№ 2 (2022)
ПОЛУЭМПИРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГЕНЕРАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА В МАЛОЭМИССИОННОЙ КАМЕРЕ СГОРАНИЯ В СОСТАВЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Аннотация
Рассматривается проблема автоматического управления выбросами оксида азота из малоэмиссионной камеры сгорания (МЭКС) авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) нового поколения. Поскольку технологии измерения на сегодня не достигли требуемого уровня готовности, а надежность системы автоматического управления (САУ) зависит от валидности входной информации о состоянии двигателя, предлагается использование встроенной прогностической математической модели МЭКС. Уравнения модели являются функциями измеряемых параметров. Требования компактности конструкции и существенная нелинейность горения обусловливают стохастический характер МЭКС. С учетом жестких норм ICAO на эмиссию вредных веществ это приводит к узкому диапазону устойчивых режимов работы, ограниченных, с одной стороны, нормируемым уровнем эмиссии окислов азота, а с другой - неприемлемыми в эксплуатации режимами срыва пламени или виброгорения (термоакустическими колебаниями). Предлагается создание в составе САУ гибридной модели процессов генерации вредных выбросов в МЭКС ГТД, состоящей из двух частей. Первая полуэмпирическая подмодель сочетает в себе физическое уравнение Зельдовича и замыкающий эмпирический коэффициент, являющийся функцией нескольких определяющих переменных. Эта подмодель позволяет генерировать обучающие выборки для второй подмодели в случае недостаточности экспериментальных данных. Вторая подмодель основана на нейронной сети. В статье рассматривается разработка и апробация первой подмодели, алгоритм идентификации которой строится на принятой гипотезе возможности применения принципа суперпозиции при описании взаимодействия диффузионного и гомогенного факелов. В основу алгоритма положено уравнение Зельдовича, позволяющее определить зависимость генерации окислов азота от состава топливовоздушной смеси с помощью функции распределения плотности вероятности пульсаций концентрации топливовоздушной смеси в зависимости от величины интегрального эквивалентного отношения характеризующего концентрацию топлива в смеси. Особенностью МЭКС является наличие в жаровой трубе продольных акустических волн, возбуждаемых выделением тепла при горении с собственной частотой газовоздушного столба, приводящих к колебаниям и обусловливающих наличие гармонических колебаний математического ожидания состава смеси. В предлагаемой работе в результате численного моделирования распределения неоднородности и пульсации концентрации топливовоздушной смеси по площади факелов в пакете CFX получены характеристики математических ожиданий и дисперсии, а также собственные частоты объекта. Аналитически рассчитаны функции распределения плотности вероятности пульсаций концентрации смеси для диффузионного и гомогенного контуров с учетом акустики камеры сгорания. Произведен анализ влияния дисперсии акустических волн на вид результирующих кривых плотности вероятности в диффузионном и гомогенном факелах. Построена модель оценки генерации окислов азота в Simulink. Произведен модельный расчет скорости генерации окислов азота и индекса эмиссии. Анализ полученных результатов показал эффективность предложенных алгоритмов для достижения необходимых показателей точности прогноза эмиссии оксида азота и надежности САУ МЭКС ГТД.
Прикладная математика и вопросы управления. 2022;(2):7-33
![]() | ![]() |
КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОДОНАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ПОМОЩИ СВЕРТОЧНЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
Аннотация
Рассматривается проблема управления ремонтами оборудования в системах водоснабжения. Целью исследования является проработка вопросов возможности классификации технического состояния насосного оборудования за счет использования современных моделей машинного обучения. Классификация осуществляется на данных, которые были получены вибродиагностами при техническом обслуживании насосных агрегатов. Исходные данные преобразуются в мел-спектрограммы, результаты преобразования представлены в качестве изображений. Модель осуществляет классификацию временных рядов по одному из трех состояний: удовлетворительное, допустимое, недопустимое. Оценка точности осуществляется при помощи вычисления таких показателей, как precision, recall, F1-score. Поскольку в исходных данных каждый класс имеет различное количество измерений, определение точности осуществляется подсчетом каждого из показателей для каждого класса в отдельности и дальнейшим их усреднением. Для классификации изображений используются сверточные нейронные сети. Для решения задачи была выбрана сеть с глубокой архитектурой ResNet-50. Выбор данной конфигурации обусловлен показателями точности, которые сеть показывала в других задачах классификации, и скоростью обучения сети. Среднее значение показателя precision достигает 0,81, recall - 0,90, а F1-score - 0,85, что является хорошим результатом для критерия top-1. Классификация мел-спектрограмм, полученных из исходных данных, дает хорошие результаты, несмотря на то что данные не были очищены от шумов. Предложенные методы и модели апробированы на реальных данных, что подтверждает возможность их использования при разработке интеллектуальной информационной системы управления техническим состоянием насосного оборудования.
Прикладная математика и вопросы управления. 2022;(2):37-53
![]() | ![]() |
УТОЧНЕНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ГОРНО-ВЫЕМОЧНОЙ МАШИНЫ ПО ДАННЫМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ
Аннотация
Обозначена важность планирования добычи руды для горнодобывающих предприятий. Приведена созданная имитационная модель, оснащенная открытыми и нормативными данными. Показаны значительные отклонения результатов моделирования от реальных данных месячной наработки комбайнов. Поставлена цель уточнения модели на основе имеющихся реальных данных о работе комбайнов в шахте. В качестве источника таких данных предложено использовать данные об энергопотребление двигателей комбайнов. Описан источник, из которого извлекается такая информация. Приведена информация о двигателях комбайна, по анализу которых можно определить времена состояний комбайна. Всего таких двигателей 8, их последовательное включение и отключение позволяет понять время наступления четырех технологических операций, вносящих наибольший вклад в время работы комбайна. Приведен фрагмент алгоритма, по которому определяются соответствующие времена. Для анализа выбраны два комбайна, добыча которых сильнее всего отличается от модельной в сторону увеличения и уменьшения соответственно. Для обоих комбайнов определяются длительности выполнения отбойки руды и отгрузки руды с бункера - перегружателя на самоходный вагон. Анализ данных комбайна, добывающего больше руды, чем получено в расчетах по модели, показал существование ранее не включенного в модель состояния комбайна - одновременной отбойки в бункер-перегружатель и отгрузка руды из бункера-перегружателя на самоходный вагон. После включения такого состояния в модель произведен новый расчет, показывающий увеличение модельного общего объёма выработки. Кроме того, произведен анализ существующей стохастической задержки при отбойке руды. Произведены расчеты, показавшие, что её статистическое распределение может соответствовать отрицательному биномиальному. Изучение данных для комбайна, добывающего меньше модельного объёма, позволило оценить стохастическую задержку при отрузке руды. Показано, что такая задержка также может соответствовать отрицательному биномиальному распределению. Одновременное включение двух таких задержек значительно снижает общий расчетный объём добычи. В заключение делается вывод, что одновременное добавление в модель нового состояния и стохастических задержек с отрицательным биномиальным распределением значительно снижает погрешность моделирования.
Прикладная математика и вопросы управления. 2022;(2):54-70
![]() | ![]() |
ФОРМИРОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ СТРАТЕГИЧЕСКОГО И ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛЬНОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ
Аннотация
Крайнее обострение военно-политической нестабильности в мире, введение Соединенными Штатами Америки и другими странами Запада огромного количества разнообразных санкций против России создало для промышленных предприятий нашей страны весьма сложные условия для ведения бизнеса. В связи с этим особенно важными представляются вопросы формирования методологии стратегического и оперативного управления промышленными предприятиями, которым необходимо обеспечить выживание и дальнейшее развитие, несмотря на вредоносное воздействие западных государств и сложнейшие проблемы с ресурсным обеспечением производств, а также реализации продукции за границами Российской Федерации. Рассматриваются основные направления развития научной мысли в области стратегического и оперативного управления промышленными предприятиями, в том числе в современных условиях, характеризующихся не только военно-политическим обострением ситуации в мире, но и во многом связанным с этим процессом возникновением экономических кризисов в крупнейших регионах Америки и Европы. Предложен новый агрегированный алгоритм управления промышленными предприятиями как на стратегическом, так и на операционном уровне, основанный на математических моделях и методах с учетом особенностей современных отраслевых рынков. Отмечается также, что современная мировая экономика подвержена циклическим явлениям в силу самой природы капиталистических отношений, а не только из желания западного мира уничтожить Россию и ее мощный промышленный потенциал. Также представлен ряд разработанных авторами математических моделей для оценки производственной эффективности промышленных предприятий как для вариантов функционирования производственных компаний в условиях стабильной внешней среды и повышенного спроса на продукцию предприятий, так и для условий их работы в периоды кризисных явлений. Наиболее актуальными сегодня являются модели выбора стратегических решений в условиях глобального кризиса. Таким образом, предложена методология подготовки принятия управленческих решений руководством промышленных предприятий, обеспечивающая минимизацию затрат на производство и реализацию готовой продукции, а также целесообразность технического перевооружения предприятиями в различные периоды функционирования мировой экономики. Сообщается также о том, как предложенная методология стратегического и оперативного управления промышленными предприятиями в еще совсем недавнем прошлом позволяла российским производственным компаниям достичь достаточно высоких показателей работы и конкурентоспособности на международном уровне.
Прикладная математика и вопросы управления. 2022;(2):73-94
![]() | ![]() |
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЗАЩИЩЕННОСТИ ОБЪЕКТОВ НА ОХРАНЯЕМЫХ РОСГВАРДИЕЙ КОММУНИКАЦИЯХ
Аннотация
В настоящий момент прослеживается увеличение объема задач для подразделений Росгвардии по охране объектов различной степени важности, в частности объектов на коммуникациях. Оценка эффективности состояния защищенности указанных объектов дает возможность осуществить верную стратегию распределения сил и средств, что позволит обеспечить безопасность объекта. В работе предлагается модель расчета показателя оценки состояния защищенности объекта на коммуникациях на основе данных экспертного опроса, которая позволит оценить эффективность построения системы защиты охраняемого объекта. Разработанную модель предполагается усовершенствовать и на основе ее создать методику по оценки эффективности применения подразделений при охране объектов на коммуникациях.
Прикладная математика и вопросы управления. 2022;(2):95-108
![]() | ![]() |
СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ДИДАКТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ УЧЕБНЫХ ДИСЦИПЛИН ГУМАНИТАРНОГО И СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЦИКЛА
Аннотация
В статье представлен программный комплекс, позволяющий осуществлять поддержку проектирования учебно-методических материалов преподавателем дисциплин гуманитарного и социально-экономического цикла. Представлены проблемы организации дидактического проектирования преподавателем вуза с необходимостью составления непосредственно педагогом-экспертом опорных конспектов лекций и других методических материалов, включающие в себя необходимость отбора ряда литературных источников с учетом их специфики под разные образовательные задачи и виды учебной деятельности. Обсуждаются проблемы адаптации и разработки методических материалов под изменения в онтологии предметной области, например, в связи с меняющимися трендами в научной среде, когда трансформируются устоявшиеся позиции, что порождает проблему преподавателю дополнительно заниматься дидактическим проектированием и корректировать учебно-методические материалы. Таким образом, налицо актуальность автоматического анализа текстовых материалов, который значительно сократит трудоемкость этого процесса при разработке, внесении изменений и адаптации курсов гуманитарной и социально-экономической направленности. Проанализирован пошаговый процесс перехода от компетентностно-ориентированных требований предметной области к функциональным требованиям информационной системы, на основе чего была сформулирована модель принятия решений, максимально близко имитирующая процесс дидактического проектирования, подлежащий автоматизации, и позволяющая использовать программные средства для управления его логикой. Представлены результаты инфологического и физического проектирования системы, включающие в себя модель базы данных и диаграмму развертывания с использованием объектно-ориентированного языка моделирования. Обсуждаются методы и инструменты программной реализации приложения с обоснованием актуальности их выбора для программного решения поставленной задачи. Результаты работы системы подтверждают ее функциональную пригодность, а результаты апробации позволяют судить о значительном сокращении трудоемкости процесса дидактического проектирования преподавателем. Разработанный инструмент может найти широкое применение как при разработке учебно-методических материалов основной литературы, так и для методического оснащения организации самостоятельной работы обучающихся.
Прикладная математика и вопросы управления. 2022;(2):109-123
![]() | ![]() |