Авторитетность издания
ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
№1
Ожидается:
16 Марта 2024
Статьи журнала №4 2024
11. Рекуррентные нечеткие ситуационно-прецедентные модели для оперативного управления сложными техническими объектами [№4 за 2024 год]Авторы: Соколов А.М. (ansokol98@mail.ru) - НИУ «МЭИ», Аспирант ; Борисов В.В. (BYG@yandex.ru) - Смоленский филиал Московского энергетического института (технического университета) (профессор), доктор технических наук;
Аннотация: В статье рассматриваются вопросы оперативного управления сложными техническими объектами (СТО), функционирующими в динамически изменяющихся, неопределенных условиях внешней среды, рисков возникновения опасных и аварийных ситуаций. Проведен анализ подходов к ситуационному управлению СТО, который показал, что перспективным решением для оперативного управления этими объектами является применение нечетких моделей типа «ситуация–действие». Основными ограничениями моделей данного типа являются необходимость дополнительной экспертной информации для актуализации нечеткой базы знаний, а также отсутствие учета возможности переходов в различные ситуации при применении сходных управляющих воздействий. Для устранения указанных недостатков предлагается применение прецедентного подхода, который предполагает накопление информации о функционировании СТО в базе нечетких прецедентов с целью их дальнейшего использования при выборе управленческих решений. Предложены новый тип рекуррентных нечетких ситуационно-прецедентных моделей, а также способ и алгоритмы оперативного управления СТО по прецедентам на основе этих моделей. Авторское решение отличается применением итерационной процедуры поиска последовательности прецедентных управляющих решений. Данная процедура обеспечивает повышение эффективности функционирования СТО при условии адаптации к изменениям внутренних и внешних факторов. Разработаны алгоритмические и программные средства, реализующие предложенные модели, способ и алгоритмы управления СТО. В ходе вычислительных экспериментов подтверждена адекватность предложенных моделей. Выполнена оценка эффективности оперативного управления СТО по прецедентам с использованием созданных моделей, способа и алгоритмов в условиях неопределенности по сравнению с экспертной нечеткой ситуационной моделью «ситуация–действие».
Abstract: The paper deals with the issues of operational management of complex technical objects (CTO) functioning in
dynamically changing, uncertain environmental conditions, risks of dangerous and emergency situations. The authors analyzed the approaches to situational management of CTO. The analysis showed that a promising solution for operational
management of these objects is the use of fuzzy models of the “Situation-Action” type. The main limitation of these models
is the need for additional expert information to update the fuzzy knowledge base, as well as the lack of consideration of
transition to different situations when applying similar control actions. To eliminate these disadvantages, the authors propose the application of the precedent approach. It involves accumulation of information about the CTO functioning in the
base of fuzzy precedents for the purpose of their further use in the choice of management decisions. The authors proposed
a new type of recurrent fuzzy situational-precedent models, as well as a method and algorithms for operational management
of CTO by precedents based on these models. The author's solution differs in the application of iterative procedure of search
and application of a sequence of precedent control decisions. This procedure provides an increase in the efficiency of CTO
functioning under the condition of adaptation to changes in internal and external factors. The authors designed algorithmic
and software tools that implement the proposed models, method and algorithms of CTO control. In the course of computational experiments, they confirmed the adequacy of the proposed models. The authors evaluated the effectiveness of operational CTO management by precedents using the created models, method and algorithms in conditions of uncertainty in
comparison with the expert fuzzy situational network of the “Situation-Action” model.
Ключевые слова: оперативное управление, прецедент, нечеткая ситуационная модель «ситуация–действие», рекуррентная нечеткая ситуационно-прецедентная модельKeywords: forecasting time series, precedent, fuzzy situational network of the “Situation-Action” model, recurrent fuzzy situational-precedent model
Просмотров: 1794
12. Нечеткая кластеризация как способ повышения эффективности управления в автоматических системах [№4 за 2024 год]
Авторы: Игнатьева А.С. (alexandra_25@mail.ru) - Южный федеральный университет, Институт радиотехнических систем и управления (инженер);
Аннотация: Статья посвящена поиску новых способов повышения эффективности управления в автоматических системах. Предложен новый метод оптимизации процедуры синтеза интеллектуальных регуляторов в системах автоматического управления техническими объектами. С целью организации гибридного управления предлагается метод, в основе которого лежит применение алгоритмов нечеткой кластеризации, а также специально разработанные алгоритмы, реализованные в интеллектуальном регуляторе. Регулятор разработан на основе методов нечеткой логики, нейросетей и биоиспирированных методов. В рамках описания предложенного метода показаны существующие подходы к оптимизации интеллектуальных регуляторов. На концептуальном уровне предложен собственный подход для решения задачи оптимизации параметров интеллектуальных регуляторов, представлено его обобщение. В общем виде описаны модели, для которых применим разработанный метод. В частности, показаны результаты работы метода для ANFIS-системы в гибридных моделях управления. Представлены ANFIS-архитектуры до и после применения кластеризации. Для достижения полученных результатов разработана многоуровневая архитектура комбинированного управления в интеллектуальном регуляторе. Показаны структуры нечетких регуляторов при реализации ANFIS до и после применения нечеткой кластеризации. Выполнен анализ результатов проведенного исследования. В результате применения предложенного метода значительно сокращается количество функций принадлежности лингвистических переменных интеллектуального регулятора и количество управляющих правил. Это позволяет без потери качества управления и без увеличения вычислительных ресурсов снизить трудоемкость разработки интеллектуального регулятора и время его проектирования.
Abstract: The paper focuses on finding new ways to improve control efficiency in automatic systems. It proposes a new
method for optimizing the procedure of synthesizing intelligent controllers in automatic control systems for technical objects based on the analysis of advanced approaches to solving this scientific problem. Hybrid control as the most effective
when operating objects under conditions of uncertainty. In order to organize hybrid control, the author proposes a method
that is based on fuzzy clustering algorithms, as well as specially developed algorithms implemented in an intelligent controller. The controller is based on fuzzy logic methods, neural networks and bioinspired methods. The paper also shows
the existing approaches to optimizing intelligent controllers in terms of the proposed method. At the conceptual level, the
author proposes an approach to solving the problem of optimizing intelligent controller parameters, presents its generalization. In general, the paper describes the models for applying the developed method. In particular, there are the results of
the ANFIS system method in hybrid control models. There is a presentation of ANFIS architectures before and after clustering. The obtained results are due to developing a multi-level architecture of combined control in an intelligent controller.
The paper shows fuzzy controller structures when implementing ANFIS before and after fuzzy clustering. The author analyzes the study results. After applying the proposed method, the number of membership functions of linguistic variables
of the intelligent controller and the number of control rules are significantly reduced. This allows reducing labor intensity
of developing an intelligent controller and the time of its design without losing control quality and increasing computing
resources.
Ключевые слова: оптимизация, интеллектуальный регулятор, технический объект, система управления, нечеткая кластеризацияKeywords: optimisation, intelligent controller, technical object, a control system, fuzzy clustering
Просмотров: 2192
13. Разработка программного комплекса многоканального распознавания и коррекции речевых сообщений на основе алгоритмов машинного обучения в структуре импортозамещения [№4 за 2024 год]
Авторы: Абу-Абед Ф.Н. (aafares@mail.ru) - Тверской государственный технический университет (доцент, декан), кандидат технических наук; Жиронкин С.А. (zhironkin@tpu.ru) - Национальный исследовательский Томский политехнический университет (профессор), доктор экономических наук;
Аннотация: Предметом данного исследования является разработка программного комплекса многоканального распознавания и коррекции речевых сообщений на основе машинного обучения. Комплекс призван решать задачу повышения эффективности факторов производства как составляющую моделирования структуры импортозамещения в российской экономике. Актуальность работы заключается в отсутствии программных аналогов и разработок на отечественном рынке программных продуктов в условиях усиления технологических санкционных ограничений. Целью исследования является повышение эффективности внутренних коммуникаций российских компаний. В качестве методов исследования применяются системный анализ, машинное обучение, информационно-телекоммуникационное системное проектирование и объектно-ориентированное программирование. В настоящей статье приведены архитектура и основные компоненты программного комплекса, такие как бот для взаимодействия с пользователями, кэширование данных, долговременное хранение информации и сервис для распознавания и коррекции речевых сообщений с использованием методов машинного обучения. В разработанном авторами приложении решаются задачи развертывания и контейнеризации речевых сообщений с реализацией сервиса распознавания и расшифровки речевых сообщений. Предложенная система основана на кэшировании данных, распределяет нагрузку между независимыми сервисными компонентами с поддержкой контейнеризации, она адаптирована к масштабированию и работе на различных платформах и облачных средах. Интерфейс приложения дает пользователю возможность произвести необходимые настройки с целью автоматического распознавания, диаризации, коррекции и обобщения речевых сообщений. Научная новизна заключается в получении результатов, способствующих оптимизации внутренних коммуникаций с помощью алгоритмов машинного обучения для повышения точности и адаптивности корпоративных систем связи. Данные системы позволяют эффективно решать важную задачу моделирования структуры импортозамещения в условиях усиления внешних шоков и технологических ограничений.
Abstract: The research focuses on developing a software complex for multichannel recognition and correction of speech
messages based on machine learning. The complex solves the problem of increasing the efficiency of production factors as
a part of modeling an import substitution structure in the Russian economy. This work is relevant due to the lack of software
analogs among domestic software products under conditions of increasing technological sanction restrictions. The study
aims to improve the efficiency of internal communications of Russian companies. The authors use system analysis, machine
learning, information and telecommunication system design and object-oriented programming as research methods. This
paper presents the architecture and the main components of the software complex. For example, a bot for interaction with
users, data caching, long-term storage of information and a service for recognizing and correcting speech messages using
machine learning methods. The application implements a speech message recognition and decryption service to solve the
problems of speech message deployment and containerization. The proposed system is based on data caching. It distributes
the load among independent service components with containerization support. It is adapted to scale and work on different
platforms and cloud environments. The application interface enables the user to make necessary adjustments in order to
automatically recognize, diarize, correct and summarize speech messages. The scientific novelty consists in obtaining results that contribute to the optimization of internal communications using machine-learning algorithms to improve the accuracy and adaptability of corporate communication systems. These systems allow solving the important problem of
modeling the structure for import substitution under the conditions of increasing external shocks and technological constraints.
Ключевые слова: импортозамещение, база данных, команды и процедуры, пользовательский интерфейс, программное средство, машинное обучение, распознавание речевых сообщений, структураKeywords: import substitution, database, commands and procedures, user interface, software, machine learning, speech message recognition, structure
Просмотров: 2047
14. Совершенствование информационной технологии автоматизации мониторинга технической готовности кораблей военно-морского флота [№4 за 2024 год]
Авторы: Елецкий М.И. (m.yeletsky@gmail.com) - НИИ ОСИС ВМФ ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия» (адъюнкт); Зальмарсон А.Ф. (zalmar@mail.ru) - НИИ ОСИС ВМФ ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия» (старший научный сотрудник), кандидат военных наук; Захарьев А.А. (andzah@bk.ru) - ФНПЦ АО «НПО «Марс» (ведущий научный сотрудник), кандидат технических наук;
Аннотация: Статья посвящена актуальной проблеме повышения уровня автоматизации, оперативности и качества решения функциональных задач мониторинга технической готовности кораблей за счет разработки компонентов информационной технологии. Для их реализации необходима математическая постановка задачи, основанная на методах логико-лингвистического моделирования. Потребность в совершенствовании информационной технологии автоматизации мониторинга технической готовности кораблей тесно связана с решением ряда теоретических и практических вопросов. Анализ существующей информационной технологии показал, что выделенные авторами этапы обработки информации по технической готовности кораблей являются весьма трудоемкими, а их качественное выполнение требует сохранения и анализа больших массивов информации. Однако реализованная в настоящее время в АСУ информационная технология представлена фрагментарно и несистемно. В то же время неавтоматизированная технология не обеспечивает полную и качественную реализацию всех выделенных в ходе исследований этапов обработки информации. Для решения данных проблем требуется разработка компонентов информационной технологии, обеспечивающих комплексную автоматизацию мониторинга технической готовности кораблей. Реализация указанных требований предусматривает, прежде всего, разработку формальной математической модели, адекватно и полно отображающей компоненты информационной технологии, семантические и прагматические свойства объектов мониторинга. Предложенный авторами подход на практике должен обеспечить создание из информационного ресурса качественного информационного продукта, удовлетворяющего требованиям оператора (пользователя).
Abstract: The article describes the urgent problem of increasing an automation level, efficiency and quality of functional
task solution for ships technical readiness monitoring by developing information technology components. This requires a
mathematical formulation of the problem based on logic-linguistic modeling methods. The need to improve the information
technology for automating the monitoring of ships' technical readiness is related to solving some theoretical and practical
issues. The analysis of the existing information technology has shown that the stages of processing information on technical
readiness of ships are labor-intensive. Moreover, their qualitative performance requires saving and analyzing large arrays
of information. However, the information technology currently implemented in ACS is presented in a fragmentary and nonsystematic manner. To this end, a non-automated technology does not provide full and qualitative implementation of all
information-processing stages identified during research. The solution of these problems requires the development of information technology components that provide comprehensive automation of ship technical readiness monitoring. The implementation of these requirements provides principally mathematical model development, which adequately and completely reflects the components of information technology, semantic and pragmatic properties of monitoring objects. The
proposed approach should ensure creation of a high-quality information product from the information resource that meets
operator's requirements.
Ключевые слова: обработка информации, логико-лингвистическая модель, мониторинг технической готовности, информационная технология, информация, автоматизацияKeywords: information processing, logicallinguistic model, technical readiness monitoring, information technology, information, automation
Просмотров: 1930
15. Визуализация данных для бизнес-аналитики уровня доступности финансовых услуг [№4 за 2024 год]
Авторы: Федько В.С. (fedko.vasily.fedko@yandex.ru) - Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина, Аспирант ; Ковалева О.А. (solomina-oa@yandex.ru) - Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина (доцент, профессор кафедры математического моделирования и информационных технологий), доктор технических наук; Ковалев С.В. (sseedd@mail.ru) - Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина (доцент, профессор), доктор технических наук;
Аннотация: В статье проанализированы релевантные программные продукты и инструменты создания дашбордов, выделены преимущества и недостатки каждого из вариантов. Определены наиболее подходящие пути решения задачи визуализации данных о доступности финансовых услуг, которая включена в процесс работы Центрального банка России. В работе представлена IDEF0-модель последовательности этапов работы с данными для визуализации показателей доступности финансовых услуг. Модель включает внесение данных в хранилище, присвоение им кодов ОКТМО, расчет расстояний между населенными пунктами, визуализацию результатов, выгрузку отчетов в необходимых форматах. Описана архитектура разработанной программы для BI-системы уровня доступности финансовых услуг, которая состоит из модулей предобработки и визуализации данных и модуля выгрузки отчетов. Отличительной особенностью является возможность работы с географическими данными расположения объектов в полностью автономном режиме. Продемонстрирован алгоритм работы модуля предобработки данных, который заключается в присвоении им кодов ОКТМО и позволяет структурировать все имеющиеся данные о наличии инструментов доступности финансовых услуг в населенных пунктах. Описана база данных для хранения всей имеющейся информации о населенных пунктах, об уровне развития финансовой инфраструктуры. Показан процесс автоматического расчета расстояний между населенными пунктами с использованием формулы гаверсинусов. Описан модуль градиентной заливки графиков, позволяющий повысить наглядность данных благодаря использованию интуитивно понятной расцветки и выбору цвета в зависимости от конкретного значения. Разработанная программа позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на обработку данных за один отчетный период, расширить возможности визуализации имеющейся информации.
Abstract: The paper analyzes relevant software products and tools for creating dashboards, highlights the advantages and
disadvantages of each option. The authors identified the most appropriate ways to solve the problem of visualizing data on
financial service availability that is a part of the work process of the Central Bank of Russia. The paper presents an IDEF0-
model showing a sequence of data handling phases to visualize financial service availability indicators. The model includes
data importing into the storage, assigning OCTMO codes (Russian classification of territories of municipal formations),
calculating distances between settlements, visualizing results, and unloading reports in the required formats. The authors
described the architecture of the developed program for BI-system of a financial service availability level. It consists of
data preprocessing, visualization modules, and a report unloading module. A distinctive feature is the ability to work with
object location data in a fully autonomous mode. The paper demonstrates the algorithm of the data-preprocessing module.
It consists in assigning OCTMO codes and allows structuring all existing data on the availability of financial service accessibility tools in settlements. The authors describe the database for storing all available data about settlements and the
level of financial infrastructure development. They also show the process of automatic calculation of distances between
settlements using the haversine formula. They describe a gradient fill module for graphs. The module improves data clarity
using intuitive coloring and selecting the color depending on a specific value. The developed program allows reducing the
time spent on data processing for one reporting period, to expand visualization possibilities of the available data.
Ключевые слова: доступность финансовых услуг, BI, дашборд, предобработка данных, визуализация данныхKeywords: availability of financial services, BI, dashboard, data preprocessing, data visualization
Просмотров: 1546
16. Сценарий атаки на автоматизированную систему управления технологическим процессом с учетом уязвимости протокола Modbus TCP [№4 за 2024 год]
Авторы: Конев А.А. (kaa@fb.tusur.ru) - Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) (доцент), кандидат технических наук; Репкин В.С. (repkin_vova@mail.ru) - Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) (студент); Цимбалов К.И. (cki@nti.tusur.ru) - Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР), Аспирант ;
Аннотация: Предметом исследования является компьютерное моделирование процесса реализации сценария атаки на автоматизированную систему управления (АСУ) технологическим процессом (ТП), в котором осуществляется эксплуатация уязвимостей промышленного протокола Modbus TCP. В данной публикации представлен аналитический обзор актуальных научных работ в области безопасности АСУ ТП, формализации и моделирования атак. Описан лабораторный стенд АСУ ТП, на основе которого сформирована компьютерная модель на языке программирования Python, включающая консоль управления (клиент Modbus), программируемый логический контроллер (сервер Modbus) и исполнительный модуль «Грузовой лифт» (графический интерфейс). Для визуализации пользовательского сценария и процессов между компонентами модели построена UML-диаграмма последовательности. Проверка адекватности модели осуществлялась путем сравнения результатов модели и стенда. Также был разработан и формально описан с помощью графической нотации MAL сценарий атаки, в котором эксплуатируются уязвимости протокола Modbus TCP, связанные с отсутствием встроенных механизмов аутентификации и шифрования. Сценарий атаки успешно реализован на модели и стенде с помощью Metasploit Framework. Для устранения возможности эксплуатации уязвимостей определены и протестированы защитные меры в виде протокола WireGuard, который благополучно справился с задачей. Результаты исследования могут быть использованы для обучения специалистов, например, в киберполигонах, для разработки, реализации и формального описания сценариев атак, для анализа уязвимостей протокола Modbus TCP, а также для тестирования программных средств защиты информации.
Abstract: The paper focuses on computer modeling of a scenario of an attack on an automated process control system
(APCS); the scenario recreates vulnerabilities in the industrial Modbus TCP protocol. The paper presents an analytical
review of current scientific works related to automated process control system security, formalization and attack modeling.
The authors describe the ACS laboratory stand, which became a base for a computer model in the Python programming
language. The model includes a control console (Modbus client), a programmable logic controller (Modbus server) and an
executive module “Freight elevator” (graphical interface). Theку is a special UML sequence diagram that visualizes the
user scenario and the processes between model components. The authors also verified the adequacy of the model by comparing the model and bench results. In addition, they have developed and formally described the attack scenario using
graphical notation MAL. It exploits Modbus TCP protocol vulnerabilities related to the lack of built-in authentication and
encryption mechanisms. The attack scenario is successfully implemented on the model and bench using Metasploit Framework. To eliminate the possibility of exploiting the vulnerabilities, the authors defined and tested a defense measure in the
form of the WireGuard protocol. The protocol safely accomplished the task. The study results can be used to train specialists
in cyber range for developing, implementing and formal description of attack scenarios, for analyzing vulnerabilities in the
Modbus TCP protocol, as well as for testing software information security measures.
Ключевые слова: Meta Attack Language, python, Metasploit, Modbus TCP, программируемый логический контроллер, сценарий атаки, эксплуатация уязвимости, обучение специалистов, информационная безопасностьKeywords: Meta Attack Language, python, Metasploit, Modbus TCP, programmable logic controller, attack scenario, vulnerability exploitation, specialist training, infosecurity
Просмотров: 2087
17. Программная реализация математической модели расчета технологических параметров электротермических реакторов [№4 за 2024 год]
Авторы: Быков А.А. (alex1by@mail.ru) - НИУ «МЭИ» в г. Смоленске (доцент), кандидат педагогических наук; Бобков В.И. (vovabobkoff@mail.ru) - Филиал Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске (зав. кафедрой), доктор технических наук; Орехов В.А. (fundukoff@mail.ru) - Филиал Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске (ассистент); Незамаев С.В. (pgrk@armz.ru) - Первая горнорудная компания (генеральный директор);
Аннотация: В работе представлена математическая модель, описывающая возможный метод расчета тепломассовых процессов. На основе модели разработан итерационный алгоритм и создана информационная система, которая осуществляет моделирование расчета технологических параметров электротермических реакторов, используемых для переработки рудного фосфатного сырья. Особенность разработанной модели в том, что она учитывает взаимосвязь зонального представления происходящих в руднотермических печах процессов. А на базе параметров теплогидравлического режима можно получить решение задачи идентификации поступления сырья в зону реакции. В дальнейшем это даст возможность разработки системы автоматизации управления процессами в данной зоне с целью удаления примесей. Созданная математическая модель позволяет учитывать конфигурацию внутренней структуры исследуемых установок для понимания природы происходящих в них процессов и явлений. При поиске решения была также использована модель алгоритма автоматического построения сетки конечных элементов, предложен алгоритм реализации конечно-элементных уравнений с оптимизацией ширины матрицы и использованием свойств симметрии. Созданный программный комплекс позволяет выполнять автоматизированные расчеты режимов функционирования электротермических рудовосстановительных реакторов любых конструкций, в том числе и применяемых при выплавке фосфатного сырья. База данных информационной системы дает возможность пользователю выбрать модель рудовосстановительного реактора и произвести расчет тепломассообменных процессов, а также задать систему эффективных коэффициентов для расчета разработанной экспериментальной модели восстановительного реактора. При этом в программном комплексе можно выполнить не только комплексный расчет руднотермического реактора, но и отдельных его характеристик. Многодокументный интерфейс наглядно представляет результаты расчетов в виде полей изолиний и векторов скоростей тепломассовых процессов.
Abstract: The paper presents a mathematical model describing a possible method for calculating thermal mass processes.
The model has become a basis for developing an iterative algorithm and creating an information system. The system simulates calculating technological parameters of electrothermal reactors used for ore phosphate raw material processing. The
peculiarity of the developed model is that it takes into account the interrelation of zonal representation of the processes
occurring in ore thermal furnaces. On the basis of thermal-hydraulic mode parameters it is possible to solve the problem of
identifying raw materials entering the reaction zone. In the future, it will be possible to develop a system of process control
automation in this zone in order to remove impurities. The created mathematical model allows taking into account the
configuration of the internal structure of the investigated installations to understand the processes and phenomena occurring
in them. When searching for a solution, the authors also used the model algorithm for the automatic construction of the
finite element grid. They also proposed an algorithm for the finite element equation implementation with the matrix width
optimization and the use of symmetry properties. The created software package allows automated calculations of operation
modes of electrothermal ore-reduction reactors of any design, including those used in smelting phosphate raw materials.
The information system database allows selecting an ore-reduction reactor model. It also allows calculating heat and mass
exchange processes, as well as setting the system of effective coefficients for calculating the developed experimental reactor
model. In this case, the program complex can calculate not only a complex of the ore thermal reactor, but also its individual
characteristics. The multi-document interface visualizes calculation results in the field of isolines and velocity vectors of
thermal mass processes.
Ключевые слова: численные методы, компьютерное моделирование, итерационный алгоритм, дифференциальные уравнения, программный комплекс, информационная система, математическая модельKeywords: numerical computation, computer modeling, iterative algorithm, differential equations, software package, information system, mathematical model
Просмотров: 1902
18. Программная реализация диагностики непрерывных многостадийных производств с использованием динамической экспертной системы [№4 за 2024 год]
Авторы: Меркурьев С.А. (serj.merkur@yandex.ru) - Тверской государственный технический университет, Аспирант ; Палюх Б.В. (pboris@tstu.tver.ru) - Тверской государственный технический университет (профессор), доктор технических наук; Ветров А.Н. (vetrov_48@mail.ru) - Тверской государственный технический университет (профессор), кандидат технических наук;
Аннотация: В данной статье описана архитектура разрабатываемого программного комплекса для диагностики многостадийных непрерывных производств. Актуальность работы обусловлена тем, что дефект или отказ оборудования на таких производствах зачастую представляет большую опасность. Целью является проектирование архитектуры и разработка программного комплекса динамической экспертной системы для анализа текущего состояния технологического процесса и поддержки принятия решения для выявления и устранения дефектов в технологических цепях. В работе кратко рассмотрена проблема прикладной области. Описаны проблемы существующих программных реализаций и их основные недостатки. Приведены структурная и интеграционная схемы разрабатываемого программного комплекса. Представлена блок-схема и описаны разрабатываемые модули. Первый модуль реализует задачи обнаружения аномалий и определения момента бифуркаций. Эти две задачи решаются на основе анализа многомерного потока диагностических переменных с помощью оригинального метода двойного скользящего окна. Второй модуль предназначен для формирования гипотез о причинах кризисных состояний с помощью функции доверия. Третий модуль реализует логический вывод по обнаружению дефектов в технологических цепях и по способам их устранения. В заключении описаны используемые инструментальные средства для реализации диагностической динамической экспертной системы. Практическая значимость работы заключается в разработке информационного, алгоритмического и программного обеспечения на языке C# для повышения эксплуатационной надежности непрерывных производств.
Abstract: The paper describes the architecture of the developed software system for diagnostics of multistage continuous productions. The work is relevant due to a great danger of an equipment failure or defect in such productions. The authors aim to design an architecture and to develop a software package of a dynamic expert system in order to analyze the current state of a technological process and to support decision making for identifying and eliminating defects in technological circuits. The paper summarizes the application domain problem. It also describes the problems of existing software implementations and their main shortcomings. The authors give the structural and integration schemes of the developed software system. They present the block diagram and describe modules. The first module implements two tasks: anomaly detection and bifurcation moment detection. The authors solve these two tasks based on the analysis of multivariate flow of diagnostic variables using the original double sliding window method. The second module aims to form hypotheses about the causes of crisis states using a confidence function. The third module implements logical inference on detection of defects in technological circuits and methods of their elimination. The conclusion describes the used tools for implementing the diagnostic dynamic expert system. The practical significance of the work consists in the development of information, algorithmic and software tools in C# language to improve the operational reliability of continuous productions.
Ключевые слова: точка бифуркации, диагностика, динамические экспертные системы, прикладные системы искусственного интеллектаKeywords: bifurcation point, diagnostics, dynamic expert systems, applied artificial intelligence systems
Просмотров: 1772
19. Применение концепции цифрового двойника на этапах проектирования, моделирования и управления химическим процессом [№4 за 2024 год]
Авторы: Кузьмин М.И. (mimikatz@mail.ru) - Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет» имени Н.П. Сажина, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (научный сотрудник), Аспирант ; Кушнирук Д.И. (DIKushniruk@rosatom.ru) - Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет» имени Н.П. Сажина (начальник группы); Аникин А.В. (anikinwk@gmail.com) - Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет» имени Н.П. Сажина (младший научный сотрудник); Верба С.В. (SVVerba@rosatom.ru) - Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет» имени Н.П. Сажина (главный конструктор); Зубов Д.В. (dvzubov@gmail.com) - Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: В настоящей работе рассмотрено развитие актуальной концепции цифрового двойника, сопряженной с интенсивным развитием информационно-коммуникационных технологий и с формированием цифрового производства. Приведены некоторые варианты классификации по различным признакам. Непосредственная практическая реализация концепции цифрового двойника продемонстрирована на примере установки, в которой протекает химический процесс, контролируемый изменением температуры. Рассмотрен жизненный цикл изделия от этапа проектирования обособленной виртуальной копии до получения физической копии, связанной с виртуальной двухсторонним обменом данными посредством промежуточного программного обеспечения. Предложен вариант структурно-организационного исполнения цифровой модели с использованием информации о химической кинетике процесса в качестве взаимозаменяемого ядра. Описана внутренняя логика работы цифровой модели в формате конечного автомата. Логика направлена на оптимальное управление в контексте достижения максимального уровня конверсии по полупродукту на каждой промежуточной стадии и в результате по целевому продукту на конечной стадии. Применение концепции цифрового двойника на этапе проектирования изделия показано с позиции проведения виртуальных испытаний для нивелирования конструкторских изъянов и проверки проектных решений. По итогам работы сформулированы основные достоинства использования концепции цифрового двойника по сравнению с традиционным подходом. Результаты настоящей работы могут быть использованы как отправная точка при проектировании и построении аналогичных систем в области химических процессов, управление которыми осуществляется изменением какого-либо технологического параметра. Правообладателем результатов интеллектуальной деятельности является частное учреждение «Наука и инновации».
Abstract: The paper considers the development and increasing relevance of the digital twin concept. It is is relevant due
to the intensive development of information and communication technologies, as well as and the digital production. The authors give some classification options according to various features. They demonstrate the practical realization of the digital twin concept on the example of an installation in which a chemical process controlled by temperature change takes place. The authors consider the product life cycle from the design stage of a stand-alone virtual copy to the physical copy, which is associated with the virtual twin by means of middleware. They propose the structural and organizational design version of a digital model using information about the process chemical kinetics as an interchangeable core. There is a description of the internal logic of the numerical model in the finite automaton format. The logic aims at optimal control in terms of achieving the maximum level of conversion by a semi-product at each intermediate stage and by the target product at the final stage. The authors apply the digital twin concept at the product design stage in terms of conducting virtual tests to level design flaws and verify design solutions. Based on the results of the work, the authors state the main advantages of using the digital twin concept in comparison with the traditional approach. The results can be used as a starting point when designing and constructing similar systems in the field of chemical processes, which are controlled by changing any technological parameter. The copyright holder for the project results of the is a private enterprise "Science and Innovations".
Ключевые слова: химический процесс, математическое моделирование, проектирование, оптимальное управление, цифровой двойникKeywords: chemical process, mathematical and computer modeling, design, optimal control, digital twin
Просмотров: 1721
◄ ← Предыдущая | 1 | 2
