Том 15, № 3 (2014)

Представлено решение задачи прогнозирования успешности обучения абитуриентов в случае их зачисления в университет. Для этого были применены различные методы классификации и прогнозирования, а именно: машины опорных векторов, нейронные сети и нечеткие системы, настроенные генетическими и стайными «бионическими» алгоритмами. Для решения указанной задачи были предварительно собраны и предобработаны данные, полученные за время работы приемной комиссии. Кроме того, изначально была решена задача классификации, а именно, поступит или нет выпускник в университет. В итоге было установлено, какие именно сведения, предоставленные абитуриентами, достаточны для определения успешности прохождения первой экзаменационной сессии теми из них, кто поступит в вуз. Результаты решения задачи, полученные методом опорных векторов, оказались наилучшими.

Рассматривается задача непараметрического управления дискретно-непрерывным процессом кислородноконвертерной плавки стали. Приводятся некоторые результаты моделирования процесса кислородноконвертерной плавки стали, которые показывают, что процесс ведется в рамках технологического регламента, однако этого не достаточно для качественного управления процессом плавки. Приводятся некоторые результаты моделирования в случае, когда расчетное управляющие воздействие поступает на реальный объект в искаженном в силу ряда причин виде. Предложена двухконтурная схема управления процессом, в которой контур управления, включающий в себя оператора, сохранен, но добавлен внешний контур управления, несущий в себе черты дуализма.

Рассматривается вопрос повышения уровня надежности информационных систем путем построения математической модели информационной системы. Для анализа уровня надежности рассмотрены методы расчета уровня надежности информационной системы. Рассмотрены методы, позволяющие повысить уровень надежности информационной системы на различных этапах существования информационной системы. Рассмотрены методы прогнозирования уровня надежности информационной системы, а также вероятности возникновения ошибок при эксплуатации информационной системы. В рамках работы был сформирован комбинированный алгоритм повышения уровня надежности информационной системы в условиях необходимости непрерывной эксплуатации информационной системы на основе применения методов математического моделирования. Результаты работы могут быть применены для проведения экспериментальных исследований по вопросам обеспечения информационной безопасности, оптимизации работы информационных систем.

Рассмотрена задача моделирования и оптимального управления ректификационными установками, состоящими из технологических печей и ректификационных колонн. Такая сложная система исследуется как система с распределенными параметрами, поскольку для описания статических и динамических режимов применяется математический аппарат дифференциальных уравнений в частных производных. Обычно в научной литературе излагаются результаты исследований режимов работы отдельных аппаратов. Исследований установок, содержащих несколько объектов с различными технологическими процессами, значительно меньше в связи со сложным математическим описанием и громоздкими вычислениями. Решений задач по оптимальному управлению такими сложными установками еще меньше. Используя феноменологический подход, построена математическая модель тепловых процессов в технологических печах и процессов разделения многокомпонентных смесей в ректификационных колоннах. Модель содержит уравнения в частных производных для процессов теплообмена, массообмена и гидродинамики течения дымовых газов в технологической печи и уравнения массопередачи в ректификационной колонне. В связи с тем, что процессы происходят с рециркуляцией взаимодействующих потоков, граничные условия процесса массообмена в ректификационных колоннах содержат уравнения с обыкновенными производными. Эти условия заданы на разных концах аппаратов. Для расчета оптимальных режимов установки сформулирована задача оптимального управления качеством целевого продукта и получены необходимые условия оптимальности. Поскольку управляющие функции входят в основные граничные уравнения, вариации управлений в области и на границе не являются независимыми, что отражается на структуре сопряженной задачи. При этом используется аргументация вариационного исчисления. Необходимые условия оптимальности содержат исходную краевую задачу, сопряженную относительно функций Лагранжа. Решение исходной и краевой задач позволяет определить оптимальное управление и параметры технологического процесса. Приведены численные результаты с управляющим потоком сырья в дебутанизаторе установки сернокислотного алкилирования изобутана бутиленами. Для этого разработан численный алгоритм. Особенностью разработанного алгоритма является решение задач с граничными условиями для некоторых параметров на противоположных концах области. Кроме того, функции Лагранжа сопряженной системы заданы в конечный момент времени. Рассчитаны оптимальные показатели массообменного процесса: концентрации целевого продукта в дефлегматоре и в кубе.

Рассматривается проблема повышения быстроты, устойчивости и экономичности известных и перспективных алгоритмов обучения больших искусственных нейронных сетей. Для решения этой задачи предлагается создать максимально сбалансированные многокритериальные показатели сравнения разных алгоритмов обучения, ввести численную оценку параметров обучения и планомерно осуществлять работы по их повышению. Утверждается, что устойчивость обучения нейронных сетей является аналогом процедуры оценки числа обусловленности матриц линейной алгебры. Предложен показатель устойчивости обучения, дана связь этого показателя с вычислительной сложностью алгоритмов обучения, а также с числом примеров, на которых алгоритм работоспособен. Обсуждается эффект повышения устойчивости за счет дополнения обучающей выборки синтетическими примерами образа «Свой». Приводится оптимальное количество дополнительных синтетических примеров, добавление которых позволяет уменьшить количество примеров в обучающей выборке. Представлена блок-схема перспективного средства обучения нейросетевых преобразователей, в которой вводится третий автомат размножения примеров образа «Свой». Чтобы контролировать количество синтетических примеров, предлагается создать таблицу ограничений для первых автоматов с учетом мнения экспертов.

В рамках обзора показано, что оценка и анализ надежности программного обеспечения (ПО) должны осуществляться на каждом шаге создания отказоустойчивых программ. В любом случае очень важно использовать как можно больше априорной информации перед началом каждой фазы создания ПО, так как это обеспечит наиболее приемлемые и точные результаты. Так как нет единого подхода, методики и параметров для оценки надежности ПО, в настоящее время существует множество моделей и алгоритмов, проверенных на практике, но имеющих ряд недостатков. Проводится анализ методов, моделей и методологий в области создания надежного, отказоустойчивого ПО. Делается попытка систематизировать и унифицировать существующие методологии. Учитывается многоэтапность создания ПО и архитектурный аспект в рамках всего жизненного цикла отказоустойчивого программного обеспечения.

Рассмотрены вопросы передачи энергии в зарядно-разрядном устройстве, выполненном по схеме реверсивного понижающе-повышающего преобразователя с режимом коммутации силовых транзисторов при нуле напряжения. Разработаны методика и алгоритм вычисления зависимости действующего тока через элементы силовой цепи преобразователя от параметров элементов силовых цепей и параметров процесса преобразования энергии.

Предлагается описание совершенствования технологии изготовления деталей и узлов аэрокосмического производства с использованием компьютерного проектирования и управления технологическими процессами. Теоретические основы и алгоритмы построения технологического процесса изготовления деталей и узлов аэрокосмической отрасли с применением различных способов соединения жаропрочных материалов, например диффузионной сваркой, проектируются на основании проведённых теоретических и экспериментальных исследований, предлагаемых авторами запатентованного способа соединения жаропрочного сплава на кобальтовой основе с керамикой на основе нитрида кремния и технологической оснастки «Установка для получения металлокерамических изделий», а также получивших регистрацию в реестре баз данных Российской Федерации атрибутивной базы данных для создания технологических процессов получения деталей аэрокосмического производства диффузионной сваркой и атрибутивной базы данных технологического оборудования, инструмента и приспособлений для механической обработки деталей аэрокосмического производства. Во время выполнения работ были решены следующие задачи: разработан алгоритм адаптивного управления технологическим процессом изготовления деталей и узлов аэрокосмической отрасли с применением диффузионной сварки в реальном масштабе времени, создана база данных материалов, применяемых для изготовления деталей и узлов аэрокосмического производства, база данных оборудования, оснастки и режимов механической обработки деталей различных типоразмеров и конфигурации и база данных оборудования, оснастки и режимов получения неразъёмных соединений из разнородных материалов диффузионной сваркой. На основании проведённых исследований и созданных баз данных приведены рекомендации для изготовления неразъёмных металлокерамических узлов, используемых в аэрокосмическом производстве. В качестве примера разработанной методики приводится проектирование технологии изготовления металлокерамического узла - ротора турбины турбонасосного агрегата. Предлагаемый способ компьютерного проектирования и управления технологическими процессами изготовления деталей и узлов значительно упрощает организационные работы и сокращает время подготовки производства при изготовлении высококачественных деталей и узлов аэрокосмического производства.

Дискретизация дифференциальной задачи приводит к разностным уравнениям, и в случае неявных разностных схем вопрос о разрешимости является нетривиальным. Так как задача сводится к разрешимости систем линейных уравнений, то в работе используются методы линейной алгебры. Даны необходимые и достаточные условия разрешимости и простое достаточное условие через коэффициенты полиномиального разностного оператора. Указана связь этих результатов с методом прогонки для систем алгебраических уравнений с ленточными матрицами. Результаты могут быть использованы как для исследования устойчивости разностных схем, так и для построения мономиальных базисов факторов в кольце полиномов.

Рассматривается задача прогнозирования динамических характеристик солнечных батарей (БС) космического аппарата в условиях открытого космоса по имеющимся измерениям изменений параметров БС и соответствующих им параметров солнечной активности во время выполнения миссии. Для решения задачи предлагается использовать самоконфигурируемый генетический алгоритм для автоматического генерирования нейронных сетей с выбором структуры и наиболее информативных признаков и настройкой весовых коэффициентов, самоконфигурируемый алгоритм генетического программирования для автоматического генерирования неполносвязных нейронных сетей прямой проводимости, самоконфигурируемый алгоритм генетического программирования для автоматического генерирования ансамблей нейросетевых предикторов. Выполняется оценка эффективности предложенных подходов при решении задачи прогнозирования процесса деградации солнечных батарей космического аппарата и производится сравнение эффективности алгоритмов. Среди исследованных подходов, не использующих технику ансамблирования, наибольшую эффективность показал самоконфигурируемый алгоритм генетического программирования для автоматического генерирования нейросетевых предикторов. Самоконфигурируемый алгоритм генетического программирования для автоматического генерирования ансамблей нейросетевых предикторов продемонстрировал наиболее высокую эффективность по сравнению с рассмотренными аналогами.

Представлены результаты расчета годографа первых вступлений P-волн для района Тывы на основе скоростной модели среды, полученной ранее исходя из данных сейсмической изученности Алтае-Саянской складчатой области. Приведено краткое описание блоково-слоистой модели земной коры и верхней мантии юга Красноярского края и Тывы. Рассмотрены ключевые формулы, лежащие в основе алгоритма расчета сейсмических лучей от приповерхностных и заглубленных источников в среде с линейной зависимостью скорости от глубины. Дан анализ волновой картины в предложенной модели среды. Приведено сравнение полученного годографа с экспериментальными данными и годографом, применяемым в регионе для обработки сейсмологических данных. Рассмотрен способ внесения станционных поправок к годографу, учитывающих влияние низкоскоростных отложений под сейсмостанцией.

Предложен алгоритм для распознавания жестов руки человека на видеопоследовательности в режиме реального времени, основанный на принципах цветовой кластеризации объектов, нахождения межэлементной разницы для видеопоследовательностей и контурного анализа. Решены задачи локализации, выделения ключевых признаков и распознавания жестов. Предложенный метод не требует длительного обучения классификаторов по массивам изображений жестов. Домен распознаваемых объектов задается параметрически на этапе первоначальной настройки алгоритма. Разработано специализированное программное обеспечение для экспериментального анализа ключевых показателей эффективности предложенного алгоритма. Показаны результаты оценки производительности метода и устойчивости распознавания. На основе полученных экспериментальных данных показана применимость алгоритма для распознавания жестов руки человека в режиме реального времени и возможность реализации на различных платформах вычислительной техники, что позволяет его использовать, прежде всего, в ракетно-космической отрасли для построения эффективных систем управления на основе жестовых интерфейсов.

В теории аналитических функций К. Вейерштрасса понятие аналитического элемента (степенного ряда в C, сходящегося в некотором круге) и его аналитического продолжения являются основными. Метод перераз-ложения степенного ряда, предложенный Вейерштрассом, принципиально решающий задачу аналитического продолжения, оказался малоэффективным при конкретном применении. В работах Ж. Адамара, Г. Миттаг-Леффлера, Ле Руа, Линделефа были предложены так называемые методы суммирования, дающие хорошие результаты для аналитического продолжения степенного ряда в случае звездных областей комплексной плоскости. В дальнейшем в работах Н.У. Аракеляна было получено описание областей, в которых восстановление аналитического продолжения аналитического элемента возможно с помощью универсальных матричных методов суммирования, т. е. областей комплексной плоскости, в которых найдется по крайней мере одна бесконечная матрица, «суммирующая» все аналитические элементы с заданным центром. Эти области оказались спиральными относительно некоторой точки и были названы Аракеляном областями эффективной суммируемости. Настоящая работа посвящена аналитическому продолжению кратного степенного ряда в класс областей, обобщающих спиральные. С помощью одномерных матричных методов суммирования степенного ряда строятся многомерные матричные методы суммирования для кратного степенного ряда, позволяющие строить аналитическое продолжение этого ряда в максимальную спиральную область, называемую (m,α)-звездой Миттаг-Леффлера функции f, определяемой этим рядом. При этом апробация построенных многомерных матричных методов суммирования кратного степенного ряда проводится с помощью одномерной геометрической прогрессии.

Основными показателями качества космических аппаратов (КА) является их надежность и срок активного существования (САС) на орбите, и существенную роль в этом играет температурный режим внутри объема КА, где находятся приборы. Одна из позиций их стабильной работы заключается в создании определенного теплового режима в объеме конструкции, для чего служит система терморегулирования, при которой тепловой режим обеспечивается с помощью вентилятора, включающегося от термореле при заданной температуре. При этом циркулирующий в системе терморегулирования жидкий теплоноситель, например азот, осуществляет передачу тепла от «холодной» поверхности спутника, излучавшей избыток тепла в космическое пространство. При понижении температуры рабочего тела ниже заданной вентилятор выключается, что приводит (в отсутствие конвекции) к значительному увеличению теплового сопротивления между радиационной поверхностью и внутренним объемом поверхности корпуса, в результате, предотвращается дальнейшее снижение температуры. В результате совершенствования системы терморегулирования, наряду с совершенствованием других систем жизнеобеспечения, САС спутников к настоящему времени превышает 10 лет, а к 2016 году намечен САС до 15 лет.

Рассматривается возможность повышения фреттингостойкости пластичных смазочных материалов, а также улучшение их противоизносных свойств за счет введения твердых добавок. Тема работы заключается в оценке эффективности применения смазочных материалов с ультрадисперсным алмазографитом для снижения фреттинг-усталостных процессов. Приводятся результаты исследования пластичных смазочных материалов на фреттингостойкость, распределение величины износа образцов от наработки. Выполнен анализ состояния дорожек трения и изменение микрорельефа после применения смазочного материала с твердой добавкой. Полученные результаты показали снижение величины износа в случае применения смазочных материалов с ультрадисперсным порошком алмазографита. Результаты исследований могут быть применены для выбора смазочных материалов, которые используются для узлов трения, работающих в режиме колебаний.

Изложены результаты эксперимента по зондированию модельной среды нефтегазового коллектора с использованием лабораторного макета сверхширокополосного электромагнитного скважинного зонда. С этой целью был сконструирован деревянный бак, заполненный модельной средой. Модельная среда нефтегазового коллектора изготавливалась на основе смеси песка и водного раствора поваренной соли. Деревянный бак, заполненный модельной средой нефтегазового коллектора, размещался в лабораторном помещении на бетонной стяжке. Антенны скважинного зонда были размещены в полиэтиленовую водонепроницаемую трубку, на дне бака. Антенны зонда были выполнены в виде дипольных антенн с расширенной полосой пропускания. Передающая антенна подключалась к импульсному сверхширокополосному генератору, приемная антенна подключалась к стробоскопическому осциллографу. Запись напряжения на выходе антенны осуществлялась при различной толщине слоя модельной среды над антеннами и различном расстоянии между передающей и приемной антеннами. Подобная схема эксперимента позволила измерить коэффициент затухания и скорость распространения амплитуды зондирующего импульса в модельной среде нефтегазового коллектора. Показано, что теоретическая модель скважинного зонда с применением метода дискретных источников хорошо прогнозирует временную форму и время задержки зондирующего импульса. Предложен способ определения толщины слоя модельной среды нефтегазового коллектора по измеренным значениям временной задержки импульса, отраженного от границы слоя, при различных расстояниях между передающей и приемной антеннами зонда. Данный способ позволил определить расстояние до границы модельной среды нефтегазового коллектора с относительной погрешностью 2,2 % без привлечения априорной информации об электрофизических свойствах среды. Экспериментальные результаты, полученные в данной работе, создают научную основу для разработки и тестирования импульсных скважинных зондов, предназначенных для каротажа нефтегазовых скважин в нефтегазовом коллекторе с горизонтальным завершением. Для отработки созданных методов и технологий необходимо создание опытного образца скважинного зонда и проведение дальнейших исследований в полевых условиях.

Электронно-лучевая сварка широко используется для производства ответственных изделий. Только контроля основных параметров пучка - мощности пучка или тока пучка при постоянном ускоряющем напряжении, скорости сварки, тока фокусирующей линзы и расстояния между электронной пушкой и поверхностью образца - не достаточно, чтобы получить качественные швы на большинстве режимов. Контроль положения фокуса, использующий анализ высокочастотной составляющей тока, собранного из плазмы, при периодических взаимодействиях на пучок (колебания пучка или модуляции тока фокусировки) может быть способом для формирования бездефектных сварных швов на этих условиях. Приведены результаты статистического анализа геометрии сварных швов.

Государственные приоритеты в области космической деятельности Российской Федерации ставят перед предприятиями космической отрасли стратегические цели освоения новых подходов к управлению. Уникальность и сложность космической продукции, точные ресурсные ограничения этапов ее жизненного цикла определяют необходимость применения проектного подхода по отношению ко всей системе управления предприятием, в том числе и к подсистеме управления персоналом. Приводится описание некоторых концептуально-методических аспектов обеспечения инновационной готовности кадровой подсистемы управления к реализации проектов ракетно-космического предприятия. В качестве основы выбора и применения инструментов и технологий проектного управления предлагается укрупненная типология проектов ракетно-космического предприятия, включающая основные проекты разработки, производства и эксплуатации космических летательных аппаратов и систем, вспомогательные проекты (логистические, информационные, кадровые, PR, маркетинговые, коммуникационные и т. д.). Инновационная готовность системы управления персоналом проектно-ориентированного предприятия -достигнутый структурно-организационный, функциональный, компетентностный потенциал системы управления персоналом, обеспечивающий разработку, апробацию и масштабирование новшеств, целевую результативность проектов предприятия. Декомпозиция уровней инновационной готовности системы управления персоналом к реализации проектов ракетно-космического предприятия включает готовность кадровой службы к управлению собственными проектами внедрения кадровых новшеств, а также кадровую поддержку основных производственных проектов предприятия, заключающуюся в разработке и реализации бизнес-процессов управления командами проектов. Идентификацию и оценку инновационной готовности предлагается осуществлять по следующим параметрам: структурная, функциональная и информационная готовность системы управления. На примере достигнутого опыта мирового лидера в области создания средств телекоммуникаций и космической связи ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» (г. Железногорск, Красноярский край) представлена характеристика инновационной готовности системы управления персоналом в условиях проектного управления. Приведенная модель оценки уровня инновационной готовности системы управления персоналом к реализации проектов основана на декомпозиции уровней инновационной готовности и предполагает последовательную экспертную оценку по частным критериям и дальнейшую интегральную свертку. Выводы по итогам оценки дают возможность определить «узкие» места, создающие угрозу для достижения проектных целей, обосновать действия по их устранению. Использование данного методического инструментария на ракетно-космическом предприятии, при условии его интеграции в единую систему управления проектами, позволяет выполнять требования заказчиков продукции к функциональным, качественным, стоимостным и временным характеристикам современных космических систем.

Показано на основании интегрального и космического мониторинга факторов, что формируемая политика конкурентоспособности промышленности России, её инновационная политика должны быть ориентированы на желаемые поля стратегического прорыва в космонавтике и ракетостроении. Экономические данные на предприятиях ракетно-космической отрасли, других отраслей в 8 федеральных округах РФ, в Сибирском ФО, Красноярском крае, 10 крупнейших регионах, включая ЦФО-ЦЧЭР, 45 ведущих предприятий, подтвердили выводы автора о том, что для обеспечения ожидаемых структурных сдвигов в современных наукоемких конкурентоспособных направлениях, достижения высокого уровня конкурентоспособности промышленности России и ее ракетно-космической отрасли в основе аналитических оценок должна находиться система критических технологий и управленческий инструментарий, получивший в мировой практике название «технологические платформы».