СОВРЕМЕННЫЕ НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Использование технологий искусственного интеллекта в производственных системах приводит к значительным изменениям в управлении и принятии решений, повышая эффективность операций и снижая затраты. Внедрение этих технологий способствует цифровой трансформации производства, улучшает взаимодействие сотрудников и способствует повышению качества выпускаемой продукции. Цель работы - изучение возможностей применения технологий искусственного интеллекта для оптимизации процессов управления в производственных системах. Методология исследования основана на анализе и систематизации научной литературы, нормативно-технической документации и практических кейсов. В ходе исследования был проведен анализ 54 публикаций, из которых отобраны 23, охватывающих основные направления развития искусственного интеллекта, его интеграцию в производственные системы. Рассмотрены публикации из научных баз данных Elibrary. ru и КиберЛенинка за последние 5 лет. В ходе исследования установлено, что технологии искусственного интеллекта, такие как машинное обучение, нейронные сети, алгоритмы нечеткой логики, цифровые двойники и прогнозная аналитика, позволяют решать широкий спектр задач в производстве. Проанализированы примеры использования искусственного интеллекта в системах планирования, автоматизации процессов, логистики, управления ресурсами и контроля качества. Выявлены ключевые преимущества внедрения интеллектуальных систем, включая повышение точности прогнозирования, оптимизацию логистических маршрутов, сокращение простоев оборудования и снижение операционных затрат. Исследование подтверждает универсальность технологий искусственного интеллекта и их значимость для повышения конкурентоспособности предприятий. Развитие отраслевых стандартов внедрения искусственного интеллекта, основанных на классификации по ГОСТ Р 59277-2020, является важным направлением для дальнейшей модернизации промышленности.

Цель исследовательской работы - автоматизация расчета практической работы студентов, обучающихся в Уфимском государственном нефтяном техническом университете по направлению «Техносферная безопасность», а именно масштаба и последствий радиоактивного заражения. Для достижения поставленной цели проведен сравнительный анализ методик оценки промышленной безопасности радиационно опасных объектов, рассмотрена предметная область (оценка радиоактивного заражения территории), составлены алгоритмы для оценки радиационной обстановки по нормативной документации, проведен анализ существующих решений. Выбраны средства проектирования и инструменты разработки геоинформационной системы, позволяющей оценивать масштаб и последствия аварии на опасном производственном объекте. Приведено функциональное моделирование программного средства, включающее контекстную диаграмму верхнего уровня, а также ее декомпозицию. В результате разработано программное средство, реализующее оценку радиационной обстановки. Разработанный программный комплекс позволяет существенно уменьшить время, необходимое для расчета и графического отображения масштаба, последствий инцидента или аварии, сопровождающихся радиационным заражением местности, прилежащей к опасному объекту. Разработанная геоинформационная система может использоваться для определения размеров зон заражения радиоактивными элементами, последствий облучения персонала и территории, прилежащей к рассматриваемому объекту. Программное средство может быть применено как при составлении плана ликвидации аварии на радиационно опасном объекте, так и в процессе обучения студентов вузов (направление - «Техносферная безопасность»).

Цель исследования - разработать комплексный, нейросетевой и гидродинамического моделирования двухфазной фильтрации в призабойной зоне метод оптимизации геолого-технологических мероприятий на нефтяных скважинах, проводимых для интенсификации добычи нефти. В качестве элементов прокси-модели для формирования обучающей и тестовой выборки использовалась база данных технологических режимов скважин и эффективности обработок призабойной зоны скважин. Библиотеки оптимизаторов Python и алгоритмы глубокого обучения Pytorch применялись для выбора конкретного вида и параметров процесса. Для конкретного месторождения проведен анализ различных вариантов и эффективности воздействия на нефтяной пласт. Для определенной группы скважин анализ показал эффективность прогрева призабойной зоны скважины. На модели двухфазной фильтрации выполнено гидродинамическое моделирование. Результаты расчетов использовались для детализации процессов в пласте и как дополнение к промысловым данным для повышения качества обучающих и тестовых выборок. Показано, что прокси-моделирование, представляющее собой комбинацию алгоритмов машинного обучения и упрощенного гидродинамического моделирования, позволяет прогнозировать эффективность и оптимизировать процесс планирования программ геолого-технологических мероприятий на нефтяной скважине, повысить рентабельность добычи нефти. Разработанная модель на основе алгоритмов глубокого машинного обучения и гидродинамического моделирования открывает широкие возможности для анализа других видов обработки призабойной зоны, физико-химического воздействия на нефтяной пласт.

Статья посвящена изучению влияния электромагнитного поля индуктора на образцы металла, расплавляемые в нем во взвешенном состоянии. В работе описан метод определения численных значений коэффициента неоднородности электромагнитного поля в зависимости от положения расплава в индукторе при плавании во взвешенном состоянии. Приведено описание параметров численной модели напряженности электромагнитного поля конического индуктора. В работе представлены полученные результаты численных экспериментов и установленные по ним зависимости коэффициента неоднородности электромагнитного поля. Анализ показал, что распределение электромагнитного поля в индукторе в существенной мере зависит от геометрических параметров образца и его положения. В ходе экспериментов с численной моделью было установлено, что при увеличении радиуса образца область устойчивой левитации расплава смещается вниз к основанию индуктора, что связано с перераспределением напряженности магнитного поля. Полученные зависимости позволяют более точно прогнозировать условия устойчивой левитации металла. Разработанная численная модель, основанная на методе конечных элементов, может быть использована для проектирования систем контроля и управления процессом плавки во взвешенном состоянии. Результаты исследования могут найти применение в технологиях получения высокочистых металлов.

Цель работы заключается в сравнительном анализе производительности алгоритмов Document Object Model, Simple API for XML и Streaming API for XML при выполнении задач чтения, записи и частичного чтения XML-файлов различного объема. Для проведения экспериментов была разработана модульная программа на языке Java, где каждый алгоритм реализован в отдельном модуле. В качестве данных использовались синтетически сгенерированные XML-файлы с типовой структурой, имитирующей транзакции. Эксперименты проводились с замером ключевых метрик, таких как время выполнения и потребление памяти. В ходе исследования были выявлены сильные и слабые стороны каждого алгоритма. Simple API for XML продемонстрировал наилучшую производительность и минимальное потребление памяти, что делает его подходящим для обработки больших объемов данных. Streaming API for XML обеспечил баланс между производительностью и удобством реализации, предоставляя более простой доступ к данным. Document Object Model, несмотря на удобный интерфейс, оказался слишком ресурсоемким и может быть использован только для небольших объемов данных. Результаты работы подчеркивают важность выбора алгоритма обработки XML в зависимости от специфики задач. Simple API for XML и Streaming API for XML являются предпочтительными для высоконагруженных систем, требующих минимизации затрат на ресурсы. Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение альтернативных форматов данных и их интеграции с современными архитектурными подходами.

Цель исследования заключается в разработке нового архитектурного решения, обеспечивающего внедрение моделей потокового машинного обучения на основе методов и алгоритмов потоковой обработки многомодальных данных и машинного обучения в потоковой интеллектуальной образовательной системе для повышения персонализации образовательного процесса и автоматической адаптации учебных материалов под уровень знаний обучающихся в реальном времени. В работе описаны процессы передачи и обработки данных из различных многомодальных источников в модель потокового машинного обучения. Для нормализации данных применяется адаптивный метод скользящих окон, позволяющий корректно обрабатывать непрерывный поток информации с учетом временной синхронизации. Особое внимание в исследовании уделено вопросу контроля использования оперативной памяти для обеспечения стабильного функционирования системы в условиях ограниченности вычислительных ресурсов в образовательных организациях. Экспериментальные результаты, визуализированные на графиках и в таблице, демонстрируют эффективность интеграции нескольких алгоритмов потокового машинного обучения, таких как адаптивный случайный лес, инкрементальный алгоритм дерева решений для задач классификации и регрессии, в единую модель. Предложенная архитектура, которая сопровождается схемой, характеризуется высокой масштабируемостью, легкостью интеграции с существующими образовательными платформами и адаптивностью к изменяющимся условиям использования, что открывает перспективы дальнейших исследований и практического применения в образовательных технологиях.

Цель работы - разработка и апробация методики комплексной оценки приоритетности технологий на примере угольной отрасли. Выявление и оценка потенциала перспективных технологий - важное условие экономического роста и национальной энергетической безопасности страны. Для оценки потенциала был разработан алгоритм вычисления интегрального показателя применимости технологий, который на основе многомерного набора факторов и критериев позволил оценить приоритетность технологий для формирования высокотехнологичных цепочек создания стоимости в угольной и смежных отраслях, способных обеспечить устойчивый рост и технологический суверенитет в условиях нечеткой входной информации (субъективных оценок экспертов). При разработке и апробации интегрального показателя использовались методы патентного анализа и нечетко-логический алгоритм поддержки принятия решений Fuzzy Analytic Hierarchy Process. Исследование проведено на примере отечественной угольной отрасли, в которой проблемы формирования технологического суверенитета стоят наиболее остро. Источниками информации послужили патентная информация, размещенная в патентно-аналитической системе Orbit Intelligence Premium edition, результаты экспертного опроса. Предлагаемая методика включает в себя пять этапов: 1) формирование патентной коллекции; 2) отбор и оценка наиболее технологически значимых патентных семейств; 3) опрос экспертов; 4) построение иерархической модели, 5) расчет интегрального показателя применимости технологий. Методика может быть использована для выявления и оценки приоритетности технологий и для других отраслей.

Цель работы: моделирование процессов, происходящих в топочных камерах трубчатых печей пиролиза углеводородов, в случае расположения ярусов настенных горелок как на боковых стенах, так и на поду и своде печи. Взаимосвязанные процессы описываются системой дифференциальных уравнений в частных производных, которые включают условия сохранения энергии и количества движения, уравнения модели горения топливного газа в воздухе и уравнения переноса лучистой энергии. Проведены численные исследования с целью прогнозирования температурного состояния элементов печи в случае изменения расположения ярусов большого количества горелок небольшой мощности на футерованных стенах топочной камеры печи в виде прямоугольного параллелепипеда. Применение горелок, расположенных в различных местах топки печи, приводит к образованию сложных полей температуры и скоростей дымовых газов в радиантной камере. Теплота для проведения крекинга углеводородов в трубчатых реакторах в основном поступает за счет переноса энергии излучения продуктов сгорания, микроскопических частиц сажи и футеровок топки. В некоторых действующих установках по 8 ярусов горелки расположены только на двух боковых стенках радиантной камеры топки, что приводит к неравномерному распределению тепловых потоков по высоте трубчатого змеевика. В результате численного интегрирования системы дифференциальных уравнений получены поля скоростей и температуры в объеме топки, а также теплонапряженности реакционных труб. Расчеты показали, что при модернизации действующей печи путем расположения некоторых ярусов горелок на поду и на своде топки сохранением их общего количества удастся добиться более равномерного распределения поверхностных плотностей тепловых потоков вдоль реакционных труб.

Цель исследования - повышение гибкости производственного процесса за счет сокращения аварий и повышения скорости совместной работы роботов-манипуляторов. В работе предложено обеспечивать совместную безаварийную работу роботов-манипуляторов на основе расчета координат возможного пересечения траекторий движения их звеньев в процессе совместного выполнения различных технологических операций в одной рабочей зоне на гибком производстве. Отметим, что предложенный подход сокращает время технологического цикла для изготовления одного изделия не за счет остановки роботов-манипуляторов с последующим возобновлением их работы, а за счет своевременной корректировки их траектории. Данная постановка задачи является критически важной, потому что ее реализация обеспечит слаженную работу движущегося оборудования - одновременное выполнение технологических операций роботами-манипуляторами в общей рабочей зоне при непосредственной близости друг от друга с соблюдением безопасности. Актуальность исследования обусловлена непрерывно возрастающей потребностью в автоматизации производственных процессов, в том числе с применением роботов-манипуляторов. Повышение технологической гибкости производства можно обеспечить за счет перехода от индивидуальной работы роботов-манипуляторов к их совместному взаимодействию в общей рабочей зоне для различных технологических задач производственной деятельности. Для решения поставленной задачи - нахождения координат пересечения траекторий перемещения звеньев роботов-манипуляторов и дальнейшего расчета безопасных траекторий перемещений использован метод Денавита - Хартенберга, позволивший решить с помощью программного вычисления задачу совместного безаварийного взаимодействия роботов-манипуляторов в общей рабочей зоне.

Цель данной работы заключалась в создании модели, позволяющей спрогнозировать поведение смазочного материала в условиях эксплуатации подшипника скольжения с учетом более сложных факторов, таких как сжимаемость и изменение вязкости под воздействием давления. Разработка модели учитывает комплексное поведение микрополярного смазочного материала, который проявляет изменения вязкости под воздействием давления. Кроме того, необходимо учитывать взаимодействие смазочного материала с атмосферными газами, что может влиять на его сжимаемость и, следовательно, на общие эксплуатационные свойства. Основной аспект предлагаемой модификации конструкции радиального подшипника - наличие полимерного покрытия с канавкой. Такое решение позволяет достичь более равномерного и эффективного распределения смазочного материала по поверхности подшипника. Канавка, выполненная в слое полимерного покрытия, способствует направлению смазки в зону трения, минимизируя контактный износ и снижая коэффициент трения. Разработанный подход основывается на интеграции методов математического моделирования и экспериментального анализа, что позволяет учитывать сложные физико-химические свойства смазочного материала. Для оценки сжимаемости конструкции радиального подшипника скольжения применяется нелинейная модель. В рамках этой модели давление и температура рассматриваются как взаимосвязанные параметры, оказывающие влияние на вязкость микрополярного смазочного материала. Итогом исследования является новая расчетная модель, способствующая повышению точности определения эксплуатационных характеристик подшипника на стадии его проектирования.

Работа посвящена анализу процесса сборки выпускаемой продукции на ПАО «Туймазинский завод автобетоновозов». Цель исследования заключается в анализе существующей системы управления процессом сборки продукции, выявлении недостатков и приведении системы управления процессом сборки продукции к требованиям менеджмента качества для поддержания ритмичного выпуска продукции заданного качества в запланированной номенклатуре и объемах в соответствии с установленными сроками ее поставок потребителям и повышения производительности труда на производстве. В статье описывается разработанная система управления процессом сборки продукции в соответствии с требованиями менеджмента качества, системы экологического менеджмента и системы менеджмента охраны здоровья и безопасности труда на ПАО «Туймазинский завод автобетоновозов». Результаты, полученные в ходе проведенных исследований, показали, что не все нормативные акты и технологические регламенты выполняются в полной мере, отдельные технологические процессы устарели, поэтому необходима их модернизация. В результате проведенного анализа процесса сборки продукции на основе требований менеджмента качества сделаны выводы, что для успешного функционирования предприятия необходимо провести аудит всех технологических процессов по подготовке комплектующих и сборке продукции, привести их в соответствие с новыми требованиями предприятия, провести работу с персоналом и разработать систему мотивации. В отдельных случаях требуется полная модернизация процессов и разработка новых методологий сборки продукции.

Цель статьи заключается в рассмотрении особенностей и перспектив реализации параллельного компактного моделирования квантовых схем.

Материалы и методы исследования - модели, методы, алгоритмы и процедуры параллельного синтеза и анализа специализированных логических схем, численные методы решения алгебраических уравнений, группировка, сравнение, абстракция, дедукция.

Результаты: в статье описывается подход к параллельному компактному моделированию квантовых схем, который основан на моделировании равномерно-структурированных гамильтонианов. Отдельный акцент в процессе исследования сделан на изучении того, каким образом параллелизм может ускорить квантовое моделирование. В частности, рассмотрен параллельный квантовый алгоритм для моделирования динамики большого класса гамильтонианов. Кроме того, освещены общие вычислительные аспекты параллелизации с выделением особенностей компактного формата вычислений, который предполагает хранение и вычисление только ненулевых элементов для повышения эффективности моделирования. Для достижения максимальной пропускной способности ввода-вывода предложена техника управления памятью на основе наложения. Отдельный акцент сделан на методах оптимизации параллелизма для ускорения компактного моделирования квантовых схем.

Выводы: стратегия параллельной декомпозиции задач для межзатворных и внутризатворных операций на основе разделенных блоков данных открывает дополнительные возможности оптимизации для моделирования квантовых схем.