Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
Все статьи: 1048
Прогнозирование кусочно-стационарных процессов
Краткое сообщение
Рассматриваются дискретные случайные процессы, содержащие параметры, меняющиеся скачкообразно в случайные моменты времени. Для прогнозирования процессов строится фильтр в предположении постоянства параметров. Момент изменения параметров фиксируется при существенном отличии прогнозируемых и наблюдаемых значений процесса. При обнаружении скачка параметры фильтра меняются на начальные. Задача решается в предположении нормальной аппроксимации всех случайных величин и использования линейных приближений нелинейных зависимостей. Имитационное моделирование предложенных алгоритмов показало их работоспособность. Причем, чем больше интервал постоянства параметров, тем точнее определяется момент скачка. И, наоборот, при частом изменении параметров предложенный метод становится неработоспособным (как и любой другой).
Бесплатно
Статья научная
Развитие цифровой экономики, высокий уровень неопределённости внешней среды, политические и экономические конфликты, изменение глобальных сырьевых рынков диктуют потребность в разработке и применении новых методов управления социально-экономическими системами, среди которых задачи прогнозирования спроса являются одними из самых значимых и сложных. От точности определения доли рынка и оценок факторов конкурентоспособности зависят не только показатели использования ресурсного потенциала предприятия, его ликвидности и рентабельности, но также и стратегическая эффективность и устойчивость. Цель исследования: разработка и апробация метода прогнозирования спроса на промышленном предприятии с использованием метода интеллектуального анализа данных, позволяющего принимать превентивные управленческие воздействия на потребительские характеристики товара для достижения целевой доли рынка. Материалы и методы: логические индукция и дедукция, анализа и синтеза, логический и статистический анализ, экономико-математическое моделирование, методы интеллектуального анализа данных, построение деревьев решений. В работе рассмотрены ключевые особенности, главные факторы и основные подходы прогнозирования спроса на промышленных предприятиях в современных условиях, современные методы, используемые для прогнозирования спроса в условиях нестабильной среды; обоснована целесообразность использования методов интеллектуального анализа данных для решения задач прогнозирования спроса на промышленных предприятиях. Использовано программное обеспечение Deductor, See5, WizWhy. Результаты. Разработаны метод прогнозирования спроса на промышленном предприятии, основанный на использовании интеллектуального анализа данных - построении деревьев решений - с использованием автоматических программных комплексов. Особенностью метода является его универсальный характер - он может быть использован для построения прогнозов в различных отраслях промышленности. Заключение. Практическая значимость разработанного метода заключается в возможности его использования в принятии организационно-управленческих решений, направленных на изменение потребительских свойств продукции, реализация которых позволит достичь заданных значений доли рынка. Выявлены ключевые факторы конкурентоспособности продукции на рынке дорожно-строительной техники; даны рекомендации по дальнейшему развитию метода прогнозирования доли рынка и объема спроса. Апробация метода проведена на российском рынке дорожно-строительной техники. Рассмотрены возможности использования программ WizWhy, Deductor и See5 в рамках реализации метода на практике и сделаны выводы о достоверности результатов прогнозов, полученных с их использованием.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Рассматривается задача прогнозирования состояния электроприводного центробежного насоса в процессе эксплуатации. Простои и недоборы, вызванные поломкой насоса, приводят к потерям при добыче нефти и требуют времени для замены оборудования. При помощи прогнозирования технического состояния появляется возможность минимизировать затраты на обслуживание насоса и сократить время простоя скважины. Для анализа состояния систем используют экспертные системы, основанные на знаниях, и методы предиктивной аналитики, основным из которых является использование моделей машинного обучения. В работе используются методы, основанные на искусственных нейронных сетях. Цель исследования. Проработка вопросов возможности прогнозирования технического состояния насоса за счет использования современных моделей машинного обучения. Материалы и методы. Прогнозирование технического состояния оборудования осуществляется при помощи анализа временных рядов. Данные получены с телеметрических датчиков системы мониторинга, установленных на электроцентробежном насосе. Исходные данные снимались с интервалом в одну минуту. Была осуществлена предобработка исходных данных. Данные были очищены от пиков, которые явно выбиваются из нормального режима работы, и убраны периоды простоя скважины, на которых фазное напряжение равнялось нулю. Для прогнозирования временных рядов используется искусственная нейронная сеть с типом нейронов LSTM. Прогнозирование временного ряда осуществлялось на пять дней. Оценка параметров системы на длительные периоды времени позволяет оценить состояние ее компонентов и предотвращать поломку оборудования. Результаты. Исследованы возможности нейросетей, обученных на основе данных телеметрических датчиков системы мониторинга, предсказывать значения вертикальной вибрации насоса. Обосновано применение нейросетевой модели в виде LSTM, показавшей хорошие результаты при анализе временных рядов. Выявлено, что нейросети хорошо улавливают тренд внутри временного ряда, что говорит о возможности их применения совместно с экспертной системой. Заключение. Предложенные методы и модели апробированы на реальных данных, что подтверждает возможность их использования при разработке интеллектуальной информационной системы управления техническим состоянием электроцентробежного насоса в процессе эксплуатации.
Бесплатно
Прогнозная модель процесса флокуляции на основе нейронной сети
Статья научная
Обоснована задача построения прогнозной модели процесса флокуляции калийной руды. Показано, что результаты расчетов по традиционным моделям неудовлетворительно воспроизводят экспериментальные данные, а применение регрессионно-дифференциальной модели вызывает затруднения в объяснении ее коэффициентов. Предложено для моделирования процесса использовать нейронную сеть. Обоснованы выбор алгоритма обратного распространения для обучения сети и сигмоидальной активационной функции. Использована программная система реализации нейронных сетей на основе библиотеки FANN. На основании пяти экспериментов произведено обучение сети. Оценены статистические показатели нейронной сети данной структуры. Тестирование по данным шестого эксперимента показало удовлетворительное качество модели. Изучены вопросы рациональной организации обучения и тестирования нейронной сети для моделирования процесса флокуляции. В итоге показана возможность использования нейронных сетей для моделирования процесса флокуляции в конкретном оборудовании.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Рассматривается задача прогнозного управления теплоснабжением потребителей с помощью нейросети, обученной на статистических данных, получаемых с подсистемы мониторинга. Оптимальное управление температурой воды на выходе из котельной позволяет экономить топливо и не допускать его перерасхода, особенно при быстрой смене погодных условий. Ожидаемая экономия топлива составит 5-15 % в зависимости от температуры воздуха в отопительный сезон и состояния теплосети. Цель исследования. Разработка интеллектуального модуля для программно-аппаратной автоматизированной системы управления «Aurora. Тепловой баланс в ЖКХ», позволяющего вести автоматическое регулирование температуры воды на выходе котельной с учетом прогнозного изменения погодных условий при выполнении обязательных требований на температуру на входе к потребителям. Материалы и методы. Искусственная нейронная сеть рассматривается в качестве основного инструмента, минимизирующего ошибки, связанные с ручным управлением температурой на выходе из котельной. Нейронные сети в виде многослойного персептрона и глубокого обучения LSTM позволяют предсказывать необходимую температуру котла с учетом инерционности теплосети и прогнозных температур воздуха. Для защиты модели от переобучения использовался метод dropout с вероятностью 0,2. Результаты. Исследованы возможности нейросетей, обученных на основе статистических данных, предсказывать оптимальную температуру нагрева котла с учетом ограничений на температуру теплоносителя, поступающего в дома, и прогнозных значений температуры воздуха. Обосновано применение нейросетевой модели в виде многослойного персептрона, показавшей хорошие результаты при исследовании временных рядов. Представлен демонстрационный пример применения интеллектуальной системы управления для заданной городской теплосети. Заключение. Предложенные методы и модели апробированы на реальных данных, что подтверждает возможность их использования при разработке интеллектуальной информационной системы управления теплоснабжением.
Бесплатно
Программа «Энерго- и ресурсосберегающие технологии» национального проекта «Образование»
Статья научная
Рассматриваются основные направления работ приборостроительного факультета Южно-Уральского государственного университета по реализации программы «Энерго-и ресурсосберегающие технологии» национального проекта «Образование».
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена проблеме прогнозирования эволюции термокарстовых озер в зонах мерзлоты как интенсивных источников природной эмиссии парниковых газов в атмосферу на арктических территориях. Цель работы. Целью работы является рассмотрение вопросов создания программно-алгоритмического комплекса прогнозирования пространственно-временной динамики озер Российской Арктики на основе методов и алгоритмов рандомизированного машинного обучения.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается постановка и решение задачи по разработке программного продукта, предназначенного для проведения научно-исследовательских работ в области металлургии черных металлов. В отличие от существующих работ в данной области автором предлагается комплексный подход, объединяющий в себе проектно-конструкторскую деятельность и математическое моделирование технологических процессов на основе компьютерных технологий. Итогом работы является программный продукт «Injector Cooling» для проведения анализа работы машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) с произвольной конструкцией зон вторичного охлаждения (ЗВО).
Бесплатно
Программное обеспечение системы оптимизации бюджета продаж с использованием ценовой диверсификации
Статья
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Программный и проектный подходы при решении крупномасштабных экологических проблем
Статья научная
В статье рассматривается федеральная программа «Экология Ангаро-Енисейского региона». Дано описание системного синтеза разных подходов к оценке программы восстановления и сохранения природного комплекса Енисея как скелетной основы эколого-ассимиляционного потенциала Ангаро-Енисейского региона. Обосновывается необходимость учёта фактора неопределенности при оценке крупномасштабных экологических проектов. Цель исследования. Показать, что эффекты, оказываемые крупномасштабными проектами, влияют на сам сценарий развития экономики, в этой связи некорректно использовать примитивное интегрирование альтернативы (стратегии) в один и тот же сценарий, показано, что необходимо оценивать соотношения «проект - сценарий». Материалы и методы. Авторами предлагается для оценки крупномасштабных проектов использовать три уровня оценки: макроуровень, мезоуровень и микроуровень. Такая классификация позволяет постепенно снижать уровень неопределенности. Информация, полученная на предыдущем уровне оценки, является исходной для нижестоящего уровня. Результаты. На первом этапе суждения экспертов обрабатывались с помощью компьютерных продуктов, разработанных в ИЭОПП. На втором шаге был проанализирован Национальный проект «Экология России» в составе 11 федеральных проектов, была разработана математическая модель многокритериальной задачи оптимального управления затратами проекта с учётом фактора неопределенности. Результатом третьего шага стало создание гибридной модели оценки крупномасштабных экологических проектов из логико-эвристической модели, базирующейся на экспертной информации, и экономико-математической модели. Аналоги подобных моделей, созданные с участием авторов, работают при оценке крупномасштабных железнодорожных проектов. Имеется в виду семейство полудинамических оптимизационных моделей, в разной степени апробированное при решении задач мезоуровня, как в плановой, так и в рыночной экономиках. Более того, на базе одной из версий этого семейства разработана медико-эколого-экономическая модель и с ее помощью осуществлен сценарный анализ развития субъектов Азиатской части России. Заключение. В статье даётся краткое описание функциональности и необходимости использования соответствующих математических и программных средств по мере продвижения этапов крупномасштабных экологических проектов от замысла до воплощения.
Бесплатно
Статья научная
Представлен программный комплекс для исследования области устойчивости численного решения тестового неклассического интегрального уравнения типа Вольтерра, возникающего при моделировании развивающихся систем. Предполагается, что элементы системы разбиты на несколько возрастных групп, каждая из которых действует с определенной эффективностью. Баланс между задаваемым уровнем развития системы и количеством осуществляющих его элементов, описывается неклассическим уравнением Вольтерра I рода c переменными пределами интегрирования. Первая часть программы содержит численное решение тестового уравнения модифицированными методами левых и средних прямоугольников. Во второй части ведется поиск величины априорной оценки границы временного отрезка, на котором погрешность численного решения не превосходит заданный порог.
Бесплатно
Статья научная
Наблюдающийся в последние десятилетия рост среднего возраста основного оборудования электроэнергетической системы России в сочетании с процессами инфляции приводит к необходимости разработки стратегий реконструкции, модернизации и вводов новых мощностей. В связи с этим рассматривается задача оптимального управления возрастной структурой оборудования электростанций. Задача поставлена на основе интегральной модели развития крупной электроэнергетической системы. Модель учитывает возрастную структуру оборудования электростанций за счет выделения нескольких возрастных групп оборудования с различающимися показателями эффективности их функционирования. При этом генерирующее оборудование делится на несколько типов по видам используемых энергоресурсов. Математическая модель представляет собой систему интегральных уравнений типа Вольтерра с переменными нижними и верхними пределами интегрирования, описывающую баланс между задаваемым уровнем потребности в электроэнергии, вводом нового и выводом из эксплуатации старого оборудования, а также доли разных типов электростанций в общем составе оборудования электроэнергетической системы. Критерием оптимальности в задаче служит функционал, отражающий затраты на ввод новых и эксплуатацию генерирующих мощностей. Спецификой задачи является нелинейное вхождение управляющих параметров как в целевой функционал, так и в ограничения. Существование и качественное поведение решений таких задач требуют специального анализа, поскольку общей теории не существует. В работе представлен программный комплекс для решения задачи оптимального управления возрастной структурой основного оборудования электростанций. Алгоритм включает численное решение системы неклассических интегральных уравнений Вольтерра I рода с использованием модифицированных методов квадратур правых и средних прямоугольников. Предложен способ учета ограничений на вводимые мощности. Приводятся численные расчеты для решения задачи применительно к Единой электроэнергетической системе России на перспективу до 2050 года на реальных данных. С помощью разработанного программного комплекса можно решать задачи оптимального управления возрастной структурой оборудования электростанций для различных вариаций экономических показателей.
Бесплатно
Программный комплекс моделирования нелинейных нестационарных систем, заданных структурными схемами
Статья научная
Разработан программный комплекс MAC (Моделирование автоматических систем), позволяющий по структурным схемам систем, описываемых линейными нестационарными дифференциальными и нелинейными нестационарными алгебраическими уравнениями, осуществлять их автоматизированное исследование.
Бесплатно
Статья научная
Описан проект OntoWiki, определяющий создание, поддержку и развитие динамически развивающейся неограниченной семантической сети представлений и свойств онтологического описания предметных областей. Приведено формальное описание онтологической семантической сети OntoWiki. Описано визуальное отображение OntoWiki в виде сети или дерева.
Бесплатно
Проект создания авиационного изделия как особый класс инноваций
Краткое сообщение
Статья посвящена изложению понятийно-категориального аппарата проектов создания сложных технических изделий нового поколения. Показано, что классификация рассматриваемых проектов создает методологические предпосылки для повышения точности и качества прогнозов времени и ресурсов. Утверждается, что в общем множестве инновационных процессов инновационные проекты создания авиационных изделий нового поколения попадают в самостоятельную подгруппу инновационных проектов создания сложных технических объектов нового поколения. Выделение отдельной подгруппы проектов позволяет формировать для них специфические методы моделирования, анализа, прогноза и управления. Материалы и методы. Обоснование проводится в форме логического вывода. Выделены четыре показателя, характеризующие проектные процессы. На основании проведенного анализа особенностей проектов создания авиационных изделий сделан вывод о необходимости уточнения набора критериев для проектов создания сложной техники нового поколения. Для этой группы проектов в дополнение к существующим четырем критериям целей, сроков, ресурсов и организации исполнения проекта предлагается добавлять пятый критерий - критерий неопределенности проекта. Результат. Показано, что в совокупности группа из пяти критериев позволяет выделить из всего множества инновационных процессов, связанных с созданием новой техники, подгруппу процессов создания сложной техники нового поколения. Отмечены отличия принятой в работе интерпретации неопределенности от используемой в проектном анализе интерпретации неопределенности как совокупности рисков, сопровождающих проекты. Заключение. Сформирован интегральный критерий величины социофизического потенциала, объединяющий критерии целей, сроков, ресурсов, организации и неопределенности инновационных проектов. Приведен пример интерпретации интегрального критерия для случая создания авиационного изделия нового поколения.
Бесплатно
Проектирование кодера PZ-сигналов методом регистрового автомата
Краткое сообщение
В последнее время для передачи информации используются различные принципы кодирования. Все они обладают своими достоинствами и недостатками. Быстрая передача информации позволяет значительно сократить время выполнения преобразования, объем памяти, количество используемых логических элементов. В данной работе показан новый принцип кодирования, основанный на распознавании PZ-рядов согласно их частоте, фазе, длине. На основе работы маркеров, выполняющих различные действия над сигналом, построен регистровый автомат. Для иллюстрации работы маркеров построен цифровой автомат. Подробно рассмотрен принцип проектирования кодера, методом регистрового автомата. Применение такого кодера позволит оптимизировать обработку информации только по изменению входного сигнала. В качестве пакета моделирования использовались программы Active HDL, в котором получены временные диаграммы, и Quartus. Приведены блок-схемы всех устройств и схемы моделирования.
Бесплатно
Статья научная
Решается задача оптимизации теплового режима осветительных приборов на основе светодиодных источников света и повышения их функционального резерва. Полученный функциональный резерв позволяет решить задачу компенсации процессов старения осветительных приборов в автоматическом режиме.
Бесплатно
Простая модель Grid-системы для оценки влияния алгоритма диспетчеризации задач на энергопотребление
Краткое сообщение
В статье представлена модель состоящей из двух кластеров GRID-системы, созданная в пакете имитационного моделирования AnyLogic и позволяющая оценивать влияние алгоритма диспетчеризации брокера GRID на энергопотребление всего GRID. Модель демонстрирует процесс обработки задач и ведёт учёт среднего энергопотребления на задачу, средней длины локальных очередей, среднего времени ожидания в локальных очередях и плотности распределения среднего времени ожидания. Также описывается алгоритм диспетчеризации, позволяющий снизить энергопотребление GRID, и проводится его сравнение с алгоритмом, выравнивающим длины очередей задач. Описываемый алгоритм распределяет задачи, исходя из наличия или отсутствия на целевом кластере видеоускорителя и наличия или отсутствия реализации задачи для видеоускорителя.
Бесплатно
Протокол беспроводного сбора энергоданных для систем мониторинга реального времени
Статья научная
Разработка новых протоколов беспроводного сбора и передачи энергоданных для систем мониторинга состояния электроэнергетических сетей (ЭЭС) в реальном времени выглядит перспективным и актуальным направлением исследований в связи с возрастающим противоречием между потребностями в информатизации отечественной энергетики и состоянием доступных информационно-измерительных систем. В статье рассматривается подход к организации протокола беспроводного сбора данных в системе мониторинга электроэнергетической сети. Рассмотрены основные режимы мониторинга компонентов ЭЭС, в том числе мониторинг состояния генератора, находящегося в автономном режиме, мониторинг запуска генератора, характеризуемые высокой скоростью получения и обработки энергоданных. Приведена типовая реализация подключения модулей сбора данных в систему мониторинга сегмента ЭЭС. На основании схемы подключения модулей сбора данных в систему мониторинга ЭЭС разработан алгоритм беспроводного сбора данных, реализованный временной диаграммой работы локально синхронизированных беспроводных сетей с доступом узлов в сети к радиоканалу, синхронизированному по времени. Синхронный доступ к радиоканалу позволяет сократить потребление энергии, продлевая срок автономной работы модулей сбора данных. Предлагаемый способ разделения множеством модулей сбора данных системы мониторинга одного измерительного канала связи по времени подразумевает, что разные модули, находясь в одном частотном интервале, используют разные временные интервалы для передачи информации. Протокол предоставляет каждому модулю полный доступ к интервалу частоты в течение короткого периода времени. Такой подход к организации распределенной системы мониторинга является эффективным в построении логики взаимодействия фиксированного числа элементов удаленного сбора данных, обеспечивая адекватную оценку состояния сети. Проведена оптимизация протокола сбора данных и его исследование в части определения максимального числа подключаемых модулей. Работа выполнена в рамках гранта Президента Российской Федерации по государственной поддержке молодых российских ученых - кандидатов наук, МК-5279.2014.8 «Синтез эффективных технологий удаленного мониторинга и управления состоянием интеллектуальной электроэнергетической системы с активно-адаптивной сетью».
Бесплатно
