Архив номеров

В последние годы особой популярностью у исследователей, занимающихся вопросами многомерной и многокритериальной оптимизации, пользуются биоинспирированные алгоритмы, основанные на использовании популяционного подхода и вероятностной стратегии поиска. Такие алгоритмы базируются на принципах кооперативного поведения децентрализованной самоорганизующейся колонии живых организмов (пчел, муравьев, птиц и т. п.) для достижения определенных целей (например, для удовлетворения пищевых потребностей). Однако их практическое применение встречается с рядом трудностей, приводящих к снижению сходимости. В данной статье рассматриваются возможности модификации алгоритма искусственной пчелиной колонии путем использования стратегии гибридизации с различными методами интеллектуального анализа данных. Одной из таких проблем является отсутствие обоснованного подхода к определению исходных позиций поиска. В качестве решения предлагается разбиение популяции на кластеры, центры которых будут выступать в качестве исходных позиций. Необходимость взаимодействия особей обуславливает целесообразность использования нечеткой кластеризации, которая позволяет формировать пересекающиеся кластеры. Другая проблема связана с выбором «свободных» параметров, для которых авторами не были разработаны рекомендации по выбору их оптимальных значений. Для ее решения предложено воспользоваться идеей коэволюции, заключающейся в параллельном запуске нескольких взаимодействующих субпопуляций, для каждой из которых применяются различные «настройки». Предлагаемый алгоритм применим для задач многомерной оптимизации, в рамках которых требуется найти такое сочетания разнотипных элементов, принадлежащих некоторой «большой» совокупности, которое обеспечит достижение максимального эффекта при заданных ограничениях. Примерами таких задач является определение видового и количественного состава растений для формирования наземной экосистемы карбоновой фермы или массовый рекрутинг (подбор большого количества персонала на одинаковые должности).

Представлены результаты исследований, целью которых была разработка метода прогнозирования оттока клиентов коммерческого банка на основе применения моделей машинного обучения (в том числе глубоких искусственных нейронных сетей) для обработки клиентских данных, а также создание программных инструментов, реализующих указанный метод. Объектом исследования является коммерческий банк, а предметом исследования – его деятельность в B2C-сегменте, включающая коммерческое взаимодействие бизнеса и частных лиц. Актуальность выбранного направления исследований определяется активизацией деятельности банков в сфере внедрения цифровых сервисов по сокращению неоперационных расходов, связанных, в частности, с удержанием клиентов, так как затраты на привлечение новых клиентов значительно выше, чем на сохранение уже имеющихся. Научную новизну результатов исследований составляет разработанный метод прогнозирования оттока клиентов коммерческого банка, а также алгоритм, положенный в основу программного обеспечения, реализующего предложенный метод. В основе предложенной ансамблевой модели прогнозирования лежит три алгоритма классификации: k-средних, случайный лес и многослойный персептрон. Для агрегации выходов отдельных моделей предложено использовать обучаемое дерево систем нечеткого вывода типа Мамдани. Обучение ансамблевой модели выполняется в два этапа: сначала обучаются перечисленные три классификатора, а потом, на основе получаемых на их выходах данных, обучается дерево систем нечеткого вывода. Ансамблевая модель в предложенном методе реализует статический вариант прогноза, результаты которого используются в динамическом прогнозе, выполняемом в двух вариантах – на основе рекуррентного метода наименьших квадратов и на основе сверточной нейронной сети. Проведенные модельные эксперименты на синтетическом наборе данных, взятых с сайта Kaggle, показали, что ансамблевая модель имеет более высокое качество бинарной классификации, чем каждая модель в отдельности.

Тренажеры для верховой езды помогают проводить тренировки всадников независимо от внешних условий, погоды, усталости лошади, удаленности конюшни и других факторов. Всадники могут отрабатывать сложные движения, не опасаясь травм, связанных с возможными случаями непредсказуемого поведения лошади. Подобным тренажерам требуется программное обеспечение для выбора режимов воздействия на человека при его тренировках, чтобы имитировать все варианты поведения лошади и при этом не травмировать спортсмена. Для этого нужна модель спортсмена-наездника, учитывающая его уровень подготовки и движение лошади. В статье предложена модель совокупности «человек – тренажер», отличающаяся тем, что позволяет выработать режимы работы с учетом взаимодействия тренажера и спортсмена. Механическая модель представляет собой экзокостюм с подвижным полюсом, состоящий из четырех звеньев, к которому крепятся стопы, голени, бедра и корпус спортсмена. Полюс соответствует центру масс лошади, с которой наездник взаимодействует путем опоры на стремена. Движение полюса реализуется посредством телескопического звена, закрепленного на неподвижном основании. Шарниры, обеспечивающие относительные повороты звеньев, являются цилиндрическими с пренебрежимо малым трением. Модель реализована в виде программы в пакете Wolfram Mathematica 11.3. Она предназначена для моделирования динамики тренажера системы «конь – наездник». Программа состоит из нескольких блоков: блок выбора структуры математической модели тренажера, обобщенных координат и автоматизированного составления системы дифференциальных уравнений; блок задания программного движения модели и вычисления управляющих моментов в шарнирах; блок численного решения задачи Коши; блок анимационной визуализации движения модели и экспорта полученных графических результатов численных расчетов. Результаты работы программы позволяют провести анализ динамики математической модели системы на основе решения прямой и обратной задач динамики и могут быть рекомендованы для проектирования тренажеров с программируемым режимом работы. Показано, что использование данной программы ускоряет разработку тренажеров.

В статье средствами компьютерного моделирования проведен анализ работы дистанционной защиты резервных трансформаторов, обеспечивающих при отключении от энергосистемы через резервный шинопровод альтернативное питание собственных нужд атомной станции. В процессе перехода от основной сети на резервную существует короткий период отключения питания секций. При этом получавшие питание мощные двигательные нагрузки секций начинают работать в режиме торможения на выбеге. Затем осуществляется автоматическое включение резерва, которое может произойти в более или менее благоприятный момент. В неблагоприятный момент самозапуск по электрическим характеристикам может быть тяжелее режима короткого замыкания на шинопроводе. При объединении новой сети от резервного трансформатора собственных нужд и сети автономного контура выбегающих машин возникают переходные процессы электромагнитного взаимодействия машин, переходящих в генераторный режим, с сетью резервного трансформатора. Существуют некоторые оптимальные благоприятные моменты объединения сетей, когда и целесообразно осуществлять самозапуск. Эти процессы из-за сложности математического описания с высоким порядком системы уравнений, большого числа объектов взаимодействия целесообразно исследовать средствами компьютерного моделирования. Практический вопрос, на который дают ответ проведенные расчеты и компьютерное моделирование, касается значения уставки дистанционной защиты резервного трансформатора собственных нужд. На разработанной структурной имитационной модели в MatLab проведена серия экспериментов по выбегу и самозапуску секций собственных нужд при их заданном составе и загрузке. Диапазон времени самозапуска при этом соответствовал работе автоматического включения резерва секций дистанционной защитой. Расчетами и моделированием показано, что принятую уставку можно скорректировать, обеспечив защиту большей длины шинопровода при возможных вариантах подключения к нему секций собственных нужд. Модель дополнена надстройкой в виде внешней программы для детальной обработки и визуализации данных, полученных с осциллографов структурной модели MatLab.

В настоящее время разработка неинвазивных методов диагностики электрических машин, и особенно генераторов как основных производителей электрической энергии, с помощью датчиков фиксации магнитного поля является актуальной научно-технической задачей. Для решения этой задачи проведены исследования по разработке метода поиска неисправностей синхронного генератора путем анализа внешнего магнитного поля. В статье рассматриваются основные вопросы компьютерного моделирования внешнего магнитного поля в системе FEMM 4.2 для поиска неисправностей. Приводятся математические выражения для создания компьютерной модели синхронного генератора в двумерном пространстве, на базе которых формируется численное решение внешнего магнитного поля с использованием метода конечных элементов. При моделировании учтены особенности конструкции синхронного генератора. Определены основные этапы работы в системе FEMM 4.2. Геометрическая модель синхронного генератора импортируется из системы автоматизированного проектирования. Физические свойства всех элементов модели определяются конструкционными материалами синхронного генератора и внешнего пространства. Управляющая программа, созданная на основе алгоритма, представленного в статье, позволяет выполнить моделирование вращения индуктора синхронного генератора, автоматизировать расчеты электромагнитного поля и вывод результатов. Приведен пример использования компьютерной модели синхронного генератора для поиска неисправностей путем исследования внешнего магнитного поля. По результатам численного решения внешнего магнитного поля проведен гармонический анализ магнитной индукции исправного синхронного генератора. В статье показано, что диагностическим признаком статического эксцентриситета индуктора синхронного генератора является появление четных гармоник в спектре магнитной индукции внешнего магнитного поля. На основании полученных результатов определена зависимость роста четных гармоник от величины смещения индуктора синхронного генератора.

Математические модели служат основным инструментальным средством компоновочного проектирования линейных асинхронных электродвигателей. Существующие проектировочные модели линейных асинхронных электродвигателей предполагают питание устройства от источника многофазного симметричного тока прямой последовательности, что исключает из рассмотрения асимметрию токов фаз индуктора и связанное с ней снижение тяговой силы. Такой подход является недостаточно гибким, так как эксплуатация линейных асинхронных электродвигателей в широком диапазоне скоростей движения предполагает функциональную зависимость между коэффициентом несимметрии токов и скоростью движения. В исследовании разработана математическая модель для решения задач проектирования, реализующая функциональную зависимость между коэффициентом несимметрии токов и скоростью движения. Математическая модель представляет собой 13 линейных уравнений, увязывающих геометрические размеры, токовые нагрузки, характеристики электромагнитного поля и механические силы со скоростью вторичного элемента электродвигателя. Токовая нагрузка электродвигателя имеет переменную степень эллиптичности в зависимости от скорости движения. Выполнена алгоритмическая проработка математической модели и разработаны соответствующие программные средства моделирования. Предлагаемый алгоритм программы, содержащий две подпрограммы, реализован с использованием программного пакета символьных вычислений Maple. С целью расширения круга пользователей программная модель дополнительно реализована на С++. При этом функциональная зависимость коэффициента асимметрии волны возбуждающего тока от скорости движения реализована в форме итерационной процедуры для случая подключения обмотки индуктора линейных асинхронных электродвигателей к источнику симметричного трехфазного напряжения по схеме «треугольник». На примере трехфазного линейного асинхронного электродвигателя произведено моделирование электромагнитных и механических характеристик электродвигателя. Констатировано, что влияние асимметрии токов на механические характеристики линейных асинхронных электродвигателей невелико и выражено в области высоких скоростей движения. Это дает возможность в задачах проектирования для компоновки электродвигателя использовать модели, предполагающие питание линейных асинхронных электродвигателей от источника симметричного тока или вводить в них фиксированный коэффициент несимметрии.

Статья посвящена решению актуальной проблемы снижения брака изделий, выпускаемых на серийных сталеплавильных заводах. Для изучения закономерностей образования брака создана нейросетевая модель, прогнозирующая образование дефектов типа «трещина» для отливок, производимых мартеновским способом. Для обучения нейросетевой модели использовались статистические данные о химическом составе рудного сырья и соответствующих значениях процента брака. Данные были получены в условиях действующего непрерывного крупносерийного производственного процесса, что привело к высокой степени зашумленности информации как по химическому составу рудного сырья, так и по результатам его термической обработки. Выбросы и зашумленность статистической информации обнаруживались и удалялись с помощью оригинальной авторской методики. Нейросетевая модель управления теплофизическими и химико-энерготехнологическими процессами термической обработки рудного сырья была создана на базе искусственной нейронной сети персептронного типа с сигмоидными активационными функциями. Путем проведения виртуальных компьютерных экспериментов над нейросетевой моделью выявлены важные зависимости вероятности образования исследуемых дефектов от содержания примесей: марганца, фосфора, кремния, хрома и серы. Подтверждена гипотеза о том, что снизить процент образования брака литейной продукции можно не обнаруживая и не устраняя его первопричину. На основе выявленных взаимозависимостей между параметрами теплофизических и химико-энерготехнологических процессов термической обработки сформулированы практические рекомендации по снижению процента брака путем корректировки химического состава рудного сырья. Применение полученных практических рекомендаций позволило более чем в два раза снизить процент брака изделий, производимых в условиях крупносерийного производственного процесса.

Поведенческое прогнозирование затруднено сложностью мышления человека, выходящего за рамки классической рациональности. В статье представлено решение этой проблемы для простейшей ситуации иррационального поведения, в которой одно и то же двухвариантное решение принимается в трех различных контекстах. Субъективные смыслы контекстов по отношению к базисному решению при этом кодируются кубитными состояниями, заимствованными из квантовой теории. Тройка таких состояний связана суперпозиционным отношением, описывающим смысловую композицию контекстов в мышлении субъекта. Полученные соотношения дополняют классическую вероятностную модель нелинейным интерференционным фактором, описывающим «иррациональную», эмоционально-смысловую сторону мышления. Эта модель построена для 24 различных постановок классических экспериментов «дилемма заключенного» и «двухэтапная игра» по наблюдению поведенческой иррациональности. Показано, что для рассмотренных постановок фазовые параметры кубитных состояний находятся в узких диапазонах значений, соответствующих определенным процессно-смысловым секторам пространства кубитных состояний. Экстраполяция полученных фазовых соотношений на новые эксперименты позволила использовать построенную модель в предсказательном режиме. Эта возможность проверена на задаче прогнозирования вероятности базисного решения в одном из контекстов на основании вероятностей того же решения в двух других контекстах. Для указанных экспериментов точность такого прогноза составила 9 и 11% соответственно. Разработанные принципы применимы для моделирования решений с большим числом контекстов и поведенческих альтернатив. Благодаря формализации нового вида эмоционально-смысловых закономерностей естественного мышления модели представленного типа могут быть использованы в том числе для совершенствования существующих систем социально-экономической аналитики и прогнозирования.