Научный архив: статьи

Статья посвящена разработке системы автоматической инспекции проблемных участков протяженных объектов с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), оснащенных системами технического зрения (СТЗ), в частности многолучевыми гидроакустическими сонарами. Предложенная система позволяет в режиме реального времени на бортовом ЭВМ АНПА динамически строить трехмерную модель трубопровода на основе облаков точек, получаемых от СТЗ. На основе указанной модели автоматически определяются положение протяженного объекта в пространстве и его кривизна, а также уровень погружения трубы в донный грунт. Вычисленные параметры позволяют выявлять потенциально опасные участки, подверженные деформациям или повреждениям. Полученные данные должны использоваться для корректировки миссии аппарата с целью проведения детального дообследования выявленных зон интереса, а также могут быть отправлены на пост оператора с использованием гидроакустического канала связи с аппаратом.

Программная реализация системы выполнена на языке Python с использованием открытых библиотек для обработки трёхмерных данных. Численное моделирование процесса инспекции трубопровода проводилось в среде CoppeliaSim, полученные результаты подтвердили работоспособность и эффективность предложенной системы.

Рассматривается проблема выбора оптимальных стратегий агентов рынка электронной торговли, осуществляемой ритейлерами через маркетплейсы. Анализ структуры и динамики рынка электронной торговли в России показал актуальность этой проблемы вследствие опережающего роста продаж через сеть Интернет по сравнению с динамикой традиционных каналов продаж. Исследован бизнес-процесс электронной торговли для ведущих маркетплейсов Wildberries и Ozon, на основе которого разработаны модели принятия решений для маркетплейсов и ритейлера, выбирающего наилучший канал продаж. Сформированы механизмы определения оптимальных объемов продаж, максимизирующих функции полезности маркетплейсов и ритейлера, доказаны условия оптимальности. Предложена методика оценки диапазонов взаимовыгодных значений объемов продаж на основе областей компромисса. Проведено статистическое моделирование функции спроса на смартфоны при электронной торговле в РФ, а также функций издержек маркетплейсов и ритейлера, на основе которого сформированы функции полезности (прибыли) агентов рынка и построены области компромисса. Сформулированы практические рекомендации по выбору оптимальных стратегий агентов рынка электронной торговли смартфонами, показан экономический эффект изменения стратегий продаж.

Предлагается простой дискретный алгоритм, моделирующий работу мультиполярного ассоциативного нейрона с синапсами, и простая приближенная математическая модель синапса. Коэффициенты моделей находятся путем решения задачи идентификации по результатам измерений входов и выходов блоков, из которых состоит структурная схема нейрона и синапса. Полученные математические модели частично отражают основные свойства реальных нейронов и синапсов. Они могут использоваться для создания искусственных нейронных сетей и систем искусственного интеллекта при математическом моделировании работы мозга человека.

Обоснована актуальность проведения исследования динамического характера рабочих процессов кузовных мусоровозов с учетом свободных колебаний рамы автомобиля. Обобщены результаты исследований влияния конструктивного исполнения манипуляторов кузовных мусоровозов с боковой загрузкой на формирование усилий в конструктивных элементах мусоровоза при взаимодействии их с нагрузкой, создаваемой весом контейнера при выполнении рабочих операций: подъем, опрокидывание, опускание. Составлена модель и приведена расчетная схема мусоровоза как колебательной системы. Определен характер колебаний рамы мусоровоза в рабочем режиме. Установлены закономерности формирования усилий в системе «захват - бак - захват». С учетом свободных затухающих колебаний базового шасси выполнены исследования формирования нагрузок и оптимизация параметров серийно выпускаемых механизмов загрузки, а также оригинальных технических решений, подтвержденных патентами на изобретения. Для определения нагрузок, возникающих в системе «захват - бак - захват» серийного «вилочного» захвата, разработаны расчетные схемы и составлены уравнения равновесия действия сил. Полученные зависимости позволяют оценить изменение величины усилий в элементах конструкции захвата за рабочий цикл работы манипулятора с учетом колебаний базового шасси и их отклонение от статических нагрузок. Моделированием сил и моментов в элементах новой конструкции захвата, обеспечивающей вертикальное положение контейнера в процессе его подъема, установлено, что после затухания колебаний базового шасси происходит стабилизация всех сил, действующих в системе, моменты компенсируют действие друг друга таким образом, что суммарный момент стремится к нулю. На основании выполненных исследований дано решение актуальной научно-технической задачи, состоящей в совершенствовании методов расчета машин для сбора и вывоза твердых коммунальных отходов, обеспечивающих повышение эффективности их эксплуатации за счет снижения усилий в элементах конструкции захвата, повышения надежности системы «захват - бак - захват» манипулятора и его привода, повышения производительности мусоровозов и экологичности их работы.

Совокупность информационных, производственных рисков и их агрегирование в пожарной опасности имеют разрушительный характер для техносферы. Ограниченные несистемные исследования в области формального описания моделей информационной, функциональной и пожарной безопасности на опасных производственных объектах обусловливают необходимость развития комплексной математической модели применительно к техносфере. Рассмотрены математические модели на основе Марковских процессов, которые используются при решении различных задач для чрезвычайных ситуаций на опасных производственных объектах.

Рассматривается модель поддержки управления при распределении общего фонда рабочего времени сотрудников органов государственного пожарного надзора. Предложенная математическая модель основана на методах линейного программирования и позволяет оптимизировать распределение рабочего времени с учетом сезонных изменений приоритетов и индивидуальных особенностей сотрудников. Модель учитывает такие факторы, как количество и сложность задач, приоритетность мероприятий, а также производительность труда сотрудников.

Практическая значимость модели заключается в повышении эффективности использования рабочего времени и возможности автоматизации процесса планирования. Результаты исследования могут быть использованы для совершенствования организационной системы государственного пожарного надзора и повышения качества выполнения её задач.

В статье проводится анализ экономической модели, описывающей динамику развития фирмы с управлением. Задача состоит в выработке оптимальной стратегии выплаты заработной платы сотрудникам фирмы, которая позволит увеличить объем капитала фирмы на некотором временном интервале. Модель построена на основе дифференциального уравнения первого порядка, связывающего динамику развития фирмы с функциями полезности и выплаты заработной платы. Функция, описывающая затраты, связанные с выплатой заработной платы сотрудникам, зависит от времени, совокупного капитала фирмы и параметра управляющего воздействия, принимающего значения на промежутке [0,1]. Она является адаптированной модификацией производственной функции Кобба - Дугласа, в которой в качестве капитала используется совокупный капитал фирмы, а в качестве трудовых ресурсов - начальный капитал фирмы. Оптимизационная модель представлена в виде задачи оптимального управления со свободным правым концом. В данной постановке модель, является новой и в литературе ранее не рассматривалась. Для её решения был применён принцип максимума Понтрягина. В работе исследовано три случая задания оптимального управления как кусочно-постоянной функции на всём временном отрезке: управление равное нулю, управление равное единице, и принимающее произвольное значение из интервала [0, 1]. Это позволило сравнить две стратегии выплаты заработной платы: постоянную и пропорциональную капиталу фирмы. Проведённые исследования показали, что выбор оптимального управления зависит от соотношения между инфляционным фактором, коэффициентом пропорциональности и начальным капиталом фирмы. Были получены условия, когда выплата заработной платы сотрудникам должна происходить на постоянном уровне, в противном случае следует устанавливать зарплату пропорционально капиталу фирмы. Так как в случае не выполнении условий, выплата заработной платы на постоянном уровне приводит либо к полному разорению фирмы либо уровень капитала падает до более низкого уровня. В работе получены условия возникновения стационарных решений, когда при любом управлении капитал фирмы останется на уровне начального капитала. Частично результаты исследований были представлены на конференциях [1, 2].

Статья посвящена вопросам взаимодействия поверхностных и грунтовых вод в пойменных ландшафтах. Актуальность темы исследования определяется тем, что поверхностные и грунтовые воды являются важнейшими компонентами любого пойменного ландшафта. Они во многом определяют его морфологическую структуру и процессы функционирования. Цель исследования - анализ взаимосвязи поверхностных и грунтовых вод, создание математической модели, описывающей их взаимодействие для обоснованного решения локальных геоэкологических проблем. Использованы общенаучные, картографические и специальные полевые гидрологические и гидрогеологические методы исследования. В ходе исследования выявлены основные режимообразующие факторы и годовая динамика грунтовых и поверхностных вод. Режим выпадения атмосферных осадков главным образом определяет динамику как грунтовых, так и речных вод. Авторами на основе данных экологического мониторинга произведена оценка взаимосвязи поверхностных и грунтовых вод. Для количественной оценки взаимосвязи грунтовых вод и поверхностных вод р. Инсар был рассчитан коэффициент линейной корреляции Пирсона. В ходе исследования проведен анализ данных за маловодный год (2010 г.), средневодные годы (2019-2023 гг.) и многоводный год (2012 г.). Результаты исследования могут быть использованы для организации мониторинга грунтовых вод и планирования природоохранных мероприятий в пойменных ландшафтах.

В статье выполнен анализ современного состояния рыбопромыслового флота Республики Крым. Указаны проблемы недостаточно эффективного его использования и низкого темпа развития, причинами которых в значительной степени являются моральный износ судов и главных и вспомогательных элементов энергетических установок, а также нерациональная организация системы технической эксплуатации флота. Выполненный анализ позволил выявить причины низкой конкурентоспобности находящегося в эксплуатации специального рыбопромыслового оборудования, играющего важную роль при ведении промысла гидробионтов. К основным из них относятся несовершенство методов расчета и проектирования, неполнота нормативной базы по расчету эксплуатационных нагрузок, отсутствие разработанных систем автоматизированного управления и соответствующего программного обеспечения, позволяющие адекватно учитывать специфику работы рыбопромыслового оборудования. Отмечается, что при создании нового грузоподъемного оборудования рыбопромыслового судна необходимо применение системного метода проектирования с целью обеспечения требуемых показателей мощности, грузоподъемности, скорости, энергетических показателей, стабильности нагрузки, эксплуатационной и экологической безопасности, а также экономической эффективности. Современные методы проектирования машин и механизмов предполагают разработку адекватных математических моделей, которые воспроизводят в пространстве и времени их состояние под действием влияния эксплуатационных нагрузок, учитывающих внутренние и внешние факторы. Приведено описание алгоритма эксплуатационно-стоимостного анализа с использованием математической модели системы привода грузоподъемного устройства. Проектирование и модернизация рыбопромыслового оборудования с использованием предложенного алгоритма позволят обеспечить баланс между эксплуатационными и стоимостными характеристиками оборудования, что является необходимым условием для создания современных конкурентоспособных судовых технических средств.

Темой исследования является анализ проблемы транспортного обслуживания пунктов с необорудованным берегом, расположенных в большинстве на побережье арктических морей и Дальнего Востока, которая является актуальной на протяжении нескольких десятилетий. Отмечается, что в отличие от обычной практики грузовых операций у причалов и на рейде в условиях необорудованного берега погрузка / выгрузка зачастую осуществляется в условиях касания судном грунта, при этом имеет место повреждение корпуса судна, а иногда в аварийной ситуации для спасения экипажа и судна необходима принудительная посадка судна на мель. Отмечается, что вследствие этого необходимо наличие системы предварительной оценки контактных условий при частичной посадке судна на грунт. В статье представлена математическая модель для жесткого корпуса судна, садящегося на мель, при этом проникновение в грунт малό по сравнению с возвышением носовой части (судно рассматривается как упругий брус). Показано, что первый контакт между носовой частью судна и грунтом приводит к высокому пику нагрузок, затем судно продолжает частичное скольжение вверх по уклону. При этом силы инерции в качестве аппроксимации рассматриваются как малые по сравнению с силами реакции грунта и гидростатическими силами. Помимо силовых воздействий учтены динамические характеристики конструкции прогибающегося корпуса. Полученное решение системы нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих движение судна при посадке на мель, включает продольную, вертикальную и наклонную составляющие. Предложенное решение позволит рассчитать контактные усилия, возникающие в момент соприкосновения корпуса с грунтом, с учетом ударной нагрузки и особенностей конструкции судна.

В статье раскрывается содержание основных принципов проблемно-ориентированного моделирования в исследовании интегрированной автоматизированной системы управления запасами и транспортно-технологическими процессами. Рассматриваются один из методологических аспектов создания автоматизированных систем моделирования: концептуальная математическая модель анализа и нормирования технико экономических показателей, а также функционирование систем материально технического обеспечения: моделирование системы (поставка - транспорт). Решены задачи взаимодействия и взаимосвязей, оптимизации ресурсопотоков, повышения эффективности принятия управленческих решений. Показано, что моделирование потоков ресурсов предусматривает корректировку путем итеративного перераспределения межрегиональных и внутрирегиональных поставок по поставщикам и потребителям. Отмечается, что совмещение номенклатурных позиций в одну поставку ведет к экономии издержек формирования запасов за счет уменьшения числа заказов. Подчеркивается, что для создания эффективных автоматизированных систем управления необходимо подробно исследовать первичный объект - непосредственно систему материально-технического обеспечения. Создание прикладного математического и программного обеспечения является перспективным направлением решения этой проблемы и развития его как системы автоматизированного моделирования. В связи с этим при создании таких автоматизированных систем управления наиболее целесообразным является использование модельно-ориентированного подхода, основанного на принципах системного анализа, стандартизации, классификации и модульности. Показано, что использование проблемно-ориентированного подхода при создании автоматизированной системы моделирования позволяет снизить трудоемкость ее разработки и реализации, обеспечить возможность не только унифицировать алгоритмы решения задачи, но и применить стандартные методы обработки результатов экспериментов.

Темой исследования являются все более востребованные в настоящее время для безопасной морской деятельности системы динамического позиционирования и низкоскоростного маневрирования.

Отмечается, что широкое применение системы динамического позиционирования находят не только в нефтегазовой промышленности, но также и на судах снабжения, баржах и буровых установках, океанских лайнерах и грузовых судах.

Разработка и анализ систем управления для эффективной работы системы управления судном с динамическим позиционированием требует использования его математической модели, на основе которой производится исследование синтезированных систем управления.

В статье предлагается для моделирования общая структура системы управления судна с динамическим позиционированием. Система управления представлена совокупностью объекта управления (в данном случае морского судна), задающего устройства, устройства управления (контроллера), а также информационно-измерительной системы.

В статье рассмотрена математическая модель плоскопараллельного движения судна, описывающая движение судна в трех обобщенных координатах: поступательное продольное движение, боковой снос и рыскание. В качестве примера рассмотрены два типа судов с различными движительными системами: суда, оснащенные двумя кормовыми азимутальными винторулевыми колонками и носовым туннельным подруливающим устройством, и аналогичные суда, оборудованные носовой винторулевой колонкой. Упоры, формируемые движительными устройствами судов, определяются посредством связи с обобщенными силами и моментами через матрицу тяги для соответствующей кинематической схемы.

Приведенные движительные схемы обеспечивают возможность удержания судна в режиме динамического позиционирования. Описание математических моделей представлено в виде векторно-матричных нелинейных дифференциальных уравнений. Используемый для представления математических моделей судов математический аппарат позволяет использовать модели для синтеза и моделирования систем управления.

Приведены структура программной реализации системы управления, выполненная в среде Matlab, описание разработанных модулей и результаты моделирования.