Архив статей журнала
Работа посвящена созданию аппаратно-программного прототипа беспилотного транспортного средства и изучению вариантов его архитектуры в попытке создать универсальное стандартное решение для такого типа устройств. Рассматривается задача управления беспилотником таким образом, чтобы имелась возможность гибкого переключения источников управляющих команд и алгоритмов управления. Для этого подсистемы генерации и исполнения управляющих команд связываются посредством очереди сообщений, что дает возможность комбинировать автономный и дистанционно управляемый режим работы беспилотника. Предлагается метод генерации управляющих команд при следовании объекта по программной траектории, основанный на нейронной сети. Входными данными сети являются координаты программной траектории и текущее состояние объекта, а выходными - управляющие воздействия. В работе описывается аппаратная и программная составляющая устройства автомобильного типа, архитектура системы его управления, структура нейронной сети, возможные подходы к ее обучению. Обсуждается создание обучающей выборки как на моделируемых, так и на реальных данных о движении, что позволяет беспилотному устройству «обучаться» разным стилям вождения. Приводятся результаты экспериментов с различными обучающими выборками, которые демонстрируют практическую применимость предложенного метода управления. Уделено внимание аспектам структуры нейронной сети, включая выбор количества слоев и нейронов. Указано на возможность использования «промежуточных» точек программной траектории для улучшения свойств движения объекта. В целом делается вывод о перспективности применения нейронных сетей в управлении беспилотниками, в тех случаях, когда требуется комбинирование и гибкое переключение алгоритмов управления.
Процесс подводной добычи нефти и газа сопровождается высокими значениями скважинного давления, которое может достигать тысячи атмосфер, при этом срок службы данного оборудования, закладываемый техническим заданием, может достигать 20 и более лет. Чтобы гарантировать безопасность процесса подводной добычи на всем периоде эксплуатации оборудования, в рамках проектирования важно уделять особое внимание характеристикам герметичности и прочности металлических уплотнений. В связи с этим данная статья направлена на выявление степени влияния такого геометрического параметра, как глубина выточки на характеристики герметичности и прочности металлических уплотнений. В работе проведено моделирование методом конечных элементов с использованием расчетного комплекса Ansys, напряженно-деформированного состояния металлического уплотнения подвески насосно-компрессорной трубы штатного конструктивного исполнения при монтаже и при воздействии скважинного и испытательного давлений. Конечно-элементное моделирование осуществлялось с использованием упруго-пластических моделей деформаций материала. Для анализа работоспособности конструкции металлического уплотнения приведены критерии оценки прочности и герметичности. В ходе моделирования были определены параметры, характеризующие герметичность и прочность конструкции. С целью исследования степени влияния глубины выточки металлического уплотнения на характеристики герметичности и прочности было выполнено моделирование с увеличением данного параметра до 80 %. Представлены результаты расчетов параметров герметичности и прочности с различной глубиной выточки. Материалы статьи представляют практическую ценность для инженеров-конструкторов и ученых, занимающихся проблемами обеспечения герметичного подводного соединения с использованием металлических уплотнений.
Рассматривается технологический процесс однопараметрической селективной сборки двух элементов с параметрами, являющимися случайными величинами, значения которых определяются финишными операциями процессов изготовления. Считается, что зависимость между входными и выходными параметрами является нелинейной (нелинейные модели «вход-выход») и представлена в виде частного, а правило комплектования - элементарное. Для зависимости такого типа приведены выражения, связывающие величины допусков (в том числе, групповых), предельные отклонения и предельные значения входных и выходных параметров. Предложен метод, позволяющий рассчитать групповые допуски для выполнения требований к точности выходного параметра во всей области его допустимых значений, а также определить границы селективных групп. В его основу положена итерационная процедура, при этом каждая итерация состоит из последовательно выполняемых шагов. Выходные данные предыдущей итерации являются исходными данными для следующей. В качестве критерия окончания процедуры принимается заданный уровень точности вычисления средних групповых допусков. Разработана аналитико-вероятностная модель, учитывающая вычисленные границы селективных групп и позволяющая определить важнейшие показатели селективной сборки, такие как вероятность формирования сборочных комплектов, вероятности образования некомплектных элементов. Приведен пример моделирования, в котором при заданных исходных данных путем использования разработанного метода и модели определены показатели процесса. Обозначены перспективы дальнейших исследований.
Возрастающая плотность движения водного транспорта в Москве требует упорядочения движения многочисленных туристических, прогулочных и рейсовых судов, а также обеспечения необходимого уровня безопасности пассажирских перевозок. Создаваемая Правительством города Москвы система организации движения пассажирских судов (СОД ПС) призвана решить указанные проблемы в акватории центрального бьефа города Москвы между шлюзами № 9 и № 10. В статье разработана концепция СОД ПС для города Москвы на основе инженерно-кибернетического подхода. Обоснован выбор системы высшего уровня (мета-системы), требованиям которой должна удовлетворять проектируемая система. Представлена структурная схема СОД ПС, включающая в себя пять подсистем. Рассмотрены факторы, определяющие свойства проектируемой системы, и ограничения, влияющие на функционирование СОД ПС. Разработанная концепция СОД ПС для города Москвы позволила выделить рациональную структуру телекоммуникационной подсистемы, формирующую каналы для мониторинга и управления элементами СОД ПС и осуществляющую обмен информацией между ними, а также между СОД ПС и внешними системами, и определить ее задачи. Описаны каналы связи, входящие в состав подсистемы телекоммуникации. Представлены внешние и внутренние факторы, способные повлиять на функционирование проектируемой СОД ПС и ее подсистемы телекоммуникации. Обоснована необходимость ввода в проектируемую СОД ПС модуля расчета точки встречи судов под мостами. Описаны способы передачи аварийных сигналов между СОД ПС и внешними системами. Представлен пример расстановки ретрансляторов УКВ-связи вдоль пассажирского маршрута № 1 на изгибах реки. Сделан вывод об оптимальности структуры подсистемы телекоммуникации, которая обеспечивает выполнение поставленных задач при минимизации привлекаемых ресурсов.
Актуальность темы исследования обусловлена растущей потребностью в быстрых и точных инструментах построения математических моделей. В данной работе рассматриваются подходы к построению адаптивной квантильной регрессии, так как выбор оптимального квантиля в процессе обучения может сэкономить большое количество времени исследователя. Правильный выбор квантиля может существенно улучшить показатели модели на тестовых наборах данных и, как следствие, позволит получать более надежные прогнозы при реальном использовании такой математической модели. Разработанный подход представляет собой комбинацию модифицированной квантильной регрессии и градиентного спуска, что улучшает адаптацию модели к различным данным. В работе приведено подробное описание разрабатываемого алгоритма, сравнение точности работы предложенной модели с традиционной квантильной регрессией и градиентным спуском, и их комбинациями, а также анализируется время обучения моделей, включая количество эпох обучения. Эксперименты показывают, что адаптивная квантильная регрессия демонстрирует повышенную точность при сокращении времени обучения. Результаты подчеркивают эффективность этого метода в области анализа данных и прогнозирования, открывая новые перспективы для более эффективных и быстрых моделей машинного обучения.
В настоящее время управление вычислительными ресурсами в современных системах распределенных вычислений является актуальной проблемой. Эволюция потенциала инфраструктуры привела к тому, что распределенные вычисления могут быть организованы в динамичных гетерогенных и географически распределенных вычислительных средах, примерами которых являются среды «туманные» и «краевые». Динамика как нагрузки, так и топологии подразумевает необходимость смены конфигурации системы, а именно закрепления пользовательских задач за вычислительными устройствами с выделением необходимых ресурсов. Последнее актуализирует вопрос повышения эффективности функционирования планировщика (брокера), обеспечивающего управление ресурсами сети в пределах выделенного фрагмента. Алгоритмическое и программное обеспечение планировщиков основано на моделях и методах теории расписаний и, исходя из постановки задачи, реализует либо простые эвристики, либо методы математического программирования, либо метаэвристики. Однако анализ представленных в открытом доступе постановок задач показал, что они, во-первых, являются частными случаями и реализуют определенные ситуации распределения вычислительных ресурсов, во-вторых, не отражают в полной мере свойств гетерогенности, географической распределенности и динамики вычислительных сред. В рамках данного исследования предложена общая модель задачи распределения вычислительных ресурсов с учетом перечисленных свойств и предложен ее метод решения с использованием предметной онтологии метаэвристических методов. Показана целесообразность построения и применения онтологии на примере анализа эффективности генетических алгоритмов в зависимости от значений параметров решаемой задачи распределения вычислительных ресурсов.
В работе рассматривается задача распространения сигнала внутри помещения. При решении данной задачи рассматривалось несколько этапов. На первом этапе была построена модель распространения электромагнитной волны через стену. Использовался подход, базирующийся на геометрической оптике. Для расчета степени поглощения требуется учитывать диэлектрическую и магнитную проницаемость материала стены. Чтобы обеспечить автоматизацию процесса вычислений, была написана программа на языке C++, которая дает возможности для того, чтобы быстро определить значения мощностей при заданных условиях. Исследовано затухание радиосигнала в зависимости от угла падения на стену. На втором этапе рассмотрена задача по определению уровня распространяющейся электромагнитной волны в различных точках внутри помещения. На третьем этапе рассмотрена задача оптимизации размещения передающего устройства внутри помещения. Был использован метод случайного поиска с последовательным сужением области определения значений. При этом требовалось применение метода сеток, являющегося локальным методом оптимизации. Для каждого участка сетки использовался метод золотого сечения. В итоге, после реализации нескольких десятков тысяч итераций, было определено оптимальное размещение передающего устройства. Научно-практическая значимость работы состоит в разработке комплексного алгоритма оптимизации размещения передающих устройств в помещении на основе вычислительного эксперимента.
В статье проводится детальная оценка возможностей применения патч-антенн, выполненная на основе анализа их достоинств и недостатков. Новая конструкция патч-антенны была подвергнута моделированию, включая описание ее структуры и создание трехмерной модели. Получено распределение поля в геометрии патч-антенны, что дает полную картину о влиянии ее структурных элементов на электромагнитные свойства. Кроме того, получена диаграмма направленности патч-антенны, которая раскрывает угловые особенности ее излучения. Построены графики коэффициента усиления одиночной патч-антенны, коэффициента равномерной решетки 8×8, коэффициента усиления микрополосковой патч-антенны 8×8, построенные в дБ-шкале. Показано, что конструкция прямоугольной микрополосковой патч-антенны с V-образными вырезами обеспечивает лучшую поляризацию на краях по сравнению с центром у предложенной модели патч-антенны, что может быть критическим фактором в реальных условиях эксплуатации, особенно в тех областях, где качество связи подвержено внешним воздействиям. Частота, при которой данная антенна резонирует, равна 1,403 ГГц, это позволяет расширить диапазон пропускания и повысить согласование импеданса. Эти результаты подчеркивают перспективность исследуемой конструкции патч-антенны в современных технологиях связи и беспроводных системах передачи данных.
Рассматриваются актуальные вопросы, связанные с проблемой расчетов и прогнозирования при выработке солнечной электроэнергии как возобновляемого источника энергии. Для обнаружения проблем выявлены исходные данные для моделирования и их источники. Источники исходных данных для моделирования систематизированы, и для каждого приведен пример. Анализ состояния мирового энергетического рынка и положение государственной политики в области энергетики в России показал, что необходимо уделять внимание вопросам солнечной энергии и решать проблемы прогнозирования выработки электроэнергии. Это связано не только с доступностью ресурсов, но и экологичностью. Рассмотрена классификация существующих моделей и методов прогнозирования выработки энергии солнечной электростанции (СЭС). Существующие методики позволяют производить расчеты по прогнозированию мощности выработки электроэнергии, но приводят средние показатели за год. Требуются новые технологические и инновационные методы для решения существующей проблемы. Представлены ключевые факторы и аспекты внедрения и эксплуатации солнечной электростанции. Главной сложностью в прогнозировании является учет множества нелинейных характеристик. Предложена попытка решить данную проблему. Сделан обзор состояния проблемы и тенденций развития солнечной энергетики, среди которых определены основные проблемы и намечены пути решения.
В статье рассматривается разработка нового подхода к хранению и организации результатов лабораторных опытов с учетом специфики их последующей обработки. Для решения поставленной задачи лабораторные опыты рассматриваются как структурированные данные с неструктурированными частями. При разработке системы была проанализирована специфика хранения и обработки данных лабораторных испытаний, после чего сформулированы основные требования к системе. Были определены основные модели данных, а также сущности базы. Для хранения структурированных данных выбрана стандартная реляционная модель данных, а хранение неструктурированной информации (такой как результаты опыта или параметры опыта) реализовано через поле BJSON. Для решения задачи обеспечения защищенного доступа, а также создания API для системы был выбран асинхронный фреймворк FastAPI. Также рассмотрена реализация хранения дополнительных файлов опыта, которые находятся в объектном хранилище и связываются с опытом в реляционной модели через дополнительную сущность. Представленный подход отличается своей гибкостью к структуре хранимых лабораторных опытов, учитывает специфику геологических лабораторных испытаний, а также предоставляет возможности для комплексного метаанализа больших объемов данных. Система была протестирована и внедрена в технологический процесс геотехнической лаборатории АО МОСТДОРГЕОТРЕСТ.
В статье приведены результаты применения метода акустической эмиссии (АЭ) и алгоритмов машинного обучения в задаче диагностики дефектов расслоения структуры многослойной печатной платы (МПП). Для решения поставленной задачи применяется комбинация физического и вычислительного экспериментов. Для проведения натурных испытаний в исследовании используется вибростенд для формирования нагрузки на испытуемый объект и получения сигналов акустической эмиссии. Вычислительный эксперимент проводится с помощью математического моделирования в специализированной среде ABAQUS. Для получения наилучшего решения задачи в ходе эксперимента решается оптимизационная задача по определению частоты гармонического сигнала, формируемого вибростендом, для получения максимального отклика исследуемой МПП и однозначной идентификации дефекта расслоения. В численных экспериментах были промоделированы воздействия и реакции (сигналы АЭ) МПП при различных частотах входных вибросигналов, лежащих в диапазоне от 100 до 2000 Гц. Натурные эксперименты проводились в лаборатории контроля и испытаний радиоэлектронных средств кафедры КПРЭС РТУ МИРЭА. Результаты исследования показали, что наиболее эффективной для обнаружения дефекта расслоения является частота вибрационного воздействия, равная 1500 Гц (дефект почти прямоугольной формы размером 30×37 мм). В дальнейшем это было подтверждено корреляционным анализом, позволившим выявить максимальные различия между сигналами акустической эмиссии годного образца МПП и образца с внесенным дефектом расслоения для входного вибровоздействия заданной частоты. Вторая часть исследования посвящена обработке результатов физического и вычислительного экспериментов, установлению степени адекватности полученных математических моделей реальным образцам МПП и процессам, протекающим в них, а также применению алгоритмов машинного обучения для более достоверной диагностики дефектов МПП. В представленном исследовании в качестве алгоритмов машинного обучения применялись методы случайного леса и опорных векторов (SVM). По результатам их выполнения была оценена точность работы двух алгоритмов.
Современный этап развития беспилотных авиационных комплексов характеризуется широким внедрением автоматизированных и интеллектуальных электронных систем. Одним из наиболее сложных и ответственных этапов разработки беспилотных летательных аппаратов является определение оптимальных мест размещения бортового оборудования в пространстве фюзеляжа. Для решения этой задачи в работе предложен подход для определения оптимальных мест инсталляции бортового оборудования в пространстве фюзеляжа беспилотного летательного аппарата. Подход основан на применении генетического алгоритма. Сформулирована содержательная и математическая постановка задачи по определению оптимальных мест инсталляции бортового оборудования в пространстве фюзеляжа беспилотного летательного аппарата. Разработаны критерии и ограничения. В качестве критериев оптимизации в первую очередь рассматриваются критерии электромагнитной совместимости, которые характеризуются минимизацией чувствительности бортового оборудования над уровнем напряженности электромагнитного поля в местах инсталляции бортового оборудования, а также ограничение на превышение порогового уровня восприимчивости бортового оборудования над электромагнитной обстановкой, сложившейся в результате электромагнитных воздействий или взаимодействий. Дополнительно рассматриваются критерии по минимизации общей взвешенной длины кабельных соединений, и ограничивается максимальная грузоподъемность отсеков фюзеляжа беспилотного летательного аппарата. Разработан план инсталляции бортового оборудования в пространстве фюзеляжа с использованием разработанной программы, реализующей генетический алгоритм.