Том 32, № 2 (2024)
Информационные технологии и коммуникации
Интеллектуальная система поддержки принятия решений для управления процессом реабилитации пациентов после эндопротезирования суставов
Аннотация
Статья посвящена разработке интеллектуальной системы поддержки принятия решений, основанной на онтологическом подходе, технологиях машинного обучения и компьютерного зрения для управления процессом реабилитации пациентов после эндопротезирования суставов. Рассмотрены преимущества применения искусственного интеллекта и компьютерного зрения в медицинской практике, что позволяет повысить эффективность и точность реабилитационных мероприятий. Разработанная система использует цифрового двойника пациента, отражающего ключевые параметры его состояния и траекторию восстановления с момента первого взаимодействия с системой. Программно-инструментальная среда, на базе которой создана система, обеспечивает возможность удаленного наблюдения и корректировки плана реабилитации специалистами, что является значительным преимуществом по сравнению с традиционными методами. Система анализирует видеозаписи, выполняет анализ движений и адаптирует реабилитационные меры в зависимости от полученных данных о моторной активности пациента в реальном времени. Предложенный метод имеет потенциал для повышения точности и персонализации реабилитационных подходов, что способствует улучшению доступности и эффективности лечения. Интеграция элементов искусственного интеллекта в клиническую практику открывает перспективные направления для оптимизации реабилитационных процессов. Технологии компьютерного зрения и анализа траекторий движений пациента позволяют не только снизить нагрузку на специалистов, но и обеспечить более объективную оценку эффективности проводимых реабилитационных мероприятий.
6-24
Методы многокритериальной оптимизации технологических объектов: систематический обзор научных публикаций за период 2013–2023 гг.
Аннотация
Представлен проведенный в соответствии с рекомендациями PRISMA систематический обзор опубликованных в открытых источниках в 2013–2023 гг. научных статей, посвященных приложениям методов многокритериальной оптимизации. Рассматриваются основные методы оптимизации относительно набора конфликтующих целевых функций, таких как энергетическая эффективность, точность достижения конечных состояний, экономическая целесообразность, надежность функционирования, соблюдение экологических стандартов и др. Особое внимание уделено теоретическим основам и практическим применениям этих методов, направленным на повышение эффективности технологических процессов и улучшение качества принимаемых решений. Основная цель обзора – проанализировать текущее состояние исследований в этой области, выявить тенденции и ограничения в использовании многокритериальных методов для оптимизации конкретных технологических процессов и объектов. Исследование показало, что несмотря на значительный прогресс в разработке теоретических основ многокритериальной оптимизации количество работ, направленных на применение этих методов в реальных технологических задачах, остается ограниченным. В статье подчеркивается важность дальнейших исследований и разработок, направленных на адаптацию методов оптимизации к специфическим особенностям технологических процессов. Этот обзор направлен на более глубокое понимание современных тенденций и проблем, связанных с применением методов многокритериальной оптимизации для совершенствования технологических процессов, что способствует развитию исследований в этой перспективной области.
25-47
Морфологический анализ системных исследований автоматических космических аппаратов в синергетически возмущающей среде
Аннотация
Рассмотрено использование нового методологического когнитивно-вариабельного синергетического[1] (КВС) подхода к анализу проблематики теории системных исследований, проводимых на борту автоматических космических аппаратов (АКА) [1]. В методологической основе КВС-подхода лежат кибернетическая [2] и синергетическая [3] теории управления динамическими системами, а также методология проактивного управления функционированием сложных технических объектов (СлО), базирующаяся на концепции комплексного моделирования СлО. Известны результаты ранее проведенного морфологического анализа проблематики теории системно-кибернетических исследований движения динамических систем, представленные в виде морфологического дерева, которое содержит четыре ветви (моделирование – анализ – наблюдение – выбор) и листья (частные задачи) [4]. Число задач определено взаимодействием управляющей системы (среды) с четырьмя типами воздействий возмущающей среды – детерминированной, стохастической, целенаправленной и с неизвестными характеристиками – при формировании входных воздействий на систему управления. В основе КВС-подхода лежит использование при управлении динамическими системами нового типа среды – синергетически возмущающей. Для отображения новой среды и задач на морфологическом дереве анализа проблематики дополнительно к существующим задачам системно-кибернетических исследований вводятся новые листья – частные задачи системно-синергетических исследований. Парадигма анализа проблематики сформирована на основе знаний, опыта управления и системных исследований, направленных на решение проблемы обеспечения ресурсами бортовых систем (БС) АКА и устойчивости их функционирования в процессе полета.
Целеполагание нового методологического подхода к анализу проблематики теории системных исследований направлено на рациональное использование основных структурно-функциональных ресурсов БС, получение синергетических ресурсов и предотвращения отказов, вызванных расчетными и нерасчетными аномальными процессами. Далее синергетическим будет называться такой вид ресурсов, который формируется спонтанной самоорганизацией процессов в системах управления и трансформируется в целенаправленную самоорганизацию в объективно существующих многоместных отношениях, описывающих синергетические взаимосодействия и взаимосвязи при движении процессов в условиях синергетически возмущающей внешней среды [5, 6].
[1] Когнитивно-вариабельный синергетический – «знание вариантов самоорганизации»; когнитивный – от лат. cognitio – знание, познание; вариабельный – от англ. variable – изменчивый, способный иметь варианты; синергетический – от греч. συν – приставка со значением совместности + ἔργον – деятельность).
48-75
Интегральная оценка качества функционирования системы роботизированных сельскохозяйственных автомобилей
Аннотация
Предложено использовать метод оценки эффективности (Data Envelopment Analysis) системы роботизированных сельскохозяйственных автомобилей, который основан на решении задачи дробно-линейного программирования при анализе множества однородных производственных объектов. Этот метод применяется для интегральной оценки качества обслуживания роботизированных транспортных средств по заданным ключевым параметрам функционирования. В качестве основных параметров эффективности системы роботизированных сельскохозяйственных автомобилей выбраны: коэффициент технической готовности, эксплуатационная скорость, время простоя в техническом обслуживании и ремонте, среднесуточная продолжительность работы автомобиля, средний месячный пробег транспортного средства, остаточный ресурс автомобиля, удельная стоимость эксплуатационного и технического обслуживания и удельное грузоперемещение. Решение систем линейных уравнений позволяет определить положение каждого анализируемого объекта относительно границы эффективности в многомерном пространстве параметров. Выполнено решение задачи Банкера – Чарнеса – Купера. Получены наборы целевых изменений параметров роботизированных автомобилей, которые переводят объекты на границу эффективности. Проведен анализ параметров посредством построения диаграмм производственных возможностей в многомерном пространстве. На двух периодах эксплуатации системы роботизированных автомобилей для агропромышленного предприятия рассчитан индекс Малмквиста для оценки динамики эффективности функционирования.
76-88
Энергетика и электротехника
Система индукционного нагрева массивных колец перед раскаткой
Аннотация
Рассматривается система индукционного нагрева крупногабаритного кольца в катушке прямоугольной формы. Торцевая поверхность заготовки расположена горизонтально. Для формирования равномерного распределения температуры в заготовке, задвигаемой в индуктор, применяется механизм вращения. Проведенные исследования распределения мощности тепловыделения и температуры в заготовке показали необходимость снижения напряженности поля в области отверстия. Решение проблемы найдено с помощью применения магнитопроводов в конструкции индуктора, вытесняющих токи в заготовке за пределы подверженных перегреву участков. Полученные результаты моделирования электромагнитных и тепловых полей в заготовке подтверждают правильность конструктивного решения.
89-102
Оптимизация алгоритмов комбинированного управления электроприводами установок охлаждения природного газа
Аннотация
Обоснована актуальность проблемы снижения энергопотребления электроприводов установок охлаждения природного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Рассмотрена возможность решения этой проблемы с помощью системы комбинированного управления, содержащей две группы аппаратов воздушного охлаждения газа: с непрерывно и дискретно регулируемой скоростью электроприводов вентиляторов. Получен алгоритм оптимального по критерию максимальной экономии мощности управления, учитывающий особенности распределения температуры по длине теплообменника аппарата охлаждения. Показано, что в условиях ограничений на управляющие воздействия алгоритм оптимального управления состоит из нескольких интервалов. Получены соотношения для расчета оптимальной скорости электроприводов вентиляторов первой группы, количества включенных электроприводов вентиляторов аппаратов второй группы и экономии мощности на отдельных интервалах управления. Оценено влияние количества аппаратов с непрерывным регулированием скорости вентиляторов на величину экономии мощности. Обсуждена возможность использования упрощенной методики оценки экономии электроэнергии по усредненным показателям режима работы установки охлаждения.
103-118
Измерение импульсного тока при высоковольтных испытаниях с применением катушки Роговского с неинвертирующим интегратором
Аннотация
Работа посвящена разработке и моделированию системы измерения импульсного тока при проведении высоковольтных испытаний и экспериментов. Предложенная система измерения основана на применении катушки Роговского с неинвертирующим интегратором. Результаты численного моделирования разработанной системы измерения тока сравнены с результатами применения малоиндуктивного шунтирующего резистора, катушки Роговского с пассивным RC-интегратором и катушки Роговского с инвертирующим активным интегратором в аналогичных системах измерения. Для сравнительного теста смоделированы различные стандартные импульсные токи, в т.ч. импульс с крутым фронтом (1/20 мкс), импульс тока большой амплитуды (4/10 мкс), импульсный ток молнии (8/20 мкс), коммутационный импульсный ток (30/80 мкс) и импульсные токи с длительностью 1–3 мс. Из результатов моделирования следует, что разработанная катушка Роговского с предложенным неинвертирующим интегратором имеет достаточно высокую точность в широкой полосе частот, перекрывающей полосу частот стандартных импульсных токов при высоковольтных испытаниях.
119-128
Влияние качества электрической энергии на эксплуатацию основных элементов электродуговых плазменных систем термохимической подготовки топлива
Аннотация
Работа посвящена исследованию влияния качества электрической энергии на срок службы электродов плазменных систем термохимической подготовки топлива, применяемых на тепловых электрических станциях, которые работают на угольном топливе. Детально освещены вопросы перемещения приэлектродного участка плазмы при использовании магнитно-волнового сканирования. В качестве основного инструмента исследования использовано программное обеспечение ANSYS Maxwell. Компьютерное моделирование выполнено при следующих основных параметрах эксперимента: коэффициент несимметрии по нулевой последовательности (K0U) равен 2 % и 4 %; коэффициент несимметрии по обратной последовательности (K2U) равен 2 % и 4 %; отклонение напряжения dU(+) равно 5 % и 10; применяемые материалы изготовления электродов: медь (Cu), псевдосплав вольфрама, никеля и меди – ВНДС (W + Ni + Cu), псевдосплав молибдена, вольфрама и меди – МВД (Mo + W+ Cu). На основании полученных результатов моделирования построены графические отображения изменения траекторий движения приэлектродного участка плазмы при различных искажающих факторах, зависимости изменения величин удельной эрозии различных материалов электродов, графические зависимости изменения срока службы электродов плазменных систем. Исследования, выполненные с применением компьютерного моделирования на основе программного продукта ANSYS Maxwell, позволили выполнить количественную оценку влияния искажений напряжения на траекторию перемещения приэлектродного участка плазмы и, следовательно, срок службы электродов плазматрона. В частности, в процессе исследования выполнена детальная оценка и анализ степени влияния на эксплуатацию и техническое состояние электродов плазменных систем таких показателей качества электрической энергии, как коэффициенты несимметрии по обратной и нулевой последовательности, отклонение напряжения. Проведено обсуждение полученных результатов исследования, сформулированы рекомендации по применению плазменных систем термохимической подготовки топлива, используемых на тепловых электрических станциях для розжига топлива пылеугольных котлов.
129-151