Архив статей журнала
Спрос на электроэнергию в электрической сети меняется в зависимости от времени суток и потребностей потребителей. Реагирование на спрос - это изменение кривой потребительской нагрузки, сопровождающееся изменением цены на электроэнергию, в основном используемое поставщиками для ограничения пиков потребления. Уменьшение краткосрочного несоответствия между производством и потреблением помогает интегрировать в энергосистему возобновляемые источники электроэнергии, различные низкоуглеродные технологии, аккумуляторное хранение электроэнергии и электромобили. Одним из инструментов, используемых для сохранения баланса между производством и потреблением электроэнергии, являются умные счетчики, работающие в интеллектуальной сети. Подобные устройства широко распространены в США и странах Европейского союза, в том числе в жилом секторе. В Российской Федерации в настоящий момент внедрение интеллектуальных сетей в жилом секторе только начинается. В статье рассмотрена стохастическая модель потребления электроэнергии бытовыми приборами на основе теории сверток. Выполнен замер потребляемой мощности наиболее распространенными бытовыми приборами. Приведены несколько примеров составления профилей потребителей на основе полученных данных. Выявлены барьеры, возникающие при внедрении интеллектуальных систем энергоснабжения в Российской Федерации, а также причины, в связи с которыми растет заинтересованность поставщиков электроэнергии в интеллектуальных системах энергоснабжения.
Актуальность моделирования вынужденных колебаний микрокапельных агрегатов, входящих в состав магнитных жидкостей, связана с проблемой прогнозирования параметров рабочих тел новых устройств и с созданием новых магниточувствительных сред с управляемыми свойствами. Научный интерес обусловлен уникальной чувствительностью к магнитному полю микрокапельных агрегатов, что связано как с их высокой (для жидких сред) магнитной проницаемостью, так и низким межфазным натяжением на границе раздела агрегата с окружающей его жидкостью, что позволяет получать вынужденные колебания большой амплитуды, характер которых определяется параметрами агрегатов, напряженностью и частотой внешнего поля. Особенности вынужденных колебаний микрокапельных агрегатов при большой амплитуде мало изучены, в частности, представляет интерес разработка универсального метода моделирования, пригодного для проведения вычислительных экспериментов в широком диапазоне изменения межфазного натяжения и исследование возможности подавления колебаний с ростом частоты, проведенное в данной работе. В основу моделирования вынужденных колебаний положен энергетический подход и предположение о том, что форму удлиненного вдоль поля агрегата можно представить эллипсоидом вращения, а его намагниченность - линейной зависимостью от напряженности внешнего магнитного поля. Это позволило провести вычислительный эксперимент при изменении межфазного натяжения на порядок в диапазоне от 2∙10-6 Н/м до 2∙10-5 Н/м и получить удовлетворительное согласование с результатами натурных экспериментов. В результате вычислительного эксперимента установлено, что повышение межфазного натяжения приводит к уменьшению амплитуды колебаний и сокращению удлинения, т. е. подавляет колебания. Практическую ценность представляет прогнозирование деформации агрегатов под действием магнитного поля для разработки новых материалов с управляемыми свойствами.
Любой живой организм имеет собственное биологическое поле, зависящее как от характеристик и состояния живого организма, так и от факторов внешней среды. При информационном воздействии внешних факторов наблюдается изменение фрактальной структуры этого поля и образование особых хаотических сигналов, параметры которых могут служить основой для решения различных научных и практических задач. В статье представлена технология исследования электромагнитных полей биологических объектов на основе анализа изменения структуры хаоса широкополосных хаотических сигналов собственных электромагнитных излучений, генерируемых под действием внешнего информативного электромагнитного поля с заданной напряженностью и модуляционно-временными параметрами. Для оценки структуры хаотических сигналов предлагается использовать такие методы фрактального подхода, как отображение Пуанкаре, вычисление соответствующей размерности Хаусдорфа и параметров хаос-ритма. На основе проведенных экспериментов установлено наличие характерной зависимости параметров хаос-ритма собственных электромагнитных излучений биообъекта как от характеристик и состояния самого живого организма, так и от параметров, последовательности и скорости изменения внешнего информативного электромагнитного поля. Определена степень информационного воздействия внешнего электромагнитного поля на человека, которая может превосходить энергетическое по некоторым показателям почти в 4 раза. Доказана возможность использования предложенной технологии для решения различных научных и практических задач: медицинских исследований функционального состояния организма, оценки и контроля воздействия электромагнитных полей на здоровье человека, разработки средств защиты окружающей среды и человека от радиоизлучающих систем, обнаружения и распознавания биообъектов заданного класса.
Актуальность исследования обусловлена проблемой несвоевременности анализа состава жидких смесей при их изготовлении предприятиями пищевой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Традиционный метод такого анализа проводится после формирования партии продукции, из-за чего предприятия терпят издержки, связанные с утилизацией брака партии продукции. Данная же статья посвящена разработке акустической измерительной системы анализа состава жидких веществ, способной использоваться для анализа различной жидкой продукции в промышленности в непрерывном режиме при транспортировке этой продукции по внутренней системе промышленного трубопровода, что позволяет выявить брак до формирования партии продукции, тем самым сократить издержки на утилизацию. Система, встраиваемая в трубопровод, содержит два измерительных канала, включающих два пьезоэлектрических приемника и один, общий для двух каналов, пьезоэлектрический излучатель. В рамках данной работы производится отбор оборудования на основе анализа повторяемости результатов исследований, в частности, рассматривается возможность применения того или иного генератора, формирующего возбуждающие сигналы для пьезоэлектрического излучателя. Исследуется возможность использования возбуждающих сигналов различной формы и/или длительности, производится оценка повторяемости на основании линейного коэффициента корреляции между несколькими повторениями экспериментов с одним типом возбуждающего сигнала. Анализируется необходимость наличия двух измерительных каналов. Материалы представляют практическую ценность для предприятий, выпускающих жидкую продукцию, а также для производителей аналитического оборудования.
В статье рассматривается подход к анализу и оптимизации эффективности сетевых организационных систем в условиях активизации процессов автоматизации и цифровизации. Выделен класс организационных систем с автоматизированными устройствами обслуживания, результатом деятельности которых является выполнение услуг. Включение в сетевую структуру сервисных автоматов определяет особенность решения задач анализа и оптимизации. Анализ базируется на имитационном моделировании исследуемого класса систем как систем массового обслуживания с варьируемой топологией каналов обслуживания. Поэтому оптимизируемыми переменными определены альтернативные переменные, характеризующие компоненты топологии, которые связаны с дублированием как компонентов, так и автоматизированных устройств в целом. К этим переменным добавлены переменные, влияющие на лояльность клиентов за счет предоставления скидок в определенные временные периоды. Оптимизационная модель представляет собой объединение формализованных описаний зависимостей от оптимизируемых переменных экстремального и граничных требований. В качестве экстремального требования определена необходимость максимизации дохода, а граничных - временные характеристики, связанные с временем простоя автоматизируемых устройств и временем простоя обслуживания. Алгоритмизация принятых решений по варианту топологии сетевой системы и механизму повышения лояльности клиента основана на объединении трех составляющих итерационного процесса поиска: анализа исследуемой организационной системы с использованием имитационной модели; имитацией направленного перебора при случайных значениях альтернативных переменных; окончательного выбора на множестве перспективных вариантов путем экспертного оценивания. Предложена структурная схема алгоритма, базирующегося на интеграции перечисленных составляющих.
Микросервисная архитектура (МСА) выступает как современный подход в разработке программного обеспечения, нацеленный на обеспечение гибкости, масштабируемости и устойчивости к изменениям требований со стороны бизнеса и технологий. Предмет данного исследования заключается в выявлении и анализе возможностей и рисков применения МСА в контексте операционных систем (ОС), что актуально на фоне все ускоряющейся цифровизации и повышения требований к программному обеспечению. Целью работы является оценка и прогнозирование роли МСА в будущем ОС, включая анализ текущих тенденций и предсказание развития на ближайшее десятилетие. Методология исследования базируется на сравнительном анализе микросервисных и монолитных архитектур, а также включает в себя рассмотрение данных из актуальных исследовательских работ, посвященных МСА. Основные результаты исследования подчеркивают значительное увеличение эффективности и производительности программных систем за счет внедрения МСА, что демонстрируется на примере ускорения разработки и улучшения возможности непрерывной интеграции и доставки (CI/CD), а также повышении отказоустойчивости систем. Также были выявлены и систематизированы ключевые риски и проблемы, связанные с применением микросервисов, включая сложности управления и потенциальные угрозы безопасности, что представляет собой необходимость в разработке специализированных инструментов и подходов к обеспечению безопасности и мониторинга микросервисных систем. Ценность данного исследования заключается в обеспечении глубокого понимания роли и места МСА в современных ОС, предоставляя комплексный анализ рисков и возможностей, что служит основой для разработки стратегий эффективного внедрения и использования микросервисов. Полученные результаты и рекомендации способствуют улучшению практических навыков и развитию концепций в области системной архитектуры, предоставляя ценные указания для ИТ-специалистов, системных архитекторов и разработчиков в области оптимизации программного обеспечения и повышения его надежности и производительности.
Математическое моделирование системы «расходомерная трубка - жидкость» представляет актуальное направление в инженерной и научной практике, поскольку позволяет оптимизировать конструкцию расходомерных трубок, оценить влияние различных факторов, таких как давление, температура, вязкость и состав жидкости на работу системы без необходимости проведения сложных и дорогостоящих натурных экспериментов. В связи с этим, данная статья направлена на разработку алгоритмов для реализации математической модели системы «расходомерная трубка - жидкость» кориолисова расходомера. В работе синтезирован алгоритм разработки численной модели в пакете мультифизического моделирования COMSOL Multiphysics, позволивший повысить достоверность моделирования, снизить трудоемкость создания и отладки за счет использования модульного принципа. Разработан вычислительный алгоритм и выполнено математическое описание расчета средней временной задержки сигналов датчиков кориолисова расходомера. Алгоритм использует метод линейной интерполяции на основе известных точек массивов данных, полученных в результате вычислительного эксперимента. Предложен алгоритм работы программы на языке Python с использованием Comsol API, автоматизирующий обработку массивов данных и расчет средних временной и фазовой задержек. Алгоритмы реализованы с использованием языка UML в программном продукте Enterprise Architect. Материалы статьи представляют практическую ценность для специалистов в области численного моделирования и оптимизации параметров кориолисова расходомера.
В статье рассматривается математическая постановка многокритериальной транспортной задачи с временными ограничениями. В качестве критериев в ней выступают стоимость перевозок, их важность и временные затраты на перевозки. Особенностью данной задачи является наличие временных ограничений, таких как временные окна у заказчиков и длительность пребывания транспортных средств в пути. В качестве решения многокритериальной задачи предлагается отбор точек, оптимальных по Парето, поскольку данный метод оптимизации имеет широкий спектр задач для применения. Приводятся формулировка парето-оптимизации и определение парето-оптимальности. Рассматриваются методы оптимизации по Парето: лексикографический метод и скаляризация, разновидностями которого являются метод ε-ограничений, в основе которого лежит градация критериев оптимизации в порядке убывания их важности, и метод линейной скаляризации, механизм работы которого основан на объединении всех функций оптимизации в одну. На примере рассматривается приведение формализованной многокритериальной транспортной задачи к виду, пригодному для осуществления скаляризации. Определение парето-эффективности представляется приемлемым для реализации его механизмов в составе адаптивной системы поддержки принятия решений, направленной на решение задач оптимизации в различных областях и оперирующей эвристическими алгоритмами.
В работе представлено описание марковской модели кибератак как метода анализа защищенности информации в автоматизированных системах. На основе представленной модели в работе дается описание двух метрик безопасности - среднего времени до отказа безопасности (среднее число переходов между состояниями в соответствующей марковской цепи до ее первого попадания в одно из поглощающих состояний) и среднего риска при отказе безопасности (сумма произведений ущербов при реализации каждой из кибератак на соответствующие вероятности реализации этих кибератак). Дается алгоритм оценки входных параметров на основе взаимосвязи баз данных угроз и уязвимостей CVE, CWE и CAPEC. Описанные в работе взаимосвязи позволяют вычислить вектор вероятностей возникновения кибератак и вектор ущербов от кибератак, которые формируются как входные данные для модели оценки защищенности. Также в работе рассматривается проблема численной оценки параметров через метрики CVSS. В исследовании демонстрируется, что вектор вероятностей отражения кибератак и вектор вероятностей «задержек» кибератак возможно получить только с помощью метода экспертных оценок, либо статистики. В работе также дается описание разработанного программного продукта, который позволяет выполнить оценку защищенности автоматизированной системы на заданном промежутке времени.
Одной из важнейших задач, с которыми сталкиваются разработчики пневматических систем автоматизации, является сокращение времени анализа и проектирования на научно-исследовательском этапе. Использование специализированного программного обеспечения позволяет значительно улучшить работу пневматических систем автоматизации. Моделирование пневматических роботов-манипуляторов позволяет определить уязвимые места, провести оптимизацию процессов управления, провести виртуальные испытания различных сценариев работы, что поможет улучшить планирование и управление, при этом достичь значительного повышения производительности и надежности работы системы. В статье представлена информационно-измерительная система для пневматического привода звеньев робота (манипулятора) специализированного промышленного назначения модели МП-11 в виде имитационной модели, которая реализована методом имитационного моделирования пневматических систем на базе пакета FluidSIM-P (FluidSIM Pneumatic) фирмы «Festo». Результатом работы информационно-измерительной системы являются графики переходных процессов перемещения штоков пневматических цилиндров, которые адекватно описывают реальный рабочий режим пневмопривода манипулятора МП-11. Материалы статьи представляют практическую ценность для специалистов, занимающихся проектированием и анализом систем автоматизации. Кроме того, результаты статьи могут быть полезны для студентов и исследователей, изучающих область автоматизации и системного проектирования. Любой, кто интересуется применением технологий автоматизации в различных сферах, найдет в статье ценную информацию для своей работы и исследований.
Рассмотрена проблема множественных сбоев, образующихся в микросхемах памяти бортовой аппаратуры космических аппаратов в результате воздействия отдельных ядерных частиц космического пространства. Обзор литературных источников показал, что опасность множественных сбоев реальна и будет увеличиваться по мере уменьшения технологических норм проектирования электронной компонентной базы. Двойные множественные сбои являются в настоящее время наиболее актуальной угрозой, так как их появление вызвано заряженными частицами с относительно небольшой энергией. Двойные сбои могут быть смежными и несмежными. Смежные двойные сбои вызваны одномоментным действием одной ядерной частицы. Несмежные сбои - это результат накопления однократных сбоев, произошедших в разное время в разных запоминающих ячеек одного слова памяти. При определенных условиях можно избежать появление двукратных несмежных ошибок. Для защиты от двойных смежных ошибок применимы коды для их исправления. Эти коды являются относительно новыми и обобщённое описание их построения отсутствует. Данные коды гарантировано исправляют однократные ошибки и двукратные смежные, но имеют существенную вероятность ошибочного исправления несмежной двойной ошибки. При переходе к практическому использованию для этих кодов необходимо определить требования к виду проверочной матрицы, найти общий алгоритм их построения для разной длины слова памяти при малой избыточности и высокой производительности при условии, что к корректирующим способностям кода предъявляются требования обнаружения и исправления только одиночных и двойных смежных ошибок и никаких дополнительных.
Актуальность исследования обусловлена тем, что важным фактором надежной эксплуатации воздушных линий электропередач является исправная работа гирлянд изоляторов, а повреждение изоляции гирлянд изоляторов может привести к увеличению токов утечки, энергетическим потерям, в том числе к аварийным ситуациям при повреждении изоляторов. Также к дополнительным потерям электроэнергии могут привести неблагоприятные метеорологические условия, такие как гололед, снег, дождь, туман, сильный ветер. В связи с этим, данная статья направлена на описание новой математической модели канала измерения механической нагрузки на изолятор для оценки технического состояния изоляторов, которая реализуется в виде отдельного блока информационно-измерительной системы дистанционного мониторинга изоляторов ВЛ, и снабжает оператора диспетчерского пункта актуальной информацией о текущем состоянии изоляторов, а также позволяет уменьшить число внештатных (аварийных) ситуаций путем своевременного ремонта или замены изоляторов. Ведущим методом при построении математической модели канала измерения механической нагрузки на изолятор является рассмотрение статической нагрузки с перспективой оценки процессов гололедообразования на проводах воздушной линии электропередач, позволяющий обеспечить фиксирование динамики нарастания механической нагрузки на изолятор (фиксация образования гололеда), а также без лишних трудозатрат и временных ресурсов создать удобную в использовании цифровую модель энергетической системы, предоставляющую возможность реализовать структуру, состояние и действие реальной энергосистемы с достаточной оперативностью, полнотой и достоверностью. В статье представлена последовательность измеренных значений датчика механической нагрузки на изолятор при квантовании во времени, которые далее сопоставляются с величиной статической нагрузки на изолятор, определяемой величиной веса провода на пролете воздушных линий электропередач, и в результате проводится оценка нарастания механической нагрузки на изолятор и фиксация образования гололеда на проводе воздушных линий. Материалы статьи представляют практическую ценность для оперативных служб электросетевых компаний.