№ 117 (2025)
Системный анализ
Авторефлексия и научение
Аннотация
Авторефлексией называется отражение субъектом в своем сознании и анализ собственных представлений о реальности, принципах и технологиях своей деятельности, соответствии ее результатов поставленным целям, способов повышения эффективности собственной деятельности. В статье рассмотрен ряд моделей авторефлексии, описываемых в терминах процессов научения, в рамках которых показано, что при неубывающей кривой научения, зависящей от суммарного времени, на него затраченного, оптимальной стратегией является максимизация первоначального периода обучения. То есть если условия получения и освоения опыта не изменяются (в процессе деятельности субъект не получает качественно новой информации), то авторефлексия не имеет смысла. Авторефлексия оправдана, если, например, в процессе продуктивной деятельности увеличивается индивидуальная скорость научения. Предложены иерархические модели научения, в которых достигнутые значения критерия научения определяет скорость научения на более высоком уровне иерархии, что также может рассматриваться как эффект присутствия авторефлексии.
Управление большими системами. 2025;(117):7-18
7-18
Модель представления убеждений и аттитюдов субъекта с использованием когнитивных карт
Аннотация
Основу исследования составляет анализ дискурса, являющегося распространенным средством социально-политической коммуникации. Особое значение такой анализ приобретает в управлении в социально-политических ситуациях в области международных отношений, где без понимания механизмов интерпретации действий и текстов невозможно адекватно анализировать конфликтные ситуации, переговоры, функционирование политических сетей и идеологических систем. В контексте задач управления социально-политической коммуникацией с использованием методов представления и обработки знаний предложена модель представления убеждений и аттитюдов субъекта. Основу модели составляет когнитивная карта причинно-следственных отношений между факторами (концептами), значимыми в картине мира субъекта, которая вербализует его структуру убеждений по некоторой ситуации. Отличительной особенностью модели является включение в нее валентности – параметра для учета эмоционально окрашенных оценок субъекта (аттитюдов) по оцениваемой ситуации. Данная модель предназначена для решения задач экспликации и анализа устойчивости и согласованности структуры убеждений и аттитюдов (установок) субъекта по оцениваемой ситуации, анализа динамики ее изменения посредством структурного анализа. Для реализации структурного анализа предложена система критериев эмоциональной согласованности и ряд структурных показателей для оценки значимости и эмоциональной согласованности выводимых из модели последовательностей утверждений, определяющих предпочтения субъекта при принятии решений в ситуации. В заключении приведены обобщающие выводы и обозначено дальнейшее направление экспериментальных исследований.
Управление большими системами. 2025;(117):19-51
19-51
Исследование переходного режима работы трехфазной системы массового обслуживания с общим буфером
Аннотация
Исследованы нестационарные характеристики производительности трехфазной системы массового обслуживания с пуассоновским входным потоком, экспоненциально распределенным временем обслуживания на всех фазах и ограничением на суммарный размер общего буфера. Записана система дифференциальных уравнений Колмогорова с использованием специально введенных функций, учитывающих закономерности функционирования системы. Для решения системы уравнений использован метод матрицы преобразования вероятностей. Получены выражения для нахождения вероятности потерь и производительности системы. В качестве примера рассмотрена система с размером буфера, равного трем. Исследована длительность переходного режима в зависимости от соотношений интенсивностей обслуживания на отдельных фазах обслуживания. Сделан вывод, что наибольшее влияние на длительность переходного режима оказывают интенсивности обслуживания на первой и второй фазах. Проанализированы зависимости максимальных значений нестационарной вероятности потерь и соответствующих стационарных вероятностей для различных значений интенсивностей обслуживания. Анализ характеристик производительности системы проведен для параметров, соответствующих современным оптическим сетям. Полученные выводы представляют интерес для проектирования высокопроизводительных вычислительных систем.
Управление большими системами. 2025;(117):52-73
52-73
Нечёткая оптимизация управления парком воздушных судов с учётом трансферных пассажиропотоков
Аннотация
Решён вариант задачи совместной оптимизации структуры и численности парка воздушных судов (ВС) и распределения ВС по авиалиниям для авиакомпании, планирующей выполнение массовых трансферных перевозок пассажиров на базе узлового аэропорта. Предполагается, что задача решается авиакомпанией на этапе, предшествующем выполнению перевозок, когда спрос на перевозки может быть известен лишь приближённо. В этом случае прогнозные уровни спроса определяются путём экспертных оценок и должны рассматриваться в качестве нечётких чисел. Совместная оптимизация по критерию экономической эффективности сформулирована как целочисленная задача математического программирования с нечётким критерием и чёткими ограничениями. С использованием приёма дефаззификации нечёткая задача сведена к обычной задаче математического программирования, решаемой за приемлемое время с помощью доступного программного обеспечения. На базе программного пакета IBM ILOG OPL получено решение серии модельных примеров задачи с уровнями спроса, заданными в нечёткой и «чёткой» форме. Выполненное сравнение выявило существенные различия наиболее значимых результатов решения оптимизационной задачи при нечётких и «чётких» исходных данных. Попытка заменить решение, полученное с учётом нечёткости прогноза пассажиропотока, «чётким» решением приводит к существенному ухудшение целевой функции. Всё это свидетельствует о целесообразности учёта нечёткой неопределённости исходных данных. Предложенная нечёткая модель может быть использована для повышения эффективности принимаемых решений на этапе проектирования таких перспективных авиатранспортных систем, как системы трансферных авиаперевозок на базе узловых аэропортов.
Управление большими системами. 2025;(117):74-102
74-102
Планирование эксперимента для анализа чувствительности по факторам математических моделей различных классов
Аннотация
Статья посвящена планированию эксперимента для проведения анализа чувствительности математических моделей, используемых в прогнозировании и управлении сложными системами. Основное внимание уделяется случаям, когда факторы распределены в пространстве неравномерно, что характерно для задач с нелинейными зависимостями, локальными особенностями и высокой вычислительной сложностью. В таких ситуациях оправданным является использование математического ремоделирования, когда модели, имеющие сложную структуру, заменяются (ремоделируются) объектами некоторого выбранного ремоделирующего класса, имеющими заданную структуру, что позволяет унифицировать исследование систем. Цель работы - разработка и сравнение стратегий планирования эксперимента, направленных на повышение эффективности анализа чувствительности. Рассматриваются методы, адаптированные к неравномерному распределению данных. В основе исследования чувствительности - метод анализа конечных изменений, построенный на применении теоремы Лагранжа о промежуточной точке. Численные эксперименты на тестовой функции и ее нейросетевой аппроксимации подтвердили, что предложенные алгоритмы (центральный композиционный план и адаптивный алгоритм на основе латинского гиперкуба) позволяют с высокой точностью идентифицировать значимые факторы. Указанные алгоритмы согласуются с классическими методами (индексы Соболя, метод Морриса) и существенно сокращают вычислительные затраты. Показано, что подход с ремоделированием уточняет оценки чувствительности и обеспечивает унификацию процедуры анализа для моделей сложной структуры.
Управление большими системами. 2025;(117):103-118
103-118
Математическая теория управления
Метод ветвей и границ для решения задачи минимизации платы за внешние ресурсы
Аннотация
Рассматривается задача построения расписания работ, выполняемых на одном приборе. Заданы отношения предшествования между работами, а также подмножества работ, требующих дополнительные внешние ресурсы, за аренду которых взимается плата. Для каждого внешнего ресурса однозначно определены крайние (первая и последняя) работы, выполняемые с использованием этого ресурса. Необходимо упорядочить работы, не нарушив отношения предшествования и минимизируя суммарные арендные выплаты. Доказана теорема об NP-трудности данной задачи в сильном смысле даже при условии одинаковой продолжительности всех работ и одинаковых цен на все внешние ресурсы. На основе свойств целевой функции для решения поставленной задачи предлагаются нижние оценки и метод ветвей и границ, в котором перебор ведется по допустимым перестановкам крайних работ, использующих внешние ресурсы. Проведенный вычислительный эксперимент показал эффективность предлагаемых нижних оценок целевой функции, позволяющих отсекать бесперспективные ветви в дереве поиска. Определен тип входных данных задачи, для которого разработанный метод работает лучше других известных вариантов точных методов, в которых перебор происходит на множестве всех работ. В частности, на задачах большой размерности при количестве внешних ресурсов меньше 20 данный метод оказывается эффективнее решателя CP Optimizer на базе программирования в ограничениях.
Управление большими системами. 2025;(117):119-140
119-140
Расчёт и определение области устойчивости образовательного антропоморфного робота
Аннотация
Рассматривается разработка и исследование образовательного антропоморфного робота комплекта «СТЕМ Академия». Для анализа кинематических характеристик использована методика Денавита – Хартенберга. Для расчета действующих на робота внешних сил была составлена динамическая модель, учитывающая действующие на приводы силы тяжести на основе метода Ньютона – Эйлера. Построена модель зависимости точки нулевого момента от углов поворота сервоприводов с учетом положения центра масс каждого звена. Проведено экспериментальное определение точки нулевого момента с использованием датчиков деформации, результаты которого были сравнены с теоретическими данными. Введен новый термин «область гарантированной статической устойчивости» (ОГСУ), являющийся подмножеством понятия «области устойчивости» и дополняющийся учетом технологических факторов. Проведен экспериментальный анализ ОГСУ, который показал, что ОГСУ не соответствует размерам области устойчивости, описываемым физическим контуром стопы. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов показало, что рассчитанную математическую модель возможно интегрировать в систему управления антропоморфным роботом, а также в симулятор программирования движений для оценки статической устойчивости. Полученные результаты позволяют предсказывать устойчивость целевого положения в статике и могут служить основой для дальнейших исследований алгоритмов динамической стабилизации.
Управление большими системами. 2025;(117):141-170
141-170
Анализ и синтез систем управления
Анализ разделимости движений управлением для двух идентичных маятников
Аннотация
Исследуется возможность разделения движений двух идентичных управляемых маятников по их энергии при помощи одного скалярного воздействия, генерируемого механизмом обратной связи. Такая задача может возникнуть при неполноприводном (underactuated) управлении колебательными механическими системами, при избирательном (селективном) управлении системами отдельных молекул и т.п. Исследован типовой случай, когда разделение требуется произвести по уровню энергий подсистем. Для решения задачи предложено синтезировать управление с обратной связью. Алгоритм управления строится на основе метода скоростного градиента, модифицированного для решения задач с фазовыми ограничениями. Для синтеза управления с ограничениями используется идея метода штрафных функций. Для задачи управления идентичными несвязанными маятниками при помощи одного управления компьютерным моделированием показано, что даже небольшая разница в начальных состояниях маятников позволяет реализовать требуемое разделение, причем результат слабо зависит от существенных изменений параметров объекта и от наличия возмущений. Показано также, что результат слабо зависит от параметров регулятора (коэффициента усиления gamma) и от силы штрафа alpha. Результаты моделирования подтверждают достаточно высокую скорость сходимости алгоритма.
Управление большими системами. 2025;(117):171-187
171-187
Синтез стабилизирующих законов управления по измеряемому выходу при выполнимости условия кимуры
Аннотация
Многие задачи управления, такие, например, как поиск стабилизирующих законов управления по измеряемому выходу, выражаются в виде билинейных матричных неравенств. Решение таких неравенств на основе итерационных алгоритмов сопровождается немалыми временными затратами, особенно в случае большеразмерных систем. Если при данных начальных значениях решение не найдено, то повторение вычислений с иными начальными значениями не гарантирует успеха. Причина кроется в невыпуклости множеств допустимых значений билинейных матричных неравенств. В статье исследована возможность сведения билинейных матричных неравенств к линейным матричным неравенствам путем замены произвольной матрицы функции Ляпунова блочно-диагональной. Достаточное условие для такой замены – выполнение условия Кимуры. Доказано, что необходимые условия разрешимости линейного матричного неравенства удовлетворяются с помощью двух обратимых линейных преобразований базиса системы. Для исследования разрешимости задачи синтеза в рамках линейных матричных неравенств проводились вычислительные эксперименты, в которых случайным образом генерировались 1000 линейных систем. На основании результатов вычислительных экспериментов высказана гипотеза, согласно которой, условие Кимуры является достаточным условием сведения билинейных матричных неравенств к линейным матричным неравенствам с непустыми множествами допустимых значений.
Управление большими системами. 2025;(117):188-199
188-199
Информационные технологии в управлении
Оптимизационный подход к решению pnp-задачи на основе параметризации вектором родрига
Аннотация
Рассматривается задача позиционирования подвижного объекта на основе изображений, получаемых с камеры. В ряде случаев данная задача может быть сведена к известной проблеме PnP (perspective-n-point), для решения которой в настоящей работе предлагается использовать оптимизационный алгоритм. В качестве функционала для минимизации рассматривается ошибка репроекции, использующая параметризацию матрицы поворота вектором Родрига. Предлагается подход с заменой переменных, для которого выводятся аналитические частные производные. Особенностью задачи позиционирования подвижного объекта можно считать то, что новое решение в большинстве случаях находится в окрестности предыдущего. Благодаря этому обходится основной недостаток оптимизационного подхода – необходимость вычислять начальное приближение. Также это позволяет обходить проблему с вектором Родрига, который неограниченно возрастает при приближении угла поворота к 180 градусам. Для решения оптимизационной задачи был использован численный алгоритм BFGS. Предложена эвристика для выбора начального приближения обратного гессиана и первого шага одномерного поиска, ускоряющая сходимость алгоритма. На синтетических данных проведено сравнение предложенного подхода с известными реализациями из библиотеки OpenCV. Эксперимент показал, что рассматриваемый подход обладает высокой скоростью вычисления, при этом не уступая по точности другим решениям.
Управление большими системами. 2025;(117):200-219
200-219
Идентификация rfid-меток с сенсорного поля с использованием бпла
Аннотация
Технология RFID (Radio Frequency Identification) находит широкое применение в научных и инженерных задачах, включая взаимодействие с беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) для идентификации объектов в труднодоступных зонах. Одними из ключевых характеристик таких систем являются вероятность успешного считывания метки и время, затраченное на считывание, которые могут быть количественно описаны с помощью моделей полумарковских процессов. В данной работе рассматриваются два принципиально различных сценария. В первом случае предполагается разреженное размещение меток, исключающее коллизии. Для него предложена аналитическая модель взаимодействия считывателя и метки. Во втором случае метки размещены плотно, что приводит к коллизиям; для оценки параметров работы системы в таких условиях разработана дискретно-событийная имитационная модель. В модели учитываются особенности протокола EPC Gen2, параметры радиоканала, геометрия размещения меток и стратегия чтения данных. Проведено сравнение аналитических и имитационных результатов, а также исследовано влияние плотности меток, объёма данных и высоты полёта на характеристики чтения.
Управление большими системами. 2025;(117):220-245
220-245
Применение llm-моделей на одноплатных компьютерах для реализации автономного полёта бпла
Аннотация
Рассматривается применение больших языковых моделей (LLM) для управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) с помощью естественно-языковых команд. Исследование направлено на решение ключевой проблемы – несоответствия между высокими вычислительными требованиями LLM и ограниченными ресурсами бортовых компьютеров. Основное внимание уделено оптимизации LLM для работы на энергоэффективных одноплатных компьютерах с нейропроцессорами, таких как OrangePi 5B на базе Rockchip RK3588S. В работе представлены результаты тестирования квантованных моделей Qwen2.5-Coder, демонстрирующих сохранение качества генерации кода при скорости обработки до 17,8 токенов/с. Разработан специализированный тест (бенчмарк) для оценки эффективности интеграции LLM в архитектуру автономного управления БПЛА и корректности генерации кода, включающий 125 сценариев. Результаты подтверждают возможность практического применения LLM в автономных системах управления дронами, хотя и выявляют типичные ошибки, связанные с обработкой данных датчиков и системами координат. Работа предлагает перспективное направление для развития интеллектуальных систем управления БПЛА с естественно-языковым интерфейсом (NLP). В рамках исследования были реализованы как научная – создание специализированного теста, так и технологическая новизна – проведение анализа производительности на одноплатных компьютерах, направленные на интеграцию LLM в архитектуру автономного управления БПЛА.
Управление большими системами. 2025;(117):246-264
246-264
Сетевые модели в управлении
Модель кодирования временных интервалов активными агентами
Аннотация
Интервальное кодирование времени – способность воспринимать и оценивать длительность в диапазоне от секунд до минут – представляет собой один из ключевых когнитивных процессов, лежащих в основе адаптивного поведения живых организмов. Эта способность позволяет извлекать временные закономерности из окружающей среды, оптимизировать стратегии добычи ресурсов, координировать коммуникацию и формировать прогнозы о будущих событиях. В работе описана модель активного агента с внутренней структурой, представленной ансамблем, способным генерировать ритмическую активность в заданных временных интервалах. Ансамбль состоит из трёх узлов: полуцентрового осциллятора (два узла, возбуждающих друг друга в противофазе) и узла-триггера с памятью. Полуцентровый осциллятор возбуждает триггер, который накапливает возбуждение в памяти. При достижении возбуждением порогового значения триггер срабатывает и, тем самым, передаёт сигнал агенту. Частота активации триггера зависит от его параметров: весов рецепторов, коэффициента дисконтирования, порогового значения. Предложенная модель временного кодирования такими агентами демонстрирует свойства, характерные для биологических систем: соответствие закону Вебера (прямая зависимость дисперсии оценки от длительности сигнала), затухание памяти при отсутствии стимула, возврат к гомеостатическим параметрам, смещение оценок к средним значениям. Исследования в области биологически инспирированного кодирования интервалов не только углубляют понимание восприятия, оценки и прогнозирования времени, но и стимулируют разработку адаптивных систем ИИ, робототехники и интерфейсов «человек – машина».
Управление большими системами. 2025;(117):265-285
265-285
Управление в социально-экономических системах
Механизмы устойчивого развития железнодорожного транспорта путём капитального ремонта тепловозов
Аннотация
Разработан организационный механизм планирования и стимулирования устойчивого развития организационной системы. Найдены достаточные условия оптимальности этого механизма. На основе полученных результатов рассмотрена проблема устойчивого развития железнодорожного транспорта путем капитального ремонта тепловозов. Разработан организационный механизм снижения выбросов вредных веществ тепловозом в результате капитального ремонта. Этот механизм включает алгоритм нормирования и категорирования показателей выбросов основных вредных веществ, алгоритм свертки категорий показателей выбросов и формирования категории экологичности тепловоза, а также процедуру стимулирования за капитальный ремонт тепловоза. Нормативы выбросов вредных веществ формируются на основе отечественных стандартов, а также национальных и региональных требований за рубежом. При этом категория выбросов вредных веществ определенного типа признается удовлетворительной, если показатель этих выбросов не превышает нормы, указанной в соответствующем отечественном экологическом стандарте, хорошей – если этот показатель также соответствует требованиям национальных или региональных экологических стандартов стран передового тепловозостроения, и отличной – если этот показатель соответствует лучшим мировым стандартам. Алгоритм свертки этих категорий определяет комплексную оценку экологичности тепловоза после капитального ремонта. В зависимости от этой оценки осуществляется стимулирование заинтересованных лиц. Приведены примеры расчетов категорий экологичности отечественных и зарубежных тепловозов. Разработанные нормативы показателей выбросов основных вредных веществ могут использоваться в качестве ориентиров при капитальном ремонте тепловозов. Полученные результаты использованы при разработке концепции требований к тепловозам ОАО «РЖД» в области охраны окружающей среды.
Управление большими системами. 2025;(117):286-319
286-319
Управление подвижными объектами и навигация
Тенденции развития инерциальных навигационных систем беспилотных летательных аппаратов по результатам патентных исследований
Аннотация
Проведен комплексный анализ современных тенденций развития инерциальных навигационных систем для беспилотных летательных аппаратов, выполненный на основе обширного патентного исследования, базирующегося на анализе большого количества патентов, охватывающих период с 2003 по 2024 год, что позволяет получить достоверную картину технического прогресса в данной области. Основное внимание в работе уделяется четырём ключевым направлениям совершенствования инерциальных навигационных систем: повышению точности определения координат, увеличению надёжности и стойкости к внешним воздействиям, уменьшению массогабаритных характеристик и снижению стоимости, а также расширению функциональных возможностей систем. Особое место в исследовании занимает анализ развития автономности и помехозащищённости как приоритетных направлений модернизации. В ходе проведения исследования проведён детальный анализ элементной базы зарубежных инерциальных навигационных систем тактического класса, выявлены основные технические характеристики современных систем. На основе патентного анализа определены ведущие разработчики в данной сфере и составлена картина географического распределения инновационных разработок. Методологической основой исследования послужил комплексный подход, включающий патентный анализ, сравнительную оценку технических характеристик и выявление тенденций развития инерциальных навигационных систем. Результаты проведённого исследования позволяют не только оценить текущее состояние технологий, но и сформировать прогнозы дальнейшего развития автономных навигационных систем для беспилотной авиации.
Управление большими системами. 2025;(117):320-334
320-334
Проверка характеристик астроинерциальной навигационной системы на морском объекте в режиме непрерывного астроинерциального исчисления
Аннотация
Работа посвящена исследованию функционирования астроинерциальной навигационной системы проекционного типа в режиме определения местоположения морского объекта по наблюдению небесных светил. Показаны преимущества астрономических систем инерциальной навигации для морских и авиационных объектов. Рассмотрены этапы развития астрономических средств навигации. Описаны принципы построения астронавигационных систем проекционного типа, рассмотрены конструктивные особенности системы. Построена математическая модель ошибок астроинерциальной системы проекционного типа. По результатам рассмотрения построенной математической модели проведено ранжирование ошибок астросистемы по степени влияния на ее выходные параметры. Рассмотрена методика алгоритмического сопряжения базисов звездного датчика и инерциального блока на основе использования метода градиентного спуска с постоянным шагом. Указаны условия проведения эксперимента. Приведена схема геодезической привязки астросистемы относительно корабельной системы координат. Выполнена качественная экспериментальная оценка погрешности определения местоположения судна экспериментальным образцом астроинерциальной системы проекционного типа. Сделан вывод о возможности применения АИНС для решения задач морской навигации. Сделан вывод о необходимости применения методики алгоритмического сопряжения базисов звездного датчика и инерциального блока как составной части технологии разработки и производства астроинерциальных систем.
Управление большими системами. 2025;(117):335-350
335-350
Программы и системы моделирования объектов, средств и систем управления
Программа для проверки соответствия противопожарных разрывов нормативно-техническим требованиям на генеральном плане нефтегазохимических комплексов
Аннотация
Генеральный план предприятия является инструментом эффективного использования территории, который обеспечивает размещение объектов с учетом технологических связей и функционального зонирования, что позволяет повысить производительность завода и снизить логистические расходы. Автоматизация генерального плана может способствовать улучшению качества проектирования, как за счет исключения ошибок, связанных с человеческим фактором, так и за счет перебора большего количества вариантов для нахождения оптимального решения. Программный комплекс позволит мгновенно генерировать новые схемы расположения объектов в зависимости от изменения текущих условий, предлагая несколько вариантов для выбора. Для автоматизированного размещения объектов на генеральном плане необходимо учитывать множество факторов. Программа, среди прочего, должна выполнять следующие функции: определять фактические минимальные расстояния между объектами, содержать данные о нормативных противопожарных расстояниях, сравнивать фактические минимальные расстояния с нормативными, выявлять случаи несоблюдения требований нормативно-технической документации и формировать отчет о фактических и нормативных расстояниях. Для реализации этих задач была разработана специализированная программа для проверки соответствия противопожарных расстояний нормативно-техническим требованиям на генеральном плане. Модуль является первым этапом для автоматизации проектирования генплана.
Управление большими системами. 2025;(117):351-363
351-363