Представленная работа посвящена разработке интеллектуальной системы управления микроклиматом зданий (система класса HVAC). Исследование направлено на решение проблемы недостаточной адаптивности традиционных подходов (PID-регуляторы, системы, основанные на знаниях) в условиях динамически изменяющихся параметров внутренней среды здания. Основное внимание уделено созданию гибридного метода, сочетающего преимущества функционального программирования и искусственного интеллекта. В работе рассматриваются вопросы энергоэффективности, точности поддержания комфортных условий для посетителей интеллектуального здания и устойчивости HVAC-системы к внешним возмущениям. Особое значение имеет задача минимизации эксплуатационных расходов при одновременном обеспечении безопасности и надёжности работы оборудования. Представленное исследование охватывает все этапы разработки программного средства - от проектирования его архитектуры до практической апробации. В основе исследования лежит подход функционального двойника, реализованного на языке Haskell. Использованы LSTM-сети для прогнозирования, генетические алгоритмы для оптимизации и RETE-алгоритм для обработки правил. Верификация проведена методом имитационного моделирования с генерацией 1440 точек данных. Научная новизна представленной работы заключается в применении теоретико-категориального подхода к моделированию функционального двойника, в котором каждое устройство (как сенсоры, так и исполнительные устройства) представлено как композиция чистых функций. Результаты показывают снижение энергопотребления на 14.7%, увеличение времени работы в комфортном диапазоне до 94.7% и трёхкратное сокращение числа переключения режимов функционирования HVAC-системы. Практическая значимость подтверждена снижением эксплуатационных расходов на 15% и повышением киберустойчивости за счёт использования иммутабельных структур данных. Выводы свидетельствуют о том, что сочетание функционального программирования с гибридным подходом в искусственном интеллекте обеспечивает баланс ключевых параметров системы. Предложенная архитектура может служить эталоном для интеграции IoT и киберфизических систем в рамках Индустрии 4.0.
В современных условиях, ввиду достижения значительного прогресса российскими учеными и специалистами в области уплотнения поездопотоков за счет внедрения передовых систем интервального регулирования движения поездов, вопрос выбора наиболее рациональной из них становится все актуальнее. Целью работы являлась апробация методики технико-экономической оценки эффективности различных систем интервального регулирования на однопутных полигонах. В рамках исследования применена теория игр в сочетании с имитационным моделированием при использовании процессного подхода для симуляции действий дежурного персонала, агентного подхода для выбора режима ведения поезда, системной динамики для тяговых расчетов. Апробация подхода проведена на основе Северного широтного хода, сформированы платежные матрицы для пяти систем. Определены границы эффективности основных систем интервального регулирования в зависимости от путевого развития раздельных пунктов однопутного полигона, типа графика движения поездов, характеристик поездопотока и прочих условий эксплуатационной работы. Для Северного широтного хода при проектных размерах движения оптимальным является использование автоблокировки с «фиксированными» блок-участками при частично-пакетном графике с двумя поездами в пакете, после проведения достаточного количества испытаний по работе в режиме автоблокировки при аналогичных условиях максимальную эффективность может продемонстрировать разработанная АО «НИИАС» система «Анаконда». Предложенный теоретико-игровой подход для выбора наиболее экономически эффективной системы управления движением на однопутном полигоне с учетом местных условий его работы может быть использован для рационализации распределения инвестиций компании ОАО «РЖД». Сформулированные в результате его применения выводы не противоречат основным положениям теории транспортных потоков и дополняют исследования, посвященные оценке эффективности интервального регулирования на однопутных полигонах.
Цифровые двух и трёхмерных документы можно использовать в бесчисленном количестве областей нашей жизни, как в военной, так и в гражданской, и в экономической области. Свойство документов и способ получения различаются в зависимости цели дальнейшего использования, требуемой точности и области применения. Виды цифровых документов местности: цифровые модели местности, цифровые модели рельефа, цифровые модели высоты, цифровые топографические карты, ортофотопланы местности и т. д. Целью данного исследования является использование компьютерного моделирования для имитации аэрофотосъемки с применением беспилотного летательного аппарата для повышения точности создания цифровой модели, полученной из одного из открытых источников в сети Интернет, путем изучения эффекта увеличения количества опорных точек, полученных в результате полевой геодезической съемки предполагаемой территории, что помогает дать наилучшие результаты реальной цифровой карты, с оптимальными финансовыми и временными затратами. Была проведена работа по моделированию многих территорий, по которым имеются полевые геодезические съемки, но из-за ограниченной возможности статьи автор выбрал лишь два варианта, на которых представлены открытая местность без сооружений и местность с плотной застройкой, различные климат и условия съемки на обоих участках. Результаты исследований и практических экспериментов показали снижение ошибок аэрофотосъемки исходной модели по контрольным точкам с известными координатами за счет увеличения количества опорных точек, которые используются для масштабирования моделей, полученных в результате обработки снимков компьютерного моделирования аэрофотосъемки исходной модели и в результате снижения среднеквадратических ошибок до четверти значения в большинстве случаев.
Темой исследования является имитационное моделирование, которое в настоящее время является одним из наиболее распространенных методов анализа и проектирования в сфере транспорта. Большинство задач в этой области связано с построением и исследованием характеристик маршрутов на плоскости. Отмечается, что использование компьютеров в качестве инструмента для этого в первую очередь требует создания адекватных и эффективных способов представления этих маршрутов на акваториях и территориях в вычислительной среде. Классическим представлением подобного рода является дискретное пространство, в котором каждому элементу физической поверхности взаимно-однозначно сопоставлен элемент в памяти компьютера. Как следствие, реальному физическому пространству ставится в соответствие прямоугольный массив данных, каждый элемент которого содержит те или иные выбранные для моделирования свойства исходного объекта. Состав массива данных определяется спецификой задачи. Такой способ представления, являющийся наиболее эффективным с вычислительной точки зрения, имеет в то же время значительный недостаток, объясняемый различной природой свойств исходного объекта и его компьютерной модели, а именно непрерывности и дискретности базовых представлений. При его использовании любые кривые и даже прямые линии, не ортогональные системе координат, изображаются в виде ступенчатых фрагментов, что иногда может приводить к потере основных характеристик. Отмечается, что оцифровка криволинейных объектов, понимаемая как их перенесение с непрерывной геометрической плоскости в дискретное пространство, является сложной и неоднозначно решаемой задачей. В настоящей статье описывается эффективный и объективный алгоритм, используемый для решения этой задачи.
Темой исследования является одно из условий сбалансированного развития портовой инфраструктуры Российской Федерации: автоматизация и цифровизация как терминального процесса в целом, так и отдельных составляющих его технологических операций. Отмечается, что перевалка контейнеров в складской зоне является самой трудоемкой и часто выполняемой вспомогательной операцией технологического процесса любого контейнерного терминала. Поэтому разработка наиболее часто используемых систем помощи водителю мобильной перегрузочной техники на основе цифрового двойника данной операции является востребованной с точки зрения цифровизации терминала. Объектом исследования является технологический процесс перевалки контейнеров в операционных зонах терминала с формированием вспомогательных штабелей для ускорения операции передачи грузов различными видами транспорта, а также осуществления других вспомогательных операций. При этом перегружатель выполняет операцию частичного расформирования операционного штабеля с изъятием из него некоторого числа целевых контейнеров, составляющих перемещаемый во вспомогательный штабель логистический поток груза, с последующим возвратом блокирующих контейнеров назад в их прежние стеки операционного штабеля. Методом исследования в работе является моделирование сценариев в зависимости от последовательности возможных состояний моделируемого технологического процесса, используемым математическим аппаратом - автоматное программирование, инструментом моделирования - детерминированный конечный автомат. Основной целью разработки модели служит преобразование функции управления погрузчиком при выполнении операции селективного поиска контейнеров в операционном штабеле в цифровой код, т. е. отображение последовательности его возможных состояний в последовательность символов управляющей строки автомата. Результатом исследования являются цифровая имитационная модель операции селективной выемки контейнеров из операционного штабеля с реализацией схемы работы по принципу полного разбора блокирующих стеков и выемки контейнеров только из ближнего ряда, а также доказательство адекватности диаграммы переходов конечного автомата к механизму функционирования моделируемой операции. Местом использования цифровой модели операции селективной выемки контейнеров в архитектуре цифрового двойника контейнерного терминала выбрана виртуальная среда системы автоматизированного управления мобильным перегружателем, работающим в тыловой зоне. Основным преимуществом использования данного варианта конечного автомата как элемента автоматизированной системы управления мобильным перегружателем является отсутствие необходимости экстренного прерывания технологического процесса для отладки работы последнего на рабочих позициях.
Книга содержит систематическое изложение основных вопросов, связанных с построением моделей реальных систем, проведением экспериментов с моделями и управлением этими экспериментами. Автор ставит задачу научить искусству строить модели, подробно рассматривая принципы имитационного моделирования и анализируя основные ошибки, допускаемые при изучении систем с помощью моделей, при получении исходных данных и интерпретации результатов экспериментов.
Книга представляет интерес для специалистов, занимающихся прикладными исследованиями, и руководителей предприятий, где ведутся подобные исследования. Она также может служить учебным пособием для студентов технических вузов, специализирующихся в области инженерной кибернетики.
Цель исследования - повышение надежности работы автоматизированной системы управления складским помещением за счет увеличения среднего времени наработки на отказ и оптимизация ее эффективности путем сокращения времени выполнения цикла обработки изделий и равномерного распределения степени заполнения складских секций с помощью технологий имитационного моделирования. Предложен общий вид имитационной модели складского комплекса, включающий конвейер подачи, модуль динамической сортировки, роботизированные станции обработки, сборки и упаковки, трёхсекционный склад ёмкостью 162 места. Управление реализовано на программируемом логическом контроллере семейства Siemens S7-1500 в среде TIA Portal. Предложенная автоматизированная система управления складским помещением позволяет проанализировать влияние случайного распределения изделий по цветовым потокам на время выполнения цикла программы, а также степень заполнения каждой складской секции, фиксируя моменты возникновения производственных заторов и вынужденных остановок. Такой подход предоставляет инженерам инструмент предварительной оптимизации алгоритмов управления до внедрения в реальные технологические процессы. Также представлены результаты проведенных испытаний пяти различных по количеству партий изделий, продемонстрировавшие рост задержек и вынужденных остановок по мере приближения к лимиту хранения и неравномерного заполнения секций. Проведенный анализ показал накопление статистической ошибки во временя выполнения цикла программы, вызванной взаимодействием конвейеров и роботов. Полученные результаты подтверждают эффективность использования имитационного моделирования для предварительной оптимизации складских операций, демонстрируя снижение времени обработки, уменьшение простоев оборудования и повышение общей надежности системы по сравнению с традиционным процессом разработки систем автоматизации технологических процессов. Применение имитационного моделирования позволяет не только минимизировать риски при запуске реального производства, но и разработать индивидуальные рекомендации по модернизации складской инфраструктуры с учетом выявленных узких мест.
Целью работы является исследование влияния неоднородности приборов на функциональные характеристики многофазной системы массового обслуживания. В системах такого типа требования последовательно проходят через несколько этапов обработки, при этом каждый из этапов может представлять собой отдельную операцию или группу операций с одинаковой или различной скоростью обслуживания. Если требование уже завершило обработку на одной из фаз, а все приборы в следующей фазе заняты, предполагается, что заявка остается на приборе, временно блокируя его работу. В качестве показателей эффективности рассматриваются p0 - вероятность того, что ни один из каналов обслуживания в системе не занят, и pотк - вероятность того, что вновь прибывшая заявка не сможет получить обслуживание из-за занятости всех каналов. С помощью разработанных в среде AnyLogic моделей получен ряд результатов для многофазных систем с неоднородными приборами при различных конфигурациях входного потока и интенсивности устройств. Для исследования закономерностей влияния неоднородности приборов на общую производительность системы полученные результаты сопоставлены с результатами для классических систем с однородными приборами. Анализ показал, что при незначительной нагрузке система с приборами различной производительности может быть эффективнее, чем система с приборами одинаковой производительности. Кроме того, установлено, что многофазный характер обслуживания заявок может усиливать влияние неодинаковой скорости работы приборов на общую эффективность системы. Исследование актуально для широкого круга прикладных задач, связанных с проектированием и управлением сложными системами.
В статье автором проведен ретроспективный анализ применения методов математического моделирования в целом и имитационного в частности при решении задач, связанных с управлением тыловым (материально-техническим) обеспечением войск (сил). Рассмотрены различные научные подходы к разработке имитационных моделей процессов МТО войск (сил) как для применения в качестве средств поддержки принятия решений должностных лиц ОВУ на различных исторических этапах, так и особенности их разработки при использовании для подготовки военных специалистов тылового и технического обеспечения войск в современных условиях.
Целью работы является исследование влияния неоднородности приборов на функциональные характеристики системы массового обслуживания с нестационарным входным потоком. В отличие от классических систем со стационарным входным потоком, в системах такого типа интенсивность поступления требований меняется с течением времени. Данные модели часто являются более точными и адекватными для решения многих современных задач, но, хотя они имеют высокую практическую ценность, остаются слабоизученными. В рамках работы рассматриваемый поток описан кусочно-постоянной функцией, имитирующей изменение интенсивности входного потока в течение суток. Проанализировано поведение системы массового обслуживания при крайне высоких и низких уровнях нагрузки. В качестве показателей эффективности рассмотрены вероятности состояний в стационарном режиме. Результаты вычислительных экспериментов подтвердили гипотезу о том, что при незначительной нагрузке система с неэквивалентными приборами может быть эффективнее, чем система с приборами одинаковой производительности. В работе приводится ряд примеров систем с переменным входным потоком, обсуждаются результаты работы и перспективы дальнейших исследований. Представленные в статье выводы могут быть использованы при проектировании и моделировании систем, описываемых методами теории массового обслуживания.