Том 6 №4


Электронное сетевое издание

«Российский технологический журнал» «Russian technological journal»


ТОМ 6 №4

Скачать одним файлом 51


ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. ИНФОРМАТИКА. ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Лобановский Ю.И.

Общий классификатор системных проблем. Часть I: Анализ, синтез, валидация и верификация 12

Аннотация
В статье представлен верхний уровень общего классификатора системных проблем. Этот классификатор рассматривается как объект системной инженерии. В соответствии с ее современными принципами построение начато с создания функциональной структуры классификатора. Выполнена валидация требований к этой структуре. Выявлено шесть элементов верхнего уровня. Построена логическая архитектура классификатора и выполнена предварительная верификация требований к нему. Показано, что предложенная структура общего классификатора проблем в целом совпадает со структурой пяти причин экологических катастроф, описанных в книге Дж. Даймонда «Коллапс», если экологическую терминологию заменить общесистемной. Системно-инженерный подход при построении классификатора позволил создать более полную и адекватную структуру, чем простое эмпирическое рассмотрение массива соответствующих данных. Использование предлагаемого классификатора системными инженерами позволит избежать в будущем тех ошибок, которые ранее приводили к провалам при построении и/или развитии сложных систем.

Ключевые слова: проблема, классификация, системная инженерия, требования, валидация, верификация.

5

Лобановский Ю.И.

Общий классификатор системных проблем. Часть II: Расширенная верификация 9

Аннотация
Проведена верификация верхнего уровня общего классификатора системных проблем, представленного в I части работы. Рассмотрено 60 известных из истории технических проектов, природных и общественных процессов, завершившихся неудачно – провалами, авариями и катастрофами. Они были взяты из литературы, содержащей сведения о 23 «знаменитых неудачах» и многочисленных экологических коллапсов, произошедших с различными человеческими сообществами. Остальные примеры подобраны практически случайным образом из бесконечного списка неудач, известных в истории, так, чтобы на каждый из 6 разделов рассматриваемого классификатора приходилось по 10 примеров. Все они размещены на структуре предлагаемого классификатора. Не выявлено ни одного проекта, события или процесса, которые не могли бы найти там свое естественное место. Таким образом, структура верхнего уровня общего классификатора системных проблем, состоящая из 6 элементов, является вполне адекватной для классификации любых систем, функционирование которых может привести к инцидентам, авариям или катастрофам.

Ключевые слова: проблема, классификация, системная инженерия, требования, валидация, верификация.

13

РОБОТИЗИРОВАННЫЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ. ТЕХНОЛОГИИ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Манько С.В.,
Шестаков Е.И.

Автоматический синтез сценариев походки реконфигурируемых мехатронно-модульных роботов в модификации шагающей платформы

Аннотация
Реконфигурируемые мехатронно-модульные роботы, главной отличительной особенностью которых является способность к адаптации своей структуры в зависимости от специфики выполняемых задач и условий окружающей обстановки, представляют большой интерес для широкого спектра различных приложений. Один из ключевых вопросов управления движением роботов такого типа заключается в необходимости использования оригинальных алгоритмов для каждой из возможных конфигураций, многообразие которых будет определяться конструкцией мехатронных модулей, их численностью и выбранным вариантом сопряжения. Некоторые типовые конфигурации мехатронно-модульных перестраиваемых роботов допускают возможность разработки алгоритмов управления движением, инвариантных к числу звеньев в составе кинематической структуры. Однако перспективный подход к решению проблемы в общем случае связан с развитием средств и методов самообучения, позволяющих обеспечить автоматизированный синтез алгоритмов управления движением многозвенного мехатронно-модульного робота с учетом его выбранной конфигурации. В настоящей статье обсуждаются результаты поисковых исследований по применению аппарата самоорганизуемых конечных автоматов для решения задачи автоматического синтеза сценариев походки реконфигурируемых мехатронно-модульных роботов в модификации шагающей платформы. Приводятся результаты модельных экспериментов, подтверждающих работоспособность и эффективность разработанных алгоритмов.

Ключевые слова: реконфигурируемые мехатронно-модульные роботы, самообучение, интеллектуальные системы управления, конечные автоматы.

26

СОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Исаков В.Н.,
Тимошенко П.И.

Локальная интерполяция и аппроксимация в задачах эвристического синтеза цифровых фильтров 20

Аннотация
Статья носит обзорный характер с элементами обобщения, но вместе с тем включает и материалы, доведенные до уровня непосредственной практической реализации. Рассмотрены подходы к эвристическому и функциональному синтезу цифровых фильтров, основанные на локальной интерполяции и аппроксимации. Идея численного дифференцирования на основе интерполяции не нова, однако глубокая связь между этим подходом и цифровой фильтрацией часто не находит отражения в литературе, ограничиваясь численным дифференцированием на основе конечных разностей. Этот пробел восполнен в настоящей работе. Получены цифровые дифференциаторы на основе локальной полиномиальной интерполяции, цифровые интеграторы на основе локальной полиномиальной и сплайновой интерполяции, а также цифровые фильтры с П-образной амплитудно-частотной характеристикой на основе полиномиальной МНК-аппроксимации. Полученные результаты могут быть использованы на практике согласно их функциональному предназначению с учётом приводимых рекомендаций. Рассмотрены подходы к численному интегрированию, основанные на эффективных методах интерполяции. В работе приведено описание МНК-фильтров, получаемых при степени аппроксимирующего многочлена 0–8, исследованы их частотные свойства. Приведены сведения, достаточные для получения на их основе цифровых фильтров с П-образной амплитудно-частотной характеристикой без пульсаций в полосе пропускания. Область применения фильтров, таким образом, расширена за рамки МНК-сглаживания.

Ключевые слова: локальная интерполяция, сглаживающая аппроксимация, численное дифференцирование, численное интегрирование, цифровой фильтр, метод наименьших квадратов, фильтр Савицкого-Голея.

42

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Геча В.Я.,
Жиленев М.Ю.,
Федоров В.Б.,
Хрычев Д.А.,
Худак Ю.И.,
Шатина А.В.

Скорость движения изображения при оптико-электронной съемке поверхности планеты 24

Аннотация
В работе получена формула для расчета скорости движения изображения в плоскости фиксации изображения при космической съемке поверхности планеты с помощью бортовой оптиколектронной аппаратуры. Рассмотрена идеальная задача: Земля моделируется абсолютно твердым однородным шаром, равномерно вращающимся вокруг неподвижной оси, а центр масс спутника описывает фиксированную кеплеровскую орбиту, в одном из фокусов которой расположен центр Земли. Ось визирования имеет направление в надир, т.е. проходит через центр Земли. Главный фокус «космического фотоаппарата» находится в центре масс спутника P, а плоскость фиксации изображений перпендикулярна оси визирования и расположена на фокусном расстоянии d за точкой P. Полученная аналитическая формула для расчета поля скоростей движения точек изображения в рассматриваемой модельной задаче при съемке в надир имеет фундаментальное значение для решения обратной задачи – при восстановлении «смазанного» изображения. Формула важна для расчета и оптимизации параметров применяемых на практике компенсаторов «смаза» изображения. Кроме того, полученная формула полезна для верификации численных алгоритмов, моделирующих эффект «смаза». Она может использоваться при планировании рабочих программ дистанционного зондирования Земли.

Ключевые слова: спутник, кеплеровская орбита, скорость движения изображения, надир, космический аппарат, дистанционное зондирование Земли.

65

Пастушков А.А.,
Батоврин В.К.

Выбор решений при проектировании сложных систем на основе анализа вариантов со случайными весами 11

Аннотация
В работе предложен новый однопараметрический подход к выбору оптимальных решений при проектировании сложных систем, основанный на анализе дерева вариантов со случайными весами (здесь вес – это некоторая неотрицательная величина: например, стоимость, масса, потребление энергии и т.д.). В его основе лежит утверждение о том, что дерево вариантов образует матроид, на котором оптимальное решение может быть найдено с использованием «жадного» алгоритма. При неотрицательных значениях математического ожидания и дисперсии веса элементов дерева вариантов можно рассматривать как составляющие векторов, принадлежащих полукольцу. Показано, что при соответствующем определении операций сложения и умножения на полукольце можно задать функцию, удовлетворяющую аксиомам нормы и совпадающую по структуре с выражением для верхней границы доверительного интервала. После определения веса элементов дерева через введенную функцию нормы найдена оценка верхней границы доверительного интервала дерева вариантов с минимальным весом. Описанный подход может быть использован на различных этапах проектирования сложных систем, включая, в том числе, разработку профилей систем. Он позволяет повысить обоснованность принимаемых решений.

Ключевые слова: сложная система, оптимизация структуры, «жадный» алгоритм, матроид, кольцо, полукольцо, матричные алгебры над полукольцами.

78

Садовникова Е.В.,
Шатина А.В.

Эволюция вращательного движения спутника с гибкими вязкоупругими стержнями на эллиптической орбите 7

Аннотация
В настоящей работе исследуется вращательное движение искусственного спутника в центральном ньютоновском поле сил. Спутник моделируется симметричным твердым телом с жестко прикрепленными по оси симметрии гибкими вязкоупругими стержнями и со сферическим тензором инерции. Рассмотрена ограниченная постановка задачи, когда центр масс спутника движется по заданной кеплеровской эллиптической орбите. Она является модельной для изучения вращательного движения искусственных спутников Земли со штыревыми радиоантеннами длиной в сотни метров. Для решения поставленной задачи используется метод разделения движений и усреднения для механических систем с бесконечным числом степеней свободы. Получена усредненная система дифференциальных уравнений в переменных Андуайе, описывающая эволюцию вращательного движения спутника. Найдены частные решения эволюционной системы уравнений. Построены фазовые портреты для каждого такого класса решений. Показано, что в процессе диссипативной эволюции, вызванной рассеянием энергии в стержнях, угол между вектором кинетического момента вращательного движения спутника и нормалью к плоскости орбиты уменьшается до нуля. Также обнаружены новые классы стационарных движений, когда ось симметрии спутника составляет произвольный угол с нормалью к плоскости орбиты, или модуль угловой скорости вращения спутника не зависит от орбитальной угловой скорости радиус-вектора его центра масс.

Ключевые слова: спутник, кеплеровская эллиптическая орбита, переменные Андуайе, метод усреднения, диссипативная эволюция движения.

89

ЭКОНОМИКА НАУКОЕМКИХ И ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ПРОИЗВОДСТВ

Рогова В.А.

Кадровые проблемы развития высоких технологий в России в зеркале Глобального индекса инноваций 25

Аннотация
В статье определена роль и место высоких технологий на современном этапе общественного развития, раскрыта роль и значение инноваций в повышении технологического уровня национальной экономики, обоснована взаимосвязь интенсивности инновационной деятельности и уровня инновационной активности с темпами развития высоких технологий. Анализ данной взаимосвязи дает возможность использования индекса инноваций как индикатора развития высоких технологий, и этот вывод обосновывается толкованием содержания самого понятия «высокие технологии», имманентным признаком которых являются инновации. На основе Глобального индекса инноваций, направленного на исследование экономических процессов, анализируются позиции, занимаемые Россией по обобщающему показателю, который в настоящее время рассматривается как индикатор уровня технологического развития национальной экономики и в целом – уровня экономического развития. Рассмотрение сущности высоких технологий и факторов технологического развития позволяет выделить в качестве ключевых два фактора: расходы на исследования и разработки (НИОКР) и качество человеческих ресурсов, прежде всего, инженерно-технических работников и исследователей. Результаты исследования наглядно подтверждают такие кадровые проблемы, как нехватка молодых специалистов по научным и инженерным специальностям, относительно невысокая результативность их интеллектуальной деятельности, низкая эффективность инноваций, препятствующая повышению технологического уровня экономики.

Ключевые слова: высокие технологии, инновации, инновационная активность, ресурсы инноваций, инженерные кадры, инженерное образование.

105

Система Orphus