Актуальность и цели. С позиции системного анализа представленный в статье подход демонстрирует методологию создания теории безопасности с учетом воздействия субъекта на работу исследуемого объекта внутренних и внешних возмущений, что приводит к деформации параметрической области безопасности при различных возмущениях. Материалы и методы . При этом, на основе информации в качественном виде даны показатели безопасности в пространстве состояний, а также методы построения схем формирования оценки безопасности. Решены две задачи - наличие модифицированной области в пространстве состояний, которая наиболее объективно свидетельствует об удаленности текущего режима работы системы от состояния, угрожающего его целостности, а также определение показателей безопасности, имеющих большую физическую наглядность и меньшую сложность вычислений. Результаты и выводы . Таким образом, показано, что для построения оперативной системы мер по недопущению превращения угроз в катастрофические (аварийные) для системы целесообразно использовать информацию о входных воздействиях со стороны среды и отклонениях параметров системы. С этой целью пригодны показатели управляемости, наблюдаемости и устойчивости, а также энергетические ресурсы, большинство из которых достаточно просто удовлетворяется при проектировании или подготовке системы к работе. Показано, что упрощение моделей рационально проводить путем: выявления критических угроз и/или их объединения в эталонные группы; отказа от непрерывной модели системы и перехода к конечным зависимостям между воздействиями и реакциями системы. Данный подход применим для обоснования методологии безопасности робототехнических систем и аэромобильных комплексов, в том числе обладающих искусственным интеллектом.
Надежность и качество сложных систем
2020. — Выпуск 2
Содержание:
Актуальность и цели. Рассматривается задача группового оптимального управления с фазовыми ограничениями. Для задачи характерно наличие двух видов ограничений: статических и динамических, что значительно усложняет постановку задачи и делает практически невозможным применение фундаментального принципа максимума Понтрягина ввиду коллосальной вычислительной сложности. Возникает необходимость применения численных подходов. Материалы и методы. Рассмотрены два альтернативных численных подхода к решению задачи оптимального управления с фазовыми ограничениями. Сравнивается новый метод синтезированного оптимального управления с одним из прямых подходов на основе конечномерной оптимизации на примере решения задачи управления группой мобильных роботов в сложной среде с фазовыми ограничениями. Метод синтезированного оптимального управления основывается на многоточечной стабилизации относительно некоторых оптимально расположенных точек в пространстве состояний. Предполагается, что такой подход, включающий в себя дополнительный этап синтеза системы стабилизации, позволит увеличить надежность работы системы даже при наличии помех или иных малых возмущений. Результаты. Представлена численная реализация рассматриваемых методов. Полученные решения исследуются при наличии шума и неопределенностей в модели и начальных условиях. Введение в модель объекта управления случайной составляющей в виде шума показало, что метод синтезированного оптимального управления оказался менее чувствительным к неточностям модели и случайным помехам в начальных условиях. Выводы. Особенность метода синтезированного оптимального управления состоит в решении на первоначальном этапе задачи численного синтеза системы управления обратной связи, позволяющей стабилизировать объект управления в некоторой точке пространства состояний. Это позволяет при дальнейшей практической реализации полученного на втором этапе оптимального управления нивелировать небольшие возмущения или неточности модели объекта управления. Ввиду того, что модель объекта управления никогда не известна абсолютно точно, то такой подход представляется более надежным и целесообразным, чем прямые методы, с точки зрения прикладного применения.
Ключевые слова
Работа направлена на исследование условий нормальности принципа максимума Понтрягина для общих задач оптимального управления с фазовыми ограничениями, в которых фазовые ограничения задаются равенствами и неравенствами. Нормальность доказывается при условии регулярности, сформулированном в терминах предельного нормального конуса к допустимому множеству управления. Нормальность принципа максимума следует из условия регулярности, если одна из концевых точек свободна. При этом рассматривается случай замкнутого управляющего множества. Приводится оценка множителей Лагранжа, отвечающих за фазовые ограничения типа равенств, которая тесно связана со свойством регулярности траектории относительно фазовых ограничений этого типа. Отметим, что задачи оптимального управления с фазовыми ограничениями играют важную роль в моделировании различных технических процессов и систем.
Ключевые слова
Выбранный в статье подход с позиции системного анализа демонстрирует методологию создания теории безопасности с учетом воздействия субъекта на работу исследуемого объекта внутренних и внешних возмущений. Продемонстрированы в качественном виде показатели безопасности в пространстве состояний, а также методы построения схем формирования оценки безопасности на основе информации и деформации параметрической области безопасности при различных возмущениях. Данный подход применим для обоснования методологии безопасности робототехнических систем и аэромобильных комплексов, в том числе обладающих искусственным интеллектом.
Ключевые слова
Для класса векторнозначных функций с фиксированной мажорантой модулей непрерывности старших производных в работе рассматривается задача восстановления функций из этого класса по значениям на них заданного числа линейных векторных функционалов путем комбинирования этих значений с помощью скалярных функций. Установлена слабая асимптотика поведения в зависимости от числа функционалов величины наилучшей точности восстановления в этой задаче. Настоящая статья продолжает исследования, проводившиеся автором в отношении классов вещественнозначных функций конечной гладкости, распространяя их на классы векторнозначных функций. Рассмотренный в работе способ восстановления векторнозначных функций является развитием понятия линейного n -поперечника применительно к ситуации, в которой осуществляется приближение векторнозначных функций. Полученные результаты могут быть использованы для построения алгоритмов, восстанавливающих многомерные объекты.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Повсеместная роботизация и современная высокопроизводительная технология изготовления роботов требуют от разработчиков систем автоматического управления таких же высокопроизводительных методов создания систем управления этими роботами. Обычная процедура построения систем управления включает разработку математической модели объекта управления, робота, формализацию задачи управления, разработку нового или применение одного из существующих методов для решения формальной математической задачи и реализацию полученного решения на бортовом процессоре объекта управления, робота. Одной из наиболее известных задач управления является задача оптимального управления, сформулированная Л. С. Понтрягиным [1]. В самой книге неоднократно указывается на техническую направленность полученных результатов, в частности в аннотации к монографии сказано: «Этот принцип (имеется в виду принцип максимума Понтрягина) позволят решать ряд задач математического и прикладного характера…», далее там же: «Книга представляет интерес… и как руководство, которым могут пользоваться инженер и конструктор». Как показали дальнейшие исследования, что даже реализация численного метода решения краевой задачи, к которой приводит принцип максима Понтрягина, представляет собой существенную проблему [2]. Но если эту проблему с помощью современных вычислителей еще как-то сегодня решают, то вопрос о том, что дальше делать с полученным решением и как его реализовывать в реальном объекте управления, остается открытым. Считается, что для реализации решения, необходимо построить дополнительную систему стабилизации, но единого мнения и метода, как это сделать, не существует. Настоящая работа посвящена исследованию методов реализации решения задачи оптимального управления. В связи с ужесточением требований к времени создания систем управления робототехническими устройствами эта проблема становится чрезвычайно актуальной. Материалы и методы. В работе приводятся исследования различных методов синтеза систем стабилизации движения объекта управления по заданной траектории. Рассматриваются как классические технические и аналитические подходы, так и современные вычислительные методы, основанные на применении эволюционных алгоритмов. В качестве одной из альтернатив предложено переформулировать задачу оптимального управления с включением в ее постановку задачу синтеза системы стабилизации. Результаты. Приведены различные подходы к реализации решения задачи оптимального управления в системе управления реального объекта. Продемонстрированы проблемы, достоинства и недостатки рассмотренных методов синтеза систем стабилизации движением объекта управления по заданной траектории. Сформулирована задача оптимального управления, включающая этап синтеза системы стабилизации движения по оптимальной траектории. Выводы. Рассмотрены и исследованы с точки зрения прикладной реализации различные методы синтеза системы стабилизации достижения объекта управления по заданной траектории. Результаты исследования показывают, что либо разработанные известными методами системы стабилизации не обеспечивают точного движения объекта управления по заданной траектории с сохранением значения критерия качества, либо постановка задачи синтеза управления оказывается существенно сложнее задачи оптимального управления и ее решение требует разработки новых вычислительных методов. Все системы стабилизации изменяют математическую модель объекта управления, которая рассматривалась при решении задачи оптимального управления, поэтому с точки зрения исходного критерия качества движение по заданной траектории реального объекта не является оптимальным.
Ключевые слова
Представлены методики прогнозирования надежности создаваемых устройств, проектирование устройств с заданной надежностью и сравнение надежности различных КС. С этой целью излагаются фундаментальные вопросы из теории надежности для проектирования КС, методы сбора и обработки данных о надежности аппаратуры по результатам эксплуатации и специальных испытаний на надежность. Разработаны методы, математические модели и проведен анализ структуры аппаратуры на этапе проектирования и при изготовлении. Приведены расчетные соотношения при различных видах резервирования в испытаниях, продления сроков эксплуатации блоков КА, основа которых - методология оценки остаточного ресурса. Систематизированы и изучены существующие методы анализа надежности. Изложены проблемы неопределенности информации по входным данным при расчетах классическими методами. Изучено влияние отклонения внешних воздействий от номинальных значений, непостоянность интенсивности отказов, нелинейный характер влияния внешних факторов на надежность. Исследован характер влияния внешних факторов на надежность и степень учета факторов в существующих методах. Отмечено, что качественные, организационно-технические (конструктивные и программные) требования по надежности, задаваемые в ТЗ для каждой стадии создания элементов КС в целом, должны выполняться и подтверждаться на соответствующей стадии работ. Представлены методики оценки ресурса технических объектов, среди которых важное место занимают методики, основанные на физических предпосылках расходования ресурса. Отмечена важность экономического аспекта исследования проблемы продления сроков эксплуатации КС. Постулируется, что принцип сравнимости результатов количественных оценок ТС предполагает использование единого состава исходных данных за определенный отчетный период времени, единство используемых обобщенных и частных показателей, а также единство принятых допущений и ограничений. Подчеркнуто, что все отказы и неисправности, выявленные на комплексе, независимо от того, повлияли ли они на результаты испытаний или нет, должны быть учтены, на них должны быть составлены информационные документы (сообщения о неисправности или рекламационные акты, акты исследования, подтвержденные протоколами исследования). Системный подход к анализу и оценке ТС предполагает комплексное рассмотрение на каждом этапе результатов анализа обобщенных и частных показателей технического состояния как единой системы взаимосвязанных величин и принятие решения на основе обобщенных показателей с использованием значимости частных показателей. Рассмотрены сущности методов определения периодичности технического состояния, указаны условия применения, а также достоинства и недостатки каждого метода. Показано применение общей и поэлементной постановки оценки состояния сложных механизмов с использованием диагностической матрицы и теории распознавания с целью определения состояния технических объектов. Описаны этапы общего процесса диагностирования объектов, состоящие из определения изменения параметров при воздействии на элементы объекта и дальнейшей обработки полученных результатов с применением методов синтеза и анализа.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Исследование направлено на разработку методов и средств повышения эффективности управленческой деятельности в региональных ситуационных центрах для обеспечения безопасности функционирования и развития социально-экономических систем. Материалы и методы . На основе совместного применения энтропийных моделей и качественных методов оценки эффективности программно-технических средств автоматизации управления предложен комплексный подход к выбору и оценке качества конфигурации систем поддержки принятия решений ситуационных центров региона. Применение подхода позволяет определить состав и структуру систем поддержки принятия решений ситуационных центров с точки зрения обеспечения полноты ситуационной осведомленности на всех уровнях управления и с учетом функциональных и нормативных требований к режимам ситуационного управления. Результаты и выводы. В ходе исследования проведен анализ информационной структуры управления безопасностью в ситуационных центрах. Построена и исследована структурная модель процесса принятия решений и рассмотрены реализующие ее процедуры. На основе этого предложены критерии оценки эффективности и постановка задачи выбора конфигурации систем информационной поддержки управления по этим критериям. Приложение разработок показано на примере ситуационного центра Мурманской области.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Формообразование деталей из наноматериалов и порошковых композитов традиционными и аддитивными (3D) технологиями в условиях «умных» производственных систем (УПС) представляет сложную динамическую систему, элементами которой необходимо управлять с учетом изменения параметров технологического процесса и оборудования для получения качественной детали (изделия). Материалы и методы . Гибкость и экономичность новой продукции на основе УПС с цифровым моделированием с применением синтеза традиционных и аддитивных технологий зависит от качества материала. Результаты и выводы . Анализ методов получения наноматериалов показал, что в зависимости от способа получения нанокристаллических материалов формируется различная структура наноматериалов, влияющая на гибкость и скорость внедрения новых технологий, которые необходимо контролировать и диагностировать лазерными, инфракрасными, волоконно-оптическими датчиками системы индустриальной компьютерной томографии для обеспечения высокого качества, безопасности и экологичностьи в условиях работы УПС «умной». В качестве источника энергии для технологий УПС рекомендуется применять энергию на основе лазерного и плазменного излучения; электронного луча и ионного воздействия с системами адаптивного диагностического (интеллектного) управления.
Ключевые слова
Проведен анализ эргатического программно-технического комплекса, получившего название «авиационный тренажер», использующегося сейчас для профессиональной подготовки летчиков, для наработки навыков пилотирования летательного аппарата во время особых случаев в полете. Такой традиционный подход является следствием возможностей программно-технических средств, которые использовались в конце XX в. В частности, обучение пилотированию летательного аппарата подразумевает и обучение вязальной посадке на модель ВПП абстрактного аэродрома с визуальным наблюдением прилегающей местности. Размер модели полетов, пролетая над которым, летчик мог визуально ориентироваться, составляет не более чем 15×15 км. В центре такого района находится центр модели ВПП. Однако современное состояние науки и техники позволяет расширить модель района полетов до размера 1500×1500 км, обеспечить летчиков обучением решению задач самолетовождения с визуальной ориентацией по моделям реперных объектов, видимых через остекление кабины авиационного тренажера, на экране имитатора тепловизора и на экране имитатора радиолокатора. При этом сохраняется возможность определения места нахождения модели летательного аппарата в модели внешней среды по показаниям имитаторов радиотехнических средств самолетовождения и контроля выхода в/на поворотный пункт маршрута методом счисления пути. Рассматриваются основные требования к отдельным узлам авиационного тренажера, позволяющие расширить число учебных ситуаций, добавив решение задач самолетовождения с визуальным контролем пролета моделей реперных объектов в поворотных пунктах маршрута.
Ключевые слова
Рассматривается возможность применения однослойных персептронов с различным количеством скрытых нейронов для классификации электрорадиоизделий на классы годных и потенциально дефектных изделий. В качестве исходных данных используются прогнозируемый (выходной) и информативные (входные) параметры микросхем. Обучение сетей проводилось с использованием программы «Dеduсtоr Асаdеmiс», которая позволила определить основные параметры сети: значения синаптических весов и порогов для каждого нейрона. После обучения каждой сети были определены отклики на каждый пример обучающей выборки и сравнены с эталонными значениями. Оценка эффективности сетей проводилась по точности моделирования и классификации.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Для повышения эффективности эксплуатации авиационной техники за счет снижения расходов и повышения качества ее обслуживания в нынешних условиях возникает необходимость использования современных подходов к постановке и решению многокритериальной задачи оптимизации действующих организационных структур, в частности, авиационно-технических центров (АТЦ). Материалы и методы . Для реализации этой идеи проведен анализ теории и практики как функционирования действующих, так и вновь создаваемых организационных структур обслуживающих производств, который показал, что задача создания универсальной модели описательных языков организационных структур и производственных процессов сводится к разработке методов и средств распознавания функциональных состояний бортовых систем бортового комплекса оборудования ВС и их компонент. Поставлена и решена задача проектирования системы технического обслуживания ВС. Показано, что предлагаемая универсальная модель в рамках точного формализма позволяет представить действия и взаимодействия компонентов организационной структуры авиационно-технических центров. Результаты и выводы . Предложена методика, позволяющая оценить стоимость проекта модернизации обслуживающего производства авиакомпании из оценок отдельных элементов операционного комплекса.
Ключевые слова
Продовольственная безопасность является ключевой проблемой государственной безопасности. Она реализуется системами государственного и частного продовольственного обеспечения. Выбор оптимального варианта этой системы есть важная технико-экономическая задача. Ее решение невозможно без теоретического обоснования и разработки методов оценки уровня продовольственной безопасности и средств на ее обеспечение. Предлагаемые в работе универсальный, нормированный показатель продовольственной безопасности и методика его расчета позволят решить эту задачу. Более того, с его помощью легко формализуется задача управления продовольственными запасами в виде государственного, регионального или частного резерва. Если же определять доступность или обеспеченность продовольствием через цены на продукты, то представляется возможность формализовать задачу формирования и управления политикой цен на продукты для населения.