МАТЕМАТИКА

Исследуется устойчивость математических моделей противовирусного и противобактериального иммунного ответов. Рассмотрены модели, параметры которых зависят от времени и описываются системами нелинейных дифференциальных уравнений со многими запаздываниями. Получены критерии устойчивости и асимптотической устойчивости по Ляпунову.

Исследована устойчивость математической модели иммунологии, предложенной Г. И. Марчуком и описывающей реакцию организма на внешнее воздействие. Дано обобщение простейшей модели иммунологии, заключающееся в том, что ее параметры зависят от времени. Получены критерии устойчивости и асимптотической устойчивости модели.

Рассмотрен случай распространения электромагнитных волн в цилиндрическом диэлектрическом волноводе. Задача решается в цилиндрической системе координат, причем диэлектрическая проницаемость внутри волновода предполагается зависящей от радиальной компоненты электромагнитного поля по закону Керра.

Решается задача реализации булевых функций надежными схемами из ненадежных функциональных элементов в базисе {x[1]x[2] v x[1]x[3] v x[2]x[3], x[1] v x[2] v x[3], x[1] & x[2] & x[3], x{-}[1]}. Для решения задачи предлагаются два разных метода повышения надежности схем: первый - с использованием дизъюнктора и конъюнктора, а второй - с использованием элемента голосования. Рассматриваются три типа неисправностей элементов: 1) инверсные неисправности на входах элементов, 2) однотипные константные неисправности на выходах элементов, 3) однотипные константные неисправности на входах элементов. В каждом случае применяются два названных метода и сравниваются полученные оценки ненадежности схем. Показывается, что при однотипных константных неисправностях на входах элементов использование элемента голосования (второй метод) дает худшую оценку ненадежности, чем использование конъюнктора и дизъюнктора.

Рассматривается задача синтеза асимптотически оптимальных схем, реализующих булевы функции, при инверсных неисправностях на выходах элементов в базисе {x & y, x v y, x{-}}. Доказано, что почти все булевы функции можно реализовать асимптотически оптимальными по надежности схемами, которые функционируют с ненадежностью, асимптотически равной 3? при ? > 0, где ? - вероятность инверсной неисправности на выходе базисного элемента. Сложность предлагаемых схем превышает сложность минимальных схем, построенных только из надежных элементов, не более чем в 3 раза.

Найден широкий класс булевых функций, способных повышать надежность схем. Доказано, что при инверсных неисправностях на выходах элементов наличие функции из предлагаемого класса в заданном базисе гарантирует реализацию произвольной булевой функции асимптотически оптимальной по надежности схемой.

Операциями над тройками действительных чисел с двумя ведущими компонентами вводится 3-мерный растран, называемый W-растраном. Получено представление W-растрана матрицами и аффинными преобразованиями. Найден генетический код W-растрана. Определена галилеева норма на W-растране с 2-мерным временем. Найдена формула дифференцирования растранных функций. В пространстве с W-растраном получены уравнения прямых и двух видов параллельных прямых.

Получены первые результаты по теории поверхностей 4-мерного пространства-времени Галилея. Рассматриваются поверхности, имеющие Галилеевы касательные плоскости. Введены первая и вторая квадратичные формы поверхности, нормальная кривизна поверхности. Проведена классификация обыкновенных точек поверхности. Вычислены полная и средняя кривизна поверхности.

Показано, что если к каждому из неприводимых полных базисов добавить еще три неконгруентные булевы функции, зависящие не более чем от двух переменных, то в полученных базисах асимптотическая оценка ненадежности схем равна 2 [эпсилон] для почти всех функций.

Установлена определяемость метрической функции поверхности 3-мерного пространства-времени Галилея символами Кристоффеля, а значит, установлена определяемость и первой квадратичной формы поверхности символами Кристоффеля. Приведены примеры получения метрической функции по заданным символам Кристоффеля. Поверхности являются изометричными только в случае, если у них одни и те же символы Кристоффеля. Указаны поверхности, определяемые символами Кристоффеля, и поверхности, для которых не существует изометричных (неизгибаемость поверхностей). Рассмотрен пример класса поверхностей пространства Галилея с евклидовой метрической функцией. Получено выражение полной кривизны поверхности через символы Кристоффеля.

Траектории геометрических преобразований получены одулярным методом. Исследованы свойства траекторий преобразований. Получены поверхности траекторий, в частности одулярные поверхности траекторий, указаны их геодезические. Эти поверхности обладают собственной геометрией - одулярной, она отлична от внутренней геометрии поверхности. Одулярная поверхность траекторий, аналог аффинной плоскости, может иметь ненулевую гауссову кривизну.

Продолжается изучение кривых 4-мерного пространства-времени Галилея. Исследуется зависимость между кривыми 4-мерного пространства Галилея и кривыми 3-мерного евклидова пространства. Получены соотношения между их кривизнами. Рассмотрены вопросы уплощения кривых. Найдены кривые, имеющие постоянные кривизны. Оказалось, что условие пространства всех кривизн кривой 4-мерного пространства Галилея влечет вложимость кривой в 3-мерное подпространство.

Показано, что если к базису {x[1] & x[2], x[1]} добавить, по крайней мере, еще одну булеву функцию, зависящую не более чем от двух переменных, то асимптотическая оценка ненадежности значительно понижается.

Решается задача построения асимптотически оптимальных по надежности схем в базисе. Доказано, что любую булеву функцию f (x[1], x[2],..., x[n]), не равную x[i] (i = 1, 2,..., n) и константам 0 и 1, можно реализовать асимптотически оптимальной по надежности схемой, функционирующей с ненадежностью асимптотически равной [гамма{k}] при [гамма] стремится к 0. Функции x[i], i = 1, 2,..., n, можно реализовать абсолютно надежно, а константы 0 и 1 - схемами сколь угодно высокой надежности.

Системы остаточных классов (СОК) и модулярная арифметика обеспечивают возможность независимой обработки отдельных разрядов чисел и находят свое применение во многих стратегически важных областях науки, таких как криптография, цифровая обработка сигналов, высокоточные вычисления и пр. Известно, что основной проблемой эффективного использования СОК является сложность выполнения немодульных операций, требующих оценки позиционной величины модулярных чисел. Целью данной работы является теоретическое обоснование новой методики выполнения базовых немодульных операций в модулярной арифметике (сравнение, определение знака и контроль переполнения), основанной на вычислении и анализе интервальных позиционных характеристик модулярных чисел. Предлагаемая методика отличается своей простотой и позволяет асимптотически быстро получить достоверную оценку относительной позиционной величины модулярного числа.

Международный стандарт IEC 61499 в области промышленной автоматизации вводит класс систем управления нового поколения, которые характеризуются как разумные реконфигурируемые распределенные компонентно-базированные системы. Стандарт IEC 61499 поддерживает парадигму проектирования на основе функциональных блоков (ФБ). Одной из наиболее важных моделей выполнения ФБ является циклическая модель. Отсутствие точно определенной формальной семантики для циклической модели выполнения может негативно отразиться на качестве проектируемого управляющего программного обеспечения, в частности, это может затруднить проведение верификации и имитационного моделирования систем автоматизации.

Предлагается синтактико-семантическая модель базисных функциональных блоков стандарта IEC 61499. Для определения абстрактного синтаксиса используется теоретико-множественный подход, а для представления операционной семантики - аппарат машин абстрактных состояний.

Разработана постановка задачи, позволяющей формально оценить выполнимость планов мероприятий, реализуемых при управлении промышленным предприятием, построены математические модели и алгоритмы ее решения. Разработанное математическое обеспечение формирует методологическую основу для создания информационной системы, осуществляющей оперативную проверку выполнимости планов мероприятий, и дает возможность повысить эффективность планирования производственного процесса.

Построены итерационные методы решения следующих задач электростатики и электродинамики: 1) распределение заряда на поверхности идеального проводящего тела, находящегося во внешнем поле, 2) вычисление электрической емкости идеально проводящих тел, 3) приближенное решение задачи рассеяния излучений на малых телах произвольной формы. Исследование этих задач основано на общем математическом аппарате - приближенном решении слабосингулярных интегральных уравнений на спектре.

Рассматривается задача построения оптимальных нелинейных фильтров в классе полиномиальных фильтров, характеризуемых многомерными функциональными рядами Вольтерра. На основе использования матричного представления полиномиальных фильтров формулируется задача оптимальной фильтрации, которая сводится к минимизации квадратичной функции на линейном подпространстве при наличии ограничений. Предлагается итерационный метод последовательного приближения, позволяющий осуществить декомпозицию исходной задачи большой размерности на ряд задач меньшей размерности, связанных с нахождением коэффициентов отдельных составляющих полиномиального фильтра. Показана сходимость итерационного процесса к искомому решению задачи нахождения оптимальных коэффициентов полиномиального фильтра.

Рассматривается формализованное представление моделей выполнения функциональных блоков международного стандарта IEC 61499 на основе функций возбуждения функциональных блоков, построенных с использованием предикатов и функций времени выполнения. Предлагается расширенный набор моделей выполнения функциональных блоков, включающий как традиционные модели, так и нетрадиционные. Освещаются вопросы обработки входных событий в моделях выполнения.

Описан подход к исследованию функционирования многопользовательских распределенных измерительно-управляющих систем средствами имитационного моделирования.

Анализируется возможность использования методов глобальной оптимизации на основе неравномерных покрытий допустимого множества для задач автоматизированного проектирования в случае алгоритмически заданной целевой функции. Обоснованный выбор метода половинных делений при оптимальном параметрическом синтезе и предложен алгоритм его распараллеливания.

Рассматривается проекционная методика определения дескрипторов автономных блоков в виде прямоугольных параллелепипедов с магнитными нановключениями и виртуальными каналами Флоке на гранях и построение на их базе математических моделей для устройств сверхвысоких частот и инфракрасного диапазона на основе магнитных наноструктур.

Описываются характеристики однородных и многостадийных расписаний, выделяется группа сильносвязанных расписаний и области их применения. Предлагается оригинальная нотация для генерации и обработки таких типов расписания. Описывается предметная область построения расписаний для компаний, сдающих автомобили в аренду, и на базе этого примера показывается применение основных элементов нотации. Приводятся данные об эффективности использования предложенной нотации, перспективах ее развития.

В работе рассматриваются модели процессов мониторинга распределенного программного проекта, построенные с привлечением алгебры процессов Робина Милнера, более известной как пи-исчисление. Для учета вычислений, возникающих при обработке информации, исходная алгебра расширена арифметикой над полем вещественных чисел.

Рассматривается задача определения характеристик систем массового обслуживания (СМО) GL/GI с бесконечной очередью и потерями. На данный момент не существует точных методов анализа таких систем. В работе на основе двумерной диффузионной аппроксимации фундаментальных процессов поступления и ухода заявок получены аналитические выражения для определения основных характеристик таких СМО на уровне средних значений и дисперсий распределений времен поступления и обслуживания.

В работе предлагается методика проектирования супервизоров для предотвращения запрещенных состояний для неуправляемых и управляемых дискретно-событийных систем. Рассматриваются вопросы поиска и навигации по пространству состояний в прямом и обратном направлениях, вычисления шагов в линейной структуре. Затронуты вопросы реализации систем безопасности. Приводится пример системы двух выталкивателей для демонстрации предложенной методики.

Рассматриваются методы Кронекера-Чебышева и Кронекера-Чебышева-Ахиезера структурно-параметрической идентификации в частотной области при наличии шума. Эти методы основаны на итерационном алгоритме Кронекера построения по исходным данным рациональной интерполяционной функции и применения базисов из многочленов Чебышева и Чебышева-Ахиезера комплексного переменного. Методы по точным данным определяют точную интерполяционную функцию, а при задаваемом допуске позволяют также провести идентификацию при наличии шума. Проводится сравнение различных методов идентификации в частотной области.

Рассматривается задача синтеза асимптотически оптимальных по надежности схем, реализующих булевы функции, при инверсных неисправностях на выходах элементов в некоторых полных неприводимых базисах из двухвходовых функциональных элементов. Доказано, что в рассматриваемых базисах все булевы функции можно реализовать асимптотически оптимальными по надежности схемами, причем почти для всех функций эти схемы функционируют с ненадежностью, асимптотически равной 2? при ? >0 (? - вероятность инверсной неисправности на выходе базисного элемента). Сложность этих схем асимптотически не больше чем в три раза превышает сложность минимальных схем, построенных из абсолютно надежных элементов.

Рассматриваются вопросы асинхронного моделирования NCES-сетей с помощью формализма, основанного на сетях Петри. Приводятся правила трансформации NCES-сетей в асинхронную модель. Предложенный метод демонстрируется на примере. Асинхронное моделирование рассматривается как шаг к формальной верификации NCES-сетей с помощью метода Model Checking.

Рассмотрен подход на основе преобразований графов для синтеза формальных моделей систем функциональных блоков IEC 61499. В качестве модельной формы предлагаются арифметические NCES-сети. Процесс синтеза представляется как поток моделей. С помощью метамоделей описываются языки представления систем функциональных блоков и модульных арифметических NCES-сетей на основе графов. Рассмотрены правила трансформации графов для некоторых этапов синтеза.

В работе рассматривается рефакторинг диаграмм управления выполнением (диаграмм ECC) в рамках графо-трансформационного подхода к проектированию распределенных компонентно-базированных систем управления промышленными процессами на основе нового международного стандарта IEC 61499. Основной целью рефакторинга является избавление диаграммы ECC от условных дуг без событий и потенциально-тупиковых (по условиям) состояний. Приводятся правила преобразования графов для совершения рефакторинга диаграмм ECC. Прототип системы рефакторинга реализован в системе трансформации графов AGG.

Рассматриваются вопросы компьютерного численного моделирования процессов с распределенными параметрами. Работа посвящена вопросам построения безразмерных моделей и компьютерного моделирования процессов с распределенными параметрами. Материалы статьи могут использоваться при подготовке инженеров по различным специальностям.

В работе рассмотрены вопросы использования реверсивных частично маркированных sNCES-сетей (RsNCES-сетей) в синтезе контроллеров безопасности для дискретно-событийных систем. К основным результатам работы относятся: расширенные sNCES-сети, включающие продукционные правила, для моделирования замкнутых систем, методы предотвращения разрешенных шагов в sNCES-сетях на основе конфигураций шагов в RsNCES-сетях с учетом взаимовлияния предотвращения шагов, а также метод построения предотвращающих правил на основе графа достижимости критических маркировок для RsNCES-сети.

Предлагается математическая модель системы принятия решений по управлению качеством образования. Модель разработана на основе метода вербального анализа решений. В статье рассматриваются математические аспекты реализации модели в среде MathCAD.

В данной работе предлагаются методы интерпретации реверсивных частично маркированных безопасных NCES-сетей (RsNCES-сетей), основанные на представлении сетевых моделей в виде булевых функций и их последующей минимизации. Приведен алгоритм построения графа достижимости для RsNCES-сетей.

В данной работе вводится понятие реверсивных частично маркированных sNCES-сетей и определяются правила их функционирования. В основу реверсивных sNCES-сетей положены обычные sNCES-сети, в которых принято так называемое обратное срабатывание перехода и шага в целом. Использование частичного маркирования позволяет сократить число достижимых состояний реверсивных sNCES-сетей.

В статье рассмотрены вопросы, связанные с применением эволюционных методов к задаче оптимизации сложных взаимосвязанных систем фильтрации и управления в условиях неопределенности. Необходимость поддержания работоспособности системы в условиях априорной неопределенности и резких, непредвиденных изменений привела к развитию большого числа разнообразных численных методов, сейчас часто называемых "классическими". Но в то же время стандартные численные методы и методы математического программирования иногда не способны гарантировать хорошие результаты: надежное обнаружение изменений и быстродействующую адаптацию к вновь возникшим условиям при низкой вычислительной стоимости. Эти обстоятельства усиливают интерес к альтернативным решениям, иногда эвристическим, в их числе заимствование механизмов адаптации из природной эволюции. В данной работе рассматривается применение эволюционных методов в качестве альтернативы стандартным численным методам.

В статье предложен алгоритм вычисления операций умножения, деления и сложения для конечных полей Галуа. Алгоритм позволяет упростить вычисления для полей небольшой размерности за счет исключения операции логарифмирования.

Предложена методика расчета параметрической надежности и резервирования персонала горно-металлургических предприятий. Методика позволяет повысить степень надежности персонала в технических системах. Книга предназначена для работников кадровых служб предприятий и специалистов, работающих в области надежности персонала.

В монографии представлены материалы научных исследований и анализ надежности работы, восстанавливаемости и резервирования кадрового персонала предприятий горно-металлургического комплекса. Постановка задачи связана с необходимостью анализа безотказности эргатических комплексов в соответствии с методами оценки надежности машин и оборудования в системе отраслевых, государственных и международных стандартов. Выполнено исследование параметрической надежности персонала предприятий и анализ характеристик индивидуальной и коллективной надежности с учетом восстанавливаемости и резервирования исполнителей. Коллективные показатели дают возможность прогноза количества отказов и реабилитаций в кадровых формированиях нижнего звена — экипаж, звено, бригада, отделение. Индивидуальные показатели в коллективе позволяют определить субординацию исполнителей по величине индексов надежности и восстанавливаемости. Подобные оценки дают основание для формирования персонального резерва, а также могут применяться в условиях ротации сотрудников при производственной необходимости. Практическая апробация полученных результатов предоставляет возможность применения метода, с этой целью разработаны алгоритмы вычислительных процессов, а также обработки данных расчета для составления практических рекомендаций при управлении кадрами.

Эргономика прочно вошла в нашу жизнь и продолжает развиваться. В работе собраны и обобщены современные представления в области эргономики. Рассмотрены психофизиологические особенности человека, основы проектирования рабочей зоны оператора, математические методы моделирования деятельности человека, вопросы надежности персонала, применения САПР на примере модуля Human Builder.

В работе построена модель, а также исследовано влияние основных параметров процесса на эти распределения температур.

Рассматриваются вопросы, связанные с решением традиционной проблемы химической кинетики - определением кинетических параметров по экспериментальным данным.

Задача геометрического покрытия является частным случаем задачи оптимального проектирования и принадлежит к классу задач «раскроя и упаковки». Требуется расположить некоторые геометрические объекты на покрываемой поверхности таким образом, чтобы вся поверхность была покрыта целиком с наименьшей площадью перекрытий и промахов объектов, а также использовать наименьшее количество объектов. Описана программа, которая помогает решать задачи в системах охранной сигнализации, агротехнических системах полива. Реализованы первый подходящий, вероятностный, экстремальный и муравьиный алгоритмы

Эмпирические формулы упрощают определение цетанового числа для различных дизельных топлив.

Коалесцирующие фильтры отделяют небольшие капельки жидкости от потока газа или другой жидкой фазы. Моделирование дает оптимальный ответ.

О сейсмическом датчике, который за счет некоторых простых математических преобразований можно перемещать по кругу и устанавливать с использованием другого метода для получения интересующих результатов.

Использование динамического моделирования основных принципов действия технологических установок для проверки новых схем управления перед внедрением их в конкретном промышленном объекте.