Архив рубрики: Проблемно-ориентированные системы управления

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФУЗИИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В РЕКАХ: ОДНО- И ДВУМЕРНАЯ ЗАДАЧИ


УДК 004.94:004.9.032.26
doi: 10.26102/2310-6018/2019.24.1.005

В.Ю. Вишневецкий , И.Б. Старченко


Работа посвящена актуальной проблеме моделирования и таким образом впоследствии прогнозирования распространения загрязнений потоком воды в реках. Особенно актуальна данная задача в аспекте учета стока в основное русло притоков рек. Рассмотрены общие вопросы моделирования экологических систем, показана важность методологического подхода. Далее проблема декомпозирована на исследование речного русла, поскольку в реках присутствуют значительные скорости течения воды и распространение загрязняющих веществ может носить взрывной характер. В настоящей статье рассматривается диффузия загрязняющих веществ в реках в рамках одно- и двумерной задач. В качестве исходных используются уравнения переноса веществ вдоль траекторий – для одномерного случая и нестационарное уравнение конвекции-диффузии в дивергентном виде – для двумерного случая с соответствующими граничными условиями. Уравнения решены численно с использованием программного продукта Matlab. Построены профили распределения концентраций загрязняющих веществ для скоростей потока воды в реке в диапазоне 1-10 м. Показано, что для небольших скоростей наблюдается плавное повышение концентрации, далее с увеличением скорости возникает резкий скачок с наступлением насыщения, и затем для больших скоростей потока наблюдаются осцилляции, связанные с релаксационными процессами.

Ключевые слова: дисперсия, концентрация, загрязняющие вещества, численное решение уравнений, одно- и двумерная задачи.

Полный текст статьи:
VishnevetskiyStarchenko_1_19_1.pdf

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА ИСПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ МНОГОСТАДИЙНОЙ ОБСЛУЖИВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

УДК 519.865.7
doi: 10.26102/2310-6018/2019.24.1.002

Е.В. Болнокина , С.А. Олейникова


Объектом исследования в работе являются многостадийные системы, на вход которых поступает поток заявок, требующих для своего обслуживания выполнения множества последовательно-параллельных работ. Предметом исследования является оптимизация задачи назначения исполнителям работ в такой системе. Целью работы заключается в формализации исследуемой задачи с учетом человеческого фактора при совместном выполнении работ группой исполнителей. Исследование особенностей задачи показало невозможность использования классических подходов (в частности, венгерского метода и методов решения задач целочисленного программирования) для ее решения. В связи с этим возникла необходимость разработки собственного специализированного математического и алгоритмического аппарата. В результате предложена формализация задачи, включающая нелинейную целевую функцию и рекурсивные ограничения. Специфика математического аппарата потребовала использования соответствующего алгоритмического обеспечения для ее решения. За основу была взята методика алгоритмов с возвратом. Представлена общая идея алгоритма, базирующаяся на методе ветвей и границ. Таким образом, получено формальное описание задачи назначений исполнителям работ с учетом имеющихся особенностей системы, а также представлен общий алгоритм ее решения. Детализация и программная реализация алгоритма позволят повысить эффективность принятия управленческих решений за счет оптимизации выбора коллектива исполнителей для каждой из работ.

Ключевые слова: организационное управление, задача о назначениях, многостадийная обслуживающая система, формализация, алгоритм.

Полный текст статьи:
BolnokinaOleynikova_1_19_1.pdf

МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ КОРРЕКЦИИ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ РЕШЕНИЯ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИОННОЙ ЗАДАЧИ

УДК 629.7.05

А.В. Сизов, С.В. Ипполитов, А.Ю. Савченко, В.А. Малышев


В статье предложена методика формирования требований к системе коррекции инерциальной навигационной системы на основе решения многопараметрической оптимизационной задачи, которая позволит обосновать требуемые значения навигационных параметров для различных типов авиационных комплексов с целью повышения их боевой эффективности. Суть данной методики заключается в выборе требуемых оптимальных значений показателей точности навигации и точности коррекции, ограниченных нормативно-технической документацией и ресурсами вычислительными среды с одной стороны, и достижением максимальной боевой эффективности с другой. Полученные оптимальные значения параметров точности навигации и скорость нарастания ошибки счисления координат инерциальной навигационной системы определяют частоту коррекции инерциальной навигационной системы. На основе выявленной связи точности навигации и размера рабочей области ЭКМ получена зависимость вычислительных ресурсов от точности навигации. А на основе выявленной связи точности коррекции и количества секторов рабочей области ЭКМ получена зависимость вычислительных ресурсов от точности коррекции. В результате решения многопараметрической оптимизационной задачи определена взаимосвязь частоты коррекции и точности навигации при неизменной скорости нарастания ошибки счисления координат. Данное решение позволяет определить оптимальное значение точности навигации и точности коррекции, обеспечивающие максимальную боевую эффективность.

Ключевые слова: инерциальная навигационная система, оптико-электронная система, электронная карта местности, оптимизация.

Полный текст статьи:
SizovSoavtors_4_18_1.pdf

СТРУКТУРА ЗАДАЧ МОДЕЛИРОВАНИЯ, ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ОПТИМИЗАЦИИ КАЧЕСТВЕННОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТЕВЫХ ОБЪЕКТОВ В МНОГОАСПЕКТНОЙ СРЕДЕ ИНФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА

УДК 681.3

А.Н.Швиндт


Дана характеризация процесса функционирования сетевых объектов в многоаспектной среде информационного мониторинга. Рассмотрены основные аспекты оценивания качества функционирования в условиях цифровизации. Показана необходимость разработки объектно-ориентированных методов математического моделирования и численной оптимизации исследуемого процесса. Обоснован двухуровневый характер упорядоченности элементов многоаспектной среды информационного мониторинга и возможность их представления в виде нумерационных множеств. Приведены основные классы преобразований нумерационных множеств. Оценена зависимость большинства преобразований от экспертных оценок при взаимодействии объединения сетевых объектов с управляющим центром и потребителями результатов функционирования. Предложены виды математического моделирования и методы их реализации, которые соответствуют преобразованиям нумерационных множеств: структурное, статистическое, экспертно-агрегационное, экспертно-классификационное, экспертно-оптимизационное. При этом экспертно-оптимизационное моделирование направлено на последовательную редукцию вариантов качественного функционирования сетевых объектов с использованием численных методов рандомизированного поиска и экспертного оценивания.

Ключевые слова: сетевые объекты, качественное функционирование, информационный мониторинг, нумерационное множество, моделирование, численная оптимизация, экспертное оценивание.

Полный текст статьи:
Schwindt_4_18_1.pdf

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СООБЩЕСТВ ИГРОКОВ И ФУНКЦИЙ ВЫИГРЫША В ИГРАХ С НЕПРОТИВОПОЛОЖНЫМИ ИНТЕРЕСАМИ

УДК 519.83:519.81

Т.В. Меньших, В.И. Новосельцев


При решении многих прикладных задач используются методы теории игр. В частности, при принятии управленческих решений требуется согласование различных аспектов решений, за которые отвечают специалисты разного профиля. Это приводит к необходимости использования игр с непротивоположными интересами и нахождения для них равновесий по Дж. Нэшу. Решение указанной задачи для частного случая игр с иерархическим вектором интересов определяется теоремой Гермейера и Вателя. Однако, при доказательстве теоремы, не был учтен целый ряд аспектов. В частности, неопределенны условия построения иерархического дерева групп игроков и в неполной мере описаны свойства функции выигрыша для этих групп. В данной работе предлагается ввести понятия целей игроков и на этой основе построить структурно-параметрическую модель сообщества игроков, представляющую собой нечеткий граф с множеством вершин, соответствующих игрокам, и дуг, отражающих совпадение целей игроков. Веса дуг определяются функциями принадлежности нечетких множеств, описывающих значимости целей для игроков. Цвета дуг соответствуют целям игроков. После этого вводится понятие цветной клики и разрабатывается алгоритм построения иерархической структуры групп на основе последовательного нахождения цветных клик. Далее, на основе анализа доказательства теоремы Гермейера и Вателя, показывается, что функция выигрыша группы игроков должна быть непрерывной. Следствием этого является исключение случаев, использования дискретных (в частности, целочисленных) ресурсов.

Ключевые слова: игры с непротивоположными интересами, равновесие по Нэшу, цели игроков, структурно-параметрическая модель сообщества, иерархическая структура групп игроков, функция полезности группы игроков.

Полный текст статьи:
MenshikhNovoseltsev_4_18_1.pdf

ПРОБЛЕМА ВЫБОРА НЕЙРОСЕТЕВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОТОКОВ ДАННЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

УДК 004.7

В.О. Акопов, С.А. Сорокин, О.Я. Кравец


Объектом исследования в работе являются распределенные информационные системы, на вход которых поступает поток заявок, требующих для своего обслуживания выполнения определенных ресурсов. Предметом исследования является прогнозирование потоков данных в таких системах. Цель работы заключается в анализе проблемы выбора нейросетевой модели для прогнозирования потоков данных распределенных информационных систем. Проанализирована специфика исследуемой задачи, а также подходы к решению на основе теории систем массового обслуживания. Сделан вывод о недостаточной адекватности таких систем в условиях динамического изменения состояния. В связи с этим возникла необходимость разработки собственного специализированного математического и алгоритмического аппарата. В результате предложен подход к сокращению объема выборки на основе совмещения нейросетевой модели с численным методом, учитывающим известные закономерности функции и освобождающим нейросеть от прогнозирования этих закономерностей. Специфика математического аппарата потребовала использования соответствующего алгоритмического обеспечения для ее решения. Таким образом, проведен анализ проблемы выбора нейросетевой модели для прогнозирования потоков данных распределенных информационных систем.

Ключевые слова: распределенные информационные системы, задача прогнозирования, нейронные сети, формализация.

Полный текст статьи:
AkopovSoavtori_4_18_1.pdf

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В СТРУКТУРЕ СОВРЕМЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

УДК 004.052

А.В. Поначугин


Предметом исследования является применение современных подходов для определения, направленных на повышение надежности программного обеспечения мер безопасности и качества информационной системы. Объектом исследования являются модели определения надёжности программного обеспечения. Автор подробно рассматривает такие аспекты темы как: использование функционального подхода к изучению надежности программной составляющей, складывающейся из совокупного достижения надежности каждого функционального блока; использование системного подхода в части исследования надёжности программного обеспечения в структуре информационной системы. Особое внимание уделяется сопоставлению существующих моделей и способов определения надёжности. Выделены методы повышения качества и надёжности конечного результата разработки программного обеспечения с учетом выделения функциональных блоков. Основные выводы проведённого исследования: использование системного подхода дает возможность выявить качества, вытекающие из взаимных связей между составляющими элементами программы, которые определяют современные способы повышения надежности программных продуктов. В работе автором предложено адаптировать главные системные принципы повышения надежности программного обеспечения, доказывается положительный эффект от их внедрения. Новизна исследования заключается в совместном использовании функционального и системного подходов с целью выявления способов роста качества и надежности, что позволяет учитывать особенности внутри структурных элементов программы и их взаимодействие.

Ключевые слова: автотестирование, надежность, программное обеспечение, системный подход, функциональный подход, функциональный блок.

Полный текст статьи:
Ponachugin_4_18_1.pdf

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И ВЫБОР ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ, РЕАЛИЗУЮЩИХ
МЕТОД АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ

УДК 519.816

В.А. Латыпова


Одним из наиболее часто используемых методов многокритериального выбора является метод анализа иерархий. Принятие решений на основе данного метода осуществляется с использованием специальных программных средств: готовых или самостоятельно разработанных, или без них. Наиболее эффективным является использование готовых средств. Однако выбор конкретной программы для принятия решений неоднозначен. Он зависит от решаемых задач и требует учета многих факторов, при этом не существует соответствующих критериев выбора. Использование программ имеет свои особенности в зависимости от сферы применения, поэтому набор критериев при выборе программы для той или иной сферы будет различным. В статье проведен сравнительный анализ зарубежных и отечественных программ, реализующих метод анализа иерархий. Определены критерии выбора программ: критерии-ограничители, такие как стоимость, точность расчета вектора приоритетов, размер иерархии и другие критерии: удобство использования и дополнительные функциональные возможности. Для ряда критериев выявлены подкритерии. С помощью метода анализа иерархий проведен выбор по данным критериям оптимальных программ среди рассмотренных для различных областей: для использования при обучении, при проведении научных исследований и при управлении организацией.

Ключевые слова: многокритериальный выбор, метод анализа иерархий, обзор программ, обучение, управление организацией, научные исследования.

Полный текст статьи:
Latipova_4_18_1.pdf

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ РИСКИ И НЕФТЕГАЗОНОСНЫЕ РАЙОНЫ КИПРА:
МОДЕЛИ ОЦЕНКИ

УДК 551.24

В. А. Минаев, А. О. Фаддеев, А. В. Кантышева, Т. М. Невдах, Т. Р. Ахметшин


В статье рассматриваются актуальные вопросы сейсмической опасности на территории Кипра и прилегающей акватории Средиземного моря. Цель статьи – анализ геодинамических рисков в указанном регионе, построение адекватных моделей их оценки, а также обоснование индикаторов геодинамической опасности и поиска нефтегазовых бассейнов. Построена вероятностная модель, описывающая последовательность геодинамических состояний геологической среды исследуемой территории и удовлетворяющая условиям независимости, однородности и ординарности потоков событий. Дано ее описание в виде дифференциальных уравнений Колмогорова. На основе модели получено эквипотенциальное распределение геодинамического риска, позволяющее обосновывать зоны достаточно безопасного строительства на острове Кипр и размещения шельфовой инфраструктуры на побережье. Другой немаловажный прикладной аспект модельных исследований — это поиск геодинамических индикаторов сейсмического риска. Одним из таких индикаторов являются вихревые структуры, образованные векторами горизонтальных напряжений в литосфере Земли. Наибольшая концентрация эпицентров произошедших землетрясений и наибольший вероятностный геодинамический риск приходятся на территорию, где наблюдается взаимное пересечение четырёх вихревых структур в районе юго-западного побережья острова. Важный аспект оценки геодинамического риска связан с задачей поиска индикаторов нефтегазоносных месторождений. Используя цифровую модель литосферы Земли, созданную авторами, установлено, что нефтегазоносных месторождений территориально размещаются на границах левовращающейся вихревой структуры, образованной конкретными физическими характеристиками литосферы. Это подтверждается эмпирическими данными на примере территории Кипра и прилегающей к нему акватории Средиземного моря. Делается вывод о том, чтобы уточнить расположение нефтегазоносных зон, необходимы картографические данные о более детальных распределениях движений земной коры, тектонических нарушениях и аномальном гравитационном поле.

Ключевые слова: Кипр, сейсмическая опасность, вероятностная модель, геодинамический риск, индикатор, литосфера Земли, горизонтальные напряжения, нефтегазоносные зоны.

Полный текст статьи:
MinaevSoatori_4_18_2.pdf

ТОЧНОЕ ВЫЧИСЛЕНИЕ СТОИМОСТИ РЕЗКИ ЗАГОТОВОК ИЗ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА НА МАШИНЕ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ В
ЗАДАЧЕ ОПТИМИЗАЦИИ МАРШРУТА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

УДК 519.863

А.Ф. Таваева , А.А. Петунин


В статье рассматривается вопрос точного вычисления целевой функции в задаче оптимизации маршрута перемещения режущего инструмента для машин листовой лазерной резки с числовым программным управлением (далее ЧПУ). В качестве целевой функции рассматривается стоимость лазерной резки, которая зависит от ряда числовых параметров. Вычисление этих параметров затруднено по ряду причин: необходимо учитывать тип используемого лазера в машине с ЧПУ, марку и толщину обрабатываемого материала, стоимость расходных материалов, расход и стоимость вспомогательного и лазерного газов, амортизацию оборудования и заработную плату обслуживающего персонала. В работе предлагается математическая модель точного вычисления целевой функции стоимости лазерной резки. На основании предложенной модели произведен расчет основных параметров для СО2 лазерного комплекса ByStar3015, от которых зависит стоимость резки. На основании полученных формул для расчета основных стоимостных параметров можно вычислить длину дополнительного реза, допустимую при проектировании маршрута режущего инструмента с применением специальных способов резки с дополнительным резом. Таким образом, зная рассчитанную максимально допустимую длину дополнительного реза можно легко оценить эффективность и целесообразность применения специальных способов резки еще на этапе проектирования маршрута перемещения режущего инструмента. Во второй части статьи рассмотрен пример расчета стоимости лазерной резки раскройной карты, разработанной в САПР «СИРИУС». При проектировании управляющей программы маршрут перемещения режущего инструмента был построен для двух случаев: резка «по замкнутому контуру» и применение специальных способов резки. Анализ полученных результатов показал, что применение специальных способов резки позволяет минимизировать стоимость лазерной резки.

Ключевые слова: термическая резка, машины листовой лазерной резки с ЧПУ, оптимизация маршрута режущего инструмента, стоимость лазерной резки, минимизация стоимости резки, скорость перемещения режущего инструмента.

Полный текст статьи:
TavaevaPetunin_4_18_1.pdf