Научный архив: статьи

Активное применение имитационных и агент-ориентированных моделей выходит на принципиально новый уровень. Исследование развития этого направления в России с позиции публикационной активности было опубликовано в предыдущей работе. Подход с применением передового инструментария дает преимущества для разработчиков управленческих механизмов. На данный момент приобретают популярность языковые модели, которые способны генерировать ответы и решать задачи на высоком уровне сложности. Подобные разработки уже применяют вместе с агент-ориентированным подходом, что вызывает особый интерес с точки зрения перспектив прикладной значимости. Масштабирование исследований с помощью такого инструмента может быть скорректировано в нужный вектор, и настроено на разный уровень детализации - от отдельных модельных объектов в виде сущностей до параметрических особенностей каждого отдельного государства вместе с глобальными изменениями мировой экономики. Основой статьи является обзор различных моделей, где проанализированы российские и зарубежные разработки, сконструированные с помощью методологии компьютерных имитационных моделей. Данный метод позволяет специалистам внедрять новые подходы в структуру государственного управления за счет анализа и прогнозирования вызовов в различных сферах общественной жизни. Помимо этого, рассмотрены популярные программные обеспечения для работы с моделями подобного класса. В другом блоке приведена подборка прикладных моделей с индивидуальной настройкой под каждую из задач, и демонстрацией результатов, которые передают специфику разных сфер общественной жизни, начиная с демографической оценки населения стран, планирования в системе здравоохранения до военных столкновений и заканчивая программными продуктами для анализа космической обстановки. Примерами стали модели, где изучена демографическая ситуация в России, распространение пандемии. В результатах экспериментов некоторых моделей можно выделить социальную направленность, которая хорошо помогает разобраться в специфике демографических и социальных проблем - сокращение населения, уровень поддержки политической элиты, поведение людей в стрессовой ситуации, меры государственной поддержки, дающие положительный эффект для населения.

При автоматизированном конструировании поверхностей технических изделий важен процесс создания их математической модели, позволяющий управлять формой неосциллирующих кривых-обводов высокого порядка гладкости по заранее заданным геометрическим и дифференциальным условиям на отдельном участке поверхности. Решение задач интерполирования выпуклой кривой позволяет решать многовариантные оптимизационные задачи по выбору наилучших технических решений.

Универсальные шарнирные роботы являются инструментальной основой гибких производственных ячеек, которые определяют современный уклад производства и технически обеспечивают вариативное изготовление большой номенклатуры изделий с широким диапазоном типоразмеров. Универсальный робот поставляется как отдельная единица технологического оборудования и может быть оснащен богатым спектром рабочих органов, инструментов и захватных устройств. В данной работе разработано захватное устройство с червячной передачей для робота Kawasaki, которое отличается повышенной точностью за счет минимизации зазоров и возможностью адаптивно захватывать объекты разной формы. Разработанное устройство является отдельным изделием и может быть использовано с любым другим роботом с аналогичной повышенной грузоподъемностью. Разработанная методика проектирования пригодна для конструирования различных захватных устройств и включает алгоритмическую часть, связанную с подключением и управлением.

Выполнено совместное моделировании формы поверхности сетеполотна, натянутого на силовой каркас, и статистических радиолокационных характеристик калибровочного отражателя. Для решения задачи предложена и реализована комплексная компьютерная модель, предусматривающая анализ напряженного состояния сетеполотна, формирующего поверхность раскладного сферического отражателя, численный электродинамический расчет пространственной диаграммы обратного рассеяния и оценивание статистических радиолокационных характеристик, соответствующих произвольному направлению локации в процессе наблюдения. С использованием комплексной компьютерной модели для выбранного варианта конструкции раскладного сферического отражателя рассчитана равновесная форма отражающей поверхности, разработана фацетная трехмерная электродинамическая модель, выполнен расчет пространственных диаграмм обратного рассеяния, проведено оценивание статистических радиолокационных характеристик для различных волновых размеров объекта. Представленная комплексная компьютерная модель может быть использована в исследованиях, связанных с анализом радиолокационных характеристик калибровочных раскладных сферических радиолокационных отражателей с различными вариантами конструкции силового каркаса.

Данная работа посвящена исследованию распределения температурных полей при точечной сварке трением с перемешиванием (ТСТП) алюминиевых листов толщиной 2 мм из АМг5 и В95АТ при помощи компьютерного моделирования. Модель создавалась в программном комплексе для моделирования процессов обработки металлов давлением DEFORM-2D/3D. В результате работы была создана модель процесса ТСТП для алюминиевых сплавов АМг5 и В95АТ, которая была верифицирована по экспериментальным данным измерения температур с помощью термопар. С помощью верифицированной модели было исследовано влияние параметров процесса на температурные поля алюминиевых сплавов. Результаты исследования показали, что основное влияние на повышение температуры при ТСТП оказывает скорость вращения инструмента, а также теплопроводность самого материала. Усложнение геометрии заплечика, в частности нанесение резьбы, дополнительно увеличивает тепловыделение и скачкообразное поведение температуры.

В данной статье рассмотрена методика сравнительного исследования точности оценок параметров в задачах конфлюэнтного и регрессионного анализов. С использованием технологии имитационного моделирования разработана компьютерная модель в предположениях регрессионного и конфлюэнтного анализа, в результате обработаны модельные данные с ошибками измерения всех переменных и произведен анализ полученных результатов исследования с точными значениями коэффициентов линейной модели.

В работе представлены результаты компьютерного моделирования алмазоподобных полупроводниковых наночастиц, построенных на базе арсенида галлия и на базе антимонида галлия. В работе были исследованы модели наночастиц размером 3´3´3 элементарные ячейки и размером 5´5´5 элементарных ячеек с различным содержанием атомов сурьмы в подрешетке BV. Методом нелокального орбитально-оболочечного функционала плотности были получены равновесные параметры связей пар атомов, входящих в состав кристаллической структуры исследуемых наноэлектромеханических систем (НЭМС). Методами молекулярной механики была изучена зависимость энергии наночастиц антимонида - арсенида галлия от размера наночастицы и содержания сурьмы в ее составе. Было показано незначительное изменение межатомного расстояния в полупроводниковых системах с алмазоподобной структурой и в НЭМС состоянии. Показано, что при введении атомов сурьмы в систему арсенида галлия система стабилизируется, а при введении атомов мышьяка в систему антимонида галлия система дестабилизируется.

Поиск и расчетное обоснование новых материалов для ответственных элементов измерительных приборов ведется в современных условиях с применением методов компьютерного моделирования. В статье представлены результаты разработки компьютерной модели для оценки неравномерного температурного поля в поверхностном слое электрического контакта, возникающего из-за выделения Джоулева тепла в предположении неровной поверхности соприкосновения. Предложена концепция микроконтактных точек, пиковое повышение температуры в которых приводят к деградации контактных материалов за счет изменения фазового состава и эффектов упорядочения атомов в кристаллической решетке. Выполнены вычислительные эксперименты с использованием авторской программы, процессор которой использует метод конечных элементов.

В статье проанализирована эффективность использования различных моделей машинного обучения для предсказания спектральных свойств экзогенных флуорофоров, ключевых в диагностике онкозаболеваний. Исследуется применение алгоритмов ИИ для быстрого и экономически эффективного поиска новых флуорофоров, способствующих раннему выявлению рака. В статье оценивается эффективность различных моделей машинного обучения в предсказании свойств экзогенных флуорофоров, используемых в диагностике онкологических заболеваний. В работе исследуется применение алгоритмов искусственного интеллекта для быстрого поиска новых флуорофоров, способствующих раннему обнаружению рака. Особое внимание уделено оптической биопсии как неинвазивному методу исследования тканей для ранней диагностики патологий. В статье обобщаются данные из базы данных PubChem и GeoMcNamara и анализируются молекулярные свойства флуорофоров и их спектральные характеристики. Используя модели машинного обучения, такие как линейная регрессия, метод опорных векторов, случайный лес и XGBoost, получены результаты предсказания длины волны излучения для образцов флуорофоров. Результаты обучения и тестирования моделей свидетельствуют о высокой точности работы XGBoost и Random Forest. Исследование подчеркивает важность разработки эффективных флуорофоров для ранней диагностики рака и представляет модели машинного обучения в качестве инструментов для обработки и анализа данных в этой области, что позволяет акцентировать внимание на перспективности и применимости прогрессивных методов исследования в онкологии и медицинской химии.

Методами компьютерного моделирования проведено исследование зернограничной самодиффузии по несимметричным границам зерен с осью разориентации [111]. Угол разориентации несимметричных границ соответствует углу разориентации специальной границы зерен S13(134). Расчет проводился с использованием парного потенциала Морзе и многочастичного потенциала Клери-Розато. Показано, что структуру нессиметричных границ можно описать в модели структурных единиц - все границы содержат структурные элементы характерные для границы S13(134). Проведен расчет коэффициентов зернограничной диффузии и построены аррениусовские зависимости, по которым определены энергии активации диффузии. Зависимости имеют от двух до трех линейных участков. Обнаружено, что при высоких температурах зеренограничная область аморфизируется раньше прилегающих зерен. Это позволяет утверждать, что границы плавятся при более низких температурах, которые составили от 0,91 до 0,97 температуры плавления.

Компьютерное моделирование новых методов обработки материалов носит многодисциплинарный характер и требует развития специального программного обеспечения с соответствующими математическими моделями и алгоритмами. В данной работе создана программа для конечно-элементного моделирования явлений, связанных с выделением Джоулева тепла в неоднородных системах. С использованием созданной программы исследована модельная система, имитирующая протекание электрического тока через полидисперсный порошковый материал. Модельный материал имеет матричную структуру, образован круглыми в сечении включениями и характеризуется различной проводимостью, концентрацией и взаимным расположением частиц. Показана возможность получения анизотропной структуры в результате теплового воздействия на порошковый материал при протекании электрического тока. Установлен перечень управляющих параметров технологического процесса для получения анизотропного порошкового материала. Предложен метод систематизации результатов компьютерного моделирования с использованием диаграмм, подобных фазовым диаграммам многокомпонентных соединений.

Рассматриваются методы математического и компьютерного моделирования трудовых процессов промышленных предприятий, персонал которых способен сократить потери ресурсов и простои оборудования. Для реального предприятия промышленности разработана компьютерная модель обоснования оптимальных параметров механизма стимулирования, описаны вычислительные эксперименты и рассмотрены условия его внедрения на практике.