Том 6 Номер 4

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Новый способ решения симметричной и асимметричной задачи о цепи с грузом, или Лекция для великих математиков

В. Ф. Очков*,**, А. Е. Тарасов*, К. А. Орлов*,**, Е. С. Науменко***, Г. М. Липкин****, Е. В. Никульчев*****
*Национальный исследовательский университет «МЭИ»
**Объединенный институт высоких температур РАН
***Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)
****ГБОУ г. Москвы «Школа № 1502 при МЭИ»
*****МИРЭА — Российский технологический университет
Аннотация. В статье описано новое решение известной задачи математической физики — определение параметров провисающей цепочки с бусинкой в двух вариантах: бусинка скользит по цепочке (симметрия), и бусинка закреплена на цепочке (асимметрия). Впервые применен метод минимизации потенциальной энергии для решения данной задачи и впервые для этого использованы единицы физических величин. Описан «цепной маятник». Предложен подход к решению задачи провисания конструкций из цепей в трехмерном пространстве.

Методы анализа и трансформации изображений горящего факела в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра

И. А. Берг*, С. В. Поршнев*,**
*Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина
**Институт математики и механики им. Н. Н. Красовского УрО РАН

Аннотация. Изложены результаты экспериментальных исследований особенностей факельного горения в непрерывном и импульсном режимах подачи газообразного топлива. На специализированной лабораторной установке с помощью тепловизора были зарегистрированы ИК-тепловизионные последовательности горящего факела. Был проведен анализ зарегистрированных ИК-тепловизионных последовательностей. Продемонстрировано, что ИК-изображение факела можно разделить на две сплошные непересекающиеся области № 1 и № 2, а в соответствие каждой ИК-тепловизионной последовательности быть поставлены стационарные временные ряды, отражающие изменение размеров областей № 1 и № 2 во времени. Проведен спектральный анализ и сингулярный спектральный анализ составленных временных рядов. Полученные результаты позволили выделить и описать непрерывный, импульсный и квазинепрерывный режимы горения факела, а также определить диапазоны частот открытия топливного клапана, в которых данные режимы реализуются.

Анализ методов идентификации законов распределения случайных величин и процессов. Новые методы идентификации на основе алгоритмов регуляризации

В. Б. Куликов
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Аннотация. Анализ публикаций по приложениям математической статистики свидетельствует: в диссертациях, монографиях, статьях главенствует традиционный подход выявления закона распределения экспериментальных данных. Это, прежде всего, методы построения гистограмм, их аппроксимация некоторыми аналитическими кривыми, разработка статистических критериев согласия при первичной обработке наблюдений. Корректность этих методов не всегда очевидна. При этом большинство известных классических методов приспособлено для идентификации распределений только с одной модой. Показывается, что для идентификации полимодальных распределений наиболее перспективными являются методы, основанные на решении обратных задач математической физики (уравнение Фредгольма первого рода).

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

Обоснование требований к точности измерений при координатном управлении движением робототехнических комплексов МЧС

С. А. Дмитриев*, В. В. Пицык**, Л. В. Суховерхова**
*Департамент надзорной деятельности и профилактической работы МЧС России
**Академия Государственной противопожарной службы
Аннотация. В рамках статистической теории оценивания получены аналитические выражения для обоснования точности измерений при координатном управлении робототехническими комплексами на плоскости при выполнении ими задач на поверхности земли, в помещениях и в подземных сооружениях, а также в пространстве применительно к движению беспилотных летательных аппаратов.

Модернизация установки измерения сил сочленения и расчленения электрических соединителей с ручным приводом

П. А. Акулов, Д. И. Петрешин
Брянский государственный технический университет
Аннотация. Рассмотрены особенности используемых установок для измерения сил сочленения и расчленения электрических соединителей с ручным приводом. На основании выявленных недостатков предложена модернизированная версия установки, позволяющая проводить необходимые испытания в одном цикле с увеличением точности и производительности процесса измерения сил.

Методика исследования характеристик разрешения цифровых оптико-электронных систем при проведении летных испытаний

А. С. Молчанов
Государственный летно-испытательный центр им. В. П. Чкалова
Аннотация. В статье представлено методическое обеспечение исследования характеристик разрешения цифровых оптико-электронных систем при проведении летных испытаний, эффективность которого подтверждена результатами квалиметрии авиационных цифровых оптико-электронных систем и определения потенциальных характеристик их разрешения по заданному контрасту наземных штриховых мир.

Разработка алгоритма автоматизированного расчета оптимизации аминокислотного состава белка мучной смеси для хлебобулочных изделий

Н. А. Березина*, А. В. Артемов*, И. А. Никитин**, Н. Г. Иванова**
*Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева
**Московский государственный университет технологий и управления им. К. Г. Разумовского (ПКУ)
Аннотация. Произведено моделирование мучных смесей для хлебобулочных изделий повышенной биологической ценности. Задача решалась симплекс-методом с искусственным базисом, относящимся к численным оптимизационным методам решения задач линейного программирования. Построена математическая модель состава поликомпонентной мучной смеси с учетом наличия минимального количества незаменимых аминокислот. Разработана и реализована автоматизированная система научных исследований для моделирования состава мучных смесей с заданными функциональными характеристиками. Оптимизирован состав мучных смесей для хлебобулочных изделий по аминокислотному скору и биологической ценности. Применение разработанного программного комплекса позволяет создать рецептурные составы для ржано-пшеничного хлеба с биологической ценностью на 6,12–17,66% выше, чем у традиционных хлебобулочных изделий.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

Современный взгляд на концепцию структурного программирования

Т. Г. Авачева*, А. В. Пруцков**
*Рязанский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова
**Рязанский государственный радиотехнический университет имени В. Ф. Уткина
Аннотация. Структурное программирование — это концепция, появившаяся в конце 1960-х гг. и повлиявшая на дальнейшее развитие императивного программирования. Однако многие идеи этой концепции с тех пор были искажены. В статье анализируются работы Э. Дейкстры, Х. Миллса и Э. Йодана по структурному программированию. Приводятся состояние программирования середины 1970-х гг. и примеры. Выявлены идеи, появившиеся во времена структурного программирования (уровни абстракции, скрытие деталей, сцепление и связность) и получившие развитие в последующих концепциях, например объектно-ориентированном программировании. Показано, что доказательство правильности программ не было доведено до практического применения и осталось теоретическим положением структурного программирования. Проведено сравнение стиля программирования середины 1970-х гг. и современного стиля программирования, выделены советы, свойственные обоим стилям. Сделан вывод, что структурное программирование повлияло на современные концепции и методы программирования.

Микроконтроллерная реализация распределенной доставки ZMQ сообщений для интернета вещей

А. Б. Колкер*,**, C. C. Дубров*,***
*Новосибирский государственный технический университет
**Сибирский региональный научно-исследовательский гидрометеорологический институт
***Институт ядерной физики Г. И. Будкера СО PAH
Аннотация. В статье изложено описание разработки отдельной модели библиотеки ZeroMQ для микроконтроллерных устройств. Рассматриваются основные модели библиотеки распределенного обмена сообщениями ZeroMQ и обосновывается выбор модели издатель-подписчик при использовании 8-битного микроконтроллера AVR. Приведена схемотехническая реализации TCP/IP стека для микроконтроллера ATmega328P при помощи устройства с сопроцессором Ethernet WIZnet W5500. Рассмотрена и обоснована алгоритмическая реализация модели издатель-подписчик. В заключение исследована программная реализация модели издатель-подписчик при помощи измерения временных характеристик выполнения процедуры рассылки и чтения сообщений.

Проблемно-ориентированный язык для описания параметров операционной системы компьютера

К. А. Князев, С. В. Корягин
МИРЭА — Российский технологический университет
Аннотация. Рассматриваются варианты реализации проблемно-ориентированных транслирующих средств в рамках контроля доступа пользователь к объектам операционной системы компьютера. Также представлен сравнительный анализ существующих программных решений и их критическая оценка, на основе анализа сформированы требования к разрабатываемому решению. Для достижения поставленной цели разработан проблемно-ориентированный язык и соответствующее ему транслирующее средство, реализованное в рамках выбранных технологий. По формальному описанию операционной системы осуществляется формирование дискреционной матрицы доступов. Предусмотрена возможность гибкого расширения функционала. В рамках статьи рассмотрен набор встроенных в языковое средство алгоритмов, а также связанный с ними математический аппарат.

ТРУДЫ МЕЖВУЗОВСКОЙ ШКОЛЫ-СЕМИНАРА «ЗАДАЧИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА, УПРАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ»

Алгоритм обнаружения закономерностей в данных, позволяющих проверить отсутствие функциональной зависимости

А. И. Баранчиков, Н. З. Нгуен
Рязанский государственный радиотехнический университет им. В. Ф. Уткина
Аннотация. статье предложен алгоритм проверки отсутствия частичной функциональной зависимости в схеме отношений базы данных. Это модификация базового алгоритма, позволяющая найти в схеме отношений множество ключей и частичные функциональные зависимости с меньшими временными затратами. Практическое применение данного алгоритма в решении частной задачи верификации схем реляционных баз данных.

Способ определения компетенций в современных тренажерных системах ОТРК

В. В. Белов, Н. Н. Власов
Рязанский государственный радиотехнический университет им. В. Ф. Уткина
Аннотация. В статье рассматривается вопрос использования компетентностного подхода для оценки качества работы обучаемых в современных тренажерных системах. Разработана методика оценки компетенций, включающая предложенные авторами базовые показатели верности и оперативности выполнения работ. Концептуально оценивание результатов работы экипажей ОТРК осуществляется на основе оценок значимости (важности) операций, выполняемых в процессе решения поставленной задачи. Уровень значимости операций рассматривается как количественное выражение потенциальной детриментальности (негативных последствий) ошибок в процессе выполнения этих операций.

Метод бинарной классификации многомерных объектов

М. А. Гусев, К. А. Майков
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Аннотация. В статье предложено практическое решение задачи поиска правила бинарной классификации многомерных объектов. Проведен сравнительный анализ и построена классификация известных методов решения данной задачи. Разработан метод бинарной классификации многомерных объектов, включающий этап предварительной обработки данных и этап поиска правила классификации на основе подготовленных данных. Реализована модификация алгоритма CORELS применительно к этапу поиска правила разработанного метода классификации многомерных объектов. Разработанное решение позволяет получать правила бинарной классификации многомерных объектов на небинаризованных данных, а также повысить точность и полноту получаемых решений с помощью управляемых переменных.

Формирование навигационных паттернов на основе нейронной карты для управления перемещением манипулятора

В. С. Кувшинников, Е. Е. Ковшов
АО «Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии — Атомстрой»
Аннотация. В современной робототехнике существует множество подходов к планированию траектории движения портального манипулятора. Используются методы, основанные на использовании графов, методы потенциальных полей с использованием клеточной декомпозиции, интеллектуальные и другие. Многие разновидности основаны на сходном математическом аппарате-те. Важным аспектом применимости метода поиска траекторий является удобство выбранного способа представления рабочего пространства и препятствий. Предложенный подход к моделированию траектории движения манипулятора предполагает многоуровневый процесс, включающий периодический расчет и обновление набора недопустимых конфигураций, учет размеров удерживаемого груза, создание и активацию нейронной карты методом распространения волнового фронта и др. При экспериментальном моделировании с различными функциями активации, количеством искусственных нейронов и типами реализации синаптических связей было рассмотрено несколько методов активации нейронной карты, включая методы плоских и/или трехмерных растров и распространение волн со статическими препятствиями.

Алгоритм оптимального управления ресурсом электропривода специального назначения

Е. Ю. Логинова*, Д. А. Корнев**
*Российский университет транспорта (МИИТ)
**АО Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте
Аннотация. Предложен алгоритм прогнозирования надежности работы электропривода специального назначения по тепловому фактору. Обосновано, что в качестве критериев оптимизации управления электродвигателем привода целесообразно принять относительный износ изоляции и относительные затраты мощности на охлаждение. Методами математического моделирования рассчитаны нестационарные тепловые поля в электродвигателе постоянного тока при случайном характере распределения эксплуатационных нагрузок. Показано, что в любых условиях эксплуатации наиболее напряженной в тепловом отношении является лобовая часть обмотки якоря со стороны передаточного механизма. На примере электродвигателя ЭД118 выявлены функциональные зависимости между критериями оптимизации для различных элементарных узлов электродвигателя, в том числе при работе электропривода в различных климатических зонах. Получены численные значения снижения ресурса электродвигателя привода специального назначения с учетом фактора эксплуатации.

Проектирование микропроцессорных устройств, разработанных для систем контроля и управления доступом

Ш. Г. Магомедов
МИРЭА — Российский технологический университет
Аннотация. Работа посвящена проблеме повышения качества функционирования микропроцессоров, используемых в системах контроля и управления доступом. Выделены требования, а также предложен вариант состава команд, которые необходимы для качественного проектирования микропроцессоров, работающих на основе системы остаточных классов, для контроля и управления доступом, которые нацелены на повышение эффективности их работы в составе системы контроля и управления доступом.

Внедрение системы электронного документооборота на предприятии

Д. А. Серпуховитин
Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации
Аннотация. Приведен опыт автора, полученный при реализации проекта внедрения системы электронного документооборота на производственном предприятии. Метод. Отправной точкой в формировании требований стал стандарт (спецификация) MoReq-2010 «Типовые требования к автоматизированным системам электронного документооборота». В рамках проекта было проведено комплексное обследование ИТ-инфраструктуры, разработана и внедрена «Концепция развития ИТ-инфраструктуры»; проанализированы общие и определены локальные требования к содержанию проекта; выявлены и проанализированы потребности пользователей по разработанной собственной методике; разработана методика оценки и анализа систем электронного документооборота; разработано расписание и ресурсный план проекта, а также оценена стоимость внедрения. Разработана оригинальная методология внедрения, основанная на комбинации классического и современного подходов к управлению проектами. Результатом проекта стала всеохватывающая система подготовки и внедрения информационных систем на производственном предприятии автора, учитывающая его особенности, как малого предприятия, находящегося на начальной стадии развития. Внедрение электронной системы документооборота на предприятии с неформализованными бизнес-процессами, формируемой системой управления и турбулентной внешней средой не может ограничиваться только лишь внедрением ПО СЭД, но требует множества дополнительных, стратегически важных работ (как, например, глубокое исследование требований пользователей или разработка концепции развития ИТ систем).

Интеллектуальный анализ текстовых ответов в массовых опросах

А. Э. Силаева, Г. А. Габриелян, И. А. Исаева, Е. В. Никульчев
МИРЭА — Российский технологический университет
Аннотация. Описаны результаты интеллектуального анализа результатов массовых опросов с ответами на естественном языке в свободной форме. Использованы ответы, полученные в ходе профессионального опроса педагогов-психологов. Определены алгоритмы для разработки оценки опросов, и выбрана библиотека для проведения сентиментальной обработки текстов для выявления тональностей опрашиваемого, построены графики с отображением тональностей по каждому из выбранных вопросов.

Обобщенный метод и алгоритм формирования трехмерных фрактальных структур

А. А. Теплов, К. А. Майков
Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана
Аннотация. Предложено развитие метода формирования трехмерных фрактальных структур, отличительной особенностью которого является функциональное объединение вариативного выбора исходного базового примитива, стохастического разбиения граней базовой структуры на мелкие составляющие и дальнейшего инкрементирования или декрементирования исходной модели на каждом из итерационных циклов. Разработан и исследован алгоритм построения 3-мерных фрактальных структур, реализующий предложенную концепцию.