Актуальность и цели. Рассматривается проблема структурной оптимизации регрессионных моделей в рамках концепции нечетких систем (Fиzzу Sуstеms). Структурная оптимизация регрессионных моделей подразумевает решение задачи по определению модели оптимальной сложности. Модель оптимальной сложности имеет хорошие обобщающие способности и не несет в себе эффект переобучения. Приведены различные критерии качества моделей, которые используют проверочную часть выборки. Материалы и методы. В качестве метода оценивания всех неизвестных параметров моделей используется метод наименьших квадратов. В качестве систем правил использовалась модель Такаги - Сугено. Область действия факторов разбивалась на нечеткие партиции. Для разбиения выборки на тестовую и обучающую части осуществляется построение D-оптимального плана. При этом основное внимание в работе уделено использованию в качестве критерия селекции моделей критерия стабильности, который представляет собой ошибку прогноза на обучающей и тестовой части выборки. Результаты. Для оценки работоспособности данного критерия и процедуры разбиения выборки на обучающую и тестовую части проведен вычислительный эксперимент. При этом использовалось специально разработанное приложение. Экспериментальные данные моделировались. При этом в качестве модели использовалась кусочная линейная зависимость от входного фактора. Результаты проведенных вычислительных экспериментов нашли отражение в таблицах и рисунках. Контроль точности проверяемых моделей проводился по среднеквадратичной ошибке (MSE). Выводы. Вычислительный эксперимент показал, что критерий стабильности, основанный на использовании тестовой выборки, полученной по процедуре оптимального планирования эксперимента, позволяет определять модель оптимальной сложности.
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки
2018. — Выпуск 2
Содержание:
Актуальность и цели. Объектом исследования являются быстропеременные процессы, протекающие в различных системах диагностики и мониторинга. Предметом исследования является алгоритм, построенный на нейронных сетях, призванный упростить процедуру адаптации экстремальной фильтрации к режиму реально времени. Цель работы состоит в создании и исследовании алгоритма, реализующего экстремальную фильтрацию с помощью нейронных сетей, и его адаптации к работе в режиме реального времени. Материалы и методы. Исследования алгоритма проводились в среде Маtlаb и Simulinк . Было проведено моделирование работы алгоритма на выборках сигнала, поступающего в режиме реального времени. Результаты. Обоснована возможность применения нейронных сетей для реализации алгоритма экстремальной фильтрации. В среде Маtlаb и Simulinк создана программа, реализующая алгоритм экстремальной фильтрации на нейронных сетях. Проведено тестирование работы предлагаемого алгоритма на выборках реального сигнала и выполнено сравнение предлагаемого алгоритма с аналогами. Показан способ адаптации предлагаемого алгоритма к режиму реального времени с помощью метода покадровой обработки сигнала. Выводы. Использование алгоритма выделения составляющих, построенного на нейронных сетях, позволяет успешно выделять составляющие сигнала, для которых могут быть вычислены параметры, позволяющие судить о происходящих в системе изменениях. Адаптация к режиму реального времени алгоритма выделения составляющих, построенного на нейронных сетях, с помощью метода покадровой обработки сигнала дает возможность выделять все составляющие сигнала в режиме реального времени. Таким образом, алгоритм выделения составляющих, построенный на нейронных сетях, в сочетании с методом покадровой обработки сигнала позволяет успешно решать задачу диагностики, контроля и мониторинга состояния систем, работающих в режиме реального времени.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются короткие сообщения из общедоступных источников, таких как социальные сети, форумы, открытые SMS-сообщения, имеющие прикрепленные геоданные о положении пользователя в момент публикации сообщения. Предметом исследования является классификация коротких сообщений с помощью методов интеллектуального анализа данных и сравнительный анализ методов «ближайших соседей» и «наивного Байеса». Цель работы - разработка методологии интеллектуального анализа данных, позволяющая классифицировать сообщения без предварительного обучения системы. Проведена экспериментальная проверка разработанной методологии на наборе данных, полученных из социальных сетей, с целью выявления внештатных ситуаций в дорожно-транспортной инфраструктуре. Материалы и методы. Исследования обработки коротких текстовых сообщений из общедоступных источников с целью классификации дорожных инцидентов выполнены посредством методов интеллектуального анализа данных. Наборы данных для экспериментальной системы взяты из тематических форумов, групп социальных сетей и новостных сайтов. Результаты. Предложена методология на основе ансамбля методов интеллектуального анализа данных, позволяющая классифицировать короткие текстовые сообщения без предварительного обучения системы. Разработана компьютерная программа на основе предложенной методологии, классифицирующая данные из общедоступных источников и отображающая полученные сообщения с прикрепленными геоданными на карте г. Пензы. Выводы. Сравнительный анализ двух методов обработки данных показал, что метод «ближайших соседей» позволяет достичь большей точности на тестируемом наборе данных по сравнению с методом «наивного Байеса». Также это подтверждает утверждения, что методы машинного обучения можно успешно применять для обработки коротких текстовых сообщений разного характера и в разных сферах. Наряду с этим было выявлено, что информация, получаемая из социальных сетей и SMS-сообщений, является ценной для определения реакции участников дорожного движения в режиме реального времени.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются распределенные вычислительные системы кластерного и кластерно-метакомпьютерного типа без постоянной связи между узлами. Предметом исследования является вычислительный процесс в распределенных системах с ненадежными узлами. Цель работы - уменьшить влияние административных отказов на протекание процесса вычислений в распределенной системе, а также уменьшить нагрузку на сеть и на вычислительные узлы и, таким образом, увеличить производительность. Материалы и методы. Исследование и разработка стратегии повышения производительности в распределенных системах с ненадежными узлами выполнены с использованием теории надежности, теории марковских случайных процессов. Результаты. Произведен анализ надежностных факторов, влияющих на производительность систем распределенных вычислений. Предложена классификация отказов в зависимости от аппаратных или административных причин. Рассмотрены имеющиеся системы, предотвращающие ошибки вычислений вследствие отказов разного рода. Предложена стратегия повышения производительности в системах распределенных вычислений с ненадежными узлами, позволяющая уменьшить влияние административных отказов на протекание процесса вычислений в распределенной системе, а также уменьшить нагрузку на сеть и увеличить производительность системы в целом. Выводы. Анализ имеющихся систем предотвращения вычислительных ошибок и поддержания корректности вычислительного процесса в распределенных вычислительных системах позволил сделать выводы о том, что имеется возможность без использования специальных аппаратных средств обеспечить достаточную производительность и отказоустойчивость системы с ненадежными узлами. Для этого предложена соответствующая стратегия.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Оборудование в проекте является активной компонентой внутреннего окружения. По фазам жизненного цикла проекта необходимо обеспечивать комплекс мероприятий, влияющих на организационно-технологическую надежность и риски отказа оборудования. На каждой фазе менеджер проекта должен оценивать эффективность принятых решений, отслеживать изменения системы в целом, формировать тактику управления проектом для достижения стратегических целей. Однако современные инструментальные средства проектного управления не позволяют разрабатывать стратегические решения по фазам проекта, а позволяют решать лишь частные вопросы планирования и составления расписаний, распределения финансов, контроль их расходования, разработки документации, идентификации, анализа и контроля рисков, то есть решаются задачи управления отдельными подсистемами проекта, оптимизируются разрозненные объекты и цели проекта. Поэтому перспективным направлением в рассматриваемой предметной области может стать разработка информационно-управляющей системы (ИУС) для решения задач управления проектами промышленных предприятий с учетом риска отказа оборудования. В разработке управляющих решений должен использоваться инструментарий, позволяющий отслеживать состояние проекта и адаптировать стратегию управления с учетом уровня риска отказа оборудования. Основные цели работы: 1) провести систематизацию данных для формирования управляющих решений по фазам жизненного цикла проекта с учетом риска отказа оборудования; 2) разработать концепцию формализации состояния среды проекта с учетом рисковых ситуаций, реализуемой ИУС; 3) разработать структуру и функции ИУС. Материалы и методы. В основе разработки ИУС используется метод ситуационного управления. Под управлением проектом с учетом риска отказа оборудования понимается реализация стратегии, вырабатываемой по отклонению текущей ситуации в проекте от целевой ситуации. Методами системного анализа, принятия решений и обработки данных формируется представление об объекте управления по состоянию оборудования и состоянию проекта в соответствии с фазой жизненного цикла (предынвестиционной, инвестиционной, эксплуатационной). Результаты. Представлены структура и функции ИУС. Решение ключевых вопросов реализовано в прикладном программном обеспечении. Для выработки стратегии управления проектом система позволяет проводить моделирование инвестиционного проекта, оценивание состояния оборудования в проекте, обработку экспертных оценок, определять общую эффективность оборудования в проекте, определять уровень риска отказа оборудования. Выводы. Разработанная ИУС позволяет повысить качество управления на предынвестиционной, инвестиционной и эксплуатационной фазах проекта. С использованием ИУС менеджером определяется объем инвестиций в основные производственные фонды проекта, формируется стратегия загрузки, стратегия обслуживания и ремонта оборудования. Применение системы возможно для реализации проектов на действующих промышленных предприятиях.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Предметом исследования является синтез алгоритмов оценки качества обученности студентов вузов как степени сформированности предписанных компетенций. Цель работы - описание и обсуждение предложенного алгоритма выявления актуального состояния обучающегося как объекта мониторинга и процедуры отнесения выявленного состояния к заданному априори классу состояний с использованием байесовского решающего правила. Материалы и методы. В основу исследования положен системный подход, а именно рассмотрение обучающегося (объекта мониторинга) как сложной стохастической многосвязной системы. Для оценки состояния системы используются методы распознавания с обработкой результатов распознавания в соответствии с классификатором Байеса. Результаты. Предложен и обоснован алгоритм распознавания состояния объекта мониторинга и методика формирования решающего правила отнесения состояния объекта к некоторому классу состояний, соответствующему адекватности объекта предъявляемым нормативными документами требованиям. Оценены риски процедур распознавания и классификации. Выводы . Предложен подход к оценке качества обученности студентов, основанный на методике определения состояния сложных систем, адаптированной для исследуемой предметной области с учетом сложности поведения исследуемых объектов. На основании этого подхода предложен простой, универсальный, адаптированный для практического применения алгоритм, относительно легко реализуемый с применением стандартных программно-аппаратных средств.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Возрастающая динамика предметных областей и сложность соответствующего прикладного программного обеспечения порождают актуальную проблему создания универсальных методов самоадаптации программных систем без перекомпиляции исходного кода. Жизненный цикл таких программ будет гораздо длительнее и продуктивнее, а их сопровождение потребует существенно меньше времени и материальных затрат. Более того, самоадаптивные программные системы способны решать и качественно иную задачу - выявлять скрытые знания и факторы о собственной предметной области, которые на этапе проектирования приложения могут быть неизвестны даже экспертам. Целью работы является создание нового универсального метода самоадаптации программных систем, способного учитывать накопленный системой за период эксплуатации опыт и на основе данного опыта осуществлять формирование новых обратных связей. Материалы и методы. Для реализации предложенного метода использовались технологии интеллектуального анализа данных и инженерии линеек программных продуктов, а также математический аппарат теории графов. Результаты. К основным теоретическим результатам следует отнести: концепцию рефлексивной самоадаптации программных систем, в основе которой лежит идея формирования и встраивания в свою структуру новых обратных связей за счет интеллектуального анализа собственной поведенческой информации; универсальные архитектурные принципы построения адаптивного программного обеспечения; математическую модель рефлексии и универсальный метод рефлексивной самоадаптации программных систем, построенные на основе теории графов, технологий инженерии линеек программных и интеллектуального анализа данных и позволяющие реализовать основные положения предложенной концепции. Основным практическим результатом является разработанная адаптивная программная система в сфере образования, способная самостоятельно выявлять зависимости между результатами психологического тестирования учащегося и подходящими ему алгоритмами обучения. Выводы. Разработанный метод самоадаптации основан на использовании технологии интеллектуального анализа данных, является универсальным и может применяться для выявления системой новых знаний о собственной предметной области в процессе эксплуатации. Показано практическое применение метода в сфере образования: создана обучающая система, способная самостоятельно выявлять зависимости между результатами психологического тестирования учащегося и подходящими ему алгоритмами обучения.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются режекторные фильтры (РФ) рекурсивного и нерекурсивного типа, а также каскадное соединение рекурсивных и нерекурсивных звеньев. Целью работы является сравнительный анализ различных РФ в зависимости от формы и ширины спектра пассивных помех. Материалы и методы. Введены критерии эффективности режектирования пассивных помех фильтрами рекурсивного и нерекурсивного типа в зависимости от формы спектральной плотности помехи. Рассмотрены критерии и методы оптимизации режекторных фильтров при априорной неопределенности параметров и формы спектральной плотности помехи. Результаты. Приведены числовые результаты сравнительного анализа эффективности РФ различной структуры по введенным критериям при воздействии помех с различными аппроксимациями спектральной плотности, отличающимися друг от друга скоростью спада спектра. Выводы. Гауссовской аппроксимации спектральной плотности пассивных помех соответствует наиболее эффективное их режектирование, что обусловлено особенностями формы спектра. Гауссовская аппроксимация характеризуется наибольшей чувствительностью к параметрам режекторных фильтров при анализе их эффективности, что обусловливает целесообразность ее использования при сравнительном анализе различных типов режекторных фильтров.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования является технология изготовления деталей на термопластавтоматах. Предмет исследования - влияние параметров процесса впрыска материала на качество формы и поверхности изделия. Цель работы - оптимизация технологических параметров для исключения брака изделий без проведения экспериментальных работ. Материалы и методы. Применено компьютерное моделирование в САЕ -системах на основе метода конечных элементов. Оптимизация выполнена с использованием последовательной стратегии симплекс-поиска. Результаты. Разработана компьютерная модель сборочного узла пресс-формы с использованием объемных конечных элементов. Определены режимы работы термопластавтомата, обеспечившие отсутствие бракованной продукции. Выводы. Разработанная методика дает возможность без проведения экспериментальных исследований повысить качество изделий на существующих пресс-формах, обладающих недостатками конструкции. Также возможно с высоким уровнем достоверности прогнозировать уровень качества изделий при проектировании пресс-форм.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются поршни двигателей внутреннего сгорания. Предметом исследования является процесс получения защитных покрытий на поршнях микродуговым оксидированием. Цель работы - установление влияния теплофизических свойств поршней на эксплуатационные характеристики двигателей внутреннего сгорания. Материалы и методы. При проведении исследований и разработке технологии микродугового оксидирования поршней применяли сплав на основе алюминия (АК12) и электролит на основе натриевого жидкого стекла, гидроксида и фосфата натрия. Определение микротвердости теплозащитных слоев проводили по стандартной методике на поперечных микрошлифах по ГОСТ 9450-76. Пористость теплозащитных слоев оценивали по ГОСТ 9.302-88. Измерение коэффициента температуропроводности и теплопроводности определяли методом лазерной вспышки LFA 427. Стендовые испытания бензинового двигателя УМЗ-417 со штатными поршнями (без теплозащитных оксидных слоев) и поршнями с теплозащитными оксидными слоями на днищах поршней проводились по ГОСТ 14846-81 на стенде КИ-5543 ГОСНИТИ. Результаты. Установлено влияния теплофизических свойств поршней на эксплуатационные характеристики двигателей внутреннего сгорания. Показано, что снижение теплопроводности днища поршня позволяет улучшить технические характеристики двигателей внутреннего сгорания. Выводы. По результатам стендовых испытаний установлено, что у двигателей с теплозащитными оксидными слоями на днищах поршней повышаются максимальный крутящий момент и эффективная мощность, снижается часовой и удельный эффективный расход топлива, уменьшается содержание в отработанных газах оксида углерода и углеводорода.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования является проектирование технологических операций механообработки. Предмет исследования - процесс разработки структуры операций, реализуемых на оборудовании токарной группы. Цель - разработка моделей и методик для формализации проектных процедур генерации возможных вариантов, отсева нерациональных и выбора рациональных вариантов структур технологических операций. Материалы и методы. Для разработки моделей и методик использовался математический аппарат теории сетей Петри и теории графов. Результаты. Разработаны три математические модели, описывающие процессы разработки структур технологических операций, выполняемых на оборудовании токарной группы, и методики отсева нерациональных и выбора рациональных вариантов структур операции. Выводы. Разработанные модели и методики дают возможность создания алгоритмов и программ для ЭВМ, полностью автоматизирующих разработку структур технологических операций для оборудования токарной группы, обеспечивая сокращение времени и повышение качества проектирования.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Предприятия сельскохозяйственных отраслей и пищевой промышленности остро нуждаются в передовых технологиях и эффективных перерабатывающих машинах для сохранения продукции. Одним из традиционных способов сохранения является снижение влажности биологического сырья и готовых продуктов. Для обработки высоковлажных продуктов применяются машины тепловой и радиационной сушки. Материалы и методы. Представлена машина цилиндрического типа для инфракрасной сушки высоковлажного биологического сырья, описан технологический процесс. Отличительной особенностью машины для сушки является использование низкотемпературных пленочных электронагревателей и конструкция корпуса. Проведено экспериментальное сравнение представленной машины с радиационно-конвективным аналогом, выполнены замеры энергопотребления и органолептическая оценка высушенного материала. Для исследований в качестве материала для сушки применялся томат как наиболее яркий представитель высоковлажного биологического сырья. Результаты. В результате проведенных экспериментов выполнена всесторонняя оценка машины цилиндрического типа для сушки высоковлажного биологического сырья в сравнении с аналогом. Зафиксировано фактическое энергопотребление, количество испаренной влаги, количество брака готовой продукции, дана органолептическая оценка образцов, а также заключение лабораторных испытаний Московской государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии имени К. И. Скрябина. Выводы . Выбранный тип инфракрасных излучателей и геометрическая форма корпуса обеспечивают круговое воздействие инфракрасного излучения и исключают необходимость перемешивания сырья, что повышает качество готового продукта и упрощает конструкцию машины. Исследования показали, что использование низкотемпературных пленочных электронагревателей для сушки высоковлажного биологического сырья возможно, при этом витамины и ценные вещества не разрушаются, а сроки хранения готовой продукции увеличиваются. Согласно полученному заключению образцы готовой продукции полностью соответствуют международным стандартам. Экспериментальное сравнение с радиационно-конвективным аналогом подтвердило высокую энергоэффективность машины цилиндрического типа для инфракрасной сушки.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Объектом исследования является жидкостное автобалансирующее устройство пассивного типа барабанных стиральных машин. Предметом исследования являются процессы и условия уравновешивания неуравновешенных масс текстильных изделий при центробежном отжиме в стиральных машинах с горизонтальной осью вращения. Цель работы - определить условия, реализация которых позволит обеспечить уравновешивание неуравновешенных масс в период центробежного отжима во всем диапазоне частот вращения барабана. Материалы и методы. Рассматриваются вопросы формирования неуравновешенной и уравновешивающей сил в стиральном барабане с автобалансирующим устройством, и факторы, определяющие асимптотику входного силового воздействия и силового отклика рассматриваемой системы, что позволяет определить условия, необходимые для полного уравновешивания неуравновешенных масс барабана при отжиме. Результаты . Исследованы факторы, определяющие асимптотику входного силового воздействия и силового отклика рассматриваемой системы, получены формулы для определения неуравновешенной и уравновешивающей сил, а также параметров, характеризующих процессы их формирования. Описаны условия, при которых возможна реализация полного уравновешивания неуравновешенных масс барабана при отжиме. Выводы . Установлено, что использование упругих элементов автобалансирующего устройства с постоянной жесткостью не обеспечивает полного уравновешивания системы. Показано, что основным исходным параметром при расчете силовых факторов, соответствующих условиям уравновешивания системы, является перемещение внутренней емкости автобалансирующего устройства. Установлено, что для обеспечения полного уравновешивания неуравновешенных масс барабана в процессе отжима необходимо использование упругих элементов автобалансирующего устройства с нелинейной степенной квадратичной характеристикой (параболой второго порядка).
Ключевые слова
Актуальность и цели . Появление в настоящее время широкой номенклатуры новых высокопрочных синтетических волокон создает предпосылки для качественного скачка в развитии средств индивидуальной защиты, имеющих элементы из дискретно-тканевой брони. Компьютерное моделирование процессов функционирования позволяет сократить продолжительность процесса проектирования и обеспечить более высокую эффективность средств индивидуальной защиты. Целью работы является определение иерархической структуры моделей материалов, предназначенной для описания сопротивления деформированию и разрушению дискретно-тканевых элементов средств индивидуальной защиты при ударном нагружении. Материалы и методы . В качестве исследуемых выбраны материалы дискретно-тканевых элементов средств индивидуальной защиты, выпускаемых отечественной промышленностью. При изучении влияния структуры тканей на их сопротивление деформированию и разрушению использовался теоретико-экспериментальный метод, основанный на использовании математических моделей материалов, учитывающих тонкое строение композиционных материалов, тканей и нитей. Результаты . Приведено краткое описание иерархической структуры математических моделей материалов дискретно-тканевых элементов средств индивидуальной защиты, на примерах показана последовательность определения параметров этих моделей, проведено сопоставление результатов компьютерного моделирования и экспериментальных исследований процесса функционирования бронешлема. Выводы. Сопоставление результатов компьютерного моделирования с результатами экспериментов показало, что предложенные математические модели материалов могут быть использованы при проектировании средств индивидуальной защиты, имеющих элементы из дискретно-тканевой брони.