Научный архив: статьи

Целью нашего исследования является создание алгоритма дифференциальной диагностики легочного туберкулеза и саркоидоза на основе анализа фенотипических изменений клеток приобретенного иммунитета, циркулирующих в периферической крови.

Разработка компьютерных моделей ортопедических изделий позволяет добавить в арсенал травматологаортопеда цифровой инструментарий, позволяющий рассчитать биомеханические последствия выбранной тактики реконструктивно-восстановительного лечения. Так, при использовании метода наружной чрескостной фиксации с помощью цифрового двойника аппарата Илизарова модификации Багирова оперирующий хирург на предоперационном этапе может оценить влияние выбора компоновки аппарата на риск возможной дестабилизации взаимоотношений костных фрагментов. Клиническими показаниями к использованию аппарата Илизарова модификации Багирова являются переломы костей голени, которые составляют до 45 % случаев от всех переломов длинных костей скелета человека. Сращение переломов сопровождается большим числом осложнений, поэтому проблема улучшения результатов лечения пациентов с указанной травмой по-прежнему актуальна для современной травматологии и ортопедии. Использование аппаратов наружной фиксации позволяет также обеспечить стабильно-функциональную фиксацию костных фрагментов для устранения сложных деформаций костей конечностей. Применение компрессионно-дистракционных аппаратов позволяет расширить потенциальное использование аппаратов наружной фиксации для решения задач дистракционного остеогенеза. Биомеханические взаимоотношения в системе «кость – аппарат» являются значимым фактором, позволяющим объективизировать компоновку аппарата и режим двигательной реабилитации в раннем послеоперационном периоде. В рамках проведенного исследования была построена математическая модель аппарата Илизарова модификации Багирова и с помощью метода конечных элементов рассчитано напряженно-деформированное состояние компонент конструкции аппарата при модельных нагрузках. Для валидации построенной компьютерной модели был проведен натурный эксперимент на универсальной испытательной машине Walter+Bai AG LFM-50. Исследуемая конструкция была подвергнута осевому сжатию нагрузкой до 1000 Н. В результате проведенного сравнительного анализа резистентности аппарата осевому сжатию, выявлено, что результаты расчета методом конечных элементов с достаточной точностью описывают результаты эксперимента. Сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными позволяет утверждать, что предложенная компьютерная модель корректно описывает механическое поведение исследованного медицинского изделия и может быть использована при проведении вычислительных экспериментов для оценки функциональности различных компоновок аппарата

Разработана комплексная модель формирования вектора внешнего возмущения на осевой коронке исполнительного органа, учитывающая влияние горно-геологических условий и режимных параметров работы комбайна на процесс разрушения горного массива, которая состоит из моделей разрушаемого массива и поверхности забоя, нахождения координат вершины резца в забое, оценки условия контактирования резца с массивом, определения параметров процесса разрушения массива резцами коронки для определения усилий резания и подачи на резце с учетом выполнения условия контакта резца с забоем. Адекватность математической модели оценивалась путем сравнения показателей, полученных в ходе модельных и экспериментальных исследований: средней мощности на разрушение за цикл, теоретической производительности, удельных энергозатрат за цикл, длительности обработки забоя

В статье представлена математическая модель расчета времени дозирования рудного сырья как основа создания программного комплекса автоматизации работы смесителей дозировочных комплексов отечественных горнорудных предприятий. Применение разработанной модели дает возможность проектировать современные дозировочно-смесительные комплексы для получения необходимого качества рудного сырья при минимальном времени смешивания, что существенно снижает простой технологического оборудования и тем самым повышает энергоэффективность агломерационных фабрик. Отмечено, что представление формы смесителя в виде ячеистой структуры позволило обеспечить неизменность состава рудного материала в процессе смешивания и при этом определить оптимальный закон движения его частиц. При использовании разработанного программного комплекса брак в составе шихты снизился на 11 %, скорость ссыпания сырья увеличилась на 17,4 %, а время общего простоя оборудования сократилось в 1,37 раза

Рассмотрено создание перспективной математической модели для САПР в области электроснабжения с учетом надежности элементов электропитания технологического процесса, а также самостоятельного планирования программой линий электропитания на основе параметров «экономичность – надежность» и «секторы ограничения»

Статья посвящена разработке системы автоматической инспекции проблемных участков протяженных объектов с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), оснащенных системами технического зрения (СТЗ), в частности многолучевыми гидроакустическими сонарами. Предложенная система позволяет в режиме реального времени на бортовом ЭВМ АНПА динамически строить трехмерную модель трубопровода на основе облаков точек, получаемых от СТЗ. На основе указанной модели автоматически определяются положение протяженного объекта в пространстве и его кривизна, а также уровень погружения трубы в донный грунт. Вычисленные параметры позволяют выявлять потенциально опасные участки, подверженные деформациям или повреждениям. Полученные данные должны использоваться для корректировки миссии аппарата с целью проведения детального дообследования выявленных зон интереса, а также могут быть отправлены на пост оператора с использованием гидроакустического канала связи с аппаратом.

Программная реализация системы выполнена на языке Python с использованием открытых библиотек для обработки трёхмерных данных. Численное моделирование процесса инспекции трубопровода проводилось в среде CoppeliaSim, полученные результаты подтвердили работоспособность и эффективность предложенной системы.

Рассматривается проблема выбора оптимальных стратегий агентов рынка электронной торговли, осуществляемой ритейлерами через маркетплейсы. Анализ структуры и динамики рынка электронной торговли в России показал актуальность этой проблемы вследствие опережающего роста продаж через сеть Интернет по сравнению с динамикой традиционных каналов продаж. Исследован бизнес-процесс электронной торговли для ведущих маркетплейсов Wildberries и Ozon, на основе которого разработаны модели принятия решений для маркетплейсов и ритейлера, выбирающего наилучший канал продаж. Сформированы механизмы определения оптимальных объемов продаж, максимизирующих функции полезности маркетплейсов и ритейлера, доказаны условия оптимальности. Предложена методика оценки диапазонов взаимовыгодных значений объемов продаж на основе областей компромисса. Проведено статистическое моделирование функции спроса на смартфоны при электронной торговле в РФ, а также функций издержек маркетплейсов и ритейлера, на основе которого сформированы функции полезности (прибыли) агентов рынка и построены области компромисса. Сформулированы практические рекомендации по выбору оптимальных стратегий агентов рынка электронной торговли смартфонами, показан экономический эффект изменения стратегий продаж.

Предлагается простой дискретный алгоритм, моделирующий работу мультиполярного ассоциативного нейрона с синапсами, и простая приближенная математическая модель синапса. Коэффициенты моделей находятся путем решения задачи идентификации по результатам измерений входов и выходов блоков, из которых состоит структурная схема нейрона и синапса. Полученные математические модели частично отражают основные свойства реальных нейронов и синапсов. Они могут использоваться для создания искусственных нейронных сетей и систем искусственного интеллекта при математическом моделировании работы мозга человека.

Обоснована актуальность проведения исследования динамического характера рабочих процессов кузовных мусоровозов с учетом свободных колебаний рамы автомобиля. Обобщены результаты исследований влияния конструктивного исполнения манипуляторов кузовных мусоровозов с боковой загрузкой на формирование усилий в конструктивных элементах мусоровоза при взаимодействии их с нагрузкой, создаваемой весом контейнера при выполнении рабочих операций: подъем, опрокидывание, опускание. Составлена модель и приведена расчетная схема мусоровоза как колебательной системы. Определен характер колебаний рамы мусоровоза в рабочем режиме. Установлены закономерности формирования усилий в системе «захват - бак - захват». С учетом свободных затухающих колебаний базового шасси выполнены исследования формирования нагрузок и оптимизация параметров серийно выпускаемых механизмов загрузки, а также оригинальных технических решений, подтвержденных патентами на изобретения. Для определения нагрузок, возникающих в системе «захват - бак - захват» серийного «вилочного» захвата, разработаны расчетные схемы и составлены уравнения равновесия действия сил. Полученные зависимости позволяют оценить изменение величины усилий в элементах конструкции захвата за рабочий цикл работы манипулятора с учетом колебаний базового шасси и их отклонение от статических нагрузок. Моделированием сил и моментов в элементах новой конструкции захвата, обеспечивающей вертикальное положение контейнера в процессе его подъема, установлено, что после затухания колебаний базового шасси происходит стабилизация всех сил, действующих в системе, моменты компенсируют действие друг друга таким образом, что суммарный момент стремится к нулю. На основании выполненных исследований дано решение актуальной научно-технической задачи, состоящей в совершенствовании методов расчета машин для сбора и вывоза твердых коммунальных отходов, обеспечивающих повышение эффективности их эксплуатации за счет снижения усилий в элементах конструкции захвата, повышения надежности системы «захват - бак - захват» манипулятора и его привода, повышения производительности мусоровозов и экологичности их работы.

Совокупность информационных, производственных рисков и их агрегирование в пожарной опасности имеют разрушительный характер для техносферы. Ограниченные несистемные исследования в области формального описания моделей информационной, функциональной и пожарной безопасности на опасных производственных объектах обусловливают необходимость развития комплексной математической модели применительно к техносфере. Рассмотрены математические модели на основе Марковских процессов, которые используются при решении различных задач для чрезвычайных ситуаций на опасных производственных объектах.

Рассматривается модель поддержки управления при распределении общего фонда рабочего времени сотрудников органов государственного пожарного надзора. Предложенная математическая модель основана на методах линейного программирования и позволяет оптимизировать распределение рабочего времени с учетом сезонных изменений приоритетов и индивидуальных особенностей сотрудников. Модель учитывает такие факторы, как количество и сложность задач, приоритетность мероприятий, а также производительность труда сотрудников.

Практическая значимость модели заключается в повышении эффективности использования рабочего времени и возможности автоматизации процесса планирования. Результаты исследования могут быть использованы для совершенствования организационной системы государственного пожарного надзора и повышения качества выполнения её задач.

В статье проводится анализ экономической модели, описывающей динамику развития фирмы с управлением. Задача состоит в выработке оптимальной стратегии выплаты заработной платы сотрудникам фирмы, которая позволит увеличить объем капитала фирмы на некотором временном интервале. Модель построена на основе дифференциального уравнения первого порядка, связывающего динамику развития фирмы с функциями полезности и выплаты заработной платы. Функция, описывающая затраты, связанные с выплатой заработной платы сотрудникам, зависит от времени, совокупного капитала фирмы и параметра управляющего воздействия, принимающего значения на промежутке [0,1]. Она является адаптированной модификацией производственной функции Кобба - Дугласа, в которой в качестве капитала используется совокупный капитал фирмы, а в качестве трудовых ресурсов - начальный капитал фирмы. Оптимизационная модель представлена в виде задачи оптимального управления со свободным правым концом. В данной постановке модель, является новой и в литературе ранее не рассматривалась. Для её решения был применён принцип максимума Понтрягина. В работе исследовано три случая задания оптимального управления как кусочно-постоянной функции на всём временном отрезке: управление равное нулю, управление равное единице, и принимающее произвольное значение из интервала [0, 1]. Это позволило сравнить две стратегии выплаты заработной платы: постоянную и пропорциональную капиталу фирмы. Проведённые исследования показали, что выбор оптимального управления зависит от соотношения между инфляционным фактором, коэффициентом пропорциональности и начальным капиталом фирмы. Были получены условия, когда выплата заработной платы сотрудникам должна происходить на постоянном уровне, в противном случае следует устанавливать зарплату пропорционально капиталу фирмы. Так как в случае не выполнении условий, выплата заработной платы на постоянном уровне приводит либо к полному разорению фирмы либо уровень капитала падает до более низкого уровня. В работе получены условия возникновения стационарных решений, когда при любом управлении капитал фирмы останется на уровне начального капитала. Частично результаты исследований были представлены на конференциях [1, 2].