Естественнонаучное образование в вузе. Проблемы и перспективы. Сборник статей IV Международной научно-методической конференции 27-28 ноября 2012 г.

В этом случае для каждой потенциальной альтернативы вычисляется ее эффективность по следующей формуле:

,

где Fi – эффективность i-ой альтернативы,

aj – номер группы важности j-го критерия (0...k), наиболее значимому соответствует наибольший номер группы,

fij – нормированная оценка i-ой альтернативы по j-му критерию.

Будем считать, что альтернатива доминирует любую другую, значение эффективности которой меньше значения эффективности данной.

Таким образом, рассматриваемый выше синтез количественных и качественных подходов к принятию решений позволяет достигнуть большей гибкости алгоритма принятия решений, сделать его более понятным для ЛПР и в то же время оптимизировать для применения к задачам принятия сложных решений с большим числом потенциальных ситуаций, зачастую распространенных на практике.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРАТИРОВАННЫХ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ И ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС В ВУЗЕ

А.М. Гурьянов1, С.Ф. Коренькова1, В.М. Лебедев2, В.Т. Лебедев2, Ю.В. Сидоренко1

1 ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурностроительный университет»

2 ФГБУ «Петербургский институт ядерной физики»

Применение современных физических методов является важным элементом научных исследований в области строительного материаловедения, а также образователь-

111

ного процесса подготовки инженеров-строителей. Метод малоуглового рассеяния нейтронов позволяет проводить исследования структуры гидратированных цементных композиций на наноуровне.

Одним из основных функциональных строительных материалов является цемент и композиции на его основе. Цемент – минеральное вяжущее вещество, которое в присутствии воды при твердении приобретает высокую прочность. Получающиеся из цементных минералов и воды твёрдые соединения (цементный камень и композиции на его основе) являются водостойкими.

Гидратация цемента - химическая реакция клинкерных составляющих цемента с водой. В ходе гидратации безводные клинкерные минералы превращаются в соответствующие кристаллогидраты (гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция), которые заполняют первоначально занятый цементом и водой объём плотным наслоением гелевых частиц. Первоначально пластичный, цементный клей превращается в цементный камень, представляющий собой сложный гелеобразный каркас из наночастиц.

На скорость процессов гидратации и конечные свойства гидратированных цементных композиций влияют размеры цементных зерен (тонкость помола), минералогический состав клинкера, водоцементное отношение, температура твердения. Немалую роль при этом играют вводимые добавки.

Все вышесказанное говорит о сложности и многогранности процесса формирования цементного камня и трудности его описания как химического или физического процесса. Для понимания рассматриваемого процесса важно иметь представление о структурных изменениях, происходящих на наноуровне в процессе гидратации и наноструктурной организации получаемого материала.

112

Внастоящее время проведение научных исследований

вобласти строительного материаловедения, а также осуществление образовательного процесса подготовки инже- неров-строителей невозможно представить без применения современных физических методов исследования: электрон-

но-лучевой и рентгеновской микроскопии, электронной

иатомно-силовой сканирующей зондовой микроскопии. Одним из важных физических методов исследования на-

ноструктурированного состояния вещества также является метод малоуглового рассеяния нейтронов. Несмотря на сложность, данный метод уже давно опробован для исследования структуры различных материалов на наноуровне.

Методом малоуглового рассеяния нейтронов проводились исследования структуры образцов цементных композиций и динамики структурных изменений в зависимости от времени в процессе гидратации.

Измерения проводились на дифрактометре «Мембрана-2», установленном на реакторе ВВР-М Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН. Длина волны нейтронов λ= 0,3 нм при ширине линии ∆λ/λ = 0,3. Диапазон регистрируемых передаваемых импульсов q = (4π/λ)sin(θ/2) распределялся в пределах от 0,03 нм-1 до 0,8 нм-1. Рассеянные на образцах нейтроны регистрировались 41-канальным 3Не-счетчиком в интервале углов -2°≤ θ ≤+2°. Образец исследуемого материала помещался в мишенное устройство, представляющее собой полость в кадмиевой пластине толщиной 2 мм и общей площадью 260 мм2. Объем полости 0,52 см3.

Сечения рассеяния σ(q)=dσ/dΩ, отнесенныекединице объ-

ема исследуемого вещества и к единичному телесному углу как функции переданного нейтронного импульса q, получались из экспериментальных спектров с учетом фона и вклада

113

прошедшего через образец пучка нейтронов без взаимодействия с ним (трансмиссии) при нормировке данных на интенсивность рассеяния для стандартного образца с известным сечением (1 мм H2O).

Для системы идентичных рассеивающих объектов экспериментально определяемая интенсивность рассеяния представляет собой усредненную по всем направлениям интенсивность рассеяния одной частицей и в борновском приближении является Фурье-образом рассеивающей структуры. Это позволяет определить ряд структурных характеристик рассеивающих объектов: корреляционную функцию γ( ) как усредненную са- мосвертку рассеивающей плотности ρ( ) в частицах, а также функцию распределения по расстояниям G( ). Эти функции связаны как с формой частиц (они количественно описывают набор отрезков, соединяющих элементы объема частицы), так и с распределением внутричастичных неоднородностей.

Из полученных экспериментальных данных для сечений рассеяния нейтронов с помощью программного комплекса

ATSAS 2.3 Фурье-преобразованием восстанавливались рас-

пределения рассеивающих объектов по объему образцов. Во всех проведенных экспериментах прослеживалась сте-

пенная зависимость сечений рассеяния σ ~ q-n, что является характерным для фрактальных структур. Для области малых значений передаваемых импульсов, соответствующих большим расстояниям, n = D, а для области, соответствующей малым расстояниям, n = 6-DS, где D и DS – размерности объемногоиповерхностногофракталовсоответственно.Внашем случае фрактальные размерности D и DS оказались приблизительно равными, то есть исследуемые цементные композиции образованы из фрактальных кластеров.

Отдельные элементы проведенных и продолжающих проводиться исследований могут стать составной частью образовательного процесса подготовки инженеров-строителей,

114

придавая ему современный облик, приобщая студентов к современным представлениям о формировании строительных материалов. Этому может способствовать большой накопленный экспериментальный материал, ясная физическая модель и доступная теория метода малоуглового рассеяния нейтронов.

Достижению этой же цели способствует созданный в Петербургском институте ядерной физики мультимедийный учебно-научный комплекс (УНК) для выполнения работ на станциях нейтронного реактора ПИК. Целью портала УНК является создание системы удаленного доступа к экспериментальным установкам нейтронного реактора и дистанционного обучения студентов и аспирантов, исследователей и разработчиков работы по моделированию физических экспериментов, проводимых на пучках нейтронов исследовательских реакторов, и выполнению виртуальных дистанционных экспериментов.

ИНВЕРСИЯ СИСТЕМЫ АГЕНТ-СРЕДА ПРИ ПРОГРАММИРОВАНИИ АВТОНОМНЫХ АГЕНТОВ

В МОДЕЛЯХ ARTIFICIAL LIFE

А.И. Евтушенко, И.А. Кузьмин

ГВУЗ «Криворожский национальный университет», Украина

Рассматривается вопрос реализуемости принципов модели МАС (на основе императива поведения, two-faced perception окружающей среды и стохастической реакции выбор) в среде, где агент – подвижная, относительно среды, сущность, и в инверсной системе, где агент закреплен в среде и вынужденно ее изменяет.

При исследованиях автономных многоагентных систем, имеющих в основе разнообразные модели искусственной жизни (Artificial Life, AL) традиционно рассматриваются некие активные сущности относительно внешней среды.

115

Эти сущности взаимодействуют, хотя независимы друг от друга, в смысле отсутствия центра управления системой в целом, а также, с некоторыми оговорками, не наделяются знанием, которое не следует из их «опыта» в конкретной моделиAL.

Обходя вопрос об отношении успехов и неудач в этой области, обратим внимание, что определение агента как деятельной сущности самоограничивает вид модели. Между тем довольно биологических систем, в которых агент – элемент, по видимости, пассивный (если не всегда, то преимущественно). С точки зрения практической особый интерес представляют агенты – регуляторы вероятностных потоков

всложных сетевых системах. И если автономные агенты – дискретные единицы потока – тема основательно разработанная, то в организации собственно регулирования (классика – транспорт в мегаполисе) безраздельно царствует детерминизм. С естественным пороком – падением эффективности регуляции при масштабировании системы.

Казалось бы, автономные, самоадаптирующиеся «агентырегулировщики» потенциально подходящий вариант решения хотя бы некоторых задач регулирования в сети, однако возникает вопрос: в какой мере традиционная модель AL соответ- ствует инверсной системе агент-среда. Или AL в инверсной системе нуждается в иных подходах?

Задача формулируется следующим образом: показать допустимость опираться на одинаковые принципы «поведения» агента, как в моделях, где реакция заключается

визменении позиции агента к фактору среды (и к другим участникам МАС), так и в инверсной системе, где агент вынужденно «регулирует» на внешний фактор, но не может изменить свою позицию (так же и относительно других участников). Иначе говоря, проверить инвариантность этих принципов к архитектуре системы.

116

В контексте конкретного частного случая разработки МАС была сделана попытка воспроизвести для инверсной системы «агент-среда» опыт моделирования AL, основу которой со- ставляли: императив выживания (аналог целевой функции), двойственное восприятие среды (two-faced perception1) – отдельно всех положительных и отдельно всех отрицательных императиву факторов, представление о сценариях – детерминированных реакциях агента на два противоположных образа среды и как альтернативы детерминизму – завершающей стохастической реакции «выбор», не связанной ни с какими предусловиями или содержанием сценариев [1].

Формой среды для инверсной системы был выбран случайный граф заданной топологии, где «содержанием» среды былпотокдискретныхсущностей,частично–вероятностных свойств, а самоадаптирующиеся агенты в вершинах (узлах сети) – вынужденно регулировали этот поток. «Вынужденно», т. к. регулирование не является целевой функцией поведения агента, а лишь побочным продуктом его действий, определяемых императивом выживания.

Сравнение определений свойств базовой и инверсной модели выглядит следующим образом (табл. 1):

1 Терминологически было выведено от понятия дуплекс-автотипии, причем двойственность, two-faced perception, означает именно двуличие, «две стороны медали», а не просто неопределенность восприятия. Подробно определено в [1].

117

Для удобства моделирования исходная транспортная сеть была расщеплена на два виртуальных взвешенных орграфа (рис. 1): в одном – все дуги (так же и в пограничные вершины!) считались исключительно входящими, в другом – исходящими. При этом орграф связан со средой за пределами области моделирования более чем двумя стоками/истоками.

Узлы обоих орграфов считаются теми же самыми. Возмож-

ной реакцией агентов в узлах является переключение потока между дугами орграфами. Было условлено,

что дискретный элемент среды, проходя через узел, дополняет его положительным/ отрицательным «зарядом» (p+, p–), а «жизнь» агента поддерживается очевидным усло-

n

вием ∑pi → 0, отклонение от которого вводит в действие

i=1

правила ускоренного «старения» агента.

Результаты моделирования показывают, что в целом для инверсной модели удается воспроизвести заданный характер активности и получить распределение продолжительности «жизни» агентов, стремящееся в пределе к наблюдавшемуся в базовой модели распределению Парето. Таким образом, можно сделать вывод, что при подходящем подборе парамет-

118

ров, принципы модели, на основе two-faced perception [1], являются потенциально реализуемыми для базовой и для инверсной модели AL.

Библиографический список

1. Фактор среды и алгоритмизация агентов в моде - лях artificial life [Текст]/ А.И. Евтушенко // ВосточноЕвропейский Журнал передовых технологий. – Харьков, 2012. – № 3 (57). – С. 23-32 (то же [Электронный ресурс] / Режим доступа: \WWW/ U L: http://www.nbuv.gov.ua/ portal/ natural/ Vejpt/2012_3_9/2012_3_9/23_32.pdf).

ПРИМЕНЕНИЕ VisSim ПРИ АНАЛИЗЕ И СИНТЕЗЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Ж.Е. Жуматаева

Кызылординский Государственный Университет имени Коркыт Ата

Вданнойработерассматриваетсяприменениепрограммы имитационного моделирования VisSim при синтезе системы управления с повышенным потенциалом робастной устойчивости. В качестве закона управления предлагается ввести трехпараметрическое структурно-устойчивое отображение, а именно катастрофу «гиперболическая омбилика». Для исследования устойчивости используется линеаризация и алгебраический критерий Гурвица. На основе программы Vis- Sim 6.0 построена структурная схема системы управления и построены графики переходного процесса, на основе которых можно сделать вывод о том, что построенная система управления является устойчивой.

Математическое моделирование находит самое широкое применение в науке, технике, экономике и образовании. Число задач моделирования стало настолько большим,

119

что специалистам потребовались достаточно универсальные системы блочного моделирования, реализующие визуальноориентированный подход к имитационному моделированию произвольных по структуре, назначению и областям применения систем. Видное место среди таких систем моделирования заняла система блочного имитационного моделирования

Simulink, которая интегрирована с мощной матричной систе-

мой компьютерной математики MATLAB. Однако данный комплекс оказался слишком громоздким для большинства применений. В связи с этим в последнее время резко возрос интерес к небольшой по объему (но достаточно мощной по возможностям) универсальной системе блочного имитационного визуально-ориентированного математического моделирования VisSim [1].

Одним из важнейших понятий теории автоматического управления является устойчивость. Можно сказать, что это минимальное требование, которому должна удовлетворять система управления. В большинстве случаев мы имеем дело с нестабильностью параметров объекта управления. Устойчивость в данных условиях, то есть в условиях неопределенности, называется робастной.

В данной статье показано применение Vissim при синте- зе системы управления второго порядка с повышенным потенциалом робастной устойчивости, построенной в классе трехпараметрических структурно-устойчивых отображений (на примере катастрофы «гиперболическая омбилика»).

Рассмотрим систему второго порядка с законом управления, заданнымвформекатастрофы«гиперболическаяомбилика»[2].

120