+
Надежность и качество сложных систем
2020. — Выпуск 3
Содержание:
+
В современном мире невозможно представить свою повседневную жизнедеятельность без информационных технологий. История становления распространяется на весь прошлый век, а то и раньше. Прорывной этап в применении информационных технологий произошел в конце ушедшего столетия. В настоящее время мы уже не видим современную жизнь без повсеместных информационных гаджетов, основными уникальными характеристиками стали глобальность, доступность и работа в режиме реального времени, так называемый «онлайн». Масштабность применения информационных технологий продемонстрировали свою как повседневную социальную эффективность, так и организацию жизнедеятельности в условиях кризисных ситуаций, в том числе последней чрезвычайной ситуации бактериологического характера, пандемии международного характера. Особый современный параметр «многосферность» - задействование для решения задач социально-экономического и иного характера, компьютеризированных информационных систем (аппаратно-программных комплексов), относящихся к организации управления, обеспечивающих информационных технологий, технических комплексов, находящихся в различных (удаленных) территориях, акваториях, воздушно-космическом пространстве. В работе сделана попытка отражения современного уровня развития и применения информационных технологий в целях обеспечения безопасности дорожного движения на примере совершенствования информационного обеспечения подразделений Госавтоинспекции РФ.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Актуальность и цели. Современные и перспективные сложные технические системы (в дальнейшем для краткости по тексту - система) характеризуются усложнением структур соединения и повышением требований к надежности элементов. Учитывая приоритет важнейшего этапа эксплуатации систем - применения по назначению, предназначим методологию оценки безотказности как свойства, отражающего основное содержание надежности. Для большинства элементов табуляция значений статистических показателей безотказности в процессе обработки данных из сферы эксплуатации систем не представляет значительных вычислительных трудностей. Однако при анализе безотказности систем, данные о наработке до отказа элементов которых отсутствуют (например, для элементов, сравнительно недавно принятых в эксплуатацию или при отсутствии информации об условиях функционирования элемента, вновь веденного в структуру разработанной или модернизированной системы), прямая алгоритмизация инженерных методик, основанных на сборе статистической информации, не представляется возможной. Целью работы установлена разработка взаимосвязанной совокупности математических и логических блок-схем получения и применения фактических знаний в программно-математическом обеспечении процедуры расчета безотказности систем неодинаковой степени статистической определенности. Материалы и методы. Перспективным направлением в подобных исследованиях является дифференцированная селекция апробированных методов физической надежности с выбором соответствующего математического и алгоритмического аппарата непосредственного вероятностного моделирования систем. Результаты. Предложена блок-схема и рассмотрен вариант практического приложения синтезированного алгоритма имитационной оценки безотказности систем различной энтропии (далее по тексту - алгоритм). Выводы. C применением разработанного алгоритма отсутствует необходимость в декомпозиции систем, а потенциал многократных повторений результатов случайного процесса смены технических состояний элементов и систем предопределяет возможность получения больших выборок с высокой точностью программной компиляции.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
В самых разных сферах человечество использует сегодня сложные технические системы. Это автоматизированные производства, космические аппараты, атомные станции и пр. Подобные системы состоят из множества приборов, датчиков, исполнительных механизмов, объединенных в подсистемы различного назначения. Для выполнения системой поставленных перед ней целевых задач необходимо обеспечить согласованное во времени и по логике управления функционирование входящих в ее состав устройств. Средства управления должны реализовывать надежное и гибкое «интеллектуальное» управление в различных смыслах, анализируемых в статье. Описывается применение логики управляющих алгоритмов реального времени, ранее предложенной автором, для случая ограниченных доступных ресурсов. Также описаны специальные инструментальные программные средства поддержки верификации и синтеза необходимых средств управления.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Актуальность и цели . В последние десятилетия ХХ в. появилась новая наука - физика неравновесных процессов, оперирующая новыми понятиями: самоорганизация и диссипативные структуры, и по-новому описывающая однонаправленность времени (стрелу времени) и термин «необратимость». Этот термин тесно связан с центральным принципом книг [1-3]: асимметрией времени и оператором внутреннего времени, следовательно, с сущностью понятия долговечность в терминах надежности и безотказности и эффективности структурно и функционально сложных систем (СФСС) и, что особенно важно, критически важных технических систем. В своей книге [1], первое издание которой вышло в свет еще в 1980 г., нобелевский лауреат И. Р. Пригожин изложил формулировку трех главных тезисов для включения необратимости как фундаментального принципа современной науки: необратимые процессы столь же реальны, как и обратимые; необратимые процессы играют существенную конструктивную роль в физическом мире; необратимость глубоко связана с динамикой. Прошла почти половина века после этого события, а учет эволюции времени как главного фактора в инженерных расчетах конструкций систем практически нигде не используется. В подавляющем большинстве государственные стандарты по вопросам долговечности как в нашей стране, так и за рубежом по-прежнему основаны на методах классической динамики теорий длительной прочности. Такие методы, конечно, необходимы, однако перспективные вопросы учета эволюции времени в модусах «прошлое - настоящее - будущее» для объектов, сроки применения которых могут исчисляться многими десятилетиями (а таких уже немало), бесспорно, должны стать достижениями соответствующих НИИ и КБ. Поэтому целью данной статьи является анализ свойств необратимости процессов именно на всех этапах жизненного цикла СФСС в свете оценки таких показателей долговечности, как ресурс, срок службы и их остаточные значения в современной проблеме времени «прошлое - настоящее - будущее». Материалы и методы . Для реализации этой идеи проведен краткий анализ существующих подходов к оценке долговечности сложных систем с применением теории операторов функционального анализа. Результаты . В статье подробно проанализированы детерминированные и вероятностные концепции природы времени и роль закономерностей необратимых процессов в этих концепциях. Выводы . 1. Систематизированы следствия из принятия второго начала термодинамики как фундаментального факта. 2. Хаос к несводимому вероятностному описанию динамических систем. 3. Оператор внутреннего времени Т - это нелокальный оператор, порождающий новое описание классической динамики для сильно неустойчивых систем. 4. Применение оператора внутреннего времени системы позволяет по-новому оценивать «возраст» оборудования СФСС, соответствующий средним значениям таких показателей долговечности, как ресурс, срок службы и их остаточные значения.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Актуальность и цели. Приведена аналитическая модель при постоянном периоде между проверками и при недостоверном контроле технического состояния. Модель направлена на совершенствование технических систем при их проектировании и при обслуживании в процесса эксплуатации. Целью статьи является формирование такой модели. Материалы и методы. Модель основана на описании процессов при эксплуатации объекта с одновременным использованием марковской модели в непрерывном времени и полумарковского процесса. Модель применима для объектов и систем, в которых используется электронное оборудование. Результаты. Получена зависимость расчетных значений вероятностных и временных показателей надежности от периодичности проверок, интенсивности отказов и вероятностей ошибок контроля I и II рода. Выводы. Модель является результатом обобщения и совершенствования моделей эксплуатации технических систем, построенных на электронном оборудовании. Достоверность модели подтверждена математическими обоснованиями и представлениями о системе мониторинга технического состояния.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Доказывается потребность в достоверном периодическом контроле вибрационного состояния современных сложных систем с целью обнаружения в них дефектов на возможно более ранних стадиях их развития. Приведено описание процесса износа подшипников качения и связанной с ним динамики параметров вибрационного сигнала. Проведен анализ требований стандартов к чувствительности средств вибрационного контроля. Проведен анализ установленных действующими стандартами зон вибрационного состояния и возможностей современного контрольного оборудования определять, в какой из этих зон находится контролируемая сложная техническая система. Приведено описание технической сущности предлагаемого в статье способа контроля вибрационного состояния движущихся механизмов. Приведена схема реализации этого способа. Проведен анализ литературных источников, описывающих различные аспекты анализа вибрационного размытия изображения тестового объекта круглой формы. Проведен анализ частотного диапазона контролируемого предлагаемым способом вибрационного сигнала. Обоснован прогнозируемый уровень порога чувствительности системы, реализующей предлагаемый в статье способ контроля. Приведено описание экспериментальной апробации способа. Представлен и проанализирован экспериментальный график последовательности вибрационных приращений площади изображения круглой метки. Приведено описание принципов формирования инварианта скорости изменения амплитуды вибрационного перемещения, на основе которого осуществляется выявление и оценка интенсивности, скрытой на фоне шумов тенденции изменения во времени параметров вибрации испытуемого источника.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
The paper considers an approach to synthesizing the structure of a multi-channel data-measurement system. The information and measurement system is a complete metrological product and is designed to receive measurement information from primary temperature transmitters operating on different physical principles. The four channels of the data-measurement system have a contact and non-contact method for measuring temperature. A method for synthesizing the structure of measuring channels of the system is proposed. The General essence of the proposed approach is to consistently select the elements of the measuring channel of the system, taking into account the requirements of the field of operation, metrological requirements, as well as design and technological requirements. Thus, the resulting structural model of the data-measurement system meets the basic requirements, such as multi - channel measurement of a physical quantity-temperature, direct communication with the measured object, automatic control and processing of measurement information. An information model of the system is proposed that allows evaluating the nature of the information process when measuring several homogeneous physical quantities in a multi-channel data-measurement system.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Актуальность и цели. Исследованы проблемы тестирования нейронных сетей, применяемых в интересах повышения надежности и качества сложных технических систем. Выявлены условия, при которых возможно оперативное и корректное тестирование качества принимаемых решений большими нейронными сетями на малых выборках. Материалы и методы . Выполнена оценка вероятности ошибок первого рода (ошибочного отказа от признания образа «Свой») на основе тестирования без сокращения тестовой выборки. Показано, что для нейросетевых решений в форме бинарного кода оценка вероятности ошибок второго рода (ошибочное принятие образа «Чужой») может быть осуществлена при значительном сокращении объема тестовой выборки. Результаты и выводы. Выявлено логарифмическое снижение объема тестовой выборки при переходе от статистического анализа обычных кодов к статистическому анализу расстояний Хэмминга между кодом образа «Свой» и кодами образов «Чужой». Представлена математическая модель вычисления вероятностей ошибок второго рода доверенного нейросетевого приложения на малых выборках. Обоснована необходимость дальнейшей стандартизации доверенных приложений искусственного интеллекта, позволяющих повысить надежность и качество сложных технических систем.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Для беспилотного транспортного средства в сложных условиях, когда пространственные ограничения серьезно сужают пространство допустимых состояний, стратегия выбора пространства состояний более эффективна, чем выборка в пространстве управлений. Хотя это было очевидно, практический вопрос заключается в том, как его достичь, одновременно удовлетворяя жестким ограничениям динамической осуществимости транспортного средства. В этой статье представлена система управления беспилотного транспортного средства на основе контроллера модели прогнозирующего интегрального пути (MPPI), глубокой сверточной нейронной сети (CNN) для понимания сцены в реальном времени и метода оптимизации роя частиц (PSO) для нахождения вектора оптимальных параметров функции стоимости. Метод основан на оптимизации функции стоимости, которая определяет, где на поверхности пути должно двигаться транспортное средство.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Актуальность и цели . Известно, что математическое моделирование позволяет разработчикам сравнивать и обоснованно выбирать параметры формирования и обработки сигналов различных систем, в том числе с учетом сочетания неидеальности технических средств и многообразия условий применения. Длительная история разработки и совершенствования радиолокационных станций (РЛС) привела к накоплению наукоемких математических моделей, разработанных с использованием часто несовместимых по коду программных модулей. В ряде случаев, например, при построении системной модели устройства или переводе моделей на новую вычислительную платформу, требуется организовать возможность совместной работы моделей в рамках единого программного комплекса. Материалы и методы . В статье рассмотрен программный комплекс, предназначенный для моделирования радиолокационных сигналов бортовых РЛС. При этом интерфейс пользователя, выбор параметров радиолокационной сцены и управление процессом моделирования реализованы на языке высокого уровня Delphi, а в качестве вычислительного ядра выбран MATLAB. Взаимодействие Windows-приложения пользователя с MATLAB выполняется по протоколу UDP по интерфейсу Ethernet, так что среда MATLAB физически может располагаться на удаленном сервере. Весь процесс моделирования радиосигналов поделен на пять последовательных шагов, на каждом из которых выполняется одна модель. От шага к шагу переменные сохраняются в рабочем пространстве MATLAB. Выводы . Такой способ построения программного комплекса позволил выполнить условия быстрой разработки функционального дружественного интерфейса пользователя, использования нескольких математических моделей с применением матричных вычислений и комплексных чисел, реализации быстрой коллективной разработки и доработки математических моделей комплекса без перекомпиляции Windows-приложения пользователя. Приведены конкретные примеры моделирования радиосигналов и изображений с помощью предлагаемого программного комплекса, основанного на применении протокола UDP и MATLAB в качестве вычислительного ядра.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Приведены результаты идентификации нелинейной модели беспилотного транспортного средства в симуляторе Gazebo на основе нейросетевой авторегрессионной модели. Сложность данной задачи заключается в том, что динамические характеристики объекта управления могут существенно меняться. Данные о движении по пространственной траектории беспилотного транспортного средства для обучающей выборки были получены в Робототехническом центре ФИЦ ИУ РАН. Параметры модели были найдены методом роя частиц. С помощью идентифицированной модели экспериментально были сравнены методы управления в реальном времени. Управление осуществлялось на основе ПИД-регулятора, метода прогнозного управления и идентификатора на основе искусственных нейронных сетей. В сравнительном эксперименте для более точной оценки метода идентификации модель была подвергнута случайным воздействиям, траектория движения объекта управления была существенно усложнена.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Background . The research objective is development of models and technologies for dynamic synthesis and configuration of the distributed multi-level systems of regional security network-centric control. It is essential to property improving of information and analytical support of management activity in situational centers of the region and interaction efficiency enhancement between security operators control under critical situations. Materials and methods . The multi-agent system technology serves as the basis for network-centric control implementation tool. The research methodology is based on application of the modified self-organization model of agent coalitions in the peer-to-peer distributed systems on the basis of gradient computational fields. That provides flexible synthesis of the scalable network-centric operating workspaces for virtual control centers of regional security and its system integration within the regional information environment. Results and conclusions . Models and technology for dynamic synthesis and configuration of multi-agent decision support systems and associated resource virtual networks for each control field of regional security have been developed. Technology implementation in practice allows formation of network-centric digital platform for security control of the region and potential feature spectrum extension of the existing system of distributed situational centers.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Актуальность и цели. Потребность категорирования потенциально опасных объектов обусловлена необходимостью обеспечения единства подходов к управлению безопасностью объектов, включая вопросы создания и совершенствования систем обеспечения безопасности, проведения соответствующих мероприятий по защите и оценке их эффективности. Разработанная методика категорирования потенциально опасных объектов по степени защищенности представляет собой востребованный практикой математический инструмент, обеспечивающий эффективное управление безопасностью объектов. Материалы и методы. Описана процедура категорирования потенциально опасных объектов, предполагающая нахождение информативного множества признаков классификации и обоснование или выбор критериальных значений, позволяющих объединять потенциально опасные объекты в категории (классы). Условные границы категорий объектов определяются по значениям показателей категорирования, которые количественно (или качественно) описывают существенные для решаемой задачи стороны объекта. Результаты. Предложен новый способ категорирования потенциально опасных объектов по степени защищенности с применением логарифмической шкалы. Такой способ позволяет получить оценку категории объекта в виде числа из натурального ряда чисел, расположенных в диапазоне от 1 до 6, что удобно при рассмотрении экономической стороны вопроса и при разработке математических методов поддержки принимаемых решений. Приведен пример категорирования объекта по степени защищенности с применением логарифмической шкалы. Выводы. Предлагаемая методика является основой обоснования необходимого и достаточного уровней безопасности потенциально опасных объектов определенной категории с учетом риска аварии в результате воздействия антропогенных, техногенных и природных факторов, а также с учетом экономии и рационального использования ресурсов, требуемых для обеспечения эффективного управления безопасностью объектов различных категорий.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Актуальность и цели. При проектировании и создании технических объектов, в частности компонентов авиационных систем, встает вопрос о надежности и качестве их эксплуатации. Путями повышения надежности и качества эксплуатации систем являются: диагностика и прогнозирование, а также управление этими объектами. Для решения описанных задач необходима математическая модель исследуемого технического объекта, которая автором получается из анализа физико-химических процессов потенциально-потоковым методом и из результатов испытания этих систем. Трудоемкость описанных действий обуславливает необходимость их программной реализации, в общем случае распределенной (если размерность системы большая). Целью настоящей работы является разработка методов программной реализации построения математических моделей технических объектов из потенциально-потоковых уравнений процессов в них и результатов испытания этих объектов. Материалы и методы. Потенциально-потоковый метод был программно реализован автором с использованием модельно-ориентированного проектирования (стандарт modelica). Программно реализуется расчет различных динамик физико-химических процессов при различных параметрах потенциально-потоковых уравнений с дальнейшей аппроксимацией на множестве этих возможных динамик формальной модели в их заданном классе. Экспериментальные исследования формальных параметров этих моделей с дальнейшим построением моделей (из формальных моделей) осуществляются статистическими методами. Результаты. На основе описанных методов в настоящей работе представляется структура программной реализации методов построения математических моделей систем из анализа физико-химических процессов в них и результатов испытаний этих систем. Выводы. Результаты работы позволяют создать программно-аппаратный комплекс, позволяющий из заданной пользователем структуры физико-химических процессов в техническом объекте строить формальные математические модели, затем из имеющихся экспериментальных данных (в частности, собранных этим комплексом) строить математические модели этих систем. Так как в общем случае этот комплекс представляет собой горизонтально масштабируемый вычислительный кластер, то это дает возможность строить описанные модели систем произвольной сложности.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Загружаем данные из библиотечной системы...
Вверх