Все статьи - Дистанционные исследования

Earlier 20 century, sociologist Pitirim Sorokin suggested a theory of socio-cultural dynamics as follows: development of social systems and their transition from one state into another occurred under the influence of values prevailing in society. Note that social and cultural values are generating one or another type of society (even civilization) while evolution of values leads society to a turning point of development where these values compulsorily disintegrate or go to a new level of functioning. Cited as example may be the collapse of the USSR and radical transformation of the Chinese economy.

Актуальность и востребованность темы диссертации. Эксперты Synergy Research отметили, что общий объём рынка нейронных сетей к 2005 году превысил 10 млрд, долларов, в 2014 году объем облачных сервисов составил более 17 млрд, долларов, увеличившись на 45% в годовом исчислении1. А также, в первом квартале 2015 года объем рынка сервисов, предназначенных для развертывания облачных инфраструктур, превысил $5 млрд., где доля Amazon Web Services составила 29%. За счет динамического увеличения продаж облачных услуг в январе-марте 2015 года доходы Google увеличились на 74%, IBM - на 56%, а доходы Salesforce.com поднялись на 34%. Таким образом, в 2018 году на рынке публичных облачных сервисов будут иметь место инвестиции в размере $127,5 млрд., а их размер к этому времени будет увеличиваться в среднем на 22,8% в год, что в шесть раз больше прогнозируемого роста глобального ИТ-рынка2.
Выявление скрытых закономерностей, классификация данных, прогнозирование протекания процессов, а также анализ изучаемого процесса при больших объемах данных, описывающих состояние слабоформализуемых процессов, и в условиях их неопределенности являются основными задачами интеллектуального анализа данных. Для таких процессов, характеризующихся нечеткостью ситуаций внешней и внутренней среды, т.е. нестохастичностью и неполнотой исходной информации, обычно невозможно построить простую адекватную математическую модель. Информация о параметрах таких процессов обычно выражается экспертами в виде слов и предложений, т.е. в лингвистической форме. В таких случаях при моделировании, принятии решений и управлении целесообразно использовать средства технологии мягких вычислений (Soft Computing).
Гибридная система, полученная на основе объединения компонентов технологии мягких вычислений - нечеткой логики, нейронных сетей и эволюционных алгоритмов, будет обладать тем же интеллектуальным свойством, что и применение знаний на естественном языке. В связи с этим разработка алгоритмов и программ построения нечетких моделей задач классификации, оценки, прогнозирования и принятия решений, основанных на нечетких правилах вывода, нейронных сетях и эволюционных алгоритмах является актуальной задачей.
Следовательно, возникает необходимость разработки методов и алгоритмов решения задач интеллектуального анализа данных, то есть задач построения нечетких моделей классификации, оценки и прогнозирования на основе метода нечеткой кластеризации, настройки параметров модели с помощью нейронных сетей и эволюционных алгоритмов, а также нечеткой многокритериальной оптимизации, возникающей при построении модели.
Данное диссертационное исследование направлено на решение задач, установленных Законом Республики Узбекистан «Об электронном правительстве» за № ЗРУ-395 от 9 декабря 2015 года, Постановлениями Президента Республики Узбекистан «О мерах по дальнейшему внедрению информационно-коммуникационных технологий в реальный сектор экономики» за № ПП-2158 от 3 апреля 2014 года, «О мерах по дальнейшему развитию Национальной информационно-коммуникационной системы Республики Узбекистан» за № ПП-1989 от 27 июня 2013 года, а также Постановлением Кабинета министров Республики Узбекистан «О мерах по формированию центральных баз данных физических и юридических лиц и внедрению единой информационной системы идентификации пользователей системы “Электронное правительство”» за № 365 от 17 декабря 2015 года.
Цель исследования заключается в разработке гибридных методов и алгоритмов построения моделей интеллектуального анализа состояния слабоформализуемых процессов на основе метода нечеткой кластеризации, настройки параметров этих моделей с помощью нейронных сетей и эволюционного алгоритма пчелиного роя.
Научная новизна исследования состоит в следующем:
предложены гибридные методы построения нечетких моделей интеллектуального анализа состояния слабоформализуемых процессов;
разработан алгоритм построения нечеткой логической модели интеллектуального анализа - классификации, оценки и прогнозирования состояния слабоформализуемых процессов на основе метода нечеткой кластеризации;
показана возможность получения нечеткого решения при построении нечеткой логической модели классификации, оценки и прогнозирования состояния слабоформализуемых процессов на основе настройки параметров модели нейронными сетями при различных функциях принадлежности;
показана возможность получения нечеткого решения при построении нечеткой логической модели классификации, оценки и прогнозирования состояния слабоформализуемых процессов на основе настройки параметров модели алгоритмом пчелиного роя при различных функциях принадлежности;
сформирована задача многокритериальной оптимизации в условиях нечеткой информации и разработан алгоритм решения этой задачи;
разработаны критерии и алгоритмы решения задач оптимизации и принятия решения при нечеткой исходной информации, доказан ряд утверждений о свойствах улучшаемое™ решений в терминах функций принадлежности;
разработана технология построения адекватной нечеткой модели на основе гибридных методов интеллектуального анализа состояния слабоформализуемых процессов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализ основных результатов диссертационной работы позволил сделать ряд следующих выводов.
1. Системный анализ проблемы построения нечетких моделей задач классификации, оценки и прогнозирования в слабоформализованных системах обосновал актуальность и необходимость разработки методов их решения.
2. На основе математического анализа показано, что важное значение имеет обеспечение адекватности модели, то есть то, насколько правильно использована текущая информация о предмете исследования в процессе моделирования.
3. Алгоритм построения нечеткой модели интеллектуального анализа состояния процессов позволяет решать задачи классификации, оценки и прогнозирования состояний процессов в условиях слабоформализованности и неопределенности информации об этих процессах.
4. Анализ задач нечеткой многокритериальной оптимизации, формируемых при построении нечеткой модели интеллектуального анализа состояния слабоформализуемых процессов, позволяет решать задачи многокритериальной оптимизации, возникающей при построении моделей классификации, оценки и прогнозирования состояний процессов в условиях нечеткой информации.
5. Проведенные экспериментальные исследования показали более высокую эффективность разработанных алгоритмов по сравнению с известными алгоритмами при решении модельных задач классификации, оценки и прогнозирования.
6. Анализ результатов, полученных при построении моделей классификации, оценки и прогнозирования интеллектуального анализа состояний процессов в условиях нечеткой информации на основе метода нечеткой кластеризации, показал, что нечеткий подход дает возможность получить адекватное нечеткое решение, опираясь на любые априорные данные и уровень их определенности.
7. Определено свойство улучшаемое™ решения задачи нечеткой многокритериальной оптимизации, формируемое при построении нечеткой модели, и это свойство способствует получению эффективных результатов при решении ряда практических задач.
8. Показана возможность получения эффективного решения при решении практических задач классификации, оценки и прогнозирования на основе разработки алгоритмов построения моделей интеллектуального анализа состояния слабоформализованных процессов.

Объекты исследования: В диссертационной работе рассматривается проблема комплексной переработки томатов. Основное внимание уделено концептуальной задаче - разработке стратегии обеспечения условий сокращения различными приёмами сопротивлений интенсивному удалению влаги с поверхности жидкостной неоднородной или сыпучей системы, а также проникновению тепла вглубь пищевого продукта.
Цель работы: Развитие научных основ интенсификации процессов получения томатопродуктов, путем математического моделирования и оптимизации процессов и создание высокоэффективной технологии и аппаратуры.
Метод исследования: Математическое моделирование. Получение математических описаний объектов исследований, алгоритмизация и программное обеспечение, компьютерное исследование, экспериментальная проверка адекватности математических описаний реальным процессам, оптимизация процессов.
Полученные результаты и их новизна: Полученные результаты и их новизна заключается в следующим:
- выдвинута концептуальная стратегия обеспечения условий сокращения различными приёмами сопротивлений интенсивному удалению влаги с поверхности жидкостной неоднородной или сыпучей системы, а также проникновения тепла вглубь продукта;
- сформулированы принципы обеспечения условий интенсификации процессов концентрирования пищевых растворов, распределения температуры во времени по геометрическим координатам в дискретно-изолированных изделиях, размещенных среди источника тепла, а также десорбции влаги из сыпучего материала в условиях совместного с рабочим агентом транспорта в пневмотрубе с дополнительным подводом энергии, при переработке сельскохозяйственной продукции, отличающихся применением теории и методов построения математических аппаратов ТМО процессов на основе структурно-системного анализа процессов на различных уровнях иерархии;
- получены теоретические результаты, способствующие развитию науки о процессах и аппаратах пищевой технологии, пригодные при исследовании аналогичных процессов пищевой технологии;
- разработаны и подготовлены экспериментальные, методически обоснованные установки для получения аналитико-экспериментальных математических описаний исследуемых процессов и установления их адекватности реальным процессам;
- предложена ИК-обработка томатов целых взамен подогрева дробленной массы в трубчатых аппаратах, система центрифугирование-выпаривание (Ц-В) для концентрирования, сушки семян в обогреваемой ИК-лучами пнсвмоуста-новке, способы стерилизации тары и готовой продукции;
-предложены математические модели верхних уровней иерархии для системы концентрирования по схеме Ц-В, отражающие количественную и качественную сущность разделения в поле центробежных сил и выпаривания фугата;
-экспериментально найден оптимальный режим ИК-обработки томатов для их освобождения от кожицы, исследованы процессы центрифугирования томатной пульпы и выпаривания фугата в зависимости от входных параметров, таких как начальные концентрации сухих водорастворимых (Р), не растворимых (HP) компонентов, их соотношение, значение вакуума в аппарате, заданная концентрация томат-пасты и т.д.; получен профиль температуры по времени для заданной температуры стерилизации в периодических автоклавах; исследовано влияние температуры рабочего агента, начальной влаги, соотношения расходов томатных семян и воздуха, плотности теплового потока, на протекание процесса сушки томатных семян. Путем получения статистической математической модели определены оптимальные значения факторов, влияющих на процесс сушки томатных семян;
- получена номограмма для концентрирования пищевых растворов в технологической системе Ц-В, разработана методика двухуровневой оптимизации процесса сушки сыпучего материала.
Практическая значимость: Практическая значимость результатов исследования диссертационной работы заключается в следующем:
- программное обеспечение полученных аналитико-экспериментальных моделей пригодно для исследования аналогичных ТМО процессов;
- выявлены оптимальные параметры при переработке томатов в предлагаемой линии;
-установка для пнсвмосушки семян включена в технологическую линию переработки томатов, использовано кратковременное электрофизическое воздействие, обоснован выбор рациональных режимных параметров процесса;
-разработана методика расчета гидромеханического процесса -разделения пульпы в поле центробежных сил, выпаривания фугата в двухкорпусном аппарате, ТМО процессов сушки томатных семян, исследованы режимы эксплуатирования эффективных установок;
- разработаны алгоритмы и программы расчетов гидромеханического и ТМО процессов.
Степень внедрения и экономическая эффективность: Разработанная схема установки фракционированной переработки томатной пульпы, сушка томатных семян, использование активированной воды при стерилизации тары и оборудования внедрены и прошли промышленные испытания в цехе переработки сельхозпродуктов колхоза «Ташкент» (Ташкентская область). Технологическая система центрифугирование-выпаривание для производства концентрированного томатного сока внедрена на Газалкснтском консервном заводе. Технологическая схема сушки томатных и других семян внедрена на производственной базе Узбекско-Турецкого торгово-производственного СП «Эл Кол» в г. Янгиюле.
Экономический эффект накапливается за счет:
- снижения потерь и увеличения концентрации конечного продукта;
- уменьшения затрат энергии на единицу готовой продукции;
- повышения пищевой ценности готовой продукции в результате снижения воздействия высокой температуры, сохранения биологически ценных компонентов: витаминов, микроэлементов и т. д.;
- превращения в промышленное сырьё томатных семян;
- упрощения конструкции оборудования и управляемости линии.
Область применения: Консервная промышленность.

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире для увеличения добычи нефти и газа, большое внимание уделяется повышению эффективности технико-экономических показателей бурения скважин. В этих условиях изучения и влияния гидродинамических и технологических факторов на потери устойчивости стенки скважины и обеспечения качества строительства скважины является одной из актуальных задач.
В мире особое внимание уделяется разработке новых технологий в бурении нефтяных и газовых скважин, где в процессе бурения скважин встречаются всевозможные геологические осложнения, причиной которых, являются обвалы и осыпания пород. Для борьбы с обвалообразованием особенно глубоких скважин, ведутся разработки новых полимерных буровых растворов, технологии прохождения глинистых отложений, подверженных обвалу и осыпи ствола скважины. При разработке технологии бурения скважин в обвалоопасных зонах, необходимо обосновать ряд соответствующих решений, в том числе по следующим направлениям: разработка полимерных ингибированных буровых растворов; определение оптимального режима бурения; исследование влияния количества и скорость спуско-подъемных операций и гидродинамических давлений на устойчивость стенки скважин. Актуальность тематики диссертации определяется необходимостью выполнения научных исследований в указанном выше направлении.
После обретения независимости нашей страны, особое внимание уделяется развитию топливо-энергетического комплекса и нефтегазовой отрасли. В этом направлении на основе принятых программных мероприятий достигнуты определенные успехи, в частности, увеличение углеводородного сырья, внедрение новой техники и технологии в бурении и повышение эффективности буровых работ. Однако, еще не достаточно уделено внимание на гидродинамические и технологические факторы, влияющие на качество строительства скважины. В стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан1 определены задачи: проведение политики, направленной на модернизацию производства, повышение технологической диверсификации отрасли путем перевода его на качественно новый уровень. Исходя из этих задач, в частности, изучение влияния гидродинамических и технологических факторов на обвалообразования и обеспечение качества строительства при бурении скважин, предотвращение обвала глинистых отложений, применение новых эффективных реагентов для обработки бурового раствора, доведение скважины до проектной глубины без осложнений имеет большое значение в исследовании и проектировании скважин при проведении буровых работ.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан №ПП-1442 от 15 декабря 2010 г. «О приоритетах развития промышленности Республики Узбекистан в 2011-2015 годах», Указах №УП-4707 от 4 марта 2015 г. «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства в 2015-2019 гг.» и №УП-4947 от 7 февраля 2017 г. «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в этой сфере.
Целью исследования является установление причин обвалообразования при бурении скважин, и разработка мер по качественному завершению строительства скважин в осложненных обвалообразованием зонах.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
определена зависимость изменения прочности породы от количества и скорости спуско-подъемных операций;
получены новые данные о влиянии «пусковых» давлений бурового насоса, возникающих при восстановлении циркуляции жидкости на напряженное состояние глинистой породы;
установлено теоретически, что зубья шарошечного долота, при определенных удельных нагрузках, вызывают предельное напряжение в горной породе, выходящей за пределы контура скважины, которое является причиной снижения ее прочности и обрушения;
установлено теоретически, что шарошечные долота вызывают деформацию в массиве горной породы, вследствие чего возникают макро- и микротрещины, куда проникает фильтрат бурового раствора;
разработана методика прогнозирования зон обвалообразований по материалам геофизических исследований и исследования частиц выбуренной глинистой породы (шлама) путем сопоставления фактической плотности и с плотностью нормально уплотненной горной породы (теоретической плотностью породы).
Заключение
Основными научными и практическими результатами, полученными при выполнении диссертационной работы, являются:
1. При ведении буровых работ обвалообразование препятствует качественной проводки скважин и получения полноценной геологогеофизической информации. На основании проведенных исследований разработан руководящий документ, который при бурении скважин позволяет предотвратить потери устойчивости стенки скважины.
2. Па основе теоретическими и экспериментальными исследованиями, установлено, основными причинами обвалообразования являются колебание давления в процессе спуско-подъемных операций и промывки скважины.
3. Установлена зависимость устойчивости породы от количества циклов и амплитуды колебаний давления, возникающего в процессе спуска и подъема бурильной колонны, промывке скважины. Найдено оптимальное количество и скорость спуска бурильной колонны при котором наступает критический предел прочности горной породы.
4. Установлена закономерность возникновения и радиус распространения напряжений вокруг ствола скважины при работе трехшарошечных долот и получена формула определения радиуса распространения напряжения в глинистых пород.
5. Применения долот PDC режуще-истирающегося типа в глинистых отложениях уменьшит напряжение в породе и предупредит возникновения трещин, куда проникает фильтрат раствора и ослабляет прочность горной породы.
6. Разработана автоматизированная система для оптимизации скорости спуско-подъемных операций в целях снижения гидродинамических ударов на стенки скважины. Автоматизированная система позволит оптимизировать и контролировать скорость спуска бурильной колонны, тем самым обеспечить устойчивость стенки скважин.
7. Химические реагенты, которыми обрабатывается буровые растворы, способствуют в отдельных случаях, подавлению набухания и диспергации глинистых пород, но не является основным средствам предупреждения потери устойчивости стенки скважины.
8. Использование результатов настоящей диссертации позволит избежать обвалообразование при бурении и аварии связанные с ними, пробурить каждую скважину до проектной глубины. Экономический эффект от внедрения рекомендации настоящей диссертации составляет 130 млн.сум по одной скважине.