Колесные тракторы, использующиеся в лесозаготовительном производстве, сельском и лесном хозяйстве, отличаются большой вариативностью конструктивных параметров и эксплуатационных характеристик. От них напрямую зависят показатели экологической эффективности - воздействия техники на окружающую среду (например, вес машины и параметры движителя определяют глубину колеи и уплотнение почвогрунта) и эксплуатационной эффективности - производительности, энергоемкости (так, например, грузоподъемность и грузовая скорость машины во многом определяют время цикла трелевки). Подбор техники, наилучшим образом совместимой с природно-производственными условиями, параметры которой обеспечивают требуемые показатели экологической и эксплуатационной эффективности, является нетривиальной научно-практической задачей. Для упрощения процесса принятия решений при выборе машин предложены различные классификации техники, что позволяет рассматривать не каждую конкретную модель, а определенный класс с учетом типа природно-производственных условий. В настоящей статье проанализированы сведения о 102 моделях колесных тракторов с формулой 4х4. При обработке данных использован алгоритм кластеризации данных k-средних с метрикой Евклида (k-means). Число кластеров подобрано итерационным путем на основе результатов анализа функции суммарной ошибки разбиения объектов на кластеры (метрика inertia). Программа для проведения расчетов подготовлена на языке Python; расчеты выполнены в среде Google Colab, использована библиотека sklearn. Классификация предложена на основе обобщения результатов разметки объектов.
В работе рассмотрена и проанализирована структура естественных ландшафтов города Хабаровска на уровне типов местности. В пределах города на основе геолого-геоморфологических различий выделено 8 типов местности, характеризующихся различной антропогенной нагрузкой. Для оценки структуры естественных ландшафтов и антропогенной нагрузки составлена карта городских ландшафтных комплексов в масштабе 1:10 000.
Рассматривается управление процессом обслуживания высокотехнологичного оборудования. Описывается механизм эксплуатации, обслуживания и ремонта элементов оборудования и наличие высококвалифицированного персонала, способного выполнять определенные виды работ. Функционирование сети Петри отражает процесс использования и обслуживания высокотехнологичного оборудования. Сеть Петри исследует события, которым соотносят определенные переходы. Рассматриваются условия срабатывания переходов, описываются связи между позициями и переходами. Каждая позиция выбранного множества соответствует видам анализируемого высокотехнологичного оборудования, выполняемым регламентным работам и бригадам, осуществляющим эти работы. Для моделирования процессов функционирования сети Петри формируется функция переходов, позволяющая определять новые состояния сети, получаемые при срабатывании какого-либо перехода. Описаны правила функционирования сети Петри. Реализуются разрешенные переходы, у которых в каждой позиции на входе метки имеются ненулевые значения. Срабатывание перехода осуществляется не обязательно в ближайший разрешенный момент времени. Исследуются изменение состояния сети Петри и ее маркировки при реализации различных переходов и изменении порядка их осуществления. При выполнении любого перехода происходит изменение маркировки рассматриваемой сети Петри. Метки в каждой позиции на входе реализуемого перехода снижаются на единицу, а в каждой выходной позиции увеличиваются на единицу, причем прибавление фишек на выходных позициях и уменьшение на входных происходит одновременно. Для описания процесса функционирования сети Петри применяется матричный подход. В качестве рассматриваемого оборудования могут выступать летательные аппараты, транспорт, станки и т. д. В итоге рассматривается механизм эксплуатации, обслуживания и ремонта элементов оборудования в виде параллельных процессов, которые протекают в рассматриваемой системе независимо друг от друга.
Изменение свойств материала в процессе физико-механической обработки может существенно снизить рабочий ресурс производимого изделия, поэтому важно осуществлять контроль качества поверхностного слоя деталей. Для решения данной задачи на подшипниковых предприятиях применяются такие методики неразрушающего контроля, как травление, визуальный, капиллярный, магнитопорошковый, ультразвуковой, вибрационный, вихретоковый методы. Рассматриваются физические основы представленных методик, приводится их сравнительный анализ. Для автоматизации обработки результатов методов неразрушающего контроля поверхностного слоя деталей подшипников в рамках концепции «Индустрия 4.0» могут применяться машинное зрение и подходы цифровой обработки сигналов. С точки зрения производительности и возможности интеграции в производственную систему наиболее перспективным является вихретоковый метод, результатом контроля поверхности данным способом является массив цифровых значений. Развитие современных методов анализа информации позволяет эффективно обрабатывать большое количество данных, а машинное обучение позволяет решать задачи классификации, регрессии и т. д. Приводится методологическое обеспечение разработки и применения автоматизированной системы вихретокового контроля с использованием методов машинного обучения и интеллектуального анализа данных. Рассматриваются работы ученых, посвященные обработке результатов вихретокового контроля различных объектов, в том числе деталей подшипников, отмечается, что ранее не было уделено внимание вопросу обоснованного выбора модели машинного обучения для распознавания дефектов поверхности деталей. Показана возможность применения метода медианной полировки для преобразования вихретокового сигнала. Разработка и внедрение системы распознавания дефектов подшипников на основе методологического обеспечения, представленного в данной работе, могут существенно повысить эффективность контроля качества изделий и оптимизировать технологический процесс.
Приводится краткий анализ подходов, применяемых в настоящее время для разработки программ управления, выявлены особенности их применения, преимущества и недостатки. Для исследования выбрана разработка кроссплатформенного приложения систем управления робототехническими комплексами (РТК) на примере РТК с роботами-манипуляторами МП-11. Структура системы управления включает в себя контроллер на плате Arduino Mega 2560 Pro Mini с загруженной программой низкого уровня и программу верхнего уровня. Разработка производится на платформе .NET MAUI, которая позволяет создать приложение для операционных систем Windows, Android, IOS на единой кодовой базе, т. е. один и тот же код автоматически компилируется под все операционные системы с учетом их особенностей и применяемых элементов. Подключение управляющего компьютера осуществляется по USB, мобильных устройств - по Bluetooth, при этом программно передача данных осуществляется через последовательный порт. Приведено описание режимов работы разработанного приложения, его алгоритмов функционирования с указанием особенностей выполнения для данного типа программ и внешнего вида форм с расположенными на них элементами. В программе предусмотрен ручной и автоматический режимы работы, а также управление не только РТК, но и его моделью. Ключевой особенностью данного приложения является использование единой кодовой базы и оформления для реализации настольного и мобильного приложения для различных операционных систем без использования ресурсов сети, в отличие от web-приложений.
|
|
|
В статье рассматриваются аспекты, связанные с применением нейронной сети для прогнозирования и оценки эксплуатационных характеристик шпиндельного узла металлорежущего станка. Проводится анализ применения нейронных сетей для решения задач прогнозирования состояния и проектирования конструкций сложных технических объектов. Показано планирование эксперимента с использованием языка Python с реализацией применения генератора псевдослучайных чисел Вихря Мерсенна и описан этап сбора экспериментальных данных для обучения нейронной сети. Приводится настройка модуля Neural networks математического пакета Statistica, в котором осуществлялись построение и обучение нейросети. Показан алгоритм выбора наилучшей нейронной сети по критериям ее производительности и ошибки обучения на тестовом множестве. Выбрана сеть со структурой на основе многослойного персептрона, прогнозирующая работу шпиндельного узла с учетом взаимного влияния факторов - частоты вращения шпинделя (n), времени работы станка (tm) и нагрузки на передний конец шпинделя (P) на выходные переменные - температуру наружного кольца подшипника (T), радиальное биение (Δ) и упругое смещение переднего конца шпинделя (E). Математическая оценка данной сети показала весьма высокую корреляционную связь для переменных T и E и заметную для Δ. При анализе чувствительности переменных видно высокое влияние переменной n и низкое, почти шумовое, - переменной tm. Средняя относительная ошибка сети на тестовом множестве не превысила 10,7 %. Приведенный пример использования построенной нейронной сети и его анализ доказали высокое качество сети со средней относительной ошибкой по отдельным переменным, не превышающей 9,8 %.
Проектирование роботизированных и беспилотных транспортных средств включает этап виртуального ввода в эксплуатацию, обеспечивающего анализ работы объектов с помощью цифровых двойников. Проведение большого числа экспериментов на моделях обусловливает использование методов оценки полученных результатов для выбора лучшего проектного решения. Предложена методика многофакторного анализа эффективности работы комплекса автономных транспортных средств (АТС) агропромышленного назначения. Многофакторный анализ выполняется на этапе виртуального ввода в эксплуатацию с целью раннего планирования мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту. Использован метод анализа среды функционирования для сравнительной оценки различных сценариев эксплуатации. Метод базируется на решении комплекса оптимизационных задач линейного программирования. Предложено формальное описание сценариев виртуальных испытаний. Методика многофакторного анализа реализуется в процессе виртуальных испытаний с использованием системных моделей оптимального назначения и имитационного моделирования АТС. Разработана процедура виртуальных испытаний АТС, включающая поэтапное моделирование и многофакторный анализ. Определены множества входных и выходных ключевых параметров АТС и анализируемых сценариев. Предложено выполнять последовательно две задачи оценки эффективности. Первая задача заключается в сравнительной оценке эффективности отдельных АТС и определении границы их эффективности. Решение второй задачи позволяет оценить эффективность сценариев эксплуатации системы АТС. Получены целевые значения изменения ключевых параметров АТС и сценариев эксплуатации, приводящие к повышению эффективности эксплуатации и технического обслуживания. Проведение многофакторного анализа результатов виртуальных испытаний позволяет сформулировать требования и рекомендации при проектировании систем технического обслуживания АТС.
Целью данного исследования является повышение эффективности энергообеспечения технологических процессов в лесном комплексе путем разработки автономного источника энергии на древесном топливе. В работе выполнен обзор применяемых технологий и перспективных разработок в мире и в России для производства электрической энергии на основе древесного топлива на электростанциях малой мощности. Выявлена перспективность применения энергоустановок на основе газовых турбин для преобразования энергии древесных отходов лесозаготовок и лесопиления с целью производства электрической энергии - как использующих продукты прямого сгорания древесины, так и с использованием промежуточной газификации твердого древесного топлива. Также рассматривался вопрос перспективности применения в лесном комплексе оборудования с электрическим приводом вместо двигателя внутреннего сгорания на традиционном моторном топливе. Для достижения поставленной цели в работе решались задачи имитационного моделирования мини-электростанции на древесных отходах. Полученные результаты имеют практическое значение для прогнозирования показателей автономных источников энергии в лесном комплексе на основе газовых турбин и турбин органического цикла Ренкина на древесном топливе при работе в различных условиях окружающей среды. Результаты имитационных экспериментов в виде основных технологических параметров и параметров эффективности мини-электростанции на генераторном газе из древесины могут быть использованы при проектировании подобных энергоустановок, обосновании целесообразности их разработки, а также применения на том или ином объекте лесного комплекса при определении возможного эффекта от замены энергоустановок на невозобновляемом топливе. В результате численных экспериментов определены давления, температуры, расходы рабочих тел тепловых двигателей и теплоносителей, мощности и КПД мини-электростанции. Определены зависимость параметров от температуры наружного воздуха, а также влияние приставки органического цикла Ренкина на КПД газотурбинной установки.
В аспекте решения проблемы неэффективности сложной информационной системы (ИС) управления государственными финансами рассматривается необходимость развития методологии системного анализа и моделирования сложной ИС. На основе синтеза положений теории систем, теории организации, теории принятия решений и теории управления были предложены основные определения отдельной теории, ее аксиомы и основные принципы оценки эффективности сложной ИС. Ключевым свойством управления сложной ИС обозначена адаптация, качественная настройка которой может усилить полезный эффект сложной системы за счет разработки общесистемной стратегии управления. Приведенные концептуальные описания адаптационного процесса управления указывают на необходимость непрерывного моделирования системы, на создание моделей управления функционированием и развитием сложной ИС как экосистемы, где приоритет в принятии решений должен быть сконцентрирован на синергетическом эффекте от бенчмаркинга, интеграции и централизации. За счет расширения научных знаний о категории эффективности сложной ИС результаты исследования позволят в дальнейшем на практике разрешать некоторые трудности и противоречия в управлении развитием сложной ИС управления государственными финансами.
Создание гибридных энергокомплексов - важное направление, позволяющее повысить надежность, экологическую и экономическую эффективность электроснабжения потребителей. Гибридные энергокомплексы внедряются в изолированных и труднодоступных районах, а также в районах с низкой надежностью электроснабжения или высокой стоимостью электроэнергии. Выбор состава оборудования гибридных энергокомплексов является многокритериальной задачей, так как сопряжен с учетом экономических, технических, экологических факторов. В статье предлагается подход к оптимизации состава оборудования гибридного энергокомплекса на основе генетического алгоритма и метода простого аддитивного взвешивания. Генетический алгоритм обеспечивает формирование конфигураций гибридного энергокомплекса и поиск оптимального или близкого к нему решения. Метод простого аддитивного взвешивания используется для многокритериального оценивания конфигураций, формируемых генетическим алгоритмом. Для расчета показателей гибридного энергокомплекса разработана имитационная модель его функционирования на основе системы правил. Имитационная модель учитывает технологические ограничения оборудования и замену компонентов гибридного энергокомплекса. В результате применения модели оцениваются технические, экономические и экологические показатели функционирования за рассматриваемый период с часовой детализацией. Предложенный подход к выбору состава оборудования гибридного энергокомплекса реализован в среде разработки Python. Применение предложенного подхода рассмотрено на примере удаленного населенного пункта Озерпах Хабаровского края. В составе гибридного энергокомплекса рассматриваются дизельные генераторы, ветроэнергетические установки, фотоэлектрические преобразователи, аккумуляторные батареи, инверторы. В качестве критериев используются следующие показатели: нормированная стоимость производства электрической энергии, капитальные затраты, недоотпуск электроэнергии потребителям и выбросы диоксида углерода. Результаты многокритериального выбора показали, что формируемые конфигурации соответствуют задаваемой структуре предпочтений лица, принимающего решения.