляющую программу системы). Вместе с тем требуется более точное регулирование расходов потоков зерна (применяемые автоматические задвижки имеют только положения «открыто/закрыто»). Целью автоматизации элеватора является: снижение времени аварийного простоя оборудования путем отслеживания наработки оборудования, количества аварий и информирования оператора об оборудовании, которое подвержено выходу из строя; снижение времени наладки и обслуживания элеватора; повышение качества продукции; уменьшение процента брака, а также уменьшение влияния человеческого фактора на процесс. В работе приводится краткое описание предложенных алгоритмов управления задвижками, автопостроения маршрута сушки зерна, фильтрации показаний влажности зерна и фрагменты программы АРМ оператора (в среде indusoft web studio) для управления элеваторным комплексом. Предложенные решения позволяют: снизить время аварийного простоя оборудования на 20% и общее время обслуживания комплекса; отсеять недосушенное зерно на отлежку в автоматическом режиме для повторной сушки; повысить качество продукции за счет автоматического контроля перегрева зерна; уменьшить брак продукции на 3%, а также уменьшить влияние человеческого фактора на процесс транспортировки и сушки зерна.
Бесплатно
Решение задачи о деформировании термоупругой пластины методом быстрых разложений
Статья научная
Рассматривается математическая модель для термоупругой пластины при свободном опирании краев. Показано, что данная задача с помощью быстрых разложений сводится к замкнутой алгебраической системе линейных уравнений и тем самым возможно получить приближенное решение в аналитическом виде, которое используется для расчета напряжений в термоупругой пластине.
Бесплатно
Решение задачи о растяжении упругой прямоугольной пластины методом быстрых разложений
Статья научная
Рассмотрена постановка и решение задачи о растяжении упругой прямоугольной пластины методом быстрых разложений. Система уравнений в частных производных сводится к системе обыкновенных дифференциальных уравнений и решается методом Эйлера. Получены выражения для перемещений и напряжений.
Бесплатно
Синтез корректирующего контура цифровой системы регулирования низкой чувствительности
Статья научная
Рассмотрена реализация и исследование работоспособности алгоритма синтеза корректирующего контура цифровой системы регулирования низкой чувствительности, позволяющего уменьшить дополнительное движение, возникающее вследствие наличия у объекта регулирования нестационарных свойств.
Бесплатно
Синтез марковской модели термохимической деструкции полимера в растворе
Статья научная
В работе рассматривается задача математического моделирования процесса термохимической деструкции. Для синтеза математической модели используется аппарат цепей Маркова. Предлагается рассматривать процесс деструкции как случайный процесс, при котором изменяется состояние системы, характеризующееся долей макромолекул в каждой фракции молекулярно-массового распределения. Интенсивности переходов из состояния в состояние характеризуют соответствующие скорости процессов деструкции для каждой фракции молекулярно-массового распределения. Процессами сшивки и полимеризации в данной работе пренебрегли, и принято, что существует вероятность перехода из любого состояния с низшим порядковым индексом (соответствующим фракции с более высокими молекулярными весами) в любое состояние с более высоким индексом (соответствующим фракциям с более низкими молекулярными весами). В качестве основы математической модели принята цепь Маркова с дискретными состояниями и непрерывным временем. В качестве среды моделирования использована интерактивная графическая среда имитационного моделирования MathWorksSimulink. Для оценки параметров математической модели были проведены экспериментальные исследования процесса деструкции полибутадиена в растворе. В качестве исходных данных для оценки ММР полимера использовались данные ГПХ раствора полибутадиена. Для численного поиска значений параметров минимизировалось среднеквадратичное отклонение расчетных данных от экспериментальных по каждой фракции и в заданные моменты времени. Результаты сравнения экспериментальных и рассчитанных по математической модели показали погрешность расчётов в среднем около 5%, что говорит о приемлемой ошибке оценки изменения долей фракций полимера в ходе процесса деструкции для рассматриваемого процесса и условий.
Бесплатно
Статья научная
Термоэластопласты представляют собой перспективный класс полимерных материалов, свойства которых близки к свойствам обычных резин, но в отличие от них перерабатываются высокопроизводительными методами, применяемыми при переработке пластмасс, исключают стадию вулканизации из технологической схемы и способны к многократной переработке. Поставлена и решена задача моделирования кинетики процесса сшивки при получении теормоэластопласта с древоподобной молекулярной структурой. При сшивке двухблочника для получения термоэластопластов с древоподобной молекулярной структурой в качестве сшивающего агента применяется полифункциональный сочетающий агент. На основании имеющихся экспериментальных данных о молекулярно-массовом распределении термоэластопластов и анализе различных комбинаций молекул полимера предложена кинетическая схема процесса сочетания. Схема учитывает возможность присоединения активного двухблочника к каждой функциональной группе молекулы сочетающего агента различной структуры. Математическая модель процесса, протекающего в реакторе идеального смешения периодического действия, представлена в виде системы дифференциальных уравнений при моделировании процесса принято допущение, что скорость реакции сочетания зависит от подвижности молекул, вступающих в реакцию. При решении задачи параметрической идентификации в качестве критерия оптимальности принята сумма квадратов невязки экспериментально определенных и теоретически предсказанных концентраций молекул термоэластопластов каждой структуры. Вычислительный эксперимент показал, что сочетающий агент реагирует с активным двухблочником в основном по двум и трем функциональным группам. Синтезированная модель позволяет осуществлять оценку концентрации сочетающего агента, полистирол-полибутадиенлития и термоэластопласта с различной молекулярной массой в непрерывной временной области. Относительная погрешность полученных результатов составляет 9,3%. Анализ полученных в ходе моделирования результатов исследования позволяет сделать вывод о том, что предложенная модель качественно верно описывает процесс сочетания.
Бесплатно
Статья научная
Исследование вопросов построения комплексного технического обеспечения проводится на примере информационных систем организационного (или административно-экономического) управления деятельностью крупных организаций. Являясь составной частью информационной системы управления, комплексное техническое обеспечение связано с другими частями системы, прежде всего, с информационной базой системы управления, которая охватывает все виды информации, необходимой для планирования и управления, и алгоритм переработки этой информации. Это значит, что не только система управления определяет требуемый комплекс технических средств, но и его особенности существенно влияют на состав и организацию информационной базы системы управления. Особенностью комплексного технического обеспечения является разнообразие функций технических средств, большое количество типов устройств, различные способы взаимодействия оператора и технических средств, возможности различной компоновки и агрегатирования устройств. Комплекс технических средств информационных систем управления обладает всеми чертами сложной системы: многофункциональность, наличие обратных связей, многокритериальность, иерархичность структуры, наличие выделяемых частей, связанных друг с другом сложными взаимодействиями, неопределенность поведения этих частей, являющаяся результатом конечной надежности технических средств и действием возмущений внешней среды. В силу этого задачи, связанные с созданием комплексного технического обеспечения информационной системы управления, должны решаться с позиций системного подхода. Для получения максимальной эффективности информационной системы управления требуется построение технического комплекса при минимальных затратах на его установку и эксплуатацию, что обусловливает необходимость выбора оптимального варианта технических средств из числа возможных. Решение основных задач комплексного технического обеспечения может быть сведено к построению совместного ряда языков – наборов символов или алфавитов, описывающих исходные и результирующие информационные массивы, и правил оперирования этими алфавитами, в результате применения которых устанавливается оптимальное в определенных отношениях взаимно-однозначное соответствие между информационной базой и комплексным техническим обеспечением.
Бесплатно
Система управления производством колбасных изделий заданного качества
Статья научная
В статье рассматривается задача управления производственным заданием в технологической системе производства колбасных изделий заданного качества. Рассмотрена декомпозиция технологической системы, выделены функции управления: формирование оптимальной рецептуры фарша, экспертный анализ рецептуры, лабораторный анализ рецептуры и ее утверждение. Предложена информационная технология взаимодействия этих функций. Представлена математическая постановка задачи нахождения оптимальной рецептуры мясопродукта с использованием возможных заменителей ингредиентов. Данная задача представляет собой классическую задачу линейного программирования, для решения которой имеются стандартные программы. Поскольку при изготовлении готового продукта возможны различные нелинейные эффекты, учесть которые в настоящее время практически невозможно, то в настоящей методологии предусмотрены операции «Экспертный анализ рецептуры» и «Лабораторный анализ готового продукта». Приведен пример расчета оптимальной альтернативы базовой рецептуре «Сосиски “Венские с сыром”» ТУ 9213-010-40155161-2002. К альтернативной рецептуре были предъявлены требования по стоимости фарша, ингредиентному составу, а также готовый продукт по органолептическим и физико-химическим показателям должен был соответствовать нормативным требованиям «Сосиски “Венские с сыром”» ТУ 9213-010-40155161-2002. Показатель кислотной активности (pH) фарша рассчитанной рецептуры должен быть в диапазоне 6,0-6,3. В качестве частичной замены основного сырья были предложены допустимые заменители. Требовалось рассчитать на базе рецептуры «Сосиски “Венские с сыром”» ТУ 9213-010-40155161-2002 оптимальную по цене и качеству альтернативную рецептуру. В результате удешевление стоимости фарша по альтернативной рецептуре составило 14,5 % при выполнении всех ограничений по потребительским свойствам. Предложенная информационная технология реализована в программном комплексе «МультиМит Эксперт» и представляет собой систему поддержки принятия решений для технолога мясоперерабатывающего предприятия.
Бесплатно
Системное моделирование конкурентоспособности малых предприятий
Статья научная
Предлагаются методологические основы системного моделирования конкурентоспособности развития малых предприятий. Обосновываются методы математического программирования для моделирования исследования конкурентоспособности предприятий.
Бесплатно
Системный анализ процесса термоокислительной деструкции полимеров в растворе как объекта управления
Статья научная
В статье рассматривается технологический процесс синтеза низкомолекулярных каучуков методом термоокислительной деструкции как объекта управления. Выявлено, что основными управляющими параметрами, влияющими на скорость деструкции, являются: концентрация инициатора реакции, температура и массовая концентрация полимера. Основными параметрами управления являются: степень деструкции, качество получаемого полимера и время реакции. Установлено, что для эффективного управления температуру процесса и концентрацию инициатора необходимо стабилизировать в окрестности заданного значения, а значение массовой концентрации устанавливается дозировкой исходных компонентов. В этом случае кинетику процесса деструкции можно описать линейной зависимостью от времени. Т.е. степень деструкции линейно связана со временем проведения реакции. Тогда, определяя исходное качество полимера (его среднечисленную молекулярную массу), процесс деструкции проводится по времени до заданного значения степени разрушения. Поскольку в процессе деструкции расходуется инициатор, то для стабилизации его концентрации предлагается осуществлять его непрерывный ввод в реакционную среду. Получено математическое описание, описывающее кинетику при непрерывной подаче инициатора, и зависимость для расчета скорости подачи инициатора. Определены параметры линейной аппроксимирующей зависимости кинетики деструкции. Показано, что уже при малом времени деструкции график кинетики деструкции неуклонно стремится к его линейной асимптоте. Угол наклона асимптоты зависит от константы скорости деструкции (т.е. от температуры реакции) и начальной концентрации инициатора. Смещение кинетики деструкции по оси ординат зависит от начальной мольной концентрации полимера. Таким образом, подбирая начальную концентрацию полимера, появляется возможность управлять скоростью деструкции.
Бесплатно
Системный анализ реактора дегидрирования этилбензола как объекта управления
Статья научная
Каталитическое дегидрирование этилбензольной шихты в двухступенчатом адиабатическом реакторе непрерывного действия является основной стадией процесса производства стирола. Анализ существующих автоматизированных систем управления данным технологическим процессом выявил следующий основной недостаток, заключающийся в том, что данные системы требуют больших усилий от производственного персонала для обеспечения изменения температурного режима в ступенях реакторного блока в соответствии с падением концентрации стирола, обусловленным дезактивацией каталитического слоя. Следовательно, в области технической кибернетики актуальным является синтез системы предиктивного управления концентрацией целевого продукта на выходе из ступеней реакционного аппарата. В представленной статье отображены результаты системного анализа реактора дегидрирования как объекта управления. Главным итогом проведенных исследований является выбор способа управления температурным режимом протекания химических превращений в реакторных ступенях, при использовании которого представляется возможным обеспечить повышение энергоэффективности и производительности данного аппарата...
Бесплатно
Состоятельность статистических оценок терстоуна-мостеллера
Статья научная
Традиционная методика анализа процедур коллективного выбора подразумевает три различных подхода: проверка оператора голосования на соответствие характеристическим условиям, исследование свойств функции выбора, анализ манипулируемости (оценка устойчивости процедуры голосования по отношению к негативным воздействиям со стороны избирателей или организатора - манипулирования). Коллективом сотрудников кафедры ИТМиУ ВГУИТ предложен и реализуется четвертый подход - исследование вероятностных характеристик (величины смещения математического ожидания оценки полезности конкретной альтернативы от ее истинного значения, среднеквадратичное отклонение оценки полезности альтернативы от ее истинного значения, вероятность правильного ранжирования альтернатив на выходе процедуры и т.д.) результатов выполнения процедур. В предлагаемой работе анализируется состоятельность оценок полезностей сравниваемых альтернатив, полученных посредством известной процедуры Терстоуна-Мостеллера и её обобщения, созданного авторами работы. В общем, под состоятельностью статистической оценки понимается уменьшающаяся до нуля погрешность оценивания при увеличении объёма выборки. Однако в зависимости от толкований понятия «погрешность» в науке выделяют следующие основные виды состоятельности: слабая состоятельность, опирающаяся на понятие сходимости случайной величины по вероятности; сильная состоятельность, опирающаяся на понятие сходимости с вероятностью к единице; состоятельность в среднем квадратичном. Дисперсия такой оценки стремится к нулю. В данной статье приводится доказательство теоремы, согласно которой при допущениях достаточно общего характера оценки полезностей ранжируемых альтернатив, полученных с помощью процедуры Терстоуна-Мостеллера, состоятельны в среднем квадратичном смысле. При этом из состоятельности в среднем квадратичном следует обычная, т.е. слабая состоятельность оценок полезностей альтернатив исходной выборки.
Бесплатно
Статья научная
Понятие алгоритмической модели появилось от алгоритмического подхода, при котором моделируемый объект, явление предстаёт в виде процесса, подчиняющегося строгим правилам алгоритма, в основу которого кладётся процесс функционирования объекта. Под алгоритмической моделью здесь понимается формализованное описание сценария предметного специалиста для моделируемого процесса, структура которого сопоставима со структурой причинно-следственных и временных зависимостей между явлениями моделируемого процесса, вместе со всей информацией, необходимой для её программной реализации. Для представления структуры алгоритмических моделей используются алгоритмические сети. Обычно они определялись как конечный ориентированный нагруженный граф, вершинам которого сопоставлены операторы, а дугам - переменные, связываемые операторами. Язык алгоритмических сетей обладает большими возможностям, алгоритмы, которые он может отображать, равномощны классу всех произвольных алгоритмов. В существующих системах автоматизации моделирования на основе алгоритмических сетей, в основном используются операторы, работающие с реальными числами. Это хотя и снижает их возможности, но вполне достаточно для моделирования широкого класса задач, связанных с экономикой, экологией, транспортом, техническими процессами. Задача моделирования выполнения расписаний и сетевых графиков является актуальной и востребованной. Существует достаточно много систем рассчитывающих сетевые графики, однако в них мониторинг процесса основан анализе отставаний и пересчете графиков, нет анализа прогноза выполнения сетевого графика или расписания. Разработанная библиотека предназначена для построения подобных прогнозных моделей. Задавая различные исходные данные можно получить набор прогнозов, из которых выбрать один и принять его за новый план.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается различные подходы к оценке безопасности конфиденциальной информации для информационно-телекоммуникационных систем различно предметного назначения в условиях наличия внутренних и внешних угроз ее целостности и доступности. Сложности с обеспечением безопасности конфиденциальной информации от воздействия на информационно-телекоммуникационную системы внешних и внутренних угроз в настоящее время приобретает особую актуальность. Указанная проблема подтверждается анализом имеющейся статистической информации о влиянии угроз на безопасность, циркулирующей в информационно-телекоммуникационной системе. Утечка конфиденциальной информации, интеллектуальной собственности, информации «ноу-хау» является следствием значительного материального и морального ущерба, который наносится собственнику информации ограниченного распространения. В работе приведена структура показателей и критериев свидетельствует о том, что наиболее перспективными являются аналитические критерии. Однако их применение для оценки уровня безопасности конфиденциальной информации затруднительно из-за отсутствия соответствующих математических моделей. Сложность проблемы заключается в том, что традиционные существующие математические модели не всегда приемлемы для указанных целей. Следовательно, необходима разработка математических моделей, предназначенных для оценки безопасности конфиденциальной информации с учетом воздействия на информационно-телекоммуникационную систему угроз.
Бесплатно
Сравнительный анализ методов классификации при прогнозировании качества хлеба
Статья научная
Проведен сравнительный анализ методов классификации двухэтапного кластерного, дискриминантного анализа и нейронных сетей. Предложена система информативных признаков, классифицирующая с минимумом ошибок.
Бесплатно
Стохастическая модель процесса гомогенизации молока с использованием цепи Маркова
Статья научная
В работе рассматривается способ разработки математической модели процесса гомогенизации молочных продуктов. При разработке математической модели использована теория цепей Маркова, причем в основу структуры модели положена цепь Маркова с дискретными состояниями и непрерывным параметром, за который принято давление гомогенизации. Машинная реализация модели осуществлена в среде структурного моделирования MathWorks Simulink™. Идентификация параметров модели осуществлялась путем минимизации среднеквадратичного отклонения расчетных данных от экспериментальных по каждой фракции жировой фазы молочных продуктов. В качестве набора экспериментальных данных были использованы результаты обработки микрофотоснимков распределения жировых шариков образцов цельного молока, которое подвергалось гомогенизации при разных давлениях. В качестве метода оптимизации был использован метод Pattern Search с алгоритмом поиска Latin Hypercube из библиотеки Global Optimization Тoolbox. Погрешность расчетов составила в среднем по всем фракциям 0,88 % (относительной доли единицы), максимальная относительная погрешность составила 3,7 % при давлении гомогенизации 30 МПа, что может быть обусловлено очень резким изменением свойств молока от первоначального по фракционному составу в начале процесса гомогенизации и отсутствием экспериментальных данных при давлениях гомогенизации ниже указанного значения. Предложенная математическая модель позволяет рассчитать профиль объемного или массового распределения жировой фазы (жировых шариков) в продукте в зависимости от давления гомогенизации и может быть использована в лабораторных и научных исследованиях состава молочных продуктов, а также при расчетах, проектировании и моделировании технологического оборудования предприятий молочной промышленности.
Бесплатно
Статья научная
На основе применения интегрального преобразования Фурье аналитически решена задача о стационарном распределении температурных полей тепловыделяющей жидкости в квадратной области при неоднородных граничных условиях первого рода для кондуктивного режима переноса теплоты.
Бесплатно
Статья научная
Теоретически и экспериментально обосновано обезвоживание капиллярно-пористых тел в псевдоожиженном слое при осциллирующем теплоподводе.
Бесплатно
Удаленное управление микроскопом Leica DM IRM на основе технологии интернета вещей
Статья научная
Организация любой исследовательской деятельности связана с получением и анализом результатов проводимых исследований. Это сложный и трудоёмкий процесс, требующий больших человеческих затрат и уникального дорогостоящего оборудования. Проблема использования такого уникального оборудования может сделать исследование трудновыполнимым или даже невыполнимым вовсе. Одним из путей решения этой проблемы может стать создание лабораторий удаленного доступа, работающих в режиме коллективного пользования. Важной особенностью удаленного доступа к оборудованию является возможность получения первичной информации и правильная организация ее передачи между отдельными подсистемами и потребителями. Удобным и мобильным инструментом в таких ситуациях является наличие компактных плат управления «типа Arduino», позволяющих организовывать эффективное взаимодействие. Рассмотрены вопросы удаленного управления микроскопом с использованием технологий интернета вещей. Описаны основные программные и аппаратные решения, используемые при реализации доступа к микроскопу. Приведена электронная схема подключения шаговых двигателей, а также формулы расчета перемещений основных узлов микроскопа. В процессе удаленного доступа к комплексу пользователь имеет возможность работать с микроскопом аналогично исследователю, работающему непосредственно на самом оборудовании. Предложенная схема позволит проводить научные исследования в области микроструктурного и микрогеометрического анализа различных образцов и деталей в условиях дистанционного доступа, что значительно повысит эффективность использования дорогостоящего научного оборудования.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается проблема построения системы рейтинговых показателей для стимулирования работы профессорско-преподавательского состава высшего учебного заведения. Множество направлений деятельности преподавателя (образовательная, научная, международная и т.д.) положило основу выбора групп показателей в системе. Социальный вызов в повышении качества образовательных услуг определяет актуальность исследования в области моделирования и прогнозирования показателей, которые характеризуют работу преподавателя высшей школы. Для прогнозирования динамики структуры рейтинговых показателей в системе авторами введено понятие дрейфа и вариативности каждой группы. Использование информационного гиперкуба для структуры исходных данных позволили учесть индивидуальные особенности каждого параметра, входящего в состав математической модели для описания рейтинговых показателей. Для выполнения прогноза структуры и значений показателей рейтинговой системы авторами введено понятие дрейфа. Дрейф показателей учитывает введение новых показателей, удаление существующих показателей, перемещение показателей между группами. Авторами впервые вводится количественный показатель вариативности групп, по значению которого определяется стратегия прогнозирования в будущем периоде работы преподавателя в высшей школе. Для прогнозирования общего объема стимулирования предлагается комплексная методика, которая содержит четыре модуля: моделирование значений в пределах существующего диапазона в предыдущем периоде; моделирование значений нового показателя на основе введенных допущений с использованием генератора случайных чисел; исключение диапазона значений удаленных показателей; моделирование новых значений на основе изучения современного тренда показателей. Наличие гибкой информационной структуры в виде гиперкуба и комплексной математической модели позволило провести вычислительный эксперимент для прогнозирования значений групповых и индивидуальных показателей. В ходе эксперимента выявлена структурная стабильность значений, которая не приводит к резкому изменению количественного соотношения между группами показателей.
Бесплатно
