Архив рубрики: Технические системы

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ В МОДЕЛЯХ ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ


УДК 338.242
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.033

И.З. Мустаев, М.Б. Гузаиров, В.Ю. Иванов, Н.К. Максимова, Т.И. Мустаев


В статье описана линейная оптимизационная модель, являющаяся интерпретацией модели линейного программирования Л.В. Канторовича. В роли переменных рассматриваются накопленные потенциалы, краткое описание которых дается в работе. Дополнительно приведены модели прогнозного и полного потенциалов. Использование накопленных потенциалов открывает возможности моделирования объектов с большими длительностями жизненных циклов. Это существенно увеличивает область применения инструментов линейного программирования при исследовании социально-экономических систем. Сказанное проиллюстрировано применительно к предприятию машиностроительной сферы деятельности. В частности, проведено сопоставление результатов, полученных по исходным данным и результатов, полученных путем пересчета потенциалов. Особенности динамики потенциалов позволяют решать вопросы использования оптимизационных подходов в условиях высокой волатильности внешней среды, в условиях развивающихся рынков. Описаны модели эффективности и модели норм времени, играющие вспомогательную роль при формировании модели линейного программирования. Дополнительно формализованы показатели потенциальной нормы времени и потенциалоемкости оборудования, используемые в указанной модели. Приведена итоговая модель расчета производственной программы, записанная с использованием потенциалов. Модель отражает оптимальное использование ресурсов и имеет формы прямой и двойственной задач линейного программирования, переформулированных с применением накопленных потенциалов. Модель включает описание потенциалов целевой функции и уравнения, описывающие ресурсные ограничения.

Ключевые слова: линейное программирование, накопленный потенциал, динамическая модель, социофизический объект.

Полный текст статьи:
MustaevSoavtori_4_19_1.pdf

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СКРЫТНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В СИСТЕМАХ РАДИООХРАНЫ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО МЕТОДА ОЦЕНКИ СКРЫТНОСТИ ДЛЯ НИХ


УДК 004.94
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.022

А.А. Гавришев


Для контроля больших территорий в настоящее время используются системы радиоохраны (беспроводные системы безопасности), обеспечивающие сбор информации с распределенных по территории объекта датчиков с радиоизвещением. При попадании в зону действия датчика человека или постороннего предмета датчик фиксирует факт возникновения внештатной ситуации и посылает по радиоканалу на пульт управления системой сигнал тревоги. Вместе с тем из литературы известно, что системы радиоохраны сами подвержены воздействию деструктивных факторов, направленных на нарушение их работоспособности. В данной работе автором на основе ранее предложенной математической модели и обобщения известной литературы разработана математическая модель процесса обеспечения скрытного информационного обмена в системах радиоохраны, учитывающая в своем составе деструктивные воздействия (например, навязывание ложных данных или подавление помехами) на передаваемые сигналы в канале связи. Так же разработан вычислительный метод оценки скрытности информационного обмена в системах радиоохраны на основе нечеткой логики, применение которого в условиях слабоструктурированности и трудноформализуемости исходных данных, а также в условиях комплекса деструктивных воздействий, потенциально может помочь более адекватно оценить скрытность систем радиоохраны. Полученные результаты возможно использовать для исследования скрытности известных и перспективных систем радиоохраны. Так же полученные результаты возможно использовать для повышения скрытности известных и перспективных систем радиоохраны.

Ключевые слова: математическая модель, вычислительный метод, скрытность, радиоканал, системы радиоохраны.

Полный текст статьи:
Gavrishev_4_19_1.pdf

АРХИТЕКТУРА ОБЛАЧНОЙ СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТЕНТА
В КИБЕРФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ


УДК 004.75
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.027

Д.К. Левоневский


Доставка контента потребителю – одна из важных задач информационных систем. Для эффективной доставки контента необходимо выполнение ряда условий, связанных с надёжностью, управляемостью, согласованностью процессов доставки. Возможность обеспечения этих условий зависит от концепции и архитектуры системы распределения контента. В данной статье рассматривается подход к построению облачной системы распределения мультимедийного контента в киберфизическом окружении. Проанализированы процессы доставки контента в киберфизических системах и сценарии взаимодействия этих систем с пользователями. Отмечено, что процессы доставки контента при интерактивном человеко-машинном взаимодействии с использованием многомодальных интерфейсов исследованы недостаточно. Поэтому предложена общая концепция системы, учитывающая использование многомодальных интерфейсов, детализированы роли участников процесса распределения контента, их типовые действия определены с помощью диаграмм прецедентов. Построены диаграммы классов, описывающие структуру модулей управления и трансляции контента. Предложена архитектура системы на основе общей шины данных. Рассмотрены преимущества данной архитектуры, связанные с надёжностью, оперативностью выявления сбоев, управляемостью, простотой подключения сторонних источников и получателей данных. Рассмотрен пример реализации сервиса корпоративного телевидения на основе предложенной архитектуры, определены компоненты этого сервиса и порядок их взаимодействия.

Ключевые слова: мультимедиа, человеко-машинное взаимодействие, распределённые системы, системы доставки контента, киберфизические системы, шина данных.

Полный текст статьи:
Levonevskiy_4_19_1.pdf

РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ СЕНСОРНЫХ КОМПЛЕКСОВ


УДК 004.42
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.025

А.В. Денисов


В данной работе предложено решение актуальной научно-технической задачи сокращения временных ресурсов на проектирование сетей беспроводной передачи данных на основе программных средств расчета расположения гетерогенных сенсорных элементов и мобильных роботизированных устройств, имеющей существенное значение для развития цифровых технологий в области сельского хозяйства. Разработана рекомендательная программная система AgroWiNet для организации беспроводного информационного взаимодействия в сенсорной сети с применением дополнительных радиомодулей, учитывающая при работе заданные требования по скорости передачи данных между узлами сети и обеспечивающая развертывание сети гетерогенных сенсорных элементов и мобильных роботизированных устройств на обслуживаемой территории. Сформулированы рекомендации по применению разработанной программной системы в сельскохозяйственных робототехнических системах, специализирующихся на аграрных задачах открытого грунта. На сегодняшний день сети ретрансляторов проектируются вручную, а иногда устанавливаются без предварительного расчета, что влечет за собой как излишние трудозатраты на проектирование, так и неоптимальные, с точки зрения энергоэффективности, решения. Разработанное программное обеспечение рекомендательной системы позволяет сократить проектирование таких сетей до нескольких часов и предлагает оптимальное расположение меньшего количества ретрансляторов, а также отличается масштабируемостью и энергоэффективностью.

Ключевые слова: сенсорные сети, алгоритмы определения координат, ретрансляторы, роботизированные устройства, картографирование, распределенные системы.

Полный текст статьи:
Denisov_4_19_1.pdf

РАЗРАБОТКА МЕТОДА САМОАДАПТАЦИИ ПРИКЛАДНОЙ ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ


УДК 004.4
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.021

А.М. Бершадский, А.С. Бождай, Ю.И. Евсеева, А.А. Гудков


В статье рассмотрены вопросы разработки метода самоадаптации прикладных программных систем на основе технологии машинного обучения. Рассмотрены различия между Model-Based и Model-Free подходами в обучении с подкреплением, обоснован выбор Model-Based подхода для создания метода самоадаптации программного обеспечения. Рассмотрено определение расширенного марковского процесса принятия решений, учитывающего роль ситуации в ходе самоадаптации программы. Предложена математическая модель пространства состояний программной системы, основанная на гиперграфовой формализации модели характеристик. На основе расширенного определения марковского процесса принятия решений, предложенной модели пространства состояний системы и концепции Model-Based подхода к машинному обучению с подкреплением разработан новый метод самоадаптации программного обеспечения, учитывающий влияние действий, производимых системой, на состояние окружающей среды. Приведен практический пример использования метода.

Ключевые слова: самоадаптивные программные системы, машинное обучение, обучение с подкреплением, искусственный интеллект.

Полный текст статьи:
BershadskySoavtors_4_19_1.pdf

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ МНОГОВАРИАНТНОГО СИНТЕЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ АРХИТЕКТУРЫ РАЗВИВАЮЩИХСЯ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ


УДК 004.7
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.020

А.А.Рындин, Н.А.Рындин, С.В. Сапегин


В статье рассматриваются модели и алгоритмы синтеза проектных решений в процессе разработки развивающихся программных систем, базирующиеся на подходе многовариантной интеграции. Проблеме эволюции программного обеспечения, как и проблеме проектирования и контроля эволюционной траектории программных систем в настоящее время уделяется большое внимание. Различают различные виды систем, имеющих разные характер и продолжительность эволюционного цикла, однако общей задачей является рациональное проектирование жизненного цикла ПО, включая стадию его разработки. Представив проектируемое ПО, как динамическую развивающуюся систему, мы можем выразить процесс построения программного комплекса в виде маршрута проектирования, состоящего из последовательности задач многокритериального выбора, причем результат каждого выбора влияет на траекторию последующего развития системы. Разделяя компоненты ИС на организационные решения, информационную инфраструктуру и пользовательские сервисы, и применяя методы многовариантной интеграции, мы можем в численном виде решить задачу рационального выбора вариантов на каждом из этапов принятия решений в процессе развития ПО и, таким образом, осуществлять разработку программных средств и компонентов в условиях современной инновационной экономики.

Ключевые слова: многовариантный синтез проектных решений, программная архитектура, развивающиеся программные системы.

Полный текст статьи:
RyndinSoavtors_4_19_1.pdf

РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ РЕПОЗИТОРИЯ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ МУЛЬТИМОДАЛЬНЫХ ДАННЫХ


УДК 004.6
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.019

О.А. Белякова, П.Н. Махнин, С.В. Сапегин


В статье рассматриваются основные особенности проектирования и разработки платформенного решения для организации исследовательской работы, основанной на мультимодальных данных. В условиях кратного увеличения исследовательских данных, собираемых в экспериментах из различных источников, а также повышения интереса к проведению междисциплинарных исследований в последние годы стало актуальным развитие средств, осуществляющих сбор, хранение и обработку мультимодальных данных. При этом, в качестве изначального источника данных рассматривается коммуникативный процесс, включающий в себя аудио-, видео-, семантическую модальность, а также модальности, получаемые от различных датчиков. На основе проведенного исследования в статье сформулированы требования к репозиторию, а также предложена модель его архитектуры. Рассмотрены особенности цифрового представления мультимодальных данных в виде линейной комбинации модальностей, представлен подход к реализации и развитию репозитория, базирующийся на принципах микросервисной архитектуры. Реализуемая платформа предназначена для управления и совместной обработки данных в междисциплинарных коллективных исследованиях, в том числе с использованием удаленных рабочих мест. Построение архитектуры осуществлено с использования парадигмы реактивного взаимодействия компонентов системы, а также принципов асинхронного доступа.

Ключевые слова: мультимодальные данные, репозиторий, организация исследовательской работы, распределенная платформа, междисциплинарные исследования.

Полный текст статьи:
BelyakovaSoavtors_4_19_1.pdf

ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ В ЗАДАЧАХ УПРАВЛЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИМ АЛГОРИТМОМ


УДК 519.876.2
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.016

Д.А. Петросов, Р.А. Ващенко, А.А. Степовой, Н.В. Петросова, А.Н. Зеленина


В современных интеллектуальных системах поддержки принятия решений по-прежнему сохраняется проблема, связанная с повышения быстродействия в задачах структурно-параметрического синтеза больших дискретных систем с заданным поведением на основе генетических алгоритмов. В настоящее время существует два основных направления исследований, которые рассчитаны на математическое или аппаратное повышение быстродействия. Одним из способов аппаратного повышение быстродействия является применение параллельных вычислений, к которым относится технология GPGPU (General-purpose computing on graphics processing units). В данной работе рассматривается возможность повышения быстродействия интеллектуальных систем с использованием математического инструмента искусственных нейронных сетей за счет введения модуля управления генетическим алгоритмом непосредственно при выполнении синтеза решений. Управление процессом структурно-параметрического синтеза достигается путем прогноза и оценки состояния генетического алгоритма (сходимости, затухания, нахождения популяции в локальных экстремумах) с применением искусственных нейронных сетей. Это позволяет изменять параметры работы операторов непосредственно в процессе синтеза решений, изменяя их разрушающую способность относительно бинарной строки, что приводит к изменению траектории движения популяции в пространстве решений, и как следствие, должно способствовать повышению быстродействия интеллектуальных систем поддержки принятия решений.

Ключевые слова: генетический алгоритм, интеллектуальные информационные системы, искусственные нейронные сети, системный анализ.

Полный текст статьи:
PetrosovSoavtori_4_19_1.pdf

АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ НЕСИММЕТРИЧНОСТИ НАГРУЗКИ ФАЗ В ТРЁХФАЗНОЙ СЕТИ 0,4 КВ


УДК 517.977
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.015

Ю.А. Клименко, А.П. Преображенский, О.Н. Чопоров


Актуальность исследования обусловлена основными требованиями Федерального Закона от 23.11.2009 года № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ». В работе рассматривается возможность создания комплекса контроля и управления качеством электроэнергии (КК и УКЭЭ) в распределительных сетях 10/0,4 кВ, особенно в отдалённых и труднодоступных районах сельских местности. Проблема несоответствия качества поставляемых сетевыми и энергосбытовыми организациями энергоресурсов требованиям ГОСТ, состоит в физической и моральной изношенности энергетического оборудования, несоответствии технических параметров линий электропередач современному уровню потребления энергоресурсов, величине потерь электроэнергии. Данное исследование направлено на реконструкцию электрических сетей и улучшения качества поставляемых энергоресурсов потребителям. Результат достигается применением адаптивных систем на основе контроля и управления параметрами состояния электрической сети (электрическое напряжение, электрический ток, коэффициент мощности, активная и реактивная мощность), интеллектуального распределения электрических мощностей между потребителями. Материалы работы представляют практическую ценность для энергетических сетевых, проектных организаций и предприятий по реализации электрооборудования, а так же для потребителей электроэнергии.

Ключевые слова: распределительная сеть, процесс, качество, электроэнергия, адаптивная система, управление, критерий, алгоритм.

Полный текст статьи:
KlimenkoSoavtors_4_19_1.pdf

СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ СИНХРОННОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ


УДК 621.3.051
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.018

К.Д. Крестовников, Е.О. Черских, А.Р. Шабанова


В работе представлены схемотехнические и конструктивные решения беспроводной системы передачи энергии (БСПЭ), направленные на повышение передаваемой мощности и эффективности работы зарядного устройства. Данная задача была решена путем применения в приемной части ранее разработанного синхронного выпрямителя. Отличительной особенностью БСПЭ является наличие системы управления, предназначенной для контроля рабочих параметров, защиты от недопустимых режимов работы и взаимодействия с пользователем посредством вывода диагностических сообщений на дисплей. Для поддержания резонансной частоты в передающей части устройства использовался резонансный автогенератор. Применение идентичных компонентов в обоих контурах позволило не использовать дополнительные подсистемы для настройки частоты на резонансное значение в приемной части. Для упрощения процесса изготовления и сборки БСПЭ были выбраны аналогичные материалы корпусов приемной и передающей частей и размеры места под укладку катушки индуктивности в передающей и принимающей частях. Проведено сравнительное исследование эффективности работы БСПЭ с использованием в приемной части выпрямителя на диодах Шоттки и синхронного выпрямителя. Выявлено, что использование разработанного ранее схемотехнического решения синхронного выпрямителя позволяет повысить эффективность работы БСПЭ на 5,38 % при токе нагрузки 4,5 A. Кроме того, получены зависимости эффективности синхронного выпрямителя от тока нагрузки, эффективности передачи энергии от передаваемой мощности и внешняя характеристика для различных расстояний между передающей и принимающей частями. Эффективность передачи энергии при использовании представленного прототипа БСПЭ составила 76,47 % при значении передаваемой мощности 125 Вт. Повышение передаваемой мощности минимум на 30 % по сравнению с аналогичными беспроводными зарядными устройствами свидетельствует о сокращении времени заряда.

Ключевые слова: беспроводная передача энергии, схемотехническое решение, зарядное устройство, синхронный выпрямитель, резонансный автогенератор, диод Шоттки.

Полный текст статьи:
KrestovknikovSoavtori_4_19_1.pdf