№ 3

Прогностическая модель прихвата технологического инструмента в процессе бурения скважины на основе глубокой нейронной сети со скользящим окном

Прихват технологического (бурового) инструмента существенно влияет на эффективность бурения и стоимость скважин. На эту проблему влияют многие параметры, такие как геологические, технико-технологические параметры и режимы бурения, технологические и реологические параметры и свойства бурового раствора. Для учета всех аспектов прихвата технологического инструмента и ожидаемого нелинейного поведения задействованных переменных в качестве первичных инструментов прогнозирования можно использовать нейросетевое моделирование. В данной статье представлено исследование применения концепций нейронной сети со скользящим окном к проблеме прихвата технологического инструмента. Эти методы позволяют оценить риск возникновения прихватов при бурении в режиме реального времени. Проверка качества разработанной модели проводится на реальном массиве промышленных данных по прихватам (на примере скважин нефтяных месторождений Тюменской области).

Ключевые слова: анализ данных, подготовка данных, скользящее окно, нейронные сети, прогнозирование, прихват технологического инструмента.

Цифровая промышленность на основе цифровых двойников

Мир стремительно меняется, а пандемия новой коронавирусной инфекции (COVID-19) ускорила многие процессы, особенно, процессы цифровой трансформации. Согласно отчету исследовательской компании «Accenture», опубликованному в феврале 2021 года, за последнее время ведущие предприятия вынуждены были «сжать» свои десятилетние планы цифровой трансформации в пять раз – в 2 – 3 года.

Переход в новую, цифровую эру, в новый технологический уклад приводит к появлению новых технологий, методов, решений, тогда как многие традиционные технологии устаревают и уже не обеспечивают получение конкурентных преимуществ.

Конечно, наибольший интерес вызывают те изменения, которые идут в высокотехнологичной промышленности. При этом вклад (весовой коэффициент) некоторых технологий в обеспечение глобальной конкурентоспособности компаний и даже стран гораздо выше, чем у других технологий. Одна из таких наиболее значимых технологий – это технология разработки и применения цифровых двойников (Digital Twins).

Ключевые слова: цифровые двойники, цифровая промышленность, цифровая платформа.

Обработка измерительных сигналов с использованием метода когерентного с эталонным сигналом спектра в системах диагностики состояния технического оборудования

В системах диагностики состояния технического оборудования важное место занимает измерительная подсистема идентификации параметров и характеристик сигналов, наблюдаемых с выходов различных диагностических и параметрических датчиков. В составе частотных компонент измерительных сигналов могут присутствовать важные диагностические признаки – дискретные спектральные составляющие спектра сигнала. Для обнаружения стабильных по частоте (с незначительной случайной угловой модуляцией) дискретных спектральных составляющих спектра измерительного сигнала предлагается использовать метод когерентного с эталонным сигналом спектра, обладающий информативностью в задачах диагностики тестируемых технических систем. Классические методы спектрального оценивания не позволяют обнаруживать подобные диагностические компоненты в составе сложного диагностического сигнала. В исследовании рассматривается использование метода когерентного с эталонным сигналом спектра (метод КЭ-спектра) для обнаружения в сигнале стабильных по центральной частоте с незначительной случайной угловой модуляцией дискретных спектральных составляющих спектра наблюдаемого диагностического сигнала.

Ключевые слова: когерентный с эталонным сигналом спектр, частотные компоненты, когерентный спектр, функция когерентности, частотно-временное преобразование.

Эффективность диагностики металлургического оборудования

Представлен опыт диагностики металлургического оборудования. Рассмотрены наиболее распространенные отказы металлургических агрегатов. Дается анализ современных методов диагностики и неразрушающего контроля. Приводится методика прогнозирования изменения состояния агрегатов в процессе эксплуатации. Подробно рассмотрены вопросы первичной диагностики путем анализа объемного распределения температур, полученных с использованием тепловизионного метода контроля состояния оборудования. Рассмотрены результаты применения современных методов предварительной диагностики. Описан авторский опыт диагностики оборудования металлургических предприятий. Дана сравнительная оценка методов диагностики с расчетным определением эффективности.

Ключевые слова: вибродиагностика, тепловое оборудование, рабочие жидкости, диагностические мероприятия.

Бесконтактные измерения габаритов железнодорожных платформ фотограмметрической системой ФС-1

Рассматривается решение актуальной задачи бесконтактного измерения габаритов железнодорожных платформ при помощи разработанной авторами фотограмметрической системы ФС-1 (https://phs.susu.ru). Модифицированные для решения задачи компоненты ФС-1 позволяют отказаться от использования прецизионной масштабной линейки на этапе измерений, что значительно снижает стоимость системы и повышает удобство измерений при обеспечении заданной точности. Разработан робастный вычислительный алгоритм оценивания габаритов платформ. Качество оценивания подтверждено результатами имитационного моделирования.

Ключевые слова: фотограмметрическая система, кодовые марки, мишени, железнодорожная платформа, измерение размеров, имитационное моделирование.

Автоматизированная система модельно-упреждающего управления технологическим процессом производства железорудного концентрата в режиме советчика

На технологических секциях дробильно-обогатительных фабрик (ДОФ) контроль и управление технологическим процессом производства концентрата осуществляются оператором при помощи автоматизированного рабочего места. Настройки параметров работы оборудования производятся оператором во многих случаях интуитивно, на основе опыта и положений технологической инструкции производства концентрата. Сложность настройки параметров оборудования состоит в том, что большое количество факторов (качество исходной руды, исправность оборудования, режимные параметры и др.) необходимо учитывать одновременно.

В рассматриваемой работе предложено повысить эффективность управленческих решений путем внедрения автоматизированной системы модельно-упреждающего управления технологическим процессом производства концентрата в режиме советчика. Система-советчик основана на оптимизационной математической модели управления технологическим процессом производства концентрата, применение которой дает возможность производить оценку вариантов влияния управляемых факторов на качественные показатели железорудного концентрата и потребление энергоресурсов. Это позволяет, в свою очередь, предложить пользователю системы-советчика варианты по корректировке управляемых параметров технологического процесса с целью их оптимизации по одному или нескольким технико-экономическим критериям, включая производительность, качество концентрата, потери полезного в хвостах.

Практическое применение предложенного подхода позволит в рамках существующей автоматизированной системы управления в режиме реального времени на основе текущих значений технологических параметров на секции предоставлять оператору рекомендации по корректировке управления режимами работы технологического оборудования секции ДОФ в зависимости от выбираемого пользователем технико-экономического критерия оптимизации.

Ключевые слова: дробильно-обогатительная фабрика, модельно-упреждающее управление, автоматизированная система-советчик, Data Mining, деревья принятия решений.

Единая модель цифровой диагностики состояния силового трансформатора

Рассмотрен вопрос развития цифровой технической диагностики силовых трансформаторов, основные методы технического контроля и оценки состояния электрооборудования. По результатам анализа в программном комплексе «LabView» разработана модель, представляющая собой имитацию варианта «цифрового двойника» силового трансформатора. Данная модель имитирует сбор и обработку необходимых данных с непрерывно работающих датчиков в режиме реального времени, а также выполняет расчет различных технических параметров на основе собираемой информации. Программа позволяет моделировать различные ситуации, получать опыт в разработке и формировании эффективных диагностических рекомендаций на основе оценки возможности аварийного состояния.

Ключевые слова: силовой трансформатор, цифровой двойник, моделирование, диагностика, цифровая программа, «LabView».

Адаптивное регулирование движения транспортных и пешеходных потоков с использованием машинного зрения

В крупных городах происходит непрерывное увеличение интенсивности транспортных потоков, что приводит к росту заторов и выбросов вредных веществ, снижению мобильности жителей, повышенному риску дорожно-транспортных происшествий. Работа посвящена задаче оптимального соблюдения интересов водителей и пешеходов в зоне пешеходных переходов при повороте направо на основе сбора данных с использованием нейронных сетей. Разработан алгоритм работы адаптивного управления движением транспортных средств с учетом движения пешеходов, позволяющий повысить безопасность и пропускную способность на регулируемых перекрестках при повороте направо. В основе метода адаптивного регулирования лежит принцип сокращения времени выхода пешеходов в зависимости от очереди транспортных средств до минимального, обеспечивающего комфортный переход проезжей части. Установлено, что такой подход позволяет повысить пропускную способность полосы с разрешенным движением только направо до 20 %. Программное обеспечение написано на языке Python с использованием библиотеки компьютерного зрения OpenCV. Все расчеты ведутся в режиме реального времени на основе использования нейронной сети YOLOv3 и трекера SORT с их некоторыми модификациями (4-scale prediction в YOLO). Базовые характеристики YOLO были улучшены за счет использования дополнительной ветви маски и оптимизации формы якорей.

Ключевые слова: нейронные сети, YOLOv3, SORT-трекер, адаптивное регулирование, пропускная способность, регулирование транспортного потока.

Прототип системы связи Li-Fi для обмена данными между мобильными устройствами

Рассмотрены проектирование и разработка симплексной системы связи Li-Fi (light fidelity) для обмена данными между мобильными устройствами на операционной системе Android. Li-Fi является актуальной технологией в современном мире, так как для обмена данными она использует видимый свет, что позволяет достичь высоких скоростей при обмене данными. В рамках работы были проведены краткий обзор технологии Li-Fi, обзор используемой литературы, выполнено исследование технологических способов реализации подобных систем, опираясь на научные источники. Предложены алгоритмы: передачи и приема данных, формирования посылок, шифрования и дешифрования. Разработаны мобильное приложение и устройство приемопередатчика, приведены результаты разработки, а также проведены эксперименты с разработанным прототипом. Результаты показали, что технология Li-Fi работоспособна и является неплохой альтернативой существующим способам связи.

Ключевые слова: VLC, Li-Fi, Android, STM32, симплексная связь, light fidelity.