Авторы

Нечеткое когнитивное моделирование неоднородных электромеханических систем

Статья представляет метод нечеткого когнитивного моделирования неоднородных электромеханических систем (НЭМС) при управлении инновационными проектными решениями. В ходе эксплуатации НЭМС в результате их эксплуатационного старения изменяются свойства параметрических матриц обмоток и свойства векторного пространства НЭМС. Периодическое тестирование векторного пространства НЭМС позволяет получить достоверные сведения о текущем техническом состоянии НЭМС, о его изменениях в ходе эксплуатации и о рисках потери работоспособности. При этом наличие пропорциональных изменений сигналов при последовательном тестировании свидетельствует об однородном эксплуатационном старении НЭМС и о его темпах; непропорциональное изменение одного из сигналов говорит о повреждении или о развитии процесса неоднородного старения; (III) изменение сигналов при изменении углового положения ротора указывает на изношенность подшипников или на повреждения ротора НЭМС. В статье представлена модель НЭМС, описаны метод топологического исследования векторного пространства и способ формирования диагностических матриц. Отклонения их элементов носят нечеткий характер из-за неопределенности нагрузки, воздействующих факторов внешней среды и нестабильных питающих напряжений. Поэтому для прогнозного оценивания состояния НЭМС предложено использовать нечеткие реляционные когнитивные модели, которые позволяют реализовать полностью нечеткий подход к моделированию проблемных ситуаций в этих системах. Представленные данные подтверждают нарастание неоднородности НЭМС в условиях неопределенности внешних воздействий. Предлагаемый метод прогнозного оценивания состояния НЭМС, основанный на нечетких реляционных когнитивных моделях, обеспечивает устойчивость к возрастанию неопределенности результатов оценки для различных моделей системной динамики за счет обоснованного набора нечетких векторно-матричных операций. Читать дальше...

Моделирование образовательных процессов на основе нейронечетких темпоральных сетей Петри

В статье рассматривается реализация способа моделирования процессов в сложных образовательных системах на основе предложенной разновидности нейронечетких темпоральных сетей Петри. Рассматриваются образовательные системы уровня высших учебных заведений, которые, безусловно, относятся к классу сложных систем. Необходимость способа, моделей и средств моделирования продиктована тем, что современные образовательные процессы требуют постоянной модернизации в связи с постоянно растущими объемами информации, изменениями в законодательстве, ужесточением требований к специалистам, бурным развитием технологий, постоянными открытиями в различных сферах, а также в связи с влиянием внешних факторов. Сформулированы требования к инструментарию моделирования процессов в сложных системах, обосновано применение сетей Петри в качестве основы таких моделей. Рассмотрены существующие образовательные процессы на примере цикла обучения в магистратуре Белорусско-Российского университета. Представлена модель образовательных и информационно-аналитических процессов обучения в магистратуре на основе нейронечеткой темпоральной сети Петри. Предлагаемый способ позволяет повысить гибкость выбора индивидуальных траекторий обучения в магистратуре, эффективность дисциплин по выбору и осуществить переход к комплексному подходу в подготовке магистрантов. Предлагаемый способ также может быть использован как основа для мониторинга состояния и управления информационно-аналитическими процессами в образовательных системах. Описан подход к построению программно-инструментальных средств проектирования и модификации информационно-аналитических процессов, направленный в том числе и на ликвидацию семантического разрыва между экспертами, архитекторами и разработчиками информационно-аналитических процессов. Читать дальше...

Нечеткие реляционные когнитивные темпоральные модели для анализа и прогнозирования состояния сложных технических систем

Целесообразность применения методов нечеткого когнитивного моделирования для анализа и прогнозирования состояния сложных технических систем (СТС) обосновывается следующими причинами: существенной взаимозависимостью, нелинейным характером и неполнотой сведений о взаимовлиянии анализируемых параметров систем; разнообразием воздействий внутренних и внешних факторов на СТС; сложностью и затратностью проведения экспериментальных исследований в ходе эксплуатации этих систем. Основными ограничениями нечетких когнитивных моделей при моделировании динамики СТС являются: сложность учета взаимовлияния параметров с их различными временными лагами относительно друг друга; необходимость постоянной оперативной настройки и обучения компонентных моделей для всех параметров в процессе эксплуатации СТС. В данной статье разработаны нечеткие реляционные когнитивные темпоральные модели (НРКТМ), сочетающие в себе достоинства различных типов нечетких когнитивных моделей и при этом нивелирующие основные ограничения анализа и прогнозирования состояния СТС, присущие известным нечетким когнитивным моделям. В работе предложены модели системной динамики, которые учитывают специфику НРКТМ. Также развит подход и реализован метод вычисления нечетких зависимостей в векторно-матричном виде, позволяющий решить проблемы увеличения неопределенности результатов и выхода нечетких значений концептов НРКТМ за диапазоны базовых множеств в результате моделирования системной динамики вследствие выполнения массовых итерационных вычислений. Приведен пример моделирования неоднородных электромеханических систем (НЭМС) на основе НРКТМ. Полученные результаты являются основой для решения целого комплекса задач анализа, прогнозной оценки, моделирования разных сценариев функционирования и развития НЭМС для различных системных факторов, режимов эксплуатации и внешних условий. Читать дальше...

Моделирование и проектирование информационно-аналитических производственных процессов на основе нейронечетких темпоральных сетей Петри

Статья посвящена вопросам моделирования и проектирования информационно- аналитических процессов, соответствующих производственно-технологическим процессам на предприятии. Предприятиям, конкурентными преимуществами которых является гибкость искоростьреакциинапотребностирынка,требуютсяинструментыдляоперативногоуправления производственно-технологическими процессами. Для эффективного функционирования в рамках сложной системы планирования и осуществления производственно-технологические процессы должны поддерживаться соответствующими информационно-аналитическими процессами, которые обеспечивают сбор и анализ информации, а также моделирование и принятие управляющих решений для производственно-технологического процесса. Управление производством осуществляется в виде стратегического, тактического и оперативного планирования, что выдвигает дополнительные требования к инструментарию моделирования и поддержки принятия управляющих решений. В статье предложена разновидность нейронечетких сетей Петри с темпоральными нечеткими нейронами. Рассмотрен пример построения модели производственно-технологического процесса и соответствующих информационно-аналитических процессов. Рассмотрено разработанное специализированное программное обеспечение для моделирования производственных и технологических процессов и реализации информационно-аналитических процессов, включающее модули формирования онтологической модели сложной системы и процессов получения данных, нейросетевого супервизора, построения модели производственно-технологического процесса и соответствующих ему информационно-аналитических процессов с использованием механизма конструкторов на основе нейронечетких темпоральных сетей Петри. Читать дальше...

Рубрицирование текстовых документов на основе нечетких отношений различия

Одним из ключевых направлений информатизации деятельности органов государственной власти является разработка и внедрение систем автоматизированной обработки электронных обращений (заявлений, жалоб, предложений) физических и юридических лиц, поступающих на официальные веб-сайты и порталы органов власти федеральных округов, администраций областей и других территориальных образований. Важную роль при решении данной задачи играет рубрицирование, которое заключается в распределении обращений по тематическим рубрикам, определяющих направления деятельности департаментов, осуществляющих их обработку и подготовку соответствующего ответа. Результаты анализа специфических особенности таких текстовых сообщений (небольшой размер, отсутствие разметки, наличие ошибок, нестационарность тезауруса и т. п.) подтвердили невозможность применения традиционных подходов к рубрицированию и обосновали целесообразность применения методов интеллектуального анализа данных. В статье предложен новый подход к анализу и рубрицированию электронных неструктурированных текстовых документов, поступающих на официальные веб-сайты и порталы органов государственной власти. Он предполагает формирование древовидной структуры рубричного поля, основанной на нечетких отношениях различия между синтаксическими характеристиками документов. Анализ основывается на определении нечеткого соответствия этих документов по синтаксическим характеристикам со значениями центров кластеров, проводимого последовательно от корня к листьям построенного нечеткого дерева решений. Предлагаемый метод рубрицирования программно реализован и апробирован при автоматизированной обработке и анализе обращений (заявлений, жалоб и предложений) граждан, поступающих в Администрацию Смоленской области. Это позволило обеспечить оперативную и качественную актуализацию рубрик и анализ документов в условиях нестационарности состава тезауруса и значимости слов рубрик. Читать дальше...

Решение обратной задачи кинематики для последовательных роботов-манипуляторов на основе нечетких численных методов

В настоящее время внедрение робототехнических систем является одной из распространенных форм автоматизации технологических операций в различных сферах человеческой деятельности. Среди робототехнических систем особое место занимают последовательные многозвенные роботы-манипуляторы (ПРМ), получившие широкое распространение из-за сравнительно малых габаритов и высокой маневренности, что делает их применение незаменимым при решении различных прикладных задач. На практике на эффективность функционирования ПРМ могут оказывать влияние факторы неопределенности различного типа, обусловленные воздействием внешней среды. Среди внешних факторов может быть выделена группа, влияние которой характеризуется неопределенностью при идентификации точного положение целевой точки позиционирования захвата. К таким факторам, в первую очередь, могут быть отнесены воздействия, влияющие на системы технического зрения. Данная проблема особенно актуальна для мобильных роботов специального назначения, работающих в агрессивных условиях внешней среды. Похожая на описанную ситуация также возникает при функционировании медицинского робота-манипулятора в момент проведения малоинвазивных вмешательств, когда роль системы управления и наблюдения берет на себя человек-оператор. В этой связи организация эффективного управления в условиях воздействия факторов неопределенности, препятствующих корректному распознаванию целевого положения рабочего органа ПРМ, является актуальной проблемой. Авторами статьи рассматривается решение обратной задачи кинематики для ПРМ на основе применения нечетких реализаций численных методов с учетом возможного возникновения в процессе решения вырожденных конфигураций звеньев манипулятора. Читать дальше...

Интеллектуальная поддержка управления процессами обработки рудного сырья на основе прецедентного подхода и онтологических моделей

В статье рассматривается возможность применения прецедентного подхода для повышения эффективности управления теплофизическими и химико-энерготехнологическими процессами обработки рудного сырья. Предлагается использовать композиционную онтологическую модель, включающую в себя онтологии теплофизических и химико-энерготехнологических процессов термической обработки окомкованного фосфатного рудного сырья, а также управления этими процессами на горно-обогатительных комбинатах. Применение указанной модели позволяет обеспечить учет как специфических свойств и характеристик рассматриваемых процессов, так и уникальных задач и показателей управления. Использование композиционной онтологической модели также позволяет хранить информацию не только в количественном, но и качественном виде. Для формирования решений по обеспечению поддержки процессов управления обработкой рудного сырья предлагается использовать модифицированный прецедентный подход, который заключается в возможности работы с предложенной композиционной онтологической моделью при определении наиболее близкого решения к текущей ситуации, а также в формировании количественных значений этих решений на основе информации, представленной в лингвистической форме. Имеется возможность учета степени значимости каждой из онтологий при выработке решений для каждой отдельной текущей ситуации, возникающей при управлении процессами обработки рудного сырья. Читать дальше...

Применение коэволюционных алгоритмов для оптимизации режимов функционирования обжиговой конвейерной машины

В современных условиях постоянного роста цен на топливно-энергетические ресурсы особую актуальность приобрела проблема повышения энергоресурсоэффективности технологических процессов промышленного предприятий. Особенно остро она стоит перед энергоемкими производствами, к которым относится высокотемпературная обработка горно-химического сырья. Для снижения энергоемкости сложных химико-технологических процессов предлагается воспользоваться возможностями компьютерного моделирования, например, для оптимизации режимов функционирования существующего оборудования. В качестве примера была рассмотрена научно-практическая задача оптимизации режимов нагрева шихты в различных зонах обжиговой конвейерной машины, используемой для производства фосфоритовых окатышей из отходов апатит-нефелиновых руд, хранящихся в отвалах горно-обогатительных комбинатов. Специфика поставленной оптимизационной задачи (нелинейность целевой функции, большая размерность поискового пространства, высокая вычислительная сложность) существенно ограничила возможности применения традиционных методов детерминированного поиска. Это обуславливает выбор популяционных алгоритмов, которые основаны на биоинспирированном подходе к моделированию коллективного поведения и отличаются возможностью одновременной обработки нескольких вариантов. Для решения поставленной оптимизационной задачи использовался алгоритм кукушкиного поиска, отличающийся небольшим числом «свободных» параметров, влияющих на его сходимость. Для выбора оптимальных значений этих параметров предложено воспользоваться идеей коэволюции, заключающейся в параллельном запуске нескольких версий выбранного алгоритма с различными «настройками» для каждой подпопуляции. Управление химико-технологической системой переработки отходов апатит-нефелиновых руд с учетом полученных результатов позволит минимизировать количество возврата и обеспечить энергоресурсосберегающий режим функционирования обжиговой конвейерной машины. Читать дальше...

Математическое моделирование электромеханической модели экзоскелета с тремя активными управляемыми звеньями

Проведено математическое моделирование активного экзоскелета в виде электромеханической модели, содержащей три подвижных управляемых звена, соединенных между собой шарнирами. Для рассматриваемой математической модели активного экзоскелета составлены дифференциальные уравнения движения. С помощью численных методов в созданном программном комплексе среды универсальной системы компьютерной математики решены обратная и прямая задачи динамики. Применительно к созданной математической модели трех подвижных звеньев экзоскелета с учетом электроприводов с использованием современных методов математического моделирования проведено комплексное исследование, рассматривающее проблемы управления экзоскелетом, в виде решения обратной и прямой задач динамики. Углы между звеньями, задающие антропоидное движение, определяются аналитическим путем. Для каждого электропривода вычисляются моменты, управляющие движением звеньев в виде решения обратной задачи динамики. Найденные моменты аппроксимируются ступенчатыми кусочно-постоянными функциями, моделирующими импульсное управление движением экзоскелета. Найдены зависимости угловых координат, описывающих положения звеньев активного экзоскелета с течением времени. Проведен сравнительный анализ движения звеньев, получающегося в результате численного решения задачи Коши для математической модели экзоскелета в виде дифференциальных уравнений с исходным заданным движением звеньев. Установлено хорошее соответствие результатов моделирования с импульсным управлением исходному движению. Подсчитаны суммарные затраты энергии. Построена модель движения с учетом работы электроприводов на основе уравнений динамики. Получено численное решение задачи Коши для системы, включающей электроприводы. В результате применения качественных, аналитических и численных методов исследования созданной математической модели трех подвижных звеньев экзоскелета с учетом наличия электроприводов определена значимость влияния электроприводов на динамику механизма. Построенная электромеханическая модель трех звеньев экзоскелета реализована в среде универсальной системы компьютерной математики Wolfram Mathematica 11.3. Читать дальше...

Сценарно-информационный анализ и моделирование адаптивной подготовки групп специалистов на основе нечеткого онтологического подхода

В статье показана проблема снижения оперативности и качества формирования управляющих воздействий руководителем занятия при подготовке групп специалистов для выполнения сложных задач, согласованных по времени, месту и целям в организационно-технических системах различного назначения вследствие влияния на психофизиологические возможности руководителя занятия повышения плотности потока поступающей информации на этапах отработки взаимодействия между группами специалистов в едином виртуальном пространстве. Обосновано применение интеллектуальных методов для решения этой проблемы и предложен метод сценарно-информационного анализа адаптивной подготовки групп специалистов, сущностью которого является построение сценарно-информационной модели адаптивной подготовки на основе нечетко-онтологического подхода с учетом наличия ресурсов, текущего состояния специалистов (текущего уровня подготовленности) и прецедентных сценариев адаптивной подготовки для последующего моделирования этого процесса и оценки его достижимости при различных сценариях подготовки. Предложен нечетко-онтологический подход к моделированию адаптивной подготовки групп специалистов с использованием грануляции информационных ресурсов, позволяющий более эффективно организовать процесс подготовки, в том числе в условиях ограничения временных и материальных ресурсов. Показаны результаты экспериментальных исследований по повышению уровня подготовленности специалистов групп за счет интеллектуального управления их адаптивной подготовкой. Читать дальше...

Интеллектуальное управление подготовкой групп специалистов организационно-технических систем на основе кластерного анализа и прогнозного моделирования

В статье представлен подход к интеллектуальному управлению подготовкой групп специалистов организационно-технических систем на основе прогнозного моделирования достижимости поставленных целей и кластерного анализа, позволяющего решить проблему качественного планирования процесса подготовки групп специалистов в условиях ограничения времени путем адаптивного формирования ее структуры и выбора рационального объема учебной информации, соответствующей возможностям обучаемых специалистов по ее обработке и усвоению. Для этого на основе кластерного анализа предлагается формировать однородные классы специалистов с учетом их индивидуальных когнитивных характеристик в целях последующего построения для каждого класса специалистов эталонных сценариев процесса подготовки необходимой сложности путем изменения объема содержания подготовки. Эталонный сценарий является основой для построения сценарно-информационной модели процесса подготовки групп специалистов организационно-технических систем, представляющей собой статическую модель данного процесса и содержащей всю совокупность возможных его сценариев. На основе предлагаемого научно-методического аппарата сценарно-информационная модель преобразуется в модифицированную мягкую темпоральную сеть Петри для моделирования процесса подготовки групп специалистов. Результаты моделирования лежат в основе управленческих решений при интеллектуальном управлении процессом подготовки групп специалистов организационно-технических систем. Читать дальше...