Структура математических моделей объектов, способы аппроксимации (интерполяции) их характеристик, методы и средства идентификации должны быть согласованы между собой и составлять единую информационную технологию, удобную для применения, в частности, в авиационных тренажерах. Вычислительные методы, применяемые при разработке имитаторов авиационных тренажеров, да и других технических средств обучения, можно разделить на общие и специальные. Общие методы представляют собой известные методы вычислительной математики, составляющие один из важнейших разделов прикладной математики вообще. Они реализованы в программном обеспечении универсальных ЭВМ, соответствующих программных «оболочках». В укрупненном виде информационная технология идентификации состоит из следующих этапов: получение исходных экспериментальных и расчетных данных; первичная обработка и создание массива данных; назначение областей аппроксимации в пространствах аргументов; выбор метода аппроксимации и выполнение аппроксимации; разработка рабочих алгоритмов; оценка точности. Идентификация, как правило, требует творчества, носит характер исследования и лишь в редких случаях может быть полностью формализована. Исследовательский итерационный характер носят, в частности, такие этапы, как назначение областей аппроксимации, выбор метода аппроксимации и др.
Надежность и качество сложных систем
2018. — Выпуск 1
Содержание:
Актуальность и цели. Изделия мехатроники широко применяются во многих передовых технологиях и системах современной экономики - компьютерах, приборо-, машиностроении, авиа- и судостроении, медицинской технике. Надежность гетероструктур, составляющих основы мехатроники, применяющихся в экстремальных условиях как на земле, под водой, так и в космосе, во многом определяет работоспособность сложной техники. Тематика статьи связана с синтезом алгоритмов и построением моделей наноразрушений гетероструктур актуальна в условиях четвертой промышленной революции. Цель работы - повышение надежности гетероструктур на основе ее прогнозирования на базе созданных математических моделей, что обеспечивает безотказность и конкурентоспособность сложных технических систем, в том числе вооружений и военной техники. Материалы и методы. Используются три основных метода проведения анализа: обобщение информации об отказах, инструментальное исследование отказов, математическое моделирование процессов, приводящих к отказам с использованием детерминированных моделей математической физики. Показано, что от 60 до 90 % отказов изделий происходит из-за соединений разнородных материалов, основными причинами которых являются отказы сварных и паяных соединений многослойных структур и залитых соединений разнородных материалов: аморфных, кристаллических, проводников, полупроводников и диэлектриков, органических и неорганических, монолитных и пористых. Модель гетерогенных структур строится на системе уравнений Ламе для перемещений в полярных координатах в матричной форме, представляющей трансцендентное уравнение относительно собственного числа уравнения, отыскиваемого методом Мюллера. Результаты и выводы. В качестве обобщенной гетерогенной структуры использована наноструктура Ж. И. Алферова; предложена многофазная анизотропная структура из разнородных материалов типа фрактальных скрепленных и свободных кластеров. Установлен новый эффект локальной коррозии в трубах горячего городского водоснабжения под действием виброударных нагрузок движущегося транспорта в условиях интенсивного городского движения. Приведены алгоритмы анализа отказов гетероструктур, аналитические алгоритмы и модели обобщенных гетероструктур, в том числе электроэнергетики. Описаны конечно-элементные модели полей напряжений для решения плоских и пространственных задач. Даны алгоритмы динамики отказов соединений разнородных материалов.
Ключевые слова
Рассмотрены методы борьбы с различными организованными радиотехническими воздействиями на навигационные системы воздушного судна гражданской авиации. Заметно усиливающаяся активность различных террористических группировок выдвигает на первый план проблемы обеспечения безопасности как страны в целом, так и отдельных ее отраслей хозяйственной деятельности. Естественно это относится к обеспечению безопасности на транспорте, и в частности, в гражданской авиации. В настоящее время можно предположить о возможном и скорее всего объективно естественном, новом направлении в террористической деятельности, связанным с нанесением радиотехнических ударов по навигационным системам обеспечения полета воздушного судна. Проведена классификация помех функционированию навигационных систем воздушного судна гражданской авиации. Организованные помехи функционированию навигационных систем воздушного судна гражданской авиации разделены на помехи, имеющие своей целью полное разрушение навигационного сообщения и имитирующие навигационный сигнал. Обоснована возможность постановки террористическими группировками заградительных помех, так как мощность сигналов спутниковой радионавигационной системы довольно мала и поэтому они совершенно уязвимы для подавления даже передатчиками, работающими с небольшой мощностью. Приведен метод противодействия заградительным помехам, воздействующим на навигационные системы воздушного судна гражданской авиации, при террористических радиотехнических атаках на основе использования свойства для узкополосных систем, cвязанного с наличием провалов в их диаграмме направленности. Приведен метод определения и отбраковки навигационных помех путем анализа пространства сигналов. Приведено отличие этого метода от метода фазовых антенных решеток, где процедура подавления помехового сигнала построена на создании некоторого провала в диаграмме направленности путем вычитания из сигнала главной антенны взвешенной суммы сигналов антенн, определенных как периферийные. Приведены результаты проведенного эксперимента по подавлению заградительной помехи. Рассмотрен случай создания противником имитационной помехи, которая может быть выявлена не сразу, но является наиболее опасной на наиболее ответственных этапах полета при решении навигационных задач с ограниченным временным ресурсом. Рассмотрен метод отбраковки подобной помехи, основанный на комплексном использовании приемоиндикатора спутниковой радионавигационной системы и инерциальной навигационной системы. В основе метода лежит решение обратной навигационной задачи, состоящей из двух этапов. Первоначально происходит вычисление координат воздушного судна по инерциальной навигационной системе и перевод их в эквивалентные псевдодальности. На втором этапе происходит сравнение этих псевдодальностей с псевдодальностями, вычисленными по спутниковой радионавигационной системе. Если эта разница превышает некоторое допусковое значение, то этот сигнал исключается из обработки.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Целью настоящей работы является построение правила выбора эффективной оценки, основанного на интегральном и байесовском подходах по результатам испытаний, проводимых в соответствии с планом типа NВ τ, и нахождение эффективных оценок в соответствии с этим правилом. Методы . Для нахождения эффективной оценки использовались интегральные числовые характеристики точности оценки, а именно: суммарный квадрат смещения ожидаемой реализации некоторого варианта оценки от всех возможных значений оцениваемой характеристики по различным значениям параметра пуассоновского закона распределения, характеризующего поток отказов совокупности испытуемых изделий. Результаты и выводы . В соответствии с логикой построенного правила выбора эффективных оценок, основанной на интегральном и байесовском подходах, для испытаний, проводимых в соответствии с планом типа NВ τ, и основанной на априори известном равномерном законе распределения, можно подытожить: 1) байесовская оценка проигрывает по своей эффективности в сравнении с предложенными оценками; 2) следует проявлять осторожность при использовании байесовского подхода к оценке результатов испытаний. Проверяя полученные результаты, необходимо дополнительно использовать эффективные интегральные оценки. В качестве таковой необходимо использовать оценку и . При сильном расхождении байесовской оценки и интегральной следует использовать результаты интегральной оценки; 3) если испытатель принимает решение - отказаться использовать байесовскую оценку и не учитывать априори известное равномерное распределение вероятностей, то в качестве оценки ВБР следует использовать традиционную несмещенную оценку, а в случае безотказных испытаний - оценку .
Ключевые слова
Актуальность и цели. Проектирование высокотехнологичных изделий часто рассматривается как многокритериальный синтез сложной системы, когда одновременное улучшение всех показателей качества системы невозможно, а сами критерии проектирования, как правило, носят взаимоисключающий характер. Кроме того, все реальные проблемы управления подчинены различного типа ограничениям, которые являются неизбежной частью формулировки общей проблемы, потому что система работает вблизи них. Комплексные задачи анализа проектируемых конструкций на соответствие техническим требованиям, как правило, решаются на его завершающих этапах. Поэтому важно на ранних этапах проектирования для принятия оптимального конструкторского решения иметь возможность прогнозировать поведение сложной системы и одновременно учитывать возникающие в его процессе ограничения. Это позволит сократить и временные затраты на разработку сложных технических систем. Цель работы состоит в том, чтобы предложить способ оптимизации управления процессами проектирования сложных технических систем. Материалы и методы. В статье рассматривается алгоритм управления, основанный на применении теории оптимального управления с использованием подхода с расширяющимися условиями. Результаты. В работе описана процедура оптимизации управления, отличительной особенностью которой является то, что в результате ее применения будет формироваться закон управления, имеющий стационарную обратную связь, а также характеризующийся системным учетом всех ограничений на реализацию сложной системы. Выводы. Предложенный алгоритм прогнозирующего управления найдет широкое применение в системах управления, работающих на границах рабочих режимов. Основными достоинствами алгоритма являются возможность производить оценку состояния системы в масштабе реального времени и прогнозирование будущих состояний, а также возможность оптимизации в масштабе реального времени будущей траектории системы управления, подчиненной ограничениям.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Обоснована актуальность модификации телекоммуникации сетевых систем на основе высотных платформ. Показана возможность использования для этих целей (в качестве альтернативы применения аэростатов) привязных беспилотных летательных аппаратов, к которым по гибкому металлическому кабелю-тросу подается электрическое напряжение с наземного пункта управления. Это позволяет решить ряд многопрофильных задач локального сотового покрытия на обширной территории. Материалы и методы. Проведен анализ основных тактико-технических характеристик аэростатов, находящих свое применение в качестве временных высотных мачт телекоммуникационных сетевых систем. Представлен перечень возможного применения беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в различных сферах, а также диаграмма «разрешенного» применения БЛА. Результаты. Привязные БЛА позволяют ретранслировать сигнал в труднодоступной или слабонаселенной местности, поскольку позволяют без привязки к конкретной местности покрывать радиосигналом труднодоступные районы и тем самым могут найти достаточно широкое применение уже в ближайшее время, что является перспективным направлением развития телекоммуникационной сети управления и связи. Выводы. Обоснована концепция создания нового поколения высотных привязных телекоммуникационных платформ и привязных многоцелевых БЛА. Приведен ряд примеров ее практической реализации на основе беспилотных аппаратов вертолетного или аэростатического типа, когда не требуется большой радиус действия дрона, но необходимо его длительное зависание на определенной высоте для выполнения многоцелевых задач видеосъемки, длительного наблюдения, ретрансляции радиосигналов и др. Предложено в качестве телекоммуникационных каналов приема/передачи информации использовать радио- или оптическую связь.
Ключевые слова
Аннотация и цели. Одной из проблем, возникающих при решении задач анализа функционирования элементарных участков магистрального газопровода (МГ), является определение значения коэффициента сверхсжимаемости газа, который входит в математические модели трубопроводного транспорта газа для расчета основных характеристик газапровода. Материалы и методы. Существуют различные эмпирические формулы для определения коэффициента сверхсжимаемости. Однако в приведенных формулах не в полном объеме учитываются факторы. В одних учитывается изменение коэффициента сверхсжимаемости в зависимости от давления, в других - от температуры, а иногда и от химического состава газовой смеси. Развивая исследования в этом направлении, в статье предложены новые численно-аналитические методы расчета при решении трех различных задач для одно- и многониточного МГ при группировании трубопровода по гидравлическим показателям. Результаты. Получены простые аналитические формулы для определения массового расхода, давления и коэффициента коэффициента сверхсжимаемости. Но распределение массового расхода газа между параллельными нитями при переменном коэффициенте сверхсжимаемости газа происходит так, как это было в случае постоянного значения коэффициента сверхсжимаемости газа. Разница заключается в определении входного и выходного значений давлений, т.е. при решении трансцендентных уравнений. Выводы. Как показывают результаты в проведенных вычислительных экспериментов, точность расчетов увеличивается до трех и более процентов.
Ключевые слова
Целью настоящей работы является построение точечной оценки, заданной в неявном виде и близкой по своим свойствам к эффективной оценке, основанной на интегральном подходе, для испытаний, проводимых в соответствии с планом типа NB τ. Методы . Для нахождения эффективной оценки использовались интегральные числовые характеристики точности оценки, а именно: суммарный квадрат смещения (уклонения) ожидаемой реализации некоторого варианта оценки от всех возможных значений оцениваемой характеристики по различным значениям параметра пуассоновского з.р., характеризующего поток отказов совокупности испытуемых изделий. Результаты и выводы. Интегральный подход показал свою эффективность при выявлении свойств неявно заданных оценок. Неявно заданная точечная оценка СНДО является эффективной среди предложенных оценок. В качестве точечной оценки вероятности безотказной работы всегда следует использовать традиционную, несмещенную и абсолютно эффективную точечную оценку , кроме безотказных испытаний. В этом случае следует использовать неявно заданную, смещенную точечную оценку ВБР .
Ключевые слова
Актуальность и цели. Повышение электрической прочности вакуумных приборов является актуальной задачей. Для повышения электрической прочности вакуумных электронных приборов активно применяются лабораторные установки, имеющие в своем составе тригатронные разрядники. Необходима разработка модуля автоматической накачки азота в рабочее пространство тригатронных разрядников. Материалы и методы . Вводится импульсная тренировка высоковольтных вакуумных приборов высоковольтными наносекундными импульсами, т.е. импульсами, длительность которых меньше времени формирования пробоя. Показано, что модуль автоматической накачки азота является одним из важных элементов, который позволяет обеспечить полуавтоматический режим работы генератора высоковольтных наносекундных импульсов. Результаты. Приведены результаты разработки модуля автоматической накачки азота. Модуль является частью лабораторной установки повышения электрической прочности высоковольтных вакуумных приборов с помощью сверхкороткой импульсной последовательности. Для увеличения крутизны фронта кондиционирующего импульса и снижении времени запаздывания рабочее пространство тригатронного разрядника заполняется азотом под давлением в несколько атмосфер. Реализация полуавтоматического режима подачи сверхкоротких наносекундных импульсов на тренируемый вакуумный электронный прибор позволяет реализовать режим одновременного зондирования электродов импульсными пробоями и пробоями постоянного тока. Выводы. Разработанный модуль позволяет автоматизировать процесс наполнения тригатронного разрядника азотом при рабочем давлении до 10 бар и отказаться от контроля и управления с помощью операций, выполняемых человеком-оператором.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Работа посвящена исследованию метода надежного питания элементов сенсорной сети от источников электромагнитного излучения в диапазоне беспроводных сетей. Данная проблема является особенно актуальной с учетом ограниченности времени работы сенсоров в беспроводных сетях от встроенных источников питания. Материалы и методы. Основное внимание уделено периодическому режиму работы сенсорной сети, при котором активация сенсора происходит только при наличии регистрируемого события. Результаты и выводы . В таком режиме сенсор до 99 % времени находится в режиме ожидания, что позволяет использовать для подзарядки встроенных источников питания энергию электромагнитного излучения. Предложена структурная схема источника питания, реализующего такую подзарядку для беспроводного диапазона 2,4 ГГц. Рассмотрены ограничения такого способа питания при увеличении расстояния до точки доступа.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Представлена актуальная задача повышения тактико-технических характеристик проволочных резистивных элементов, решение которой позволяет повысить качество радиоэлектронной аппаратуры. Проводится анализ технологий проволочных резистивных элементов, сохраняющих свою работоспособность после воздействия на них повышенных механических нагрузок. Материалы и методы . Определены пути повышения работоспособности в условиях механических нагрузок. Дается обоснование выбора конструкции резистивных элементов, расчеты моточных данных, а также электрических и механических характеристик. Обоснован выбор резистивной проволоки, технологических факторов, обеспечивающих качество изделия. Результаты . Разработана конструкция и технология производства проволочных резистивных элементов, предназначенных для регулировки напряжения в специальных изделиях и способных сохранять свою работоспособность после воздействия на них сильных вибраций и ударов. Представлены результаты испытаний, определяющие наиболее опасное направление приложения механической нагрузки. Выводы . Результаты экспериментальных работ и проведенных натурных испытаний подтвердили соответствие разработанной конструкции техническим требованиям.
Ключевые слова
Актуальность и цели . В работе рассмотрено воздействие ударных нагрузок на работу оптической системы при посадке самолета на металлический настил посадочной полосы. Рассматриваются конструктивные особенности изделия и степень воздействия на него внешних возмущающих факторов. Рассматривается влияние ударных импульсов на отклонение световых лучей оптической системы посадки. Оцениваются качественные показатели оптической системы посадки при воздействии на нее ударных импульсов от палубы корабля при заходе самолета на посадку. Разработана концепция нового изделия с улучшенными качественными показателями параметров оптической системы посадки. Проведены расчеты, которые подтверждают высокое качество предлагаемого изделия. Материалы и методы. Перспективным направлением в исследовании воздействия внешних возмущающих факторов на оптическую систему посадки является метод структурно-параметрического синтеза, используемый при разработке ихделия. Данный метод позволяет получить оптимальные массогабаритные характеристики изделия и повысить его качественные показатели. Выявлены слабые места в конструкции оптической системы посадки и применены соответствующие решения с использованием разных метериалов для улучшения технических показателей. Результаты. Предложенный метод позволил выявить предельные отклонения оптической системы посядки в разных частях конструкции и определить решения, которые помогут обеспечить работу системы в допустимых пределах отклонений. Адекватность используемого метода подтверждается экспериментальными данными. Выводы. Ударный импульс оказывает существенное влияние на работу оптической системы посадки, поскольку воздействие данного внешнего фактора ухудшает качественные показатели изделия. Неоходимо учитывать эту особенность при разработке системы.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Показано, что автотранспорт порождает экологические проблемы в крупных городах, поскольку особенностью автотранспорта как подвижного источника загрязнения является низкое расположение (на уровне дыхания детей), распределение на неопределенные территории, непосредственная близость к жилым районам. Необходимо получить полную информацию об экологической обстановке в городе. Материалы и методы . Показано, что использование искусственных нейронных сетей является одним из наиболее перспективных методов, используемых при проведении исследований социологических, биологических, финансовых, экономических и других сложных систем. Предложено использовать технологии искусственного интеллекта для прогнозирования негативных факторов влияния автотранспорта на городскую среду. Результаты . Рассматривается технология прогнозирования с помощью искусственных нейронных сетей. Описаны этапы выявления факторов и построения моделей для применения нейросетевого прогнозирования. В качестве примера рассмотрен процесс прогнозирования влияния автотранспорта на экологическую обстановку города. Определены временные ряды для выявления повторяемости характеризующих их выборок в зависимости от факторов. Описан способ прогнозирования временных рядов нейронной сетью обратного распространения ошибки. С помощью ошибки обобщения выявлялся эффект переобучения. При обучении происходило постоянное уменьшение ошибки обучения до минимального значения, после этого обучение прекращалось. Предложены возможные варианты применения искусственных нейронных сетей в сфере контроля за экологической обстановкой. Показаны возможности аналитической платформы Deduсtоr Studiо, используемой при обучении нейронной сети. Выводы. Результаты представленного прогноза могут использоваться на практике при формировании локальных прогнозов количества единиц автотранспорта в районах с установленными камерами наблюдения. Чтобы повысить точность прогноза, целесообразно осуществить привязку количества единиц автотранспорта к дням недели, периоду года. Показано, что с помощью нейросетей может быть построена удовлетворительная модель даже при недостаточном количестве данных, которая может в дальнейшем уточняться по мере поступления новых данных.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Актуальность проведенного в данной статье исследования обусловлена тем, что уровень публикационной активности является важным и неотъемлемым показателем действия научной политики, в том числе и на государственном уровне. В настоящее время активно обсуждается тема публикационной активности как результата научно-исследовательской деятельности российской науки и является инновацией в системе высшего образования. Управление уровнем публикационной активности является сложной и многофакторной задачей, решить которую невозможно только административными методами. Материалы и методы. В ходе исследования параметров, влияющих на уровень публикационной активности, был выдвинут ряд гипотез. Для подтверждения данных гипотез был проведен опрос работников университета. При оценке факторов, влияющих на уровень научно-публикационной активности, определен объем генеральной совокупности 3187 респондентов. Проведен регрессионный анализ по определению факторов публикационной активности. На основе выдвинутых гипотез были построены две линейных регрессионных модели. Результаты . В результате регрессионного моделирования сформулированы следующие выводы по выдвинутым гипотезам: 1. Статистически значимых взаимосвязей между уровнем должности и вероятностью публикации в зарубежных изданиях нет. 2. На вероятность наличия зарубежной публикации влияет работа в области изобретательской деятельности и проведение конструкторских разработок (для технических и естественнонаучных специальностей). Грантовая активность в меньшей степени влияет на наличие зарубежных публикаций. 3. Наличие амбиций у работников университета в области реализации крупных международных научно-исследовательских проектов не определяет вероятность публикации, примечательно, что во второй модели наблюдается значимая корреляция между ориентацией на качественное исполнение и публикационной активностью. Таким образом, среди публикующихся ученых больше исполнителей, чем руководителей. 4. Наличие трех и более аспирантов или докторантов значительно увеличивает вероятность наличия зарубежной публикации. Таким образом, масштабы и качество научного руководства напрямую связаны с уровнем публикационной активности. Любопытно, что при учете в качестве зависимой переменной всех публикаций наиболее значимым предиктором оказывается факт научного руководства аспирантами и докторантами. Выводы . В дальнейшем данная модель, описанная факторами, влияющими на публикационную активность, может быть использована для разработки индикаторов эффективности для достижения стратегических целей университета в области интернационализации.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Статья посвящена вопросам повышения транспортной доступности крупных городов. Интенсивный рост парка автотранспортных средств практически привел к снижению скорости движения до 30-40 км/ч, что отрицательно сказывается на транспортной и экологической безопасности. Регулируемые пересечения в крупных городах являются источниками повышенных издержек и на таких пересечениях в пиковые часы возникают очереди, которые сопровождаются потерями времени, а также частыми аварийными ситуациями. С целью устранения вышеперечисленных проблем предлагается внедрить в процесс контроля за перемещением транспорта в крупных населенных пунктах интеллектуальных транспортных систем, применение которых позволит снизить уровень загруженности автомобильных дорог и увеличить их пропускную способность, оптимизировать использование автомобильного транспорта и повысить доступность услуг транспортного комплекса в целом . Материалы и методы. В городских условиях для получения возможности интеллектуального управления дорожным движением необходимо иметь полную информацию о распределении транспортных потоков, особенно на пересечениях, оборудованных техническими средствами управления дорожным движением. Для получения необходимых сведений может быть использован комплекс ультразвуковых измерительных приборов и универсальное счетно-запоминающее устройство, позволяющие производить замеры поведения транспортных потоков при минимальном использовании человеческих ресурсов и небольших материальных вложениях. Перспективным направлением применения интеллектуальных транспортных систем является возможность использования глобальной навигационной спутниковой системы для определения местонахождения автотранспортных средств в условиях реального времени. Результаты и выводы. Развитие интеллектуальных систем на автомобильном транспорте значительно снизит эксплуатационные затраты при транспортировке грузов и приведет к существенному сокращению времени поездок за счет реализации адаптивного управления светофорами на перекрестках.