Авторитетность издания
ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
№2
Ожидается:
16 Июня 2024
Статьи журнала №3 2022
21. Компьютерная система для разработки цифровых информационных моделей процессов вторичной переработки нефти [№3 за 2022 год]Авторы: Фураев Д.Н. (d.furaev@pmpspb.ru ) - Санкт-Петербургский государственный технологический институт (аспирант); Чистякова Т.Б. (-) - Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (профессор, зав. кафедрой систем автоматизированного проектирования и управления), доктор технических наук;
Аннотация: В работе выделены основные общие характеристики процессов вторичной переработки нефти. Предложено обобщенное информационное описание этих процессов как объектов проектирования и управления. Рассмотрены предпосылки создания и опыт использования цифровых информационных моделей в области нефтепереработки на примере российских компаний. Предложены функциональная структура компьютерной системы проектирования цифровых информационных моделей объектов вторичной переработки нефти и комплекс средств, включающий математическое, информационное и программное обеспечение, которые позволяют по техническому заданию на проектирование разработать цифровую информационную модель, удовлетворяющую его требованиям по производительности, энергоэффективности, качеству цифровой информационной модели – адекватность, уровень детализации, информационная наполненность, экономичность. Приведена структура информационного, математического и программного обеспечения. Информационное обеспечение – это набор различных БД: характеристик сырья и катализаторов, основного технологического оборудования и деталей трубопроводов, стандартов на проектирование. Математическое обеспечение составляет библиотека математических моделей процессов вторичной переработки нефти, включая модели кинетики происходящих химических реакций, теплообменных процессов и гидродинамики. Программное обеспечение представляет собой набор программных сред – как авторских разработок, так и уже существующего, применяемого на определенных этапах проектирования. Предложенная структура компьютерной системы является гибкой и применимой для всех типов процессов вторичной переработки нефти. Модульный принцип построения архитектуры позволяет строить перенастраиваемое информационное и математическое обеспечение на различные типы процессов нефтепереработки. Компьютерная система апробирована на примере процессов каталитического крекинга и изомеризации.
Abstract: The paper highlights main general characteristics of the secondary oil refining processes. It proposes a generalized information description of the secondary oil refining processes as the objects of design and management. It also considered the prerequisites for creating and experience of using digital infor-mation models in the field of oil refining on the example of Russian companies.
The authors propose a functional structure of a computer system for designing digital information models of oil recycling facilities and a set of tools including information, mathematical support and software. The latter allow, according to the design specification, developing a digital information model that meets the requirements of the technical specification for performance, energy efficiency, quality of a digital information mo-
del – the model adequacy, the level of detail, information content, the model economy.
There is the structure of information, mathematical and software in the paper. Information support is a set of various databases: characteristics of raw materials and catalysts, characteristics of the main technological equipment and pipeline parts, design standards. Mathematical support is a library of mathematical models of oil recycling processes including models of the kinetics of chemical reactions, heat exchange processes and hydrodynamics. Software is a set of software environments, both author's developments and existing software used at certain design stages.
The proposed structure of the computer system is flexible and applicable for all types of oil recy-cling processes; the modular principle of architecture construction allows building reconfigurable in-formation and mathematical support for various types of oil refining processes. The computer system has been tested on the example of catalytic cracking and isomerization processes.
Ключевые слова: цифровая информационная модель, процесс вторичной переработки нефти, компьютерная система, проектирование, информационное обеспечение, математическое обеспечение, программное обеспечениеKeywords: digital information model, oil recycling process, computer system, design, information provision, mathematical support, the software
Просмотров: 1868
22. Оценка граничных значений среднего времени отклика на запрос пользователя информационной системы [№3 за 2022 год]
Авторы: Шелест М.Н. (mshshelest@mail.ru) - Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (аспирант); Татарникова Т.М. (tm-tatarn@yandex.ru) - Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (доцент, профессор), доктор технических наук;
Аннотация: В работе предложены методы оценки верхней и нижней границ среднего времени отклика больших информационных систем на запрос пользователя. Под запросом пользователя понимается транзакция, состоящая из последовательности команд, для выполнения которых резервируются вычислительные ресурсы. Транзакция формализуется в виде маршрута, представляющего собой цепочку пар «обслуживающее устройство–буфер», число которых равно числу команд транзакции. При этом обслуживающее устройство является средством выполнения команд транзакций, а буфер – памятью для фиксации результатов выполнения и ожидания времени для поступления на обслуживание. Выделение групп слабо связанных маршрутов позволяет выполнять параллельную обработку транзакций. Предложена математическая схема большой информационной системы с группировкой маршрутов транзакций в виде сети массового обслуживания, так что каждая заявка пользователя про-ходит определенный маршрут из обслуживающих устройств. Метод оценки верхней границы среднего времени отклика системы на запрос пользователя основан на добавлении избыточных зависимостей и дублировании некоторых обслуживающих узлов, метод оценки нижней границы – на удалении обслуживающих узлов, играющих роль слабой связи между соседними маршрутами сети массового обслуживания. Методы позволяют подобрать параметры, удовлетворяющие требованиям к разрабатываемой информационной системе и, соответственно, отвечающие показателям качества обслуживания пользователей информационных систем.
Abstract: The paper proposes methods for estimating the upper and lower bounds of the average response time of large information systems to a user request.
A user request is a transaction consisting of a sequence of commands for which computing re-sources are reserved. The transaction is formalized as a route, which is a chain of “server-buffer” pairs, their number is equal to the number of transaction commands. At the same time, the service device is a mean of executing transaction commands; the buffer is a memory for fixing the results of executing transaction commands and waiting for the time to arrive for service. Allocation of loosely coupled route groups allows parallel processing of transactions.
The authors propose a mathematical scheme of a large information system that organizes transac-tion routes in the form of a queuing network, so that each user request passes a certain route from the service devices. The method for estimating the upper bound on the average response time of the system to a user request is based on adding redundant dependencies and duplicating some service nodes. The method for estimating the lower bound of the average response time of the system to a user request is based on the removal of serving nodes that play the role of a weak connection between neighboring routes of the queuing network.
The proposed methods allow selecting such parameters that meet the requirements for the infor-mation system being developed and, accordingly, meet the indicators of the quality of service for users of information systems.
Ключевые слова: большая информационная система, сеть массового обслуживания, запрос пользователя, среднее время отклика на запрос, граничные значения среднего времени откликаKeywords: big information system, queuing network, user request, average response time to a request, boundary values of the average response time
Просмотров: 1273
23. Метод межсегментной оценки выделения паттернов движения из кинематических траекторий, регистрируемых средствами экзоскелетной системы [№3 за 2022 год]
Авторы: Провоторов Н.В. (provotorovworkmail@gmail.com) - Московский политехнический университет (аспирант); Таратонов И.Н. (Ilya.taratonov@1221.su) - «ПОЛДЕНЬ. 21-Й ВЕК» (1221) (генеральный директор); Филиппович Ю.Н. (у_philippovich@mail.ru) - Московский политехнический университет (профессор), кандидат технических наук;
Аннотация: Предложен метод выделения паттернов движения оператора из кинематических траекторий, регистрируемых экзоскелетной системой. Цель построения метода обусловлена задачей обнаружения и классификации движений оператора экзоскелетной системы поддержки физической работоспособности в режиме реального времени для предиктивного управления исполнительными элементами конструкции, а также прогнозирования дальнейшего состояния человеко-машинной системы. В контексте работы кинематические траектории определяются как проекции движения сегмента конечности на плоскости декартовой системы координат. Такие проекции группируются по признаку принадлежности к описываемой плоскости и сегменту конечности и представляют собой информационную модель исследуемого движения. Утверждение справедливо и для модели ожидаемого движения, описанного траекторными паттернами. В рамках задачи выделения паттернов движения предложен метод межсегментной оценки кинематических траекторий, базирующийся на достижениях в области биомеханики движения человека, в частности, на исследованиях кинематики циклического движения. Основная идея заключается в поиске признаков совершаемого движения, представленных в виде одного паттерна или упорядоченной последовательности в траекториях, описываемых сегментами конечности во фронтальной и сагиттальной плоскостях. В качестве базовых алгоритмов для выделения паттерна используется область цифровой обработки сигналов. Разработанный метод представлен в виде модели, на основе которой построен программный прототип. В работе также освещены результаты апробации прототипа на эмпирических данных, полученных при помощи исследовательской платформы экзоскелетной системы.
Abstract: The paper considers the method of intersegment estimation of the operator’s motion patterns from kin-ematic trajectories registered by the exoskeleton system tools (further EXO). Its purpose is due to the task of detecting and classifying the movements of the operator of the exoskeleton physical perfor-mance support system in real time for predictive control of the structure executive elements and for forecasting the further human-machine system state.
The paper defines kinematic trajectories as limb segment motion projections on the Cartesian coor-dinate system planes. Such projections are grouped by affiliation to the described plane and to the limb segment and represent the informational model of the investigated motion. This statement is also true for the expected motion model expressed in the same way as trajectory patterns.
In the framework of the problem of defining motion patterns, the authors propose the method of in-tersegment estimation of kinematic trajectories. The method is based on achievements in biomechanics of human motions, especially in the part of kinematic-cyclic research. The main idea is the search of motion signs represented by one pattern or an ordered sequence in the trajectories described by the limb segments in frontal or sagittal planes. Digital signal processing area is used as basic algorithms for defining motion patterns. The developed method is presented in the form of a model that is the basis of a software prototype. The paper also presents the results of the prototype approbation on empirical da-ta received by the exoskeleton system research platform.
Ключевые слова: предиктивное управление, межсегментная оценка, паттерн циклического движения, анализ кинематических траекторий, экзоскелетная системаKeywords: predictive management, intersegment estimation, pattern of cyclic motion, analysis of kinematic trajectories, exoskeleton system
Просмотров: 1146
24. Разработка информационной системы расчета, накопления информации и паспортизации теплофизических свойств фосфоритов [№3 за 2022 год]
Авторы: Орехов В.А. (fundukoff@mail.ru) - Филиал Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске (ассистент); Бобков В.И. (vovabobkoff@mail.ru) - Филиал Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске (зав. кафедрой), доктор технических наук; Панченко С.В. (tan_pan@inbox.ru) - Смоленский филиал Национального исследовательского университета МЭИ (профессор), доктор технических наук;
Аннотация: В работе предлагается создавать паспорта свойств фосфоритов, позволяющие сохранять в электронном виде экспериментальные температурные зависимости коэффициента теплопроводности материала при первом его нагреве и в отожженном состоянии, удельной истинной теплоемкости при первом и втором нагревах, эффективной теплоемкости при первом нагреве, относительно-го линейного расширения, электрической проводимости и плотности фосфатного материала при нагреве. Для реализации такого паспорта свойств разработана информационная система, позволяющая осуществлять ввод и хранение данных о химическом составе и теплофизических и технологических свойствах образцов в цифровом виде, их поиск и обработку. Для доступа к данным и их об-работки система использует технологию клиент–сервер. Расчет теплофизических свойств фосфоритов по структурным моделям учитывает иерархические свойства компонентов, составляющих фосфорит, их объемные и массовые доли. Данными для определения долей компонент служит минералогический состав материала. Информационная система содержит программу расчета коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости. Она отличается учетом массовых и объемных долей основных породообразующих минералов. Система использует интерполяцию табличных температурных значений коэффициентов теплопроводности и удельных теплоемкостей фосфорита, карбоната и кремнезема для определения теплофизических свойств компонент при любой температуре. Коэффициент теплопроводности материала рассчитывается на базе комбинированной модели теплопроводности, учитывающей эндотермическую реакцию диссоциации карбонатов, а удельная теплоемкость – по аддитивной модели. Разработан алгоритм для программы расчета теплофизических свойств по химическому составу фосфоритов.
Abstract: The paper proposes creating a certificate of phosphorite properties, which allows preserving in elec-tronic form experimental temperature dependencies of the material thermal conductivity coefficient at its first heating and in the annealed state, specific true heat capacity at the first and second heating, ef-fective heat capacity at the first heating, relative linear expansion, electrical conductivity and density of phosphate material at heating.
There is a developed an information system that can implement such certificate of properties. It al-lows inputting and storing data on chemical composition and thermophysical and technological proper-ties of samples in digital form, searching and processing them. This system uses client-server technolo-gy to access and process data. Calculation of thermophysical properties of phosphorites by structural models takes into account hierarchical properties of phosphorite components, their volume and mass fractions. The information for determining the component proportions is the material mineralogical composition.
The information system includes a program for calculating a thermal conductivity coefficient and a specific heat capacity. It differs by taking into account mass and volume fractions of the main rock-forming minerals using interpolation of table temperature values of thermal conductivity coefficients and specific heat capacities of phosphorite, carbonate and silica to determine thermophysical proper-ties of the components at any temperature. The thermal conductivity coefficient of the material is cal-culated is based on the combined thermal conductivity model taking into account the endothermic re-action of carbonate dissociation; the specific heat capacity is calculated from the additive model.
There is a developed algorithm for a program for calculating thermophysical properties by the chemical composition of phosphorites.
Ключевые слова: информационная система, алгоритм, теплопроводность, теплоемкость, структура, химический составKeywords: information system, algorithm, thermal conductivity, heating capacity, structure, chemical composition
Просмотров: 1967
25. Разработка программного обеспечения для математического моделирования распределения температуры в процессе электронно-лучевой сварки [№3 за 2022 год]
Авторы: Курашкин С.О. (scorpion_ser@mail.ru) - Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, кафедра информационно-управляющих систем (аспирант); Рогова Д.В. (dasha_28_05@mail.ru) - Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, кафедра информационно-управляющих систем (студент); Тынченко В.С. (vadimond@mail.ru) - Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М.Ф. Решетнёва (доцент), кандидат технических наук; Шуткина Е.В. (elizaveta-shutkina@mail.ru) - Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, кафедра информационно-управляющих систем (студент);
Аннотация: Целью исследования является создание программной системы моделирования распределения температуры в процессе электронно-лучевой сварки в приложении Embarcadero RAD Studio (студенческая версия) на языке программирования C++. Разработка базируется на теории теплового поля с применением математических моделей для вычисления распределения температуры на поверхности изделия. На сегодняшний день представляется возможным проводить моделирование в средах численного моделирования Comsol и ANSYS, а также в пакете MATLAB. Данные программы представляют собой мощные решения, однако имеют ряд существенных недостатков: необходимость со-здания эскиза изделия в CAD-системах и программирование расчетных моделей в пакетах Comsol и ANSYS, а также работа с исходным кодом в процессе моделирования и длительные вычисления в пакете MATLAB. Предлагается разработка программной системы на основе математических моделей, которая позволит проводить моделирование процесса электронно-лучевой сварки для изделий из разных сплавов с учетом их геометрических размеров и теплофизических параметров, что даст возможность определять оптимальные технологические параметры и, следовательно, устранять корневые дефекты, а также упрощать процесс моделирования электронно-лучевой сварки по сравнению с такими системами, как MATLAB, ANSYS и Comsol. В работе описываются программная система моделирования распределения температуры, алгоритмы моделирования эксперимента и расчета температуры. Кроме того, представлен процесс моделирования с применением данных на основе натурных экспериментов (технологических и теплофизических параметров и геометрических размеров изделия). Разработанная программная система также позволяет хранить результаты как моделирования, так и отработанного технологического процесса. Внедрение на производстве предложенного подхода к моделированию процесса электронно-лучевой сварки для тонкостенных конструкций позволит снизить материальные и трудовые затраты при отработке технологического процесса электронно-лучевой сварки, а также при вводе в производство новых видов продукции.
Abstract: The purpose of the study is to develop a software system for modeling temperature distribution in the electron-beam welding process (EBW) in the Embarcadero RAD Studio application (student version), in the programming language C++. The base for this development is the thermal field theory using mathematical models to calculate the surface temperature distribution.
Nowadays, it is possible to carry out simulation in the numerical simulation environments Comsol and ANSYS, as well as in the MATLAB package. These programs are powerful solutions, however they have a number of significant drawbacks such as: the need to create a product sketch in CAD systems and programming calculation models in the Comsol and ANSYS packages; direct work with the source code in the modeling process and lengthy calculations in the MATLAB package.
Thus, the authors propose developing a software system based on mathematical models that will al-low: (1) simulating the EBW welding process for products from different alloys considering their geo-metric dimensions and thermophysical parameters, which will make it possible to determine the opti-mal technological parameters and, therefore, eliminate root defects; (2) simplifying the process of ELW modeling comparing to such systems as MATLAB, ANSYS and Comsol.
The paper describes a software system for modeling temperature distribution, an algorithm for mod-eling an experiment, and an algorithm for calculating temperature. In addition, there is a presented modeling process using data based on full-scale experiments (technological parameters, thermophysi-cal parameters and geometric dimensions of the product). In addition, the developed software system allows storing both the results of the developed technological process and the simulation results.
Introduction to production of the proposed approach to modeling the process of electron beam welding for thin-walled structures will reduce material and labor costs when developing the technolog-ical process of electron beam welding, as well as when introducing new types of products into produc-tion.
Ключевые слова: rad studio, c++, программный продукт, электронный пучок, электронно-лучевая сварка, аэрокосмические конструкции, технологический процесс, автоматизированное управлениеKeywords: rad studio, C++, software product, electron beam, electron beam welding, aerospace structures, technological process, automated management
Просмотров: 2053
26. Разработка системы для управления профессиональным развитием студента на основе его цифрового следа [№3 за 2022 год]
Авторы: Боганюк Ю.В. (y.v.boganyuk@utmn.ru) - Тюменский государственный университет (аспирант); Воробьева М.С. (m.s.vorobeva@utmn.ru) - Тюменский государственный университет (доцент), кандидат технических наук; Захарова И.Г. (i.g.zakharova@utmn.ru ) - Тюменский государственный университет (профессор), доктор педагогических наук;
Аннотация: Большинство существующих в вузах информационных систем лишено функции глубокого анализа работ студента. Такой анализ должен включать тексты отчетов, реализованные проекты и программный код, в комплексе составляющие цифровой след студента. Авторы разработали интеллектуальную систему, решающую эти задачи и представленную набором модулей для мониторинга, управления и прогнозирования профессионального развития студента как ИТ-специалиста с по-мощью технологий Big Data и Data mining. При разработке были учтены особенности текущего процесса: например, наличие нескольких информационных систем и файловых хранилищ в вузе, наличие различных ролей внутренних и внешних пользователей и учет потребностей и проблем пользователей, с которыми они сталкиваются в процессе работы и обучения. Одним из ключевых элементов системы является разработанное мультиуровневое хранилище данных, состоящее из двух компонентов: реляционной БД и NoSQL-хранилища. Система ориентирована не только на анализ успеваемости, но и на текстовые документы, продуцируемые самими студентами, а также документы, регламентирующие его образовательную траекторию. Разработанная система позволяет расширить возможности принятия решений в управлении образовательным процессом на всех уровнях (студент, преподаватель, администрация университета) за счет применения современных методов и технологий интеллектуального анализа данных к менее изученной части цифрового следа студента. Кроме того, открываются новые возможности для взаимодействия университета с работодателями и абитуриентами.
Abstract: Most existing information systems in universities lack the possibility to analyze a student's work in de-tail. Such analysis should include student's report texts, implemented projects and a program code that make up student digital footprint. The authors have developed an intelligent system that solves these problems. The system is represented by a set of modules for monitoring, managing and predicting the professional development of a student as an IT specialist using Big Data and Data mining technologies.
The development takes into account the features of the current process: for example, several infor-mation systems and file storages in the university, various roles of internal and external users, users’ needs and problems that they face in the process of work and learning. One of the key elements of the system is a multi-level data storage, which consists of two components: a relational database and a NoSQL storage. The system is focused not only on the academic performance analysis, but also on text documents produced both by the students themselves and documents regulating their educational tra-jectory.
The developed system allows expanding the ability to make decisions in the educational process management at every level (student, teacher, university administration) through applying modern data mining methods and technologies to the less studied part of the student's digital footprint. In addition, the developed system gives new opportunities for interaction between a university and employers and applicants. The system was tested using the data of students of the Institute of Mathematics and Com-puter Science of the Tyumen State University.
Ключевые слова: подготовка ит-специалистов, технологии big data и data mining, nosql-хранилище, анализ текста на естественном языкеKeywords: training it specialists, big data technologies, data mining, nosql storages, natural language processing
Просмотров: 1490
◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3
