Успехи кибернетики

Подсистема визуализации и настройки интеграционных компонентов для АСУ ТП: архитектурные решения и прототип

Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

в статье представлены результаты разработки подсистемы визуализации и настройки интеграционных компонентов для автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Проведен сравнительный анализ архитектурных подходов к построению настольных приложений: слоистой архитектуры, чистой и гексагональной архитектур, модульного монолита и плагинно-ориентированной архитектуры. Обоснован выбор модульного монолита как оптимального решения для данного класса задач. Описан разработанный прототип – «Конфигуратор интеграционных компонентов», реализующий визуальное проектирование конфигураций интеграционных компонентов с поддержкой семи типов компонентов, трех протоколов взаимодействия и нескольких форматов экспорта. Рассмотрены вопросы хранения данных в PostgreSQL, организации API на базе FastAPI и обеспечения межкомпонентной интеграции.

Параметрическая по расходу закачки физически информированная нейронная сеть для моделирования одномерной нестационарной задачи двухфазной фильтрации с учетом капиллярного давления

В. А. Галкин, А. В. Гореликов, М. А. Гореликов — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

разработана параметрическая по расходу закачки физически информированная нейронная сеть для моделирования двухфазной фильтрации. Обучение основано на уравнении переноса насыщенности, начальных и граничных условиях и интегральном водном балансе без подгонки к наблюдаемым кривым. Для проверки применялись данные, полученные гидродинамическим симулятором tNavigator, и результаты расчетов независимо разработанного конечнообъемного кода. Сопоставлены шесть интегральных характеристик в трех режимах закачки. Максимальная среднеквадратическая ошибка нейронной сети относительно данных tNavigator, нормированная на размах эталонного ряда, составила 1,5 %. На промежуточном расходе получено согласование интегральных характеристик вытеснения, рассчитанных нейронной сетью, с данными симулятора tNavigator без дообучения.

Логические основания нейронных сетей как категорных склеек, аксиоматика, дуальности и приложения

Г. К. Толоконников — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

в работе предложена формальная аксиоматическая теория первого порядка в рамках классической логики для нейронных сетей произвольной топологии, которая является частным случаем аксиоматики развиваемых автором категорных систем, обобщающих и формализующих теорию функциональных систем П.К. Анохина, открытую им в 1930-х годах и, по признанию Н. Винера, встречавшегося с П.К. Анохиным в Москве в 1961 году, содержащую все основные положения кибернетики (обратную связь и т.д.). В склейках открыты и излагаются в работе три вида дуальности, для каждого из них доказаны принципы двойственности, которые нашли применения для обоснования и обобщения на произвольные нейросети известных формул С. Осовского в методе обратного распространения ошибки. Каждая наука развивается и приобретает законченный вид при открытии своих постулатов и аксиом. Предлагаемая аксиоматика для теории нейронных сетей отвечает этому важному этапу развития науки о нейронных сетях, а с учетом системных основ, на которых построена аксиоматика, является важным этапом для формализации основ кибернетики и тех разделов искусственного интеллекта, которые опираются на теорию нейронных сетей.

Новый подход к расчету сечения радужного рассеяния атомов и ионов

В. П. Кощеев, Ю. Н. Штанов — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

дифференциальное сечение радужного рассеяния атомов и ионов вычислено в первом порядке теории возмущений с учетом усреднения по коллективным колебаниям атомных электронов и ядер. Показано, что дифференциальное сечение радужного рассеяния атома на атоме равно нулю при нулевом угле вылета, а при рассеянии иона на атоме не равно нулю. Показано, что при нулевом угле вылета должен наблюдаться дискретный спектр значений сечения радужного рассеяния, пропорциональный квадрату степени ионизации иона.

Гибридный подход к сжатию данных ультразвуковой многоканальной решетки на основе динамически изменяемой разрядности и пирамидальных методов

А. Ю. Бабкин, А. И. Солдатов — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

в статье рассматривается проблема избыточности и объемности данных, формируемых многоканальной ультразвуковой решеткой при диагностических исследованиях. Обоснована необходимость создания гибридного метода сжатия, сочетающего в себе элементы структурной компрессии (пирамидальные методы) и алгоритмического кодирования (включая подходы, заимствованные из MP4). В работе описаны особенности формата данных типа A-скан, рассмотрены параметры, влияющие на объем, и предложен концептуальный подход к построению математической модели сжатия с динамически адаптируемой разрядностью. Статья имеет постановочный характер и ориентирована на исследование потенциальных направлений разработки эффективных алгоритмов сжатия без описания конкретных экспериментов.

Информационная система диагностики процессов разработки программного обеспечения на основе метрик DORA и SPACE с архитектурной сегрегацией видимости данных

С. Н. Яцук, С. Г. Еловой — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

рассмотрена задача автоматизированной диагностики процессов разработки программного обеспечения на основе данных систем контроля версий. Показано, что существующие инструменты инженерной аналитики преимущественно реализуют сценарий управленческого контроля производительности сотрудников, что в силу закона Гудхарта приводит к деградации собираемых показателей и сопротивлению команд. Предложена архитектура информационной системы, в которой защита приватности участников и противодействие закону Гудхарта являются не дополнительной функцией, а условием реализации программного интерфейса: ролевая сегрегация видимости данных реализована на уровне REST API по принципу защиты в глубину и возвращает отказ доступа на уровне сервиса, а не маскирует данные в пользовательском интерфейсе. В качестве методологической основы использованы исследовательская модель DORA в актуальной пятиметричной редакции и фреймворк SPACE как принцип многомерности диагностики. Описаны состав измеряемых метрик и алгоритмы их расчета на основе инкрементально собираемых данных GitLab: время прохождения изменений, частота развертываний, доля неудачных изменений, декомпозированное время жизни запроса на слияние, распределение размеров запросов на слияние и показатель устойчивости команды Bus Factor по модулям кодовой базы. Реализован минимально жизнеспособный продукт системы с тремя ролевыми дашбордами, парной визуализацией показателей скорости и качества, прозрачностью алгоритмов расчета, экспортом отчетов и развертыванием средствами docker-compose, пригодным для сценариев локализации обрабатываемых данных. Результаты применимы для диагностики процессов разработки в командах, использующих GitLab.

Проблема реальности динамического хаоса в биомеханике

В. В. Полухин, М. А. Попова, С. А. Третьяков, М. А. Филатов — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

в конце 20-го века нобелевский лауреат I. R. Prigogine выпустил свою последнюю монографию (создавалась 20 лет), в которой он доказывал невозможность использования теории динамических систем (и всего детерминизма) в изучении биосистем. При этом I. R. Prigogine (как и M. Gell-Mann, и R. Penrose) допускал реальность динамического хаоса Лоренца в описании биологических систем. Все эти нобелевские лауреаты верили в реальность динамического хаоса при описании биосистем, и это было большой ошибкой. Настоящее исследование доказывает отсутствие такого хаоса в организации движений. Рассматриваются основные критерии хаоса Лоренца и показывается их невыполнение в организации постурального движения (непроизвольные движения человека). Одновременно доказывается гипотеза Бернштейна о повторении без повторений в биомеханике. Именно Бернштейн первый открыл дискуссию в 1947 году о проблеме неповторимости в организации любых движений, но его игнорировали более 50-ти лет.

Параллельный алгоритм численного моделирования деформационных процессов в зонах подготовки землетрясений

М. И. Гапеев — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

разработан параллельный алгоритм моделирования предсейсмических деформаций земной коры. Алгоритм основан на численной схеме решения статической задачи теории упругости методом конечных элементов. Программная реализация опирается на технологию Message Passing Interface, разбиение исходной области моделирования на «поддомены» и решение распределенной системы линейных алгебраических уравнений. Регрессионный анализ сложности алгоритма показал, что она близка по времени к линейной и составляет O(N1.17), сложность по памяти в диапазоне сеток с количеством элементов от ≃ 105 до ≃ 108 практически строго линейна — O(N0.985). Статистический анализ эффективности показал, что наиболее оптимально использование от 6 до 8 вычислительных потоков. Время вычисления при этом составляет около 5 минут, а ускорение — примерно 2.9 на сетке с количеством элементов 18 · 107. Эффективность монотонно убывает и после 9 потоков составляет менее 0.3. Стоимость демонстрирует практически линейный рост. Алгоритм не является стоимостно-оптимальным в рассмотренном диапазоне размеров сеток и потоков.

Численное моделирование стационарного термокапиллярного течения в плоском канале в линейном приближении

К. В. Губарева, Е. Ю. Просвиряков — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

работа посвящена численному исследованию стационарного термокапиллярного течения вязкой несжимаемой жидкости в плоском канале с неподвижной твердой нижней границей и свободной поверхностью. Рассматривается режим ползущего течения. Единственной движущей силой является поверхностное натяжение, зависящее от температуры. Для описания течения применяется квазиодномерное разложение полей скорости, температуры и давления по поперечной координате, сохраняющее квадратичные по продольной переменной члены. Краевая задача для системы обыкновенных дифференциальных уравнений решается методом коллокации четвертого порядка, реализованным в среде MATLAB с помощью решателя bvp4c. Вычислительный алгоритм используется для пяти значений числа Марангони. Получены профили вертикальной и горизонтальной компонент скорости, а также модовых температуры и давления. Построены двумерные распределения функции тока, давления и температуры. Показано, что в рассмотренном диапазоне параметров формируются два встречных потока, разделенных уровнем нулевой горизонтальной скорости. Определены положения соответствующих нулей. Анализ невязки исходных уравнений подтверждает высокую точность численного решения. Исследована зависимость структуры течения от управляющего параметра. Результаты могут быть использованы для верификации численных методов при решении задач термокапиллярной конвекции.

Моделирование виртуальной IoT-системы удаленного мониторинга, а также управления двигателем на основе температурного гистерезиса и в ручном режиме

Э. М. Исмайлов, Т. В. Гавриленко, О. Ю. Семенов — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

в статье приведены результаты виртуального эксперимента, выполненного с использованием программных продуктов учебной версии nanoCAD, Tinkercad. Экспериментальным методом выявлены сильные и слабые стороны актуальных систем управления электроприводом на примере системы вентиляции. Протестированы упрощенные виртуальные модели прямого пуска системы вентиляции, дистанционного пуска системы вентиляции через контроллер, а также дистанционного пуска и запуска по сигналу от датчика температуры (IoT-система). Основная задача проведенного исследования заключалась в анализе эволюции архитектур систем управления от релейно- контакторных схем прямого пуска до передовых программно-аппаратных комплексов с возможностью хранения информации в облачных хранилищах. Исследования в данном направлении актуальны, поскольку часть работы проводилась на виртуальном стенде IoT-системы. Она служит основой для создания цифрового двойника технологических объектов, выступающего фундаментом для анализирующей АIoT-системы (Artificial Internet of Things — искусственный интеллект вещей). В работе акцентируется внимание на логике взаимодействия элементной базы проекта с использованием современных средств разработки и симуляции.

Алгоритм обратимого сжатия серий медицинских изображений с выборочным устранением межкадровой избыточности

Д. В. Краюшкин — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

рост числа и разрешающей способности исследований компьютерной томографии увеличивает нагрузку на цифровые архивы медицинских организаций, тогда как обратимое сжатие остается обязательным условием. Схемы обратимого сжатия, допущенные стандартом обмена медицинскими изображениями, являются внутрикадровыми и не используют корреляцию соседних срезов, а известные межкадровые методы принимают решение о способе предсказания для кадра целиком, без учета того, как внутри кадра распределены однородные и контурные области. В работе предложен алгоритм обратимого кодирования серий медицинских изображений, расширяющий стандарт JPEG-LS этапом выборочной межкадровой декорреляции ошибок предсказания. Кадр разбивается на неперекрывающиеся блоки размером восемь на восемь пикселей; блоки, содержащие анатомические границы, выделяются детектором Кэнни, и для каждого из них в опорном (предыдущем) кадре осуществляется поиск пространственно-согласованного блока по критерию нормированной взаимной корреляции. Для таких блоков кодируется разность ошибок предсказания текущего и опорного (предыдущего) блоков, что снижает дисперсию кодируемой величины на входе энтропийного кодера. Экспериментальная проверка на восемнадцати сериях компьютерной томографии общим объемом 6213 кадров дала средний прирост коэффициента сжатия 18,44 % и 22,81 % по сравнению с JPEG-LS и JPEG2000.

Интерполяция нормали пространственной кривой

А. Л. Леготин, Г. К. Виноградов — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

ставится задача интерполяции нормали вдоль ребра криволинейного треугольника, обсуждаются проблемы интерполяции нормалей. Решена интерполяция нормали пространственной кривой.

Прогнозирование загрузки вычислительного кластера методами анализа временных рядов

Д. А. Михалевич — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

управление ресурсами вычислительного кластера требует прогноза будущей загрузки: недооценка спроса приводит к деградации сервисов, переоценка — к избыточному резервированию и лишним затратам. В работе на данных производственной трассы Alibaba GPU Trace 2020 решается задача краткосрочного прогнозирования почасовой загрузки процессоров, графических ускорителей и оперативной памяти кластера с горизонтом в один час и тестовым окном в 168 часов. События задач агрегированы в почасовые ряды усреднением по времени. Сопоставлены пять моделей: наивный прогноз по последнему наблюдению, модель проинтегрированного скользящего среднего, рекуррентная нейронная сеть с долгой краткосрочной памятью, байесовская динамическая линейная модель и многомерная модель векторной авторегрессии с отбором лагов глубиной до 168 часов. Критерии сравнения — точность прогноза, качество 99-процентного доверительного интервала, точность предсказания направления изменения и экономия резервируемых ресурсов. Наивысшую точность дает байесовская динамическая линейная модель: средняя абсолютная ошибка на 6–9 процентов ниже, чем у наивного прогноза; для оперативной памяти конкурентоспособна рекуррентная сеть, а векторная авторегрессия полезна для прогнозирования загрузки процессоров и ускорителей. Переход от резервирования по историческому максимуму к резервированию по верхней границе прогнозного интервала сокращает объем резерва на 22–30 процентов при покрытии 96–99 процентов.

Обоснование прочности комплекта упаковочного ТУК-27/1 при испытаниях, имитирующих аварийные условия перевозки ловушек, содержащих гексафторид урана

К. К. Новичков, О. И. Федин, Н. А. Шубин — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

в настоящей работе проведено обоснование прочности и герметичности пенала для ловушек с гексафторидом урана из состава упаковочного комплекта ТУК-27/1 при всех видах динамических воздействий, имитирующих аварийные условия перевозки в соответствии с требованиями Правил НП-053-16, предъявляемых к упаковкам типа В.
Данная работа является частной задачей общего обоснования прочности при использовании ТУК-27/1 для перевозки ловушек, содержащих гексафторид урана. Для обоснования прочности защитного контейнера из состава упаковки использовались результаты межведомственных натурных испытаний ТУК-27. Определение напряженно-деформированного состояния металлической конструкции нового пенала для ловушек с гексафторидом урана проводилось путем решения системы уравнений для сплошной среды, записанных в переменных Лагранжа. Для интегрирования указанной системы уравнений применялся метод конечных элементов с использованием явного интегрирования по времени, реализованный в аттестованном программном комплексе ANSYS LS-DYNA. Все физико-механические характеристики металлов, из которых изготовлены новые пеналы, консервативно принимались на основании данных, приведенных в ПНАЭ Г-7-00286. При задании материалов конструктивных элементов пеналов в расчетной модели принималась билинейная аппроксимация диаграммы нагружения соответствующего металла.
Результаты проведенных расчетов позволили обосновать безопасность использования новых пеналов для ловушек с гексафторидом урана в части прочности при транспортировке упаковочного комплекта ТУК-27/1 в соответствии с действующими на территории Российской Федерации правилами.

Эпсилон-сетевой алгоритм минимизации функционалов на комплексах элементов

А. Н. Рожков, А. С. Демидов, В. В. Галишникова — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

в данной работе представлен ε-сетевой алгоритм минимизации функционалов на комплексах элементов с заданной ранговой структурой. Основной проблемой при анализе высокодетализированных комплексов является рост вычислительной сложности, связанный с увеличением пространства состояний. Для ее сокращения предложен метод факторизации множества состояний с использованием ε-сетей, позволяющий заменить исходную структуру укрупненным графом. Элементы нулевого ранга объединяются в классы по заданной метрике, а классы элементов старших рангов формируются по классам составляющих их элементов. В статье использована лексикографическая оптимизация целевого функционала, при которой сначала минимизируется число переходов между ε-классами, а затем — длина маршрута в исходном комплексе. Работа алгоритма показана на примере полиэдрального комплекса при решении задачи маршрутизации в информационной модели реального здания. Рассматриваемая модель включает узлы, ребра, грани и пространственные ячейки здания. Программная реализация обеспечивает построение исходного и факторизованного графов, поиск обычного, ε-классового и лексикографического маршрутов, а также их визуальное сравнение. Предложенный подход может быть применен к другим функционалам, заданным на комплексах элементов, при выборе меры близости и правил формирования классов.

Сравнение методов кодирования аудиосигналов для многослойных спайковых нейронных сетей в задачах классификации

Р. Б. Рыбка, Д. Г. Крикунов, Я. П. Ивина — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

рассматривается представление коротких речевых сигналов последовательностями спайков для классификации многослойной спайковой нейронной сетью в потоковом режиме. Сравниваются три метода кодирования: интегральное частотное кодирование, потоковое спектральное кодирование и кодирование локальной динамики сигнала — все с единой архитектурой сети из нейронов Leaky Integrate-and-Fire, обучаемой методом суррогатного градиента. Эксперименты на наборах Google Speech Commands v0.01 (GSC) и Heidelberg Digits (HD) показали: для GSC наивысшая точность (83,1 %) достигается при интегральном кодировании, для HD все методы дают сравнимые точности. Потоковое спектральное кодирование требует лишь 4 шагов симуляции на один шаг спектрограммы, что снижает задержку ответа сети. Кодирование локальной динамики дает на GSC точность 80,1 % (на 3 % ниже интегрального) при более компактном входном представлении. Результаты позволяют дать рекомендации по выбору спайкового кодирования под заданные ограничения на вычислительные ресурсы.

Автоматическое построение словаря типизированных канонических шаблонов управляющего кода по промышленному корпусу

С. Е. Щигал, В. И. Соловьев — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

буквальное сравнение управляющих программ чувствительно к именам переменных и не всегда выделяет существенные изменения. Цель — формализовать построение словаря типизированных канонических шаблонов языка Structured Text и определить ограничения статического сравнения. Материал — промышленный проект вентиляции из 189 программных единиц. Операторы преобразуются в сигнатуры, сохраняющие вид конструкции, ограниченную структуру выражений, роли и типы переменных, классы литералов. Частые сигнатуры образуют словарь, редкие заменяются общими категориями. Исправленный синтаксический анализ дал 7794 вхождения; при глубине один и минимальной частоте пять выделено 238 шаблонов с покрытием 54,0 %. Полные и пороговые последовательности сохранились после лексической замены идентификаторов в 188 измененных единицах. На шести процедурах расстояние до переименованного варианта равно нулю, до контролируемого изменения — от одного до трех. Во внешнем архиве из 110 вариантов полные представления различались в 65 и 75 случаях при глубинах один и два относительно модального эталона. Эти результаты не доказывают функциональной корректности. Основные ограничения — потеря тождества переменных, укрупнение литералов, неполный охват синтаксиса и отсутствие независимой экспертной проверки реально сгенерированных программ.

Моделирование полной энергии молекулы углерода в первом порядке теории возмущений с помощью алгоритма искусственного интеллекта

Ю. Н. Штанов, В. П. Кощеев — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

в работе рассматривается задача вычисления полной энергии молекулы углерода с помощью алгоритма искусственного интеллекта. Разработанный алгоритм искусственного интеллекта сравнивается с методом численного интегрирования и известными алгоритмами искусственного интеллекта: нейросеть Колмогорова–Арнольда и случайный лес. Оценка качества разработанных алгоритмов производится с использованием метрик R2, MAE, RMSE. Особое внимание уделяется сравнительному анализу точности, вычислительной эффективности и области применимости каждого подхода.

Математическое моделирование переходных процессов в пневмогидравлических устройствах систем подрессоривания на основе сопряженной гидродинамико-термодинамической модели

А. В. Титова, А. И. Карпов — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

представлены математическая модель и результаты численного исследования переходных процессов в пневмогидравлических устройствах систем подрессоривания транспортных машин. Модель основана на сопряжении нульмерной термодинамической модели газовой полости и уравнения динамики поршня с осесимметричными нестационарными уравнениями Навье–Стокса для вязкой несжимаемой жидкости, заполняющей рабочие полости устройства. Уравнения гидродинамики решаются методом конечных объемов по неявной схеме; согласование полей давления и скорости выполняется процедурой неявного расщепления по операторам. Достоверность модели подтверждена сравнением с экспериментальными данными и с результатами расчетов по нульмерной схеме. Выполнено параметрическое исследование влияния радиуса дроссельного отверстия, начального объема газовой полости, а также вязкости и температуры рабочей жидкости на характер переходного процесса при ступенчатом нагружении. Показано, что радиус дросселя является определяющим параметром демпфирования: при малых сечениях процесс становится апериодическим и сопровождается кратковременным пиком давления, аналогичным локальному гидравлическому удару, а при больших сечениях возникают слабозатухающие колебания. Установлено, что начальный объем газа регулирует эквивалентную жесткость газовой пружины и конечный ход поршня, а изменение температуры жидкости в диапазоне условий эксплуатации смещает упругодемпфирующую характеристику устройства вследствие изменения вязкости на несколько порядков. Сформулированы практические рекомендации по выбору параметров дроссельного узла и рабочей жидкости при проектировании систем подрессоривания.

Обзор методов улучшения точности нейронных схем за счет усреднения результата

Т. С. Акобян — Ср, 30 сен 2026 00:00:00 +0300

в работе представлено экспериментальное исследование применения метода экстраполяции Ричардсона для повышения точности вычислений в нейронных схемах. Основное содержание работы включает разбор математического аппарата метода Ричардсона, включая вывод формул, анализ асимптотического разложения погрешности, рекурсивную схему и оценку сходимости; разработку математической модели нейронной схемы, формализацию различных источников погрешностей и механизма их компенсации с помощью экстраполяции; постановку и результаты серии вычислительных экспериментов на тестовых задачах (аппроксимация, интегрирование, классификация с шумом); демонстрацию того, что метод Ричардсона позволяет повысить точность вычислений в 3.5 раза по сравнению с традиционными подходами при тех же затратах, а также повышает порядок сходимости; сопоставление метода Ричардсона с альтернативными подходами к повышению точности, которое показало, что метод обеспечивает лучшее соотношение точности и вычислительных затрат.