ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПОСТАНОВКИ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ И АЛГОРИТМ ЕЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ НАПОЛНЕННЫХ КОМПОЗИТОВ
Смирнова Е.И., Резаев Р.О.
(ОАО «Концерн «Моринсис-Агат»)
Formalization of an inverse problem and it’s solution algorithm for filled composite materials. Smirnova E. I., Resaev R. O.
The approach to design the mechanical properties of composite material is developed based on mesoscopic level.
Проблема теоретического определения технологических параметров создания композитных материалов, а также их структуры является актуальной, поскольку практическое применение этих материалов обеспечивает существенные экономические преимущества и открывает новые возможности для конструкторских решений. Теоретический же подход позволяет в значительной степени уменьшить количество требуемых ресурсов для получения композитов. В этой связи активно развивается направление разработки методов математического моделирования для проектирования композитных материалов (например, [1]). Объективными трудностями являются бесконечномерное пространство исходных параметров (например, варьирование нанодобавок [2]), совокупность случайных факторов на этапе синтеза композитного материала (например, влияние температурного поля), а также нелинейные зависимости между свойствами компонентов композитов и его характеристиками.
В данной работе:
- на основе когезивного подхода [3,4] исследовано поведение наполненного композита (рассмотрены два типа наполнителя, каждый из которых характеризуется геометрическими и материальными характеристиками) под воздействием динамических механических сжимающих нагрузок. Показано влияние характерных параметров наполнителей на пиковые нагрузки и энергию разрушения, позволяющее направленно регулировать механические свойства композита.
- в контексте формализма обратной задачи проведен анализ ряда факторов, влияющих на конечные свойства наполненных композитов, и разработан алгоритм поиска экстремальных значений целевой функции ( в основе лежит генетический алгоритм [5]). Такая модель позволит определить характеристики зерен наполнителей композита, их распределение по размерам, а также соотношение между крупным и мелким заполнителем, удовлетворяющих заданным критериям. В результате систематического моделирования установлена зависимость, которая подтверждает нелинейный характер между прочностными свойствами композита и его структурой, однако ввиду рассмотрения задачи на мезоскопическом уровне разработанная модель позволит вскрыть физический механизм такой зависимости.
Литература
1 Петроченков Р. Г. Композиты на минеральных заполнителях.т.2. Проектирование составов строительных композитов. 2005. М.: Издательство МГГУ.
2 Birgisson B., Mukhopadhyay A. K., Geary G., Khan M., Sobolev K.. Nanotechnology in Concrete Materials. Transportation Research Circular E-C170. Part 2. 2012.
3 Snozzi L.,Caballero A., Molinary J.F. Influence of meso-structure in dynamic fracture simulation of concrete under tensile loading//Cement and Concrete Research 41. 2011. P. 1130-1142.
4 Barenblatt G.I. The Mathematical Theory of Equilibrium Cracks in Brittle Fracture//Current Contents. Engineering, Technology and Applied Sciences, October 17, 1983, 14, Classic Section, pp. 19-20.
5 Kang Y.L., Lin X.H., Qin Q.H. Inverse/genetic method and its application in identification of mechanical parameters of interface in composite // Composite Structures. 2004. Vol. 66. P. 449-458.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ С ДЕГРАДАЦИЕЙ
Красников А.К., Щербаков Н.С.
(ОАО «Концерн «Моринсис-Агат», НТЦ «Альтаир» ОАО «ГСКБ Алмаз-Антей» )
Study the queuing system with degradation. Krasnikov A.K., Sherbakov N.S.
В работе предложена методика анализа эффективности функционирования деградирующих систем массового обслуживания. Рассмотрена система критериев и показателей качества таких систем. Приведены формульные зависимости и примеры получаемых оценок.
Математические модели систем массового обслуживания широко используются в различных предметных областях. При этом в процессе исследования СМО, как правило, рассматривается стационарный (установившейся) режим системы, а её структура и вероятностные характеристики эффективности функционирования считаются неизменными в течение рассматриваемого промежутка времени. Для получения оценок вероятностных характеристик эффективности функционирования СМО используется математический аппарат теории марковских случайных процессов с дискретными состояниями и непрерывным временем. Оценки вероятностных характеристик эффективности функционирования СМО получаются на основании результатов решения системы линейных алгебраических уравнений для вероятностей возможных состояний системы для стационарного режима её работы.
Как правило, в работах по СМО предполагается, что заявки пассивны по отношению к процессу обслуживания. Вместе с тем представляют интерес исследования СМО, в которых заявки активно реагируют на начавшийся процесс обслуживания. Такие заявки могут или способствовать процессу обслуживания или препятствовать этому процессу. В последнем случае такие заявки называют агрессивными. Они могут поразить обслуживающий аппарат, полностью уничтожить его или частично разрушить. Тогда СМО продолжит работу, но с деградацией, т.е. с некоторой потерей своих функциональных возможностей. Примером таких деградирующих СМО может служить противоборство систем противовоздушной обороны (ПВО), с атакующими средствами воздушного нападения.
В работе на конкретном примере рассматривается методика анализа многоканальной деградирующей СМО. Предложена система критериев и показателей эффективности функционирования системы. Приведены результаты исследований оценок искомых показателей.
Постановка задачи. Некоторый объект охраняется системой ПВО, состоящей, для примера, из трёх зенитных ракетных комплексов (ЗРК). На этот объект производится атака средств воздушного нападения (СВН), которые состоят из крылатых ракет (КР). Каждая КР обстреливается(если физически имеется такая возможность) одним из ЗРК одной зенитной управляемой ракетой (ЗУР). Априори предполагаются известными (или заданными) следующие исходные данные: максимальная и минимальная дальности поражения целей ЗРК, скорость полета ЗУР, вероятность поражения цели одной ЗУР, поток СВН (целей) во времени является случайным потоком событий с известным средним значением временного интервала между двумя СВН, значение временного интервала налета СВН на охраняемый объект. Если в процессе налета какое-либо СВН не было уничтожено (в процессе прохождения этого СВН зоны действия системы ПВО все ЗРК уже были заняты уничтожением других целей или направленная на него ЗУР его не уничтожила), то это СВН производит нападение на один из работающих ЗРК и уничтожает его с некоторой известной вероятностью. В этом случае система ПВО частично деградирует, а эффективность её функционирования снижается. Требуется определить, как изменяются показатели качества функционирования системы ПВО в течение временного интервала налета СВН.
Для решения поставленной задачи разработана математическая модель рассматриваемой системы ПВО, которая использует методы теории СМО и теории игр.
Предложена методика, система критериев и показателей, формульные зависимости для оценки качества функционирования деградирующих систем массового обслуживания. Приведены результаты выполненных на основе данной методики исследований по оценки эффективности функционирования конкретной деградирующей СМО.
Результаты работы могут представлять научный и практический интерес для специалистов, занимающихся разработкой математических моделей систем специального назначения в различных предметных областях с использованием методов исследования операций.
БАЗА ЗНАНИЙ ОЦЕНОК ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
Красников А.К., Красникова В.А., Матис С.В.
(ОАО «Концерн «Моринсис-Агат», МГТУ МИРЭА)
Knowledge basefor estimatingeffective functioning ofqueuing systems. KrasnikovA.K., Krasnikova V.A., Matis S.V.
В работе приведены результаты выполненных математических исследования по оценкам эффективности функционирования различных систем массового обслуживания (СМО). Полученные результаты оформлены в виде базы знаний, которая представляет из себя множество аналитических выражений, характеризующих закономерности изменения показателей эффективности функционирования СМО в зависимости от различных сочетаний исходных данных.
Метод решения задачи.Рассматриваются СМО с дискретным множеством состояний и непрерывным временем. Реальные исследуемые потоки событий, переводящие СМО из одного состояния в другое, являются стационарными случайными потоками с ограниченным последействием, по которым известны оценки средних значений интервалов между заявками и коэффициенты вариации (т.е. в общем случае такие потоки не являются стационарными пуассоновскими потоками – простейшими потоками). При разработке математических моделей анализируемых СМО реальные потоки событий аппроксимируются обобщенными потоками Эрланга, которые имеют те же статистические оценки средних значений и коэффициентов вариации, что и анализируемые реальные потоки.
Это позволяет при проведении исследований использовать известный метод псевдосостояний и методику Колмогорова-Чепмена составления систем линейных алгебраических уравнений для определения вероятностей нахождения СМО в каждом из возможных псевдосостояний. Хотя такой подход и приводит к необходимости решения для установившегося (стационарного) режима работы СМО систем линейных алгебраических уравнений большого порядка, тем не менее, современные математические пакеты программ при их корректном использовании позволяют во многих случаях успешно решить эту вычислительную проблему.
В работе рассматриваются следующие типы одно и многоканальных СМО:
с отказами;
с ограниченной длиной очереди;
с «нетерпеливыми»заявками;
с взаимопомощью между каналами;
с приоритетным обслуживанием;
с недостоверным обслуживанием.
Для каждой СМО определяются оценки следующих показателей эффективности функционирования:
q – относительная пропускная способность СМО;
Ротк – вероятность того, что вновь пришедшая заявка получит отказ в обслуживании;
Мк – математическое ожидание числа занятых каналов;
Wк – коэффициент занятости канала обслуживания;
Ml – математическое ожидание числа заявок , находящихся накопителе (очереди);
Мs – математическое ожидание числа заявок, находящихся в СМО.
Приведены примеры результатов разработанной базы знаний в виде таблиц, аналитических зависимостей и графиков.
Научная и практическая значимость работы.Разработанная база знаний может найти применение при создании и использовании специализированных систем поддержки принятия решений во многих предметных областях, когда необходимо оперативно получать количественные оценки эффективности обработки информации в сложных информационно-управляющих системах.
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ДЛЯ РАСЧЕТА ПАСПОРТНЫХ ДАННЫХ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ ЛАЗЕРНОГО ГИРОКОМПАСА ЛГК-4 С ЦЕЛЬЮ КАЛИБРОВКИ ПРИ СЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Клейменов В.В.
(МИЭМ НИУ ВШЭ; ОАО «НИИ «ПОЛЮС» им М.Ф. Стельмаха»)
Software Development to calculate the passport data used to calibrate accelerometers laser gyro LGC-4 in series production. Kleymenov V.V.
The developed program will automate the calculation of passport data of the accelerometers laser gyrocompass leaders of Leningrad city Committee-4. At this point, the program calculates such passport accelerometer data as zero offset “roll” and “pitch”.
Проблема расчета паспортных данных для калибровки приборов и их блоков при серийном производстве встречается на любом высоко-технологическом процессе создания конечного продукта, готового к эксплуатации из коробки. Для серийного производства остро стоит вопрос занимаемого времени на выпуск единицы экземпляра прибора, а значит всей партии в целом. Одним из способов сокращения времени требуемой на выпуск партии является автоматизация процессов, которые этому могут быть подвергнуты. Для расчета паспортных данных для калибровки приборов и их блоков при серийном производстве требуется большое количество выходных данных с неоткалиброванных приборов и их блоков, обработка большого количества данных осуществляется продолжительное время. Но известны заранее тип, формат данных и метод их обработки, что позволяет автоматизировать данный процесс. Автоматизация процесса расчета паспортных данных акселерометров лазерного гирокомпаса ЛГК-4 для калибровки при серийном производстве, позволила сократить время расчета одного прибора с 2 часов до 3 минут. Разработка программного обеспечения позволила задействовать оператора на производстве для выполнения автоматического компьютерного расчета паспортных данных для калибровки лазерного гирокомпаса ЛГК-4 при серийном производстве. Максимальная автоматизация данного процесса достигнута за счет уменьшения количества операций производимых оператором для расчета паспортных данных.
Алгоритм компьютерного расчета паспортных данных акселерометров лазерного гирокомпаса ЛГК-4 был написан на основе методики, используемой в ручном расчете паспортных данных акселерометров лазерного гирокомпаса ЛГК-4. При адаптации методики большое количество выходных данных акселерометров и режим работы лазерного гирокомпаса ЛГК-4 отразился на нелинейности алгоритма.
Для разработки был выбран язык программирования C#. Выбор языка программирования обоснован его «родством» для создания приложений в среде Microsoft .NET, поскольку наиболее тесно и эффективно интегрирован с ней, объектно-ориентированностью, изначальной ориентацией на безопасность кода.
Разработанная программа позволила автоматизировать расчет паспортных данных акселерометров лазерного гирокомпаса ЛГК-4. На данный момент программа рассчитывает такие паспортные данные акселерометра, как смещение нуля “крен” и “тангаж”. Программа создана с учетом дальнейшей масштабируемости. Это позволяет добавить расчет паспортных данных остальных блоков лазерного гирокомпаса ЛГК-4, нуждающихся в калибровке.
ТЕХНОЛОГИИ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ В СРЕДЕ СОПРОВОЖДЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ
Барбул Р.Н., Гайдай Т.Я., Соколов Ю.А.
(ОАО «Корпорация ВНИИЭМ»)
Technology research of quality and reliability in the environment support space projects. Barbul R.N., Gaidai T.Y., Sokolov Y.A.
The report analyzes the current requirements of industry normative and technical documents to support environment of the national space program.
In implementing these requirements actual becomes operational solving problems quality control and reliability for products of space technology at stages of lifecycle: justification and task requirements, development and implementation of programs ensure reliability and quality management programs, assessment and monitoring of quality and reliability.
To solve these problems we have proposed unified technology planning and support of the risks, as well as the processing technology results of space activities, that continuously correcting the information environment support space activities.
Анализ таких документов как международные соглашения по космической деятельности, документы МАГАТЭ, Закон о космической деятельности, Положение РК-2011, стандарты, технические регламенты, экологические нормы позволил обобщить современные требования к среде сопровождения национальной космической программы.
Основные уровни сопровождения:
ФКП, ГЛОНАСС, Электронная Россия и др.
комплексы, изделия, системы;
испытания, полеты.
Задачи управления качеством и надежностью: обоснование и задание требований, разработка и реализация программ обеспечения надежности и программ управления качеством, проведения оценки и контроля
Отраслевой опыт:
комплекты конструкторской, технологической и эксплуатационной документации на сотню ракетно-космических комплексов, десятки ракет-носителей и разгонных блоков, сотни космических аппаратов, межпланетных и орбитальных станций, тысячи ступеней, отсеков, сооружений, систем, приборов и агрегатов, совместно с данными о результатах их испытаний и эксплуатации. Отраслевая база данных о результатах пусков космических комплексов за период с 4 октября 1957 года по 27 июня 2008 год содержала записи о 3045 пусках 74 модификаций ракет-носителей, 43 модификаций разгонных блоков, 246 типах полезных нагрузок с общим временем функционирования в полете, превышающим 20000 лет;
отраслевой фонд нормативных документов, по которым создавалась ракетно-космическая техника и которые разрабатывались и совершенствовались вместе с техникой. Фонд содержит более четырех тысяч нормалей, стандартов, технических условий, положений. Кроме того используются 640 документов смежных отраслей и порядка 60 томов Общих технических требований на космические средства и ракетные комплексы;
выросшая в недрах головных отраслевых институтов, институтов Заказчика и Академии наук, а также головных конструкторских бюро научная школа управления риском: научные кадры и научные результаты.
Значимость этого опыта подтверждается результатами сравнения рисков активной космической деятельности до и после внедрения отраслевой системы обеспечения надежности.
Обоснованная и принятая в свое время [1] в качестве научной основы отраслевой системы методология обоснования решений в условиях неопределенности, базирующаяся на информационных технологиях, позволила получить единую отраслевую базу данных для оценки основных рисков: конструкторских ошибок, производственных дефектов, случайных отказов деталей и элементов.
Общая схема и принципы обоснования решений [2] позволили решить задачу создания единых информационных технологий сопровождения рисков, организующей основой которых являются анализ видов, последствий и критичности отказов, разработка и реализация программ обеспечения надежности, экспериментальной отработки, управления качеством разработок, изготовления и эксплуатации.
В основу инновационных информационных технологий обработки результатов космической деятельности положены модели снижения конструкторского и производственного риска в процессе успешных испытаний [3]., а также алгоритмы несмещенного оценивания частично регистрируемых выборок [4,5].
Литература
Плетнев И.Л., Рембеза А. И., Соколов Ю. А. и др. Эффективность и надежность сложных систем. М.: Машиностроение; 1977, 216 с.
Надежность и эффективность в технике. Справочник. / Под ред. В. С. Авдуевского и др. М.: Машиностроение, 1986, - Т.1, 224 с.
Модели снижения риска в процессе испытаний летательных аппаратов многоразового применения. Голованев И.Н., Куреев В.Д., Клименко Ю.Л., Соколов Ю.А. Доклад на Седьмом Международном Аэрокосмическом Конгрессе. Москва, 2012 г.
Управление риском космических программ и проектов. В кн.: Новые наукоемкие технологии в технике. Под общ. ред. В. В. Алавердова. М.: Машиностроение, 1995, №6, - 270с.
В. Ф. Грибанов, А. И. Рембеза, И. А. Голиков, Ю.А. Соколов и др. Методы отработки научных и народно-хозяйственных ракетно-космических комплексов. Под общ. ред. В. Ф. Грибанова.-М.: Машиностроение, 1995, 352 с.
Технология проектирования технических систем на основе применения системных подходов, ориентированных на модели
|
