Открытый доступ Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ предоставлен  Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Том 8, № 1 (2021)

Статьи

Применение методов коллаборативной фильтрации в задаче предсказания эффективности работы популяционных алгоритмов оптимизации

Ершов Н.М., Никитина О.П.

Аннотация

В настоящей работе предлагается подход к решению проблемы выбора наиболее эффективного алгоритма для решения заданной задачи непрерывной оптимизации, основанный на применении методов коллаборативной фильтрации. Описывается прототип программной системы, построенный на базе семейства наиболее популярных популяционных алгоритмов оптимизации и системы тестовых целевых функций для задач непрерывной оптимизации. Рассматривается реализация нескольких методов предсказания эффективности работы заданного алгоритма. Приводятся результаты вычислительных экспериментов и сравнения рассматриваемых методов.
Computational nanotechnology. 2021;8(1):11-25
pages 11-25 views

Моделирование процессов проектирования систем защиты информации в государственных информационных системах

Прокушев Я.Е., Пономаренко С.В., Пономаренко С.А.

Аннотация

Актуальность и необходимость выполнения мер по защите информации в органах государственной власти на сегодняшний день очевидна как с точки зрения существующего законодательства, так и с точки зрения объективного наличия большого количества угроз самого разного характера. Защитные мероприятия должны учитывать такие факторы, как рост объемов обрабатываемой информации, применение различных технологий обработки данных, многопользовательский характер доступа к информационным ресурсам, усложнение режимов функционирования технических средств. Таким образом, обеспечение информационной безопасности представляют собой сложный комплекс из взаимосвязанных бизнес-процессов организационного, юридического и технического характера. Сложность процессов внедрения защитных систем обуславливает необходимость выполнения этапа планирования данного процесса, который тесно связан с необходимостью разработки модели предметной области. Этим обуславливается актуальность написания данной работы. Целью написания статьи является разработка комплекса моделей, описывающих особенности организационно-правовых и технических процессов, возникающих на этапах проектирования систем защиты информации в государственных информационных системах. Методической базой для написания работы являются нормативно-правовые акты ФСТЭК России. Сравнительный анализ возможных способов моделирования описываемой предметной области позволил определить используемый инструментарий. Для описания происходящих процессов при проектировании системы защиты информации была использована методология функционального графического моделирования SADT. Для моделирования процесса рационального выбора средств защиты информации использовались методы математического моделирования. Результатом представленных в работе исследований является комплекс моделей, который описывает процессы, характерные для этапа проектирования системы защиты информации в государственных информационных системах.
Computational nanotechnology. 2021;8(1):26-37
pages 26-37 views

Метод прогнозирования времени выполнения программ для графических процессоров

Клейменов А.А., Попова Н.Н.

Аннотация

Ведущей тенденцией развития архитектур высокопроизводительных вычислительных систем в последние годы является использование сопроцессоров - графических ускорителей (GPU) и ПЛИС (FPGA) - программируемых логических интегральных схем. В связи с этим растет число приложений из самых разных предметных областей, модифицированных для использования на GPU и успешно использованных на практике. В работе предлагается подход к прогнозированию времени выполнения CUDA-ядер, основанный на статическом анализе исходного кода программы. Подход основан на построении модели CUDA-ядра и модели графического ускорителя. Разработанный метод оценки времени выполнения CUDA-ядер применен к реализации алгоритмов матричного умножения, преобразованию Фурье и методу обратного распространения ошибки для обучения нейросетей. В результате верификации подход показал хорошую точность предсказания, особенно при небольшой загрузке графического процессора.
Computational nanotechnology. 2021;8(1):38-45
pages 38-45 views

Применение инструментов моделирования в рамках функционирования «умного» нефтехимического производства

Нургалиев Р.К., Шинкевич А.И.

Аннотация

Цель исследования. Исследование направлено на выявление возможностей применения различных инструментов моделирования в рамках функционирования «умного» нефтехимического производства. Достижению цели способствовало решение ряда задач: изучить возможности применения методологии IDEF0 в условиях построения «умного» производства, построить декомпозицию процесса внедрения нового оборудования в условиях «умного» нефтехимического производства в нотации BPMN, исследовать специфику нейросетевого моделирования и разработать модель нейронной сети в целях прогнозирования энергопотребления нефтехимических производств. Выводы. Резюмируется, что моделирование является неотъемлемым элементом проектирования и управления «умным» нефтехимическим производством, обеспечивает оптимизацию процессов, рационализацию информационно-коммуникационной среды предприятия, энергоресурсосбережение, повышение качества нефтехимической продукции, эффективности производства, сокращение негативного воздействия на окружающую среду; «умное» производство должно сопровождаться выработкой механизма цифровизации производственных процессов, регламентацией алгоритма построения киберпространства; необходим интегрированный подход к моделированию производства, предполагающий сквозное управление данными на всех этапах производства, с применением различных методов моделирования, консолидацию результатов моделирования в единой базе данных, что служит релевантной эмпирической базой для принятия рациональных управленческих решений. В результате исследования разработана схема ввода производственных активов в условиях «умного» производства (в нотации BPMN), транслирующая протекание данного процесса, учитывающая сложные ситуации, связанные с функционированием производственного оборудования; построена логико-информационная модель формирования «умного» нефтехимического производства (в нотации IDEF0), учитывающая взаимосвязи между подпроцессами и потенциальный эффект, позволяющая разработать инструкции и методические материалы по модернизации нефтехимического производства; предложена прогностическая модель регулирования уровня энергопотребления нефтехимическими предприятиями в зависимости от затрат на технологические инновации и от объемов загрязняющих выбросов, генерируемых промышленными предприятиями, основанная на обучении нейронных сетей разной архитектуры и позволяющая в соответствии с функцией активации скрытого слоя нейронной сети выявить тенденции изменения энергопотребления.
Computational nanotechnology. 2021;8(1):46-58
pages 46-58 views

Модель и алгоритм управления пожарно-спасательными подразделениями при тушении пожаров на металлургических предприятиях при разгрузке сырья из подвижного железнодорожного состава

Денисов А.Н., Данилов М.М., Цокурова И.Г., Аникин С.Н.

Аннотация

Проведена апробация применения моделей и алгоритмов поддержки управления силами и средствами пожарно-спасательного гарнизона с опорой на оптимальные модели (стохастические или вероятностные) принятия решений в рамках существующих условий достижения основной задачи подразделений пожарной охраны, основанные на теории конечных цепей Маркова. Изучение последствий пожаров на металлургических предприятиях, а именно пожаров, возникающие на транспортерных лентах в том числе при осуществлении разгрузки сырья из транспортного подвижного железнодорожного состава, а также процесса оптимизации управления подразделениями пожарной охраны при тушении данных пожаров. Исследователями рассмотрена модель управления пожарно-спасательными подразделениями на основе примененных методов эксперимента, наблюдения, описания и моделирования, включающих в себя процесс дискретных последовательных условий принятия управленческих решений (цепи Маркова). Для достижения поставленных целей проведен практический эксперимент по сжиганию образцов транспортерных лент в муфельной печи и калориметрической установке, проведена оценка полученных результатов, формализована модель управления пожарно-спасательными подразделениями. Предметом исследования является поддержка управления пожарно-спасательными подразделениями при тушении пожара на металлургических предприятиях при осуществлении разгрузки сырья из подвижных железнодорожных составов на транспортерные ленты предприятия. Результаты. Экспериментальным путем подтверждена разрушительность и возможные последствия пожара на металлообрабатывающих предприятиях, а также определена необходимость применения превентивных мероприятий и тушению пожаров на объектах подобного типа. Полученные результаты могут быть использованы для поддержки управления пожарно-спасательными подразделениями при тушении пожаров на металлургических предприятиях при разгрузке сырья из подвижных железнодорожных составов на транспортерные ленты предприятия. Данная работа предназначена лиц, принимающих управленческие решения и осуществляющего управление силами и средствами при тушении пожаров на металлургических предприятиях.
Computational nanotechnology. 2021;8(1):59-67
pages 59-67 views

Разработка алгоритма оптимизации расхода энергоресурсов в химико-технологических системах на основе статистического обучения

Малышева Т.В.

Аннотация

Цель исследования. Целью исследования является разработка подходов к решению задач оптимизации энергетических ресурсов химико-технологических систем на основе статистического обучения. В качестве основных методов исследования в статье использованы графические и табличные инструменты дескриптивного анализа данных для исследования динамики структуры энергоносителей и определения возможных резервов снижения расхода; метод обучения нейронных сетей для предсказания оптимальных значений расхода энергоресурсов. Результаты. В статье проведен анализ текущих тенденций энергоемкости себестоимости химических производств с оценкой степени трансформации структуры энергетического портфеля и возможных резервов снижения удельного веса электрической и тепловой энергии. Методом обучения нейронных статей с использованием регрессионной прогностической модели определены минимально возможные значения параметра расхода энергетических ресурсов по верхней границе диапазона с учетом ограничений технологического регламента производства химических веществ и химических продуктов. Результаты исследования применимы при разработке программных комплексов интеллектуальных энергетических систем, в процессе определения причинно-следственных связей отклонений расхода ресурсов от заданной траектории и оптимальный вектор устойчивого энергопотребления.
Computational nanotechnology. 2021;8(1):68-76
pages 68-76 views

Повышение производительности вибрационных загрузочных устройств путем установки планетарного вибропривода с кинематически неуравновешенными массами

Закиров Р.Г., Некрутов В.Г.

Аннотация

Введение. В статье рассматривается применение планетарного вибропривода с кинематически неуравновешенными массами с регулируемыми в широком диапазоне параметрами колебаний рабочего органа в вибрационном загрузочном устройстве. Материалы и методы. Способ возбуждения колебаний, который реализован в виброприводах, позволяет регулировать частоту и амплитуду колебаний без изменения конструктивных элементов виброприводов и при этом также обеспечивается синхронизация колебательных движений двух рабочих органов. Регулирование частотой и амплитудой колебаний, а, следовательно, и связанных с ними, скоростью движения и вынуждающей грузонесущей силой рабочих органов можно посредством изменения совокупности кинематических, геометрических и силовых параметров планетарного вибропривода с кинематически неуравновешенными массами. Регулирование кинематических и силовых параметров может осуществляться в автоматическом режиме. Авторами проведен анализ существующих конструктивных решений задачи управления параметрами колебательного процесса в вибрационных загрузочных устройствах. Приводится теоретическое обоснование эффективности применения планетарного вибропривода с кинематически неуравновешенными массами в гибких производственных процессах для повышения гибкости и производительности вибрационных загрузочных устройств. Экспериментальные исследования. Далее авторы описывают экспериментальные исследования разработанной конструкции вибрационного загрузочного устройства с планетарным виброприводом с кинематически неуравновешенными массами. Приведены результаты исследований в сравнении с существующими вариантами конструкций. Результаты исследований показывают преимущества виброприводов в регулировании параметров рабочего органа. Найдены оптимальные параметры и методы контроля спроектированного вибрационного загрузочного устройства. Выводы. Применение планетарного вибропривода с кинематически неуравновешенными массами позволяет существенно улучшить гибкость производственных процессов, расширить технологические возможности вибрационных загрузочных бункеров, повысить их производительность и получить значительный технико-экономический эффект.
Computational nanotechnology. 2021;8(1):77-83
pages 77-83 views

Применение функциональной керамики в процессах стерилизации

Рахимов Р.Х., Ермаков В.П., Рахимов М.Р.

Аннотация

Строительство Большой Солнечной Печи в Узбекистане, позволило получить материалы с уникальными свойствами, которые трудно или невозможно получить другим путем. В частности, были разработаны керамические материалы, преобразующие энергию первичного источника в импульсное инфракрасное излучение с регулируемым фронтом нарастания импульса. В тоже время, наклон фронта нарастания импульса можно рассматривать, как часть синусоиды. Возникает излучение, как бы, с псевдодлиной волны. Наши многолетние исследование показали, что эта длина волны может работать как основная. Однако здесь проявляется и эффект дуализма. Несущая энергия соответствует основной длине волны в диапазоне ИК, а наклон фронта нарастания импульса воздействует только на выбранные процессы. Одним из таких применений данных материалов, является создание стерилизаторов, которые могут осуществлять глубокую, эффективную и качественную стерилизацию различных объектов. Данная статья посвящена именно этому аспекту применения функциональной керамики, синтезированной под действием концентрированного солнечного излучения.
Computational nanotechnology. 2021;8(1):84-94
pages 84-94 views