В практике отработки (испытаний) создаваемой системы, как правило, воспроизводится более узкий спектр нагрузки, поэтому при разных других условиях разброс результатов испытаний будет существенно меньше разброса этого же параметра в условиях реальной эксплуатации. Кроме того, экспериментальная оценка исследуемого параметра, полученная по результатам испытаний, является схожей по физической природе, поскольку в процессе испытаний воспроизводится не весь спектр нагрузок, а те нагрузки, которые задаются и имеют ту или иную степень приближения. Это объясняется тем, что точное моделирование всего спектра нагрузок практически неосуществимо, а экономически нецелесообразно. Возникает проблема сравнения разных методов испытаний и пересчета их результатов. В статье приводятся варианты применения критериев подобия к различным процессам при отработке (испытаниях) сложных технических систем.
Надежность и качество сложных систем
2020. — Выпуск 4
Содержание:
Доказано существование 5-параметрического семейства точных решений дифференциальных уравнений движения в проблеме ( n+ 1) - тел в случае произвольного закона притяжения, зависящего от взаимных расстояний. Геометрический образ данного решения представляет правильный многоугольник с центром . Тела с массами , находящиеся в вершинах многоугольника, вращаются по коническому сечению или движутся по радиусу от центра или к центру в зависимости от начальных условий. При этом решении сохраняется подобие начальной конфигурации при любом t . Рассмотрены радиальные симметричные решения пространственной ньютоновой проблемы многих тел. Такие радиальные решения существуют при условии, что начальные скорости всех тел, находящихся в вершинах правильных многогранников, направлены вдоль соответствующего радиуса-вектора от геометрического центра фигуры или к этому центру.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Создание и развитие интегрированных систем управления направлено на обеспечение их адекватного реагирования на угрозы и опасности в сфере применения систем. По мере развития технологий, применяемых при создании интегрированных систем, одновременно расширяются горизонты внешних и внутренних угроз и опасностей. В этой связи реализация свойств многофункциональности создаваемых интегрированных систем на основе объединения разнородных функциональных систем и обеспечения их совместной работы в составе системы управления является актуальной научно-технической задачей. Качественно новые возможности интегрированным системам управления дает применение в их составе робототехнических систем. Их создание в составе системы управления требует определения общей организационной и системотехнической основы. Целью работы является уточнение парадигмы создания интегрированных систем управления в части обоснования необходимости комплексного применения функциональных и процессных методов современного менеджмента. Материалы и методы. Рассматривается новый подход к формированию сквозного процесса на основе взаимоувязанной совокупности организационных, организационно-ресурсных и технико-технологических процессов в жизненном цикле интегрированных систем управления. Вводится категория полной группы процессов в целях сосредоточения и координации деятельности всех субъектов государственного заказа по разработке интегрированных систем на формирование рациональной организации сквозного процесса и на этой основе на повышение качества создания интегрированных систем управления. Выводы. Определение процессной основы для создания и развития интегрированных систем с представлением полной группы процессов в их цикле и универсальной схемы декомпозиции целевых и противодействующих процессов позволит проводить моделирование взаимодействия на уровне элементов сквозного процесса, выявление уязвимостей на стыке процессов и обоснование предложений по их устранению.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Вполне возможно, что одной из важных причин большого числа аварий и катастроф является неполный учет при проектировании структурно и функционально сложных систем (СФСС) условий их жизни и в том числе недостатками в расчетах долговечности с учетом неустойчивости и необратимости процессов, протекающих в оборудовании динамических систем. При этом особого внимания заслуживают вопросы одновременного учета существования разнообразных факторов конструктивного и эксплуатационного характера в условиях асимметрии времени в модусах «прошлое-настоящее-будущее». Без знания влияния комплекса факторов внешней среды и их разнообразия невозможно с требуемой точностью предсказывать будущее поведение сложной системы и тем более без знания ее прошлого и значений начальных условий. Неустойчивость и необратимость процессов приводят к разрушению траектории поведения оборудования СФСС и, следовательно, к возможному появлению многообразия структурированных коллективных состояний. А это грозит появлением отказов, аварий и катастроф оборудования сложных комплексов. Исследования неустойчивостей и необратимых процессов в сложных системах привели к образованию стройной теории использования понятия второго (внутреннего) времени, как на микроскопическом, так и на макроскопическом уровнях описания СФСС. Так как из-за случайного поведения траекторий оборудования динамических систем внутреннее время существенно отличается от астрономического времени, оно является оператором, соответствующим величинам в квантовой механике. И вследствие этого оно приводит к глубоким изменениям на функциональном уровне пространственно-временного континуума. Сильно неустойчивые системы с большим числом возможных необратимых процессов являются источником когерентности явлений техногенной безопасности. Если в равновесии или вблизи него состояние оборудования СФСС по крайней мере в течение достаточно долгого периода времени полностью определяется краевыми условиями, то вдали от равновесия возможно появление множества диссипативных структур. Именно поэтому в последние три десятилетия XX и начале XXI в. в качестве обобщенного параметра СФСС используются понятия детерминистического хаоса и аттрактора. В силу сказанного целью данной статьи является анализ структуры и содержания концепции оператора внутреннего времени в теории долговечности сложных динамических систем. Материалы и методы . Концептуальной основой методологии в статье является закон возрастания энтропии и возникновение на его базе асимметрии времени в модусах «прошлое-настоящее-будущее». При этом анализируется новое понятие «внутреннее время», характеризующее необратимые процессы в неустойчивых динамических системах. Такой подход позволил получить аналитические выражения показателей долговечности на базе новой структуры пространства-времени: непротиворечивые средние значения «возраста» систем. Результаты . Сформулирована и раскрыта концепция применения понятия «внутреннее время» в теории долговечности структурно и функционально сложных систем, в том числе и специального назначения.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Исследованы теоретические аспекты управления безопасностью потенциально опасных объектов с целью выработки единого методологического подхода к категорированию объектов по степени защищенности. Материалы и методы . Предложено категорировать потенциально опасные объекты, используя шесть категорий по степени потенциальной опасности и шесть категорий по степени защищенности. Определен основной показатель эффективности управления безопасностью объекта как интегральный показатель категорирования объекта по степени защищенности. Предложен новый методологический подход к категорированию потенциально опасных объектов по степени их защищенности, основанный на учете трех основных факторов: уровня охраны объекта; уровня собственной (технологической) защищенности объекта и уровня защиты информации объекта. Результаты . Обосновано условие обеспечения безопасности объекта - категория объекта по степени потенциальной опасности должна совпадать с категорией данного объекта по степени защищенности. Выработаны практические рекомендации по определению первоочередности и направлений совершенствования системы обеспечения безопасности потенциально опасного объекта для выполнения условия обеспечения безопасности объекта. Выводы. Разработанная система категорирования позволяет обоснованно дифференцировать требования к уровню безопасности каждой категории объектов, а также оценить соответствие системы обеспечения безопасности объекта требуемой категории по степени защищенности объекта, равной категории по степени потенциальной опасности объекта.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Для обеспечения надежности технического объекта проводится его диагностика в условиях эксплуатации по результатам мониторинга показателей функционирования этого объекта. Актуальность задачи обусловлена постоянно растущими требованиями по безопасности и надежности техники. При диагностировании работоспособности технического объекта требуется оценить его состояние по заданным показателям функционирования. При этом могут использоваться методы многомерной классификации, как стандартные статистические, так и специальные методы машинного обучения. Существенными особенностями рассматриваемой задачи являются, во-первых, несбалансированность обучающей выборки: информации о показателях функционирования при неработоспособных состояниях объекта гораздо меньше, чем при работоспособных, и во-вторых, сравнительно небольшой объем выборки (как правило, сотни наблюдений, в отличие от «BigData» в десятки и сотни тысяч в обычных задачах машинного обучения). Цель исследования - разработка программного комплекса, который в автоматическом режиме, анализируя исходные данные о результатах предшествующей эксплуатации, давал бы заключение о работоспособности объекта и прогнозировал бы его состояние по заданным показателям функционирования. Материалы и методы . Для решения задачи диагностики могут быть использованы различные методы машинного обучения: наивный байесовский классификатор, метод опорных векторов, композиционные методы (бэггинг и бустинг) и др. Для повышения точности диагностики могут быть применены агрегированные методы классификации, которые используют комбинацию базовых моделей, построенных на обучающей выборке. При формировании единого решения о работоспособности объекта можно использовать три варианта агрегирования результатов: по среднему значению, по медиане, а также с помощью процедуры голосования. Кроме агрегирования, качество диагностики также зависит от выбранного объема контрольной выборки и способа отбора значимых показателей. Доля контрольной выборки в общем объеме исходных данных (или количество блоков разбиения выборки при кросс-валидации) оказывает неоднозначное влияние на качество классификации: для каждого конкретного технического объекта необходимо оценивать этот фактор индивидуально. Еще один фактор, существенно влияющий на качество диагностики, - это значимость влияния рассматриваемых показателей функционирования на состояние объекта. Рассматриваются два подхода к оценке значимости показателей. Результаты и выводы . Разработан алгоритм и программный комплекс для диагностики технического состояния объекта с использованием агрегированных классификаторов, включающий в себя: разбиение исходных данных на контрольную и обучающую выборки, отбор значимых признаков, построение базовых и агрегированных классификаторов, поиск наилучшего по F -критерию метода, а также возможность прогнозирования состояния технического объекта. Все перечисленные функции рассчитываются в автоматизированном режиме, тем самым для осуществления диагностики технического объекта достаточно загрузить данные о его предшествующих состояниях и программный комплекс подберет оптимальные параметры для получения наиболее точного результата. В качестве объекта исследования использовалась система горячего водоснабжения в городе Ульяновск: контроль проводился по данным, снятым со счетчиков водоснабжения. Путем проведения статистических испытаний показана эффективность разработанных моделей и алгоритмов, при этом значение F -критерия на исследуемых выборках за счет применения агрегирования, выбора объема контроля и отбора значимых показателей увеличилось до 15 % относительно базовых методов.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Cтавится цель - оценить остаточный ресурс изделия для электронного блока. Рассматриваются виды отказов в электронных средствах. Актуальность подобного подхода вызвана экономической целесообразностью, когда невозможна оперативная замена блока. Определение остаточного срока службы является важной концепцией в принятии решений по снижению рисков и смягчению последствий чрезвычайных ситуаций. Ставится задача оценки остаточного ресурса за счет введения ускоряющих коэффициентов при проведении испытаний для различных видов воздействий. Подробно рассматривается влияние дефектов конденсаторов на остаточный ресурс. Материалы и методы . Для предварительной оценки режимов работы электронных схем предложена математическая модель, позволяющая учесть влияние ускоряющих факторов в зависимости от вибраций, температуры и влажности, а также оценить надежность изделия. Для получения зависимости режима работы конденсатора от температуры применяются методы статистической обработки данных, полученных в ходе измерений. Результаты . Предложенная методика позволяет учесть температуру в дополнительном коэффициенте, влияющем на расчет надежности. Коэффициент может применяться как в оценочных расчетах на этапе проектирования, так и при эксплуатации изделия на основе данных, получаемых в реальном времени. Данная методика базируется на известных физических моделях и позволяет добиться хорошего совпадения с экспериментальными данными за счет введения весовых коэффициентов. Выводы . Предложенная методика позволяет на основе предварительно подготовленных данных оценивать остаточный ресурс блока в зависимости от интегрального изменения таких воздействующих факторов, как вибрация, температура, влажность.
Ключевые слова
Рассматривается задача одновременного управления группой роботов. Для каждого робота заданы начальная и конечная точки пути. Особенность заключается в том, что прямолинейное движение роботов из начальной точки в конечную невозможно из-за наличия препятствий. Предполагается, что препятствия имеют круговую форму. Наличие препятствий делает весьма проблематичным использование классических методов синтеза оптимального управления или математического программирования в силу невыпуклости области допустимых траекторий роботов. В основе предлагаемого подхода лежит разделение искомых траекторий роботов на отдельные участки, на каждом из которых нет препятствий. Поиск различных вариантов таких траекторий базируется на теории графов, а движение на каждом из участков без препятствий сводится к задаче синтеза оптимального быстродействия с фазовыми ограничениями. Кроме того, предлагается алгоритм, исключающий возможность столкновения роботов во время движения.
Ключевые слова
В работе проанализированы технологические платформы для построения беспроводных сенсорных сетей. Проведено комплексное сравнение схемотехнических решений типовых узлов. Произведена классификация архитектур и аппаратных решений сенсорных сетей. Предложена типовая структура узла беспроводной сенсорной сети. Обобщены основные аспекты применения для базовых платформ энергоэффективных беспроводных сенсорных сетей. Показано, что основная тенденция развития энергоэффективных беспроводных сенсорных сетей состоит в том, что маломощные устройства из низкого ценового сегмента преобладают в сборе ограниченного, однотипного набора данных, в то время как устройства из верхнего ценового сегмента используются для требовательных приложений и глобальной координации, организации, установки параметров сети. Предложен способ для работы устройств с высокой вычислительной мощностью. Предложен способ модернизации этих узлов для более эффективной работы в области применения.
Ключевые слова
Актуальность и цели. При проектировании печатных узлов бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА) необходимо обеспечить вибронадежность узла. Общие рекомендации заключаются в том, что нужно располагать наиболее чувствительные к внешним вибрационным воздействиям радиоэлементы ближе к краям несущей пластины, где амплитуды изгибных колебаний меньше. Но такой путь оправдан только в том случае, когда весь контур несущей платы будет закреплен и в граничных точках платы будет только амплитуда внешнего воздействия. Крепления реальных печатных узлов и плат БРЭА сильно отличаются от закреплений по контуру. Поэтому амплитуда изгибов контура может быть значительной при формировании той или иной моды колебаний. Проведенный анализ показал, что задача размещения радиоэлементов на плате БРЭА не имеет однозначного решения с точки зрения обеспечения виброустойчивости узла на печатной плате. На кафедре КиПРА ПГУ создан и совершенствуется лабораторный стенд, на котором можно тестировать несущие пластины разрабатываемых узлов на печатных платах. Особенность в том, что воздействия на пластину задаются с четырех мини-вибраторов, расположенных по углам пластины. Это позволяет задавать колебания в фазе во все четыре точки крепления и получать резонансные формы, адекватные нечетным гармоникам; а также задавать колебания в противофазе по противоположным сторонам и получать формы, адекватные четным гармоникам. Материалы и методы . В работе использовались методы теории волновых процессов, планирования и математического моделирования. Результаты. Разработаны условия адаптивного управления задания возбуждающих колебаний, позволяющие сформировать максимум амплитуды стоячей или бегущей волны в требуемом месте платы. В основе управления лежит математическая модель типа «черный ящик» с пошаговым управлением изменением начальных условий возбуждения колебаний. Выводы. Выявлено, что, меняя фазу внешнего воздействия в точках крепления, можно в той или иной степени управлять резонансными колебаниями пластины. Как показали проведенные исследования, изменяются или сдвигаются собственные резонансные частоты, но формы (моды) стоячих и бегущих волн всегда одинаковые, лишь происходит смещение экстремумов амплитуд в плоскости платы.
Ключевые слова
В процессе эволюции компьютерных систем поддержки принятия решений (Decision Support System, DSS) «классические» деревья решений были дополнены новыми способами отображения данных - древовидными картами. Используя иерархическую структуру, древовидные карты обеспечивают осмысленно организованные отображения информации большого объема, что дает преимущества при выработке решения по большим данным. Собирая и обобщая опыт применения обычных деревьев и древовидных карт, авторы поставили цель выработать рекомендации по применению средств визуализации данных в прикладных областях, повышающему качество поддержки решений. Если обычный подход нашел эффективное применение в машинном обучении, то древовидные карты ориентированы на применение «вручную» лицами, принимающими решения. В отличие от первого подхода, опирающегося на объективные числовые критерии оценки качества, эффект от применения древовидных карт субъективен и менее очевиден. Для второго подхода применены данные опросов пользователей во время решения профессиональных задач, связанных с анализом web-страниц «вручную» в процессе полного факторного эксперимента. Среднее время решения задач и экспертные оценки позволили сделать выводы о преимуществах древовидного представления данных и потенциальной возможности повышения качества поддержки принимаемых решений. В заключении статьи обоснован вывод о необходимости комплексного применения средств визуализации данных и ряда других технологий в продуктах второго поколения DSS 2.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Актуальность исследования режимов работы установки для поверки киловольтметров УПК-30ПТ определяется необходимостью достижения высокой точности измерений при использовании нестабильных компонентов. Предметом исследования является влияние параметров входного сигнала на погрешность измерения. Целью работы является определение диапазона временных интервалов работы установки, не влияющего на заданную погрешность измерения. Материалы и методы . Для решения данной задачи рассматривался непрерывный и прерывистый способ воспроизведения сигнала. Результаты . В ходе работы установлено влияние различных режимов работы на точность измерений в установке для поверки киловольтметров УПК-30ПТ. В результате исследования выбран прерывистый режим, обеспечивающий меньшую погрешность измерения. Определен диапазон временных интервалов, в котором должно работать поверяемое устройство, по заданной погрешности. Выводы . Выбор режима работы установки для поверки киловольтметров УПК-30ПТ оказывает существенное влияние на достижение высокой точности измерений при использовании менее стабильных компонентов.
Ключевые слова
Background . The work is aimed at modern theory of complex system security development in the context of an integrated methodology design for critical infrastructure security and resilience (CISR) management and CISR research systematization of regional socio-economic systems. The urgency of the study is conditioned by rising requirements for control operators and means for the purpose of CISR support at the regional level and the need to improve the regional security management system engineered on the basis of situational center network. The objective of research is to develop the theoretical and organizational-technical foundations of CISR management of the region as well as to analyze foreign experience in this field. Materials and methods . The research is carried out by the example of critical infrastructures of the Murmansk region, which is a part of the Russian Arctic. Three key CISR domains (dimensions) of regional socio-economic systems are considered: technological, organizational and societal resilience. The methodological base of the study includes systems approach, conceptual modeling, and convergence of control theory, reliability theory, risk analysis, safety and stability theory methods. Results and conclusions . An overview of the state-of-the-art research in the field of CISR management and an analysis of the existing models and methods applicability to problem-solving in this dynamic object domain are carried out. The novel holistic methodology of CISR analysis and management support is proposed. A conceptual model of CISR control system and a technique for resilience assessment of the regional critical objects and infrastructures have been developed. The application of theoretical developments will in prospect enhance the features of methods and tools used in practice to regional security support within the situational centers of the region, and to specify the information structure and forms of resilience management of the socio-economic systems as well as methods of risk assessment and analysis of the security violation of regional critical infrastructures.
Ключевые слова
Беспилотные и дистанционно пилотируемые летательные аппараты (БПЛА и ДПЛА соответственно) уже сегодня нашли широкое применение в различных областях жизнедеятельности человека. БПЛА активно используются в сельском хозяйстве, мониторинге, логистике, контроле за опасными объектами. Но, как часто бывает при техническом прогрессе, передовые разработки начинают активно применяться в военных целях. И сегодня БПЛА, в том числе малые, стали реальной угрозой, не только для военных, но и для мирных граждан. Целью данной работы является обоснование способов и средств противодействия ударным БПЛА, а также оценка поражающей возможности боеприпаса с выбором формы, массы и материала поражающих элементов. Предложена и обоснована концепция универсального боеприпаса, способного обеспечить оперативный ответ на воздушные угрозы техники и личному составу, исходящие от беспилотных летательных аппаратов.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Борьба с глобальным потеплением и ограничение техногенного воздействия на окружающую среду являются одними из наиважнейших задач, стоящих перед человечеством. Согласно прогнозам, температура на планете к 2100 г. может подняться на 4 °C. Серьезность проблемы подтверждается рядом международных документов и соглашений, содержащих меры по ограничению выбросов парниковых газов. В частности, в рамках 21-й Международной конференции по климату, прошедшей в Париже, было принято соглашение, поставившее целью не допустить повышения температуры на планете более чем на 2 °C. Решением, позволяющим снизить выброс парниковых газов в атмосферу, может стать использование возобновляемых источников электроэнергии, в частности солнечных электростанций. Материалы и методы . В работе использовались статистические данные по солнечной обстановке в Пензенской области. Проведено сравнение с существующими объектами возобновляемой энергетики на солнечных элементах, расположенными в схожих условиях по уровню инсоляции. Приведена оценка экономической обоснованности использования энергии солнца для генерации электроэнергии на территории Пензенской области. Даны рекомендации по техническому исполнению солнечных электростанций на территории Пензенской области, определено оптимальное значение коэффициента покрытия. Результаты . Предложенная методика оценки конструктивных параметров солнечных электростанций может быть применена при строительстве СЭС для повышения эффективности. Адекватность используемой методики подтверждается соответствием полученных результатов данным по действующим ветровым турбинам. Выводы . В результате проведенного анализа выявлено, что Пензенская область обладает достаточным потенциалом для строительства солнечных электростанций, но при существующих ценах на электроэнергию требуется значительное уменьшение стоимости строительства электростанций для достижения экономической эффективности.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Актуальность статьи связана с регулярными случаями попадания птиц в воздушные судна. Цель статьи - показать, сколько требуется человеческих, временных и экономических ресурсов, чтобы вновь ввести воздушное судно в эксплуатацию. Материалы и методы. Рассматривается процесс технического обслуживания авиационного двигателя после столкновения воздушного судна с птицей. Весь процесс описывается в три этапа, включая описание примера, и строго регламентируется производителем воздушных судов компанией AIRBUS. Вся технология, материалы и специальное оборудование указаны в основных документах «Руководство по техническому обслуживанию (Aircraft Maintenance Manual)» и «Руководство по ремонту конструкции воздушного судна (Structural Repair Manual)». Результаты. Также описываются технологии предотвращения попаданий птиц в ВС, используемые в аэропортах на территории РФ. Представлен анализ статистики за 2018 и 2019 гг. Производится оценка степени ущерба. Вывод. Устранение последствий повреждения ВС посторонними предметами является долгосрочным и экономически невыгодным процессом. Актуальность сотрудничества орнитологических служб и аэропортов стоит на первом месте и напрямую влияет на безопасность полетов.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Актуальность работы связана с возможными перерывами в эксплуатации авиационной техники по погодным условиям. Из-за стихии могут отменяться сразу все авиарейсы. Вынужденный простой авиационной техники отрицательно сказывается на работе аэропортов. Цель статьи - показать, сколько требуется человеческих, временных и экономических ресурсов, чтобы вновь ввести воздушное судно в эксплуатацию . Материалы и методы. Методика и процесс технического обслуживания строго регламентируются производителем воздушных судов компанией AIRBUS. Вся технология, материалы и специальное оборудование указаны в основных документах «Руководство по техническому обслуживанию (Aircraft Maintenance Manual)» и «Руководство по ремонту конструкции воздушного судна (Structural Repair Manual)». Результаты. Рассматриваются процесс и порядок технического обслуживания воздушного судна в условиях песчано-пылевой бури. Описан поэтапный осмотр всех элементов и систем самолета, а также произведены оценка ущерба и необходимые замены компонентов. Вывод. Устранение последствий песчано-пылевой бури является долгосрочным и экономически невыгодным процессом. При этом особо важное значение приобретает прогнозирование таких погодных катаклизмов, как песчано-пылевые бури.