Научный архив: статьи

Темой исследования являются большие системы водного транспорта, в частности порты, судоходные компании, судостроительные и судоремонтные предприятия, логистические центры, шлюзованные судоходные каналы, регулируемые внутренние водные пути, которые как объекты автоматизированного управления предъявляют следующие требования к его надежности: обеспечение на необходимом уровне безопасности и надежности отдельных технических узлов и подсистем и информационных потоков, циркулирующих в человеко-машинном контуре управления в условиях нарастающей цифровизации транспорта (аналогичное требование должно быть установлено для разрабатываемого программного обеспечения); использование облачных технологий хранения больших данных, что требует учета на стадии проектирования защитных мероприятий как технического, так и алгоритмического характера; разработка на стадии проектирования методики обобщенной интегрированной прогнозной оценки надежности АСУ как основы рассмотрения альтернативных вариантов ее структуры и состава ввиду функциональной разнородности широкого спектра технических устройств, входящих как в субъект, так и в объект управления. Отмечается, что при этом должна быть учтена высокая подверженность объектов воднотранспортной системы многообразным рискам и уязвимостям, как сезонным, так и постоянно действующим (тем самым определяется актуальность разработки метода построения интегральной оценки надежности АСУ для объектов водного транспорта как цели исследования). В рамках общей задачи предлагается решение следующих вопросов: определение размерности и структуры интегрального показателя; включение качественно описываемых уязвимостей, имманентно присущих объекту управления и контуру управления; построение математической модели функционирования проектируемой АСУ; построение на этой основе имитационной модели управления с целью анализа «узких мест», в наибольшей степени влияющих на ухудшение оценки; использование теоретико-вероятностной методики активного управления рисками на стадии рассмотрения альтернативных вариантов отдельных частей проекта. Методологическую основу исследования составляют общие положения прикладной теории вероятностей, теория планирования эксперимента на имитационной модели, оптимизация проектного показателя надежности средствами математического программирования. Результатом работы является метод построения интегрального показателя проектной надежности контура автоматизированного управления для больших систем водного транспорта, агрегирующего вероятности проявления разнородных уязвимостей технических узлов, информационных уязвимостей в точках выхода в облачную среду и потенциальных ошибок в программном обеспечении.

Темой исследования является вопрос разработки имитационной модели для определения рационального варианта распределения входящего потока круизных и паромных судов в системе причалов морского пассажирского порта или терминала.

Разработка в данном исследовании нового программного инструментария, который на основе гибкости настройки интерфейса может быть применим к различным морским пассажирским терминалам с учетом возможности выполнения многосценарного моделирования, направлена на уточнение методов технологического проектирования морских пассажирских портов и терминалов.

Отмечается, что используемые детерминированные модели для расчета пропускной способности причала или необходимого количества причалов не позволяют учитывать в полной мере динамические параметры влияния внешней среды, что ограничивает их применение и формирует необходимость использования методов имитационного моделирования.

В исследовании отмечается, что наряду с основным параметром: ожидаемым годовым пассажиропотоком и количеством круизных и паромных судов, ключевым вопросом является структура потока судов.

Предложена модель приоретизации обслуживания входящих круизных и паромных судов, рассматривается возможность исследования наличия случайного потока судов, заходящих в порты, имеющих как низкий, так и высокий приоритет заявок в очереди.

На основе выполнения многосценарного моделирования в разработанном цифровом двойнике с использованием новой программы доказана возможность сформировать набор больших данных для последующего принятия решений при неопределенности стратегического развития морского пассажирского порта в регионе моря и методам привлечения новых круизных линий.

Целью настоящей работы является исследование методов моделирования и формализованного описания управления технологическими процессами, связанными с повышением надежности функционирования систем водного транспорта посредством снижения вероятности реализации транспортных рисков.

В рамках поставленной цели решена задача разработки математических методов учета частичного запаздывания защитного эффекта в моделях управления рисками в условиях усиления требований к безопасной цифровизации водного транспорта при наличии широкого спектра риск-факторов как инженерно-материального, так и информационного характера. Теоретико-вероятностный подход к оптимизации затрат на снижение рисков в аспекте совместного рассмотрения этих затрат и возможных потерь от реализации рисков получил в настоящее время развитие в отраслевых исследованиях на водном транспорте.

Отмечается, что вне рамок рассматриваемых моделей остается возможное и подчас неизбежное запаздывание эффекта, поскольку затраты на антирисковые мероприятия не реализуются мгновенно в полной мере (по аналогии с распределенно-лаговом анализом незавершенного строительства, получившим развитие в условиях плановой экономики в ХХ в.).

Показано, как процедуры снижения рисковых потерь, формально определяемых как средние значения ожидаемых суммарных (рисковых и управленческих) потерь, могут быть дополнены как в моделях управления рисками на графах, так и в моделях математического программирования методами распределенно-лаговых моделей, что позволяет повысить их адекватность.

Результатом проведенного исследования является разработка оптимизационных математических моделей, учитывающих возможное запаздывание эффекта от дополнительных затрат, снижающих в целом рисковый ущерб.

В работе представлено исследование по разработке имитационной модели системы вентиляции и водоснабжения для аэроаквапонной установки. Исследование включает математическое моделирование процессов тепломассообмена в условиях выращивания картофеля в аэроаквапонной установке. Разработана комплексная модель, включающая системы управления компрессорно-конденсаторным блоком, трубчатыми электронагревателями и парогенератором. Эти элементы играют ключевую роль в поддержании оптимальных температурных и влажностных режимов внутри установки. Определены оптимальные технологические параметры работы системы для различных режимов функционирования: осушения, увлажнения и поддержания заданных параметров микроклимата. В ходе исследования получены коэффициенты настройки пропорционально-интегральных регуляторов для управления клапанами бассейна, компрессорно-конденсаторным блоком, трубчатыми электронагревателями и парогенератором. Эти коэффициенты обеспечивают точное и эффективное регулирование, что позволяет минимизировать отклонения от заданных параметров и поддерживать стабильность микроклимата. Установлены критические параметры системы, включая минимальный порог положения клапанов водоснабжения. Практическая значимость работы заключается в создании эффективного инструмента для анализа и оптимизации работы систем микроклимата аэроаквапонных установок. Это способствует повышению их энергоэффективности и продуктивности, что открывает новые возможности для сельского хозяйства и позволяет более рационально использовать ресурсы при выращивании сельскохозяйственных культур в контролируемых условиях.

Представленная разработка способствует внедрению цифровых технологий в описание процессов нефтехимических предприятий, отвечает потребностям промышленности в быстрых и точных расчетах, сокращает зависимость от дорогостоящих экспериментов и зарубежного программного обеспечения, что делает его актуальным как для науки, так и для реального сектора экономики. Целью исследования является способ расчета вязкости широкой фракции углеводородов с использованием нейронных сетей для повышения точности и эффективности прогнозирования по сравнению с традиционными методами и реализация в виде специализированного программного комплекса. Для оптимизации процесса обучения и ускорения вычислений исходная задача была разделена на несколько более простых подзадач с уменьшенной размерностью параметров, предложенная декомпозиция значительно сократила объем вычислений, что способствует снижению параметричности построенного многослойного полносвязного персептрона и понижению проблематичности процедуры обучения моделей. Для автоматизации сбора информации для обучения многослойного полносвязного персептрона был разработан вспомогательный программный комплекс, формирующий требуемые наборы данных в Unisim. Все построенные нейронные сети обучались на выборках, которые разбивались на обучающее, валидационное и тестовое подмножества по 70, 15 и 15 % от исходного набора соответственно. Потери при обучении не превысили 10-6 при отсутствии переобучения. Работоспособность полученного многослойного полносвязного персептрона дополнительно проверили на производственных данных, не использовавшихся при обучении. Реализация метода осуществлена в виде оригинального специализированного программного комплекса, в котором используется согласованная работа нескольких обученных нейронных сетей для точного расчета вязкости углеводородных смесей. Разработанный программный комплекс доказал свою эффективность и надежность, представляя собой мощный инструмент для расчета вязкости широкой фракции углеводородов при моделировании процессов нефтехимии.

Предлагается достаточно универсальный подход к разработке и реализации сценариев применения образцов вооружения, военной и специальной техники. Подробно рассмотрены результаты разработки подобных сценариев для исследования процессов применения групп робототехнических комплексов при решении типовых задач материально-технического обеспечения войск (сил) в ходе ведения боевых действий.

В статье проведен анализ развития моделирования в интересах военного дела в целом и материально-технического обеспечения в частности. Показана корреляция научно-технического прогресса и развития технологий математического моделирования. На основе анализа современного состояния математического моделирования и инновационных информационных технологий определены возможные перспективы развития математического моделирования процессов материально-технического обеспечения войск (сил).

В работе рассматривается математическое моделирование интенсивности солнечного излучения внутри солнечного коллектора прямого поглощения с наножидкостью в качестве теплоносителя. Цель исследования - на основе моделирования процессов внутри наножидкостного солнечного коллектора прямого поглощения выполнить расчет интенсивности солнечного излучения внутри коллектора, провести вычислительные эксперименты по установлению зависимости интенсивности солнечного излучения от материалов базовой жидкости и диспергированных в ней частиц. Для решения поставленной задачи использованы методы математического моделирования и вычислительной математики. Разработана математическая модель, основанная на уравнении ослабления светового потока в наножидкости, учитывающем рэлеевское рассеяние. В ходе работы проведены численные эксперименты, реализованные с использованием авторского программного комплекса, позволяющие исследовать зависимость интенсивности солнечного излучения от глубины коллектора, спектральных характеристик излучения и параметров наночастиц. Результаты численного моделирования показали, что материал и размер наночастиц, а также их объемная доля оказывают значительное влияние на поглощение солнечного излучения. Установлено, что применение наножидкостей с высоким коэффициентом поглощения позволяет повысить эффективность поглощения солнечной энергии и оптимизировать параметры солнечного коллектора. Данные результаты могут быть использованы при проектировании высокоэффективных солнечных энергетических систем.

В данном исследовании представлен метод экологической оценки и зонирования территорий, прилегающих к промышленным предприятиям, оказывающим антропогенное воздействие на окружающую среду. Основой предложенного подхода является анализ природно-антропогенного фона почв, а также выделение санитарнозащитных и природно-защитных зон. В качестве ключевого показателя для определения границ природно-защитных зон используется состояние почв, отражающее совокупное воздействие антропогенных факторов на окружающую среду в фиксированный период времени. Определение таких зон базируется на нелинейной модели Гендугова и Глазунова, что позволяет учитывать пространственную изменчивость воздействия. На примере Среднеуральского медеплавильного завода показано, что природнозащитная зона, рассчитанная этим методом, имеет переменные границы, удаленные на 3,6-6,7 км от источника загрязнения. Значение природно-антропогенного фона почв для данной территории (по четырем тяжелым металлам: Cu, Pb, Cd, Zn) составило 68 мг/кг, что значительно превышает естественный фон, равный 20 мг/кг. Предельно допустимая концентрация этих металлов, не оказывающая негативного влияния на растительность (оцененного по данным спутников MODIS и Landsat 8), составила 101-106 мг/кг.

Статья посвящена разработке математической модели, позволяющей получать прогнозные показатели безопасности движения при одноуровневом пересечении железнодорожных путей автомобильной дорогой для дальнейшего построения приоритетного ряда железнодорожных переездов с точки зрения потребности усовершенствования или их дополнительного оборудования.

Цель исследования - обзор современных подходов к анализу математических моделей криптографических атак на структуры информационных технологий. Обзор источников проведён с использованием баз данных научного цитирования eLIBRARY. RU, РИНЦ, Scopus. В указанных базах найдено 588 источников, в том числе 50 источников, включённых в данное исследование. Критериями включения в этот обзор были публикации, посвящённые: разработке математического моделирования криптографических угроз и атак; влиянию вредоносного программного обеспечения; моделям теории массового обслуживания, эпидемиологическим моделям, безопасности информации; публикации на английском и русском языках. Критериями исключения были: отсутствие доступа к полным текстам статьи; дублирующие исследования, репринты, исследования на иных языках, кроме заявленных (английский и русский), письма и краткие сообщения. В статье исследуются модели теории массового обслуживания, эпидемиологические модели, поведенческие модели, а также их комбинированное применение для более точного понимания криптографических угроз. Исследование сосредоточено на наиболее часто используемых моделях для исследования атак на структуры информационных технологий и моделях, применяемых для оценки распространения вредоносного программного обеспечения. Приводится пример расчёта эффективности предложенного комплексного подхода к анализу математических моделей криптографических атак на структуры информационных технологий, его преимущества и недостатки известных подходов. Только совместное использование нескольких видов моделей позволяет компенсировать недостатки, проявляющиеся при использовании каждой из однослойных моделей по отдельности. Тем самым обеспечивается наилучшее качество исследования криптографических атак, что обеспечивает более широкий охват потенциальных криптографических угроз в сравнении с известными однослойными моделями, учитывающими только одну из известных математических моделей. Проведенный обзор 50 источников, а также предложенный комплексный подход к анализу математических моделей криптографических атак на структуры информационных технологий могут позволить сформировать наилучшее качество рекомендаций по предотвращению исследуемых угроз и атак.

Целью работы является получение адекватного автоматического алгоритма контроля сварных соединений. В статье рассмотрены перспективы автоматизации контроля сварных соединений с применением метода ультразвукового контроля и алгоритмов машинного обучения. На основе математического моделирования ультразвукового сигнала, который отражает особенности сварного соединения и показывает возможные дефекты в нем, разработан алгоритм, использующий дерево решений для классификации дефектов сварных соединений. В работе показаны этапы построения модели ультразвукового сигнала, детального анализа его характеристик и последовательного применения алгоритмов машинного обучения для автоматической диагностики дефектов. Предложенный подход сочетает в себе точность методов неразрушающего контроля, удобство автоматизации процессов и эффективность современных вычислительных технологий. Особое внимание уделено выбору оптимальной архитектуры алгоритма, параметров математического моделирования и составу обучающих данных, что обеспечивает высокую надежность и дополнительный уровень контроля. Приведенные результаты демонстрируют высокую эффективность предложенного подхода в сравнении с традиционными методами контроля, что открывает широкие перспективы для его внедрения в промышленные процессы. Такие методы позволяют значительно сократить время анализа, повысить точность классификации дефектов, минимизировать вероятность ошибок и оптимизировать общую производительность систем контроля качества.