В представленной работе рассматривается вариант реализации цифрового двойника системы управления испытательного стенда для цифровых измерительных трансформаторов средствами универсальной SCADA-системы. Основой конструкции испытательного стенда является следящий гидропривод с гидростатическими направляющими. Цифровые измерительные трансформаторы должны иметь срок службы не менее 25 лет, межповерочный интервал - 8 лет и более. Для достижения таких высоких эксплуатационных характеристик необходимо проведение большого количества испытаний для подобных изделий. В частности, для проверки надежности работы этого класса устройств необходимо проведение испытаний на диагностическом вибростенде. Задача создания испытательных стендов на основе следящего гидропривода с гидростатическими направляющими является актуальной научно-технической задачей. Разработана архитектура цифрового двойника системы управления испытательного стенда. Для тестирования функционала приложения выполнено имитационное моделирование работы цифрового двойника системы управления испытательного стенда для цифровых измерительных трансформаторов. Цель исследования: на основе анализа режимов работы испытательного стенда и вариантов реализации цифровых двойников разработать прототип системы управления испытательного стенда для цифровых измерительных трансформаторов средствами универсальной SCADA-системы. Материалы и методы. Поставленные научные задачи решены с применением ключевых методов цифровизации производства, компьютерного и имитационного моделирования взаимодействия цифрового двойника с элементами системы управления испытательного стенда. Результаты. Основным практическим результатом проведенных исследований является разработка цифрового двойника системы управления испытательного стенда для цифровых измерительных трансформаторов. Предлагается при программной реализации цифрового двойника использовать отечественную универсальную SСАDА-систему. Заключение. Анализ вариантов реализации цифрового двойника показал, что применение универсальных SCADA-систем упрощает процесс разработки. Подобные программные комплексы обеспечивают возможность управления автоматизированными технологическими процессами, проведения сбора и обработки данных в реальном времени, отслеживания состояния оборудования и хода производственных процессов, а также быстрого реагирования на любые неполадки. При разработке цифрового двойника использование универсальной SСАDА-системы обосновано. Прототипирование системы управления испытательного стенда выполнено средствами универсальной отечественной SСАDА-системы. Разработан OPC-сервер для обмена данными с микроконтроллером семейства STM32 в приложении Modbus Universal MasterOPC и проект в системе MasterSCADA. Тестирование приложения показало полную работоспособность разработанного проекта.
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
2024. — Выпуск 3
Содержание:
Применение компьютерного зрения для определения геометрии лица при помощи реперных точек является относительно новым подходом в медицине. Актуальность данного исследования обусловлена не только необходимостью разработки новых методов и подходов в определении геометрии лица, но и растущим интересом к развитию и применению искусственного интеллекта в медицине. Цель исследования. Цель данной статьи - разработать математические и нейросетевые алгоритмы, определяющие геометрию лица при помощи реперных точек. Материалы и методы. Для обучения нейронной сети использовалась малая выборка из 1000 размеченных фотографий, находящихся в открытом доступе, на которых изображен портрет человека по плечи анфас. Рассматривались только взрослые (18+) представители европеоидной расы. Разметка фотографий производилась с помощью инструмента графического анализа изображений LabelImg 1.8.6, в котором в режиме графического интерфейса вручную отмечались области нахождения (классы определения) реперных точек. В качестве архитектуры нейронной сети выбрана YOLO 8. Результаты. Было показано, что точность поиска точек обученной на 1000 сгруппированных фотографиях нейронной сетью достигает 98,15 %, что свидетельствует о хорошем определении границ объектов и их классификации. Заключение. Проведенное исследование продемонстрировало успешную разработку и применение нейросетевых алгоритмов для определения альтернативных реперных точек, характеризующих геометрию лица. Полученные результаты подтверждают эффективность предложенной авторами методики в косметологии, а также указывают на ее потенциал для применения в других областях медицины, таких как стоматология, неврология и хирургия.
Ключевые слова
Одним из ключевых параметров качества гальванических покрытий является его толщина, которая должна соответствовать техническим требованиям и обеспечивать необходимую степень защиты от коррозии, износостойкость и внешний вид покрытия. Обеспечение равномерности гальванического покрытия является одной из важных и сложных задач высокотехнологичного машиностроительного производства, для решения которой предложен ряд методов, таких как управление токовыми режимами, расположением электродов в ванне, скоростью потока электролита. Однако в большинстве случаев эти методы требуют решения задачи оптимального многопараметрического управления. Оперативная и точная оптимизация при изменении условий электролиза (электродных потенциалов, состава и свойств электролита), а также при необходимости учета многоэкстремального характера зависимости коэффициента равномерности от параметров процесса (плотности тока, межэлектродного расстояния, скорости потока электролита) является достаточно сложной и неоднозначной многофакторной задачей, ограничивающей применение классических методов для поиска глобального экстремума. В статье исследуется возможность и целесообразность использования интеллектуальных эвристических методов, таких как эволюционные и роевые, для решения данной задачи. Цель. Целью данного исследования является определение эффективности применения генетических алгоритмов и метода роя частиц для решения задачи оптимизации многопараметрического управления процессом нанесения гальванических покрытий. Материалы и методы. Для проведения исследования были использованы методы математического моделирования, методы и программные среды численного моделирования и оптимизации. Результаты. В статье произведены исследования эффективности применения эволюционных и роевых методов оптимизации применительно к процессу нанесения хромового покрытия в гальванической ванне с многими анодами при многопараметрическом управлении плотностью тока, межэлектродным расстоянием и скоростью потока электролита. Наилучшего приближения к экстремуму коэффициента равномерности позволяют достигнуть генетические алгоритмы с использованием операции мутации и метода роя частиц, при этом достижение экстремума с применением метода роя частиц достигается за меньшее количество итераций. Заключение. Результаты исследования обосновывают целесообразность применения эволюционных и роевых методов решения задачи оптимизации многопараметрического управления процессом нанесения гальванических покрытий, при этом можно добиться повышения эффективности данных методов за счет дополнительной настройки.
Ключевые слова
В статье рассматриваются теоретические вопросы разработки ультразвукового бура для проведения бурения грунта на небесных телах в составе роботизированной платформы и формулируются задачи ее управления. Специфика применения бура предполагает широкий диапазон температур при эксплуатации, малое потребление энергии, эффективный рабочий цикл и требование обеспечения сохранности структуры и состава грунта при воздействии на него инструмента. Одним из перспективных направлений разработки являются устройства с вибрационной развязкой от грунта по ультразвуку за счет трансформации ультразвуковых колебаний в повторяющиеся удары звуковой частоты с помощью специально введенного «свободного» тела между ультразвуковой и ударной частью бура (бит). Это позволяет проводить непрерывное бурение независимо от состояния ударного бита, включая его заклинивание. Цель работы состоит в выборе наиболее эффективной конструкции бура и составлении математической модели, обеспечивающей проведение имитационного моделирования. Материалы и методы. Рассмотрены технические решения как отечественных, так и зарубежных авторов, выбран прототип. Проанализированы теоретические работы и обнаружено, что изложенные в них материалы не содержат развернутых математических моделей, необходимых для имитационного моделирования на стадии проектирования и оптимизации конструкции. В теоретической части статьи предлагаются математические модели, полученные на основе эквивалентных параметров, найденных из распределенного описания элементов конструкции бура. Использованы методы математической физики, классической механики и теории подобия. Результаты заключаются в том, что разработаны две альтернативные математические модели. Одна из моделей имеет непрерывное описание с существенно нелинейной жесткостью «стенки» при ударе, при этом ударное движение рассматривается как разновидность автоколебаний. Вторая модель основана на теории удара. Заключение. Проведено параметрическое исследование и получены зависимости частоты колебаний свободного тела от величины ударного зазора, массы тела и амплитуды колебаний концентратора и др. Рассмотренные модели могут быть использованы для имитационного моделирования при разработке конструкции бура. Сформулированы задачи управления роботизированной бурильной платформой с позиции обеспечения работоспособности бура при бурении различных грунтов.
Ключевые слова
Задача оценки остаточного ресурса сложных технических систем становится в последнее время все более актуальной. Для достоверной оценки этого показателя требуется обрабатывать большие массивы данных о текущем состоянии исследуемой системы. При этом задача реконструкции модели развития процессов деградации, приводящих к возникновению отказов, требует решения целого ряда проблем. В связи с этим возникает необходимость применения интеллектуальных методов обработки данных, к числу которых относятся методы анализа аномалий временных рядов. Цель исследования: разработка метода выявления контекстных аномалий временных рядов, позволяющего определить степень развития процессов деградации, которые приводят к возникновению отказов. Методы. Установлена аналогия между методами машинного обучения в контролируемом, полуконтролируемом и неконтролируемом режимах и группами методов обнаружения аномалий, различающихся в зависимости от степени доступности меток, которые характеризуют свойства и признаки соответствующих временных рядов, что позволило с единых позиций оценить особенности простых и сложных аномалий. Результаты. Разработан спектральный метод анализа контекстных аномалий временных рядов, который, в отличие от известных спектральных методов, предусматривающих частотный анализ временных рядов, использует специальный базис экспоненциальных функций; изложена методика расчета спектральных коэффициентов исследуемых временных рядов, на основе которых вычисляется обобщенный атрибут, позволяющий отнести исследуемый случай к нормальной или аномальной группе. Заключение. Предложенный метод оценки остаточного ресурса сложных технических систем на основе анализа аномалий временных рядов позволяет своевременно выявлять возникновение и развитие процессов деградации, приводящих к возникновению отказов, что повышает надежность и безопасность технических систем, а также снижает затраты и время на их обслуживание.
Ключевые слова
В работе представлен сценарный подход к исследованию протестного потенциала в обществе с использованием математического аппарата теории графов и программного комплекса имитационного моделирования. Цель. Работа направлена на построение сценарно-когнитивной модели, отражающей ключевые факторы, такие как: уровень депривации населения, общее благополучие, социальные страхи, доверие к власти, социальные ожидания, стабильность социальных структур. Материалы и методы. В качестве метаматематического аппарата в проведенном исследовании используется модель функциональных ориентированных графов, которая, в свою очередь, является развитием классической когнитивной модели. При программной реализации для расчета э-сценариев поведения вершин применен метод линейного регрессионного анализа данных. Результаты. Приведены результаты сценарного исследования построенной модели, получены прогнозные сценарии динамики развития протестного потенциала общества при различных условиях и воздействиях. В основе исследования лежит изучение возможной реакции сложной системы на внешние деструктивные воздействия и предлагается комплекс мер по противодействию таким воздействиям на социальную динамику. Сценарная методология объединяет теорию графов для представления сложных взаимосвязей между ключевыми факторами и имитационное моделирование для прогнозирования возможных сценариев развития ситуации. Проведение подобного исследования связано с модификацией традиционного математического аппарата когнитивного моделирования. Разработаны методы и алгоритмы сценарно-событийной идентификации поведения значимых факторов модели, а также методы использования результатов такой идентификации при формировании сложных функциональных взаимосвязей в сценарной модели. При этом в процессе генерации сценариев значительно расширяется множество событий, которые при традиционном подходе к когнитивному моделированию могли быть упущены, но могут иметь ключевое значение для анализа ситуации. Заключение. Представленная в работе технология сценарного моделирования реализована в соответствующем программно-аналитического комплексе, целью разработки которого является автоматизация процессов сценарного исследования социально-экономических и политических систем.
Ключевые слова
В статье анализируется модель прогнозирования финансово-экономического состояния, рассматривается возможность её трансформации для управления развитием учреждений медицинской отрасли, приводится соответствующая модификация при помощи использования методов дискриминантного анализа и математического программирования. Сформулированная модификация модели имеет чёткое математическое обоснование, позволяющее, с одной стороны, доказать её справедливость, а с другой стороны, конструктивно показывает возможность её использования с учётом специфики медицинской отрасли. Цель исследования. Целью данной работы является проработка изменений модели прогнозирования финансово-экономического состояния с учётом особенностей отрасли, а также оценка применения методов дискриминантного анализа, сведения их к задаче математического программирования, ограничения которой приводятся к системам линейных неравенств, получаемых с помощью построения максимально совместных подсистем. Материалы и методы. Предлагается использовать метод дискриминантного анализа с расширяемыми прецедентными множествами. Предполагается, что для улучшения качества решения этой задачи привлекаются суждения экспертов об объектах, вначале не вошедших в обучающую выборку. При этом ставится цель - определить наилучшие объекты для привлечения их в материал обучения с тем, чтобы максимально улучшить решение задачи. Для формализации модели на базе прогнозных значений зашифруем в вектор состояний все имеющиеся данные. Рассмотренные методы показывают свою результативность. Результаты исследования. В ходе модификации модели экономико-финансового состояния делается вывод о линеаризации модели, что связано и с операцией дифференцирования. Также демонстрируется возможность использования нейронных сетей речь для случая дифференцирования сложных функций, а в случае выпуклого программирования - о маргинальных оценках, получаемых с помощью операции дифференцирования по направлению. Заключение. Полученные результаты позволяют утверждать, что использование строгого математического инструментария, модифицированная модель экономико-финансового состояния для медицинской отрасли является простой в использовании для управления развитием, так как может быть реализована как некоторый компонент компьютерной программы (нейронной сети), в который администратор вводит данные, а на выходе получает обработанный результат.
Ключевые слова
Процесс принятия решений играет важную роль в развитии общества в целом и эффективном управлении организациями в частности. В современном мире, где сложность задач и конкурентная среда постоянно растут, принятие правильных и обоснованных решений становится ключевым элементом успеха. Любой человек, группа людей или организации постоянно сталкиваются с необходимостью выбора между несколькими возможными вариантами действий, называемых альтернативами, будь то в личной сфере или в работе организаций. Для эффективного принятия сложных решений в рамках деятельности организаций разработаны модели принятия оптимальных решений. Наиболее популярной из них является модель принятия решений в условиях определенности, когда на результат решения не оказывают воздействие случайные факторы. Все это подтверждает актуальность научных исследований в области принятия решений. Цель исследования заключается в разработке методики оценки степени привлекательности альтернатив на основе объективных количественных либо субъективных качественных критериев, что позволит повысить качество принимаемых решений. В основе методики лежат математические модели обработки информации, содержащей характеристики альтернатив по критериям оценивания. Материалы и методы. В основе приведенной в работе методики оценки альтернатив лежат математические модели обработки информации, которые основаны на методах математического моделирования, методах оптимизации, линейного программирования, теории нечетких множеств, теория латентных переменных, а также методы принятия решений в условиях неопределенности и методы экспертного оценивания. Результаты. В работе предложена методика оценивания степени привлекательности альтернатив при принятии решений в условиях определенности, а также описаны модели обработки информации, на основании которой производится оценивание альтернатив по критериям. Рассмотрены два варианта оценивания: ко количественным критериям, которые оперируют объективными характеристиками альтернатив, и по качественным критериям, характеристики альтернатив для которых получаются на основе субъективного экспертного оценивания. Экспертное оценивание рассмотрено как для индивидуальной экспертизы одним экспертом, так и для группового экспертного оценивания множеством экспертов. Заключение. Применение приведенной методики в процедуру принятия решений в условиях определенности позволит повысить качество принимаемых решений и снизить риски от их реализации.
Ключевые слова
В работе приведены оценки динамики медицинской эффективности функционирования лечебно-профилактических учреждений Ханты-Мансийского автономного округа в период с 2013 по 2021 г. с использованием индекса Малмквиста. Цель исследования. Целью исследования является анализ динамики значений медицинской эффективности функционирования лечебно-профилактических учреждений Ханты-Мансийского автономного округа - Югры, объединенных по административно-территориальному признаку, с использованием индекса Малмквиста совместно с оболочечным анализом данных. Материалы и методы. Оценки непосредственно медицинской эффективности указанных учреждений осуществлялись с использованием оболочечного анализа данных. Набор входных и выходных данных анализируемых учреждений характеризовал эффективность предоставления медицинских услуг в стационарных и амбулаторных условиях учреждений. Мультипликативная декомпозиция индекса Малмквиста позволила проанализировать характер и уровень влияния на его значения таких факторов, как технологические изменения в предметной области, эффективность работы менеджмента лечебно-профилактических учреждений и изменения их масштабов, т. е. объемов предоставляемых медицинских услуг. Результаты. По результатам исследования установлено, что наибольшее влияние на изменения медицинской эффективности функционирования лечебно-профилактических учреждений оказывают изменения значений технологической компоненты разложения индекса Малмквиста. Компонента разложения, характеризующая эффективность работы менеджмента этих учреждений, практически нейтральна. Это указывает на то, что менеджментом региональных медицинских учреждений накоплен достаточно большой и успешный опыт управления. Влияние же компоненты масштаба зависит от колебаний как объемов предоставляемых медицинских услуг, так и численности медицинского персонала учреждений. Особенно это проявилось в период пандемии, характеризовавшейся жесткими карантинными ограничениями. Заключение. Использование индекса Малмквиста и компонент его мультипликативного разложения позволяет внешним и внутренним заинтересованным лицам осуществлять не только оценку медицинской эффективности функционирования лечебно-профилактических учреждений, что актуально с точки зрения использования ими выделяемого финансирования, но и выявлять носителей «лучших практик» в части освоения и реализации технологий предоставления медицинских услуг, управления медицинским учреждением и адаптации к изменяющимся внутренним и внешним условиям его функционирования.
Ключевые слова
A political process is a complex management system that includes, for instance, economics, electoral processes, and ecology. To make decisions when managing such a system, it is necessary to use some rules that allow to intentionally choose the best or an acceptable option. Such rules are called performance criteria. This paper discusses problems that affect different aspects of the management systems of political processes, and when choosing a solution, it is necessary to evaluate options using several criteria. These are called multicriteria problems. They emerge in strategic planning of a system, its forecasting and development. The goal of the study is to consider methods and tools of solving multicriteria problems arising while managing political processes. We discuss mathematical methods that help discard solutions, which are, in all respects, worse than others, and choose a compromise option from the remaining ones. Methods. We analyzed various methods of choosing a compromise solution, their advantages and disadvantages, and identified their areas of use. First, we consider various options for condensing the criteria and illustrate their positive and negative sides. Then, we describe the procedure for constructing a set of Pareto optimal solutions. Another method is the method of successive concessions, which is a procedure for choosing a solution in a dialogue (interactive) setting. Finally, we describe a decision-making procedure based on the analytic hierarchy process. Results. The paper shows the effectiveness of applying mathematical methods to solve multicriteria problems in managing political processes. The paper concludes with an example of a solution of a management problem in accordance with all the requirements we consider. Conclusion. The use of mathematical modeling and methods to solve multi-criteria management problems helps politicians make efficient decisions in their work and provides them with communication tools by using professional mathematical language.
