Авторитетность издания
ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
№4
Ожидается:
09 Декабря 2024
Статьи журнала №2 2018
21. Методический подход к моделированию обеспечения сложных технических систем запасными частями [№2 за 2018 год]Авторы: Брежнев Д.Ю. (dimanbreg@mail.ru) - Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова (докторант), кандидат технических наук; Допира Р.В. (rvdopira@yandex.ru) - НПО РусБИТех, пр-т Калинина, 17, г. Тверь, 170001, Россия (профессор, зав. отделом), доктор технических наук; Судариков А.А. (Andrei.2945@yandex.ru) - Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова (преподаватель);
Аннотация: В статье рассмотрен методический подход к построению модели многоуровневой системы обеспечения запасными частями сложных технических систем. Модель предназначена для обоснования количественного и номенклатурного составов комплектов зенитных частей, имущества и принадлежностей в условиях реализации требований к оперативности восстановления работоспособности образцов техники в составе системы. Ключевая идея заключается в подаче на вход модели имитированного потока заявок и исследовании реакции системы зенитных частей, имущества и принадлежностей на них путем моделирования времени удовлетворения заявок от комплектов зенитных частей, имущества и принадлежностей различного уровня при последовательном наращивании их номенклатурного и количественного составов. При этом имитированный поток заявок может отличаться от простейшего, что позволяет обоснованно распределять заявки на запасные части между комплектами зенитных частей, имущества и принадлежностей различного уровня содержания. Модель предусматривает возможность использования одной из трех стратегий пополнения комплектов зенитных частей, имущества и принадлежностей как в системе обеспечения зенитных частей, имущества и принадлежностей в целом, так и по конкретной номенклатуре запасных частей. Заложенный принцип модульного представления комплектов зенитных частей, имущества и принадлежностей позволяет моделировать систему обеспечения зенитных частей, имущества и принадлежностей в различных вариантах одноуровневой или многоуровневой структуры в зависимости от условий применения или принципов построения сложных технических систем. Моделирование осуществляется с учетом вклада стоимости каждой запасной части в общую стоимость системы обеспечения ЗИП при ограничении на требуемое время задержки, связанное с доставкой запасных частей. В результате этого имеется возможность обосновать состав комплектов зенитных частей, имущества и принадлежностей сложной технической системы оптимальным образом.
Abstract: The article considers a methodical approach to constructing a model of a multilevel system for providing spare parts for complex technical systems. The model is designed to justify a quantitative and nomenclature composition of spare parts kits considering the requirements for efficiency of performance restoration of the equipment samples in the system.
The key idea is to put the simulated flow of requests to the model input and to investigate the response of a spare parts system by modeling the time for fulfillment of requests from sets of spare parts, tools of various levels, gradually increasing their nomenclature and quantity composition. At the same time, the simulated stream of requests can be different from the simplest one. It allows reasonable distributing applications for spare parts between sets of spare parts, tools of various levels.
The model provides for the possibility of using one of three strategies for replenishment of spare parts kits both in the maintenance system of spare parts and in the specific nomenclature of spare parts in particular. The principle of modular representation of spare parts sets allows modeling a system of providing spare parts in different versions of a single-level or multi-level structure depending on application conditions or the principles of constructing complex technical systems. Modeling takes into account the contribution of each spare part cost to the total cost of the spare parts maintenance system with restriction for the required delay time related spare parts delivery. As a result, it is possible to justify the composition of spare parts kits of a complex technical system in an optimal way.
Ключевые слова: обеспечение запасными частями, система зип, имитационная модель, сложная техническая системаKeywords: spare parts supply, spare parts system, simulation model, complex technical system
Просмотров: 8464
22. Расчет конструкций методом конечных элементов в среде математического пакета MathCAD [№2 за 2018 год]
Авторы: Бакушев С.В. (bakuchsv@mail.ru) - Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (профессор), доктор технических наук;
Аннотация: Рассматриваются возможности математического пакета MathCAD при решении задач прочностного и деформационного расчета строительных и машиностроительных конструкций методом конечных элементов. Показано, что для решения данных задач возможностей математического пакета MathCAD явно недостаточно, так как необходимо обрабатывать достаточно большие объемы информации. Для задач иллюстративного или учебного характера, когда матрица жесткости имеет небольшую размерность и ее компоненты можно ввести в ручном режиме, возможностей пакета MathCAD вполне достаточно, и с его помощью можно получить решение задачи. При этом матрицу жесткости следует формировать путем ручного ввода значений ее компонент, вычисленных заранее в системе MathCAD. В реальных расчетных задачах матрица жесткости имеет большой порядок (порядка тысяч, десятков и сотен тысяч), поэтому для их решения следует использовать специализированные программные комплексы, например ЛИРА, SCAD, ANSYS и другие. В статье рассмотрен конкретный числовой пример расчета пластинки сложного очертания, находящейся в условиях плоского напряженного состояния, методом конечных элементов. Пластинка разбивается на три конечных элемента. Матрица жесткости при этом имеет порядок, равный десяти, и решение задачи получено лишь при ручном вводе значений ее компонент. Полученные результаты можно применять при решении задач расчета строительных и машиностроительных конструкций методом конечных элементов с использованием программно-математического обеспечения персональных компьютеров, в частности, MathCAD.
Abstract: The paper analyses mathematical package MathCAD potential when solving the problems of strength and deformation calculation of building and machine-building constructions using the finite element method. It is shown that MathCAD potentials are definitely not sufficient to solve such problems. It is due to the necessity to process quite a large amount of information.
For illustrative and study tasks, when a rigidity matrix has not big dimension and its components can be introduced manually, it is enough to use MathCAD. It can help to solve a problem. In this case, the rigidity matrix should be formed by manual introduction of its component data that were calculated beforehand in MathCAD. In real calculation tasks, a rigidity matrix has a large order (thousands, tens and hundreds of thousands). Therefore, there are specialized software packages to solve them, such as LIRA, SCAD, ANSYS, etc.
The paper considers a specific numerical example of calculating a compound profile plate under plain stress condition using the finite element method. The plate is separated into three finite elements. In this case, a rigidity matrix has the order equal to ten; the problem is solved only with manual introduction of its component data.
Ключевые слова: метод конечных элементов, матрица жесткости, математический пакет mathcad, персональные компьютерыKeywords: finite element method, rigidity matrix, mathematical model mathcad, personal computers
Просмотров: 8591
23. Применение алгоритма перебора деревьев и метода имитации отжига для схемно-структурной оптимизации тепловых сетей [№2 за 2018 год]
Авторы: Стенников В.А. (sva@isem.irk.ru) - Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН (чл.-корр. РАН, ВРИО директора); Чемезов А.А. (a.a.chemezov@gmail.com) - Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН (аспирант);
Аннотация: В статье рассматривается математически сложная задача схемно-структурной оптимизации тепловых сетей, из- лагаются ее постановка, методические подходы и алгоритмы решения. В практике проектирования эта задача тра- диционно решается сопоставлением 2-3 заранее намеченных вариантов схемы. Значительное усложнение схемы и масштабов систем обусловило то, что получаемые решения далеки от оптимальных и нередко приводят к слабой загруженности участков сети и даже их неработоспособности. Развитие методов математического программирования и оптимизации открывает новые широкие возможности для решения практических задач. Вместе с тем это требует понимания энергетических, математических особенностей и соответствующих связей между ними с целью правильного применения математических методов. Накоплен большой арсенал методов, выбор из их числа эффективных требует проведения специальных исследований, связанных с возможностями и ограниченностью применения. Сложность задачи схемно-структурной оптимизации заключается в том, что целевая функция в виде приведенных затрат является выпуклой по расходам и вогнутой по напорам. Фиксируя напоры путем преобразований, удается свести ее к вогнутой функции. Задача по своей сути является многоэкстремальной, что характерно для задач вогнутого программирования. Оптимальное решение будет иметь вид дерева. Каждому возможному варианту дерева, соответствующего вершине многогранника ограничений, будет отвечать локальный минимум целевой функции. Именно это делает данную задачу трудноформализуемой, что не позволяет найти аналитическое решение. В статье рассматривается исторически применяемый метод перебора деревьев, предлагаются его модификации, а также другие методы, ранее не применявшиеся для оптимизации тепловых сетей. Осуществляется сравнительный анализ предлагаемых методов и алгоритмов, дается оценка эффективности их практического применения для расчета сетей различных масштабов и сложности. Реализации алгоритмов имеют универсальный характер и могут применяться для различных типов энергетических систем, имеющих сетевую структуру.
Abstract: The paper considers a mathematically complex problem of heat network configuration and structure optimization. It presents a problem statement and methodological approaches and algorithms to solve it.
Traditionally in design practice, comparing 2 or 3 pre-planned alternate schemes solve this problem. Significant complication of the scheme and system scale led to the fact that the obtained solutions are far from optimal ones and often lead to insufficient load of network sections and even their inoperability. The development of mathematical programming and optimization methods gives new possibilities for solving practical problems. At the same time, it requires understanding of energy and mathematical features, as well as corresponding connections between them in order to apply mathematical methods correctly.
There is a large arsenal of methods. Choosing effective ones requires special research related to capabilities and limited application.
The complexity of scheme-structural optimization problem is in the fact that the objective function in the form of reduced costs is convex in terms of flow rate and concave on the heads. Fixing the heads by transformations, it can be reduced to a concave function. The problem is multiextremal as concave programming problems. An optimal solution will look like a tree. Each possible variant of the tree corresponding to the vertex of a constraint polyhedron will correspond to the local minimum of the objective function. This makes this task difficult to formalize, which does not allow finding an analytical solution.
The paper considers a historically applied method of tree search, suggests its modifications, as well as other methods that were not previously used to optimize heat networks. The authors compare the proposed methods and algorithms, and assesse their performance in calculation of networks of different sizes and complexity.
The algorithm realizations are universal and might be applied to different types of energy systems with a network structure.
Ключевые слова: методы теории графов, случайное дерево, алгоритм отжига, избыточная схема, оптимизация, системы теплоснабжения, тепловые сетиKeywords: graph theory methods, random tree, simulated annealing algorithm, redundant diagram, optimisation, heat supply systems, heat networks
Просмотров: 9449
24. Программа моделирования температуры провода и потерь мощности на основе учета режимных и атмосферных факторов [№2 за 2018 год]
Авторы: Баламетов А.Б. (balametov.azniie@gmail.com) - Азербайджанский научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт энергетики (профессор), доктор технических наук; Халилов Э.Д. (elmanxalilov2010@mail.ru) - Азербайджанский научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт энергетики (зав. отделом), кандидат технических наук; Байрамов М.П. (balametov.azniie@gmail.com) - Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности (ст. преподаватель), кандидат технических наук; Агаханова К.А. (balametov.azniie@gmail.com) - Сумгаитский государственный университет (ст. лаборант), Докторант ;
Аннотация: В современных условиях в связи с ростом электропотребления и заметными климатическими изменениями повысился интерес к расчетам допустимых механических и токовых нагрузок на провода воздушных линий. Максимальное использование их пропускной способности может быть достигнуто при наличии достоверной информации о состоянии линии. Повысить точность расчета потерь электроэнергии в воздушных линиях электропередачи можно, определив активное сопротивление проводов с учетом протекающего по линиям рабочего тока, температуры окружающего воздуха, скорости ветра и теплоты солнечного излучения. В этих условиях очень важно иметь ПО для оценки и непрерывного контроля температуры провода при различных погодных условиях, достоверно определять допустимую токовую нагрузку и иметь возможность при возникновении недопустимой перегрузки линии, в том числе в ремонтных режимах, выполнять мероприятия по разгрузке остающихся в работе воздушных линий. Современные программы расчета режимов энергосистем не включают в себя уравнения тепловых балансов проводов воздушных линий. Это приводит к невозможности учета их температурного режима из-за несоответствия активных сопротивлений проводов их температуре. Авторами данной статьи разработаны алгоритм и программа расчета удельного актив¬ного сопротивления проводов воздушных линий с учетом температуры воздуха, рабочего тока, скорости ветра и солнечной радиации. Проведена количественная оценка влияния тока нагрузки, температуры окружающей среды, солнечной радиации и скорости ветра на активное сопротивление проводов воздушных линий. Приведены результаты расчета предельных токовых нагрузок для проводов с активным сопротивлением. На основе проведенных расчетов по оценке влияния тока нагрузки, температуры окружающей среды, солнечной радиации и скорости ветра на активное сопротивление проводов воздушных линий установлено, что при расчете потерь электроэнергии для проводов без учета температурной зависимости сопротивления относительные погрешности могут достигать 26 % и более, что недопустимо. Поэтому требуется автоматическая регистрация температуры провода для повышения точности расчета потерь активной мощности и энергии.
Abstract: In modern conditions, due to the growth of power consumption and noticeable climatic changes, the interest in calculating admissible mechanical and current loads on the aerial wires has been increased. The maximum use of overhead line capacity can be achieved with reliable information on the line state. The accuracy of calculating electric power losses in overhead power transmission lines might be increased by determining active resistance of wires taking into account the operating current flowing along the lines, the ambient air temperature, wind speed and solar radiation heat.
In these conditions, it is very important to have software for evaluating and continuously monitoring wire temperature under various weather conditions, to reliably determine the permissible current load and to be able, if unacceptable line overload occurs, including repair modes, to carry out measures for unloading the remaining work of an aerial line.
Modern programs for calculating power systems modes do not include thermal balance equations of aerial lines. This leads to the impossibility of taking into account their temperature conditions due to the mismatch of wire active resistance to their temperature. The authors have developed an algorithm and a program for calculating the specific active resistance of aerial lines wires taking into account the air temperature, working current, wind speed and solar radiation. They also carried out a quantitative assessment of the load current influence, ambient temperature, solar radiation and wind speed on the active resistance of aerial wires. There are the results of calculation of limited current loads for aerial wires.
Based on the calculations to evaluate the effect of load current, ambient temperature, solar radiation and wind speed on active resistance of aerial wires, it is established that when calculating power losses for wires without considering the resistance temperature dependence, relative errors can reach 26 % or more, which is not permissible. Therefore, it is required to automatically detect the wire temperature in order to improve the accuracy of the calculation of active power and energy losses.
Ключевые слова: воздушная линия, уравнение теплового баланса, рабочий ток, погодные условия, температура провода, численное моделирование, мониторингKeywords: aerial line, heat balance equation, operating current, weather conditions, wire temperature, numerical simulation, the automated information system
Просмотров: 11602
25. Сравнение адаптивного и жесткого алгоритмов управления дорожным движением на базе имитационной модели в среде AnyLogic [№2 за 2018 год]
Авторы: Шамлицкий Я.И. (2538357@mail.ru) - Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева (доцент), кандидат технических наук; Охота А.С. (okhota.sanya@mail.ru) - Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева (магистрант); Мироненко С.Н. (2538357@mail.ru) - Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева (аспирант );
Аннотация: Рост автомобильного парка и объема перевозок обусловили увеличение интенсивности движения, что в условиях городов с исторически сложившейся застройкой приводит к возникновению транспортной проблемы. Особенно остро она проявляется в узловых пунктах улично-дорожной сети. Проблемы связаны с увеличением транспортных задержек, образованием очередей и заторов, что, в свою очередь, вызывает снижение скорости сообщения, неоправданный перерасход топлива и повышенное изнашивание узлов и агрегатов транспортных средств. Есть два пути решения проблемы: инженерно-строительные работы (расширение проезжей части, применение сложных развязок дорожной сети) и применение АСУ дорожным движением. Использование первого варианта является дорогостоящим и занимает долгое время от разработки до сдачи объекта в применение. Второй вариант менее глобальный в плане изменения дорожной сети, но более продуктивный. АСУ дорожным движением, в свою очередь, также бывает нескольких видов. Жесткий алгоритм настраивается вручную специально обученным оператором, что не всегда удобно и эффективно. Адаптивный алгоритм подстраивается автоматически под поток, что более удобно во время так называемого часа пик. Наблюдаемое в течение суток изменение интенсивности движения требует соответствующего изменения дли-тельности цикла и разрешающих сигналов. Многопрограммное жесткое управление не способно учитывать кратковременные случайные колебания в числе автомобилей, подходящих к перекрестку. Применение АСУ дорожным движением на основе адаптивного алгоритма позволит решить проблему с увеличением интенсивности движения в городах. Общегородская система должна быть основана на принципах, обеспечивающих максимальную эффективность управления и надежность функционирования системы. Совершенствование и развитие АСУ дорожным движением имеет особое значение для любого крупного мегаполиса.
Abstract: The growth of an automobile park and traffic volume led to increasing traffic intensity. This causes a transport problem in the conditions of cities with historically developed buildings. The problem is especially serious in key points of the street-road network. The problem is related to the increase in transport delays, queues and traffic jams, which in turn causes a reduction in the communication speed, unjustified fuel overexpenditure and increased wear of vehicle units and assemblies.
There are two ways to solve the problem: engineering and construction works (widening the carriageway, applying complex road interchanges) and using automated traffic control system (ATCS). The first option is expensive and takes a long time from development to putting the object into use. The second option is less global in terms of changing a road network, but more productive.
There are several types of ATCS. A specially trained operator sets up a hard algorithm manually, which is not always convenient and effective. The adaptive algorithm automatically adjusts to the flow, which is more convenient during the so-called “rush hour”.
The change in traffic intensity observed during the day requires a corresponding change in a cycle duration and enable signals. The multi-program rigid control is not capable of taking into account short-term random fluctuations in the number of cars approaching an intersection.
The use of ATCS based on the adaptive algorithm will solve the problem with increasing traffic in cities. The citywide ATCS should be based on principles that ensure maximum management efficiency and reliability of the system. The improvement and development of ATCS is essential to any major metropolis.
Ключевые слова: автоматизированная система управления дорожным движением, адаптивный алгоритм, жесткий алгоритм, испытания, anylogic, методика расчетаKeywords: automated traffic control system, adaptive algorithm, rigid algorithm, test, anylogic, calculation method
Просмотров: 8201
26. Сравнительный анализ методов вычисления числа Пи стандартными средствами [№2 за 2018 год]
Авторы: Бакаева О.А. (helga_rm@rambler.ru) - Мордовский государственный педагогический институт им. М.Е. Евсевьева (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: Процесс исследования нахождения числа Пи можно разделить на три периода: древний период, классическая эра и эра современных компьютеров. Каждый из них характеризуется своими методами и инструментами. Цель данной работы заключается в анализе и сравнении различных методов вычисления числа Пи с использованием стандартных инструментов – табличного процессора MS Excel и среды программирования Free Pascal. В основе вычислительных методов лежат математические выражения, которые являются качественной аппроксимацией числа Пи. Это ряды Грегори–Лейбница, Мадхавы, Нилаканта, формулы Эйлера и Валлиса и другие. Сравнительный анализ этих выражений и алгоритмов, созданных на их основе, позволил выявить самый быстрый и точный метод нахождения числа Пи. Результатом проведенных исследований вычислительного характера стало нахождение числа Пи с точностью до 10-го знака после запятой. Указанные вычисления были выполнены в табличном процессоре MS Excel и программной среде Free Pascal. Цель данного исследования состояла в том, чтобы выяснить, какая из вычислительных сред является более точной и эффективной для нахождения числа Пи. По результатам исследования представлен сравнительный анализ вычислительных возможностей MS Excel и Free Pascal относительно трудоемкости, времени расчетов и точности вычислений числа Пи. Оригинальность работы состоит в том, что для каждого нового разряда слагаемых вычисляется сумма ряда, которая сходится к Пи. Таким образом, показана динамика сходимости рядов к числу Пи на практике. Для каждого из этих приближенных значений числа Пи рассчитаны абсолютная и относительная ошибки. Количество слагаемых выбирается, исходя из точности вычислений, которая считается удовлетворительной, если относительная ошибка < 0,001 %.
Abstract: The process of the research on finding the number Pi can be divided into three periods: the ancient period, the classical era and the era of modern computers. Each of them has its own methods and tools. The purpose of this work is to analyze and compare various methods of calculating the number Pi using standard tools: MS Excel spreadsheet and Free Pascal programming environment.
Computational methods are based on mathematical expressions, which are a qualitative approximation of the number Pi. They are the series of Gregory-Leibniz, Madhava, Neelakant, Euler's and Wallis's formulas, etc. The comparative analysis of these expressions and algo-rithms created on their basis has revealed the fastest and exact method of finding thhe number Pi.
The paper describes computational studies, the result of which is finding the number Pi accurate within the 10th decimal place. The pur-pose of this study was to determine which computing environment is more accurate and effective for finding the number Pi. Based on the study results, there is a comparative analysis of MS Excel and Free Pascal computational capabilities regarding laboriousness, calculation time and Pi number computing accuracy.
The originality of the work is in calculation of the sum of a series that converges to Pi for each new place of summands. Thus, the author shows in practice the dynamics of series convergence to the number Pi. For each of these approximate values of Pi, the absolute and relative errors are calculated. The number of summands is chosen based on calculation accuracy, which is considered satisfactory if the relative error is <0.001%.
Ключевые слова: число пи, сумма ряда, ms excel, free pascal, относительная погрешность, абсолютная погрешностьKeywords: number pi, sum of series, ms excel, free pascal, relative error, absolute error
Просмотров: 11384
27. Программные средства вейвлет-фрактально-корреляционного метода обнаружения объектов космического мусора [№2 за 2018 год]
Авторы: Палюх Б.В. (pboris@tstu.tver.ru) - Тверской государственный технический университет (профессор), доктор технических наук; Зыков И.И. (kemer0802@mail.ru) - Тверской государственный технический университет (ст. преподаватель);
Аннотация: Освоение космического пространства в значительной мере зависит от обеспечения безопасности орбитальных космических аппаратов от воздействия космического мусора, потенциальным источником которого может быть каждый спутник, космический зонд или пилотируемая миссия. В данной статье представлен метод обнаружения различных объектов космического мусора. На первом этапе изображения космического пространства, полученные от оптико-электронного прибора, размещенного на космическом аппарате, преобразуются в полутоновые изображения, которые в дальнейшем обрабатываются при помощи вейвлет-преобразований. Затем для полученных результатов проводятся операции бинаризации и заполнения отверстий, формируются минимальные прямоугольные области, накрывающие предполагаемые объекты космического мусора. В итоге для этих областей формируются статистики в виде максимальных собственных значений автокорреляционных матриц и фрактальных размерностей для принятия решения об обнаружении объектов космического мусора по критерию Неймана−Пирсона. Полученные результаты показывают, что объекты космического мусора могут быть успешно обнаружены.
Abstract: The problem of space exploration efforts depends on orbiters, which in turn require their safety precautions from the effects of space debris. Each satellite, space probe or manned mission might be a potential source of space debris.
The paper presents a method of detecting various objects of space debris. Images of cosmic space from an optoelectronic device placed on a spacecraft are transformed into halftone images. They are further processed by wavelet transforms. The next stage includes binarization and filling operations for the obtained results. At the end of this stage, there is a formation of the minimum rectangular areas covering the supposed objects of space debris.
As a result, these areas have formed statistics in the form of the maximum eigenvalues of autocorrelation matrices and fractal dimensions for making a decision on detection space debris according to the Neyman-Pearson criterion.
The obtained results show that space debris objects can be successfully detected.
Ключевые слова: космический мусор, вейвлет-преобразования, фрактальная размерность, автокорреляционная матрица, критерий неймана−пирсона, matlabKeywords: space debris, wavelet transforms, fractal dimension, autocorrelation matrix, neumann-pearson criterion, matlab
Просмотров: 7939
◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3
