Журнал технических исследований, 2025, том 11, № 1
Бесплатно
Новинка
Основная коллекция
Тематика:
Общетехнические дисциплины
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Наименование: Журнал технических исследований
Год издания: 2025
Кол-во страниц: 111
Количество статей: 16
Дополнительно
Вид издания:
Журнал
Артикул: 701128.0027.01
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
ISSN 2500-3313 ЖУРНАЛ ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Сетевой научный журнал Том 11 ■ Выпуск 1 ■ 2025 Выходит 4 раз в год Издается с 2015 года СОДЕРЖАНИЕ 2.2. Электроника, фотоника, приборостроение и связь Магдалин В.А., Абрамов В.А., Огай А.С. Судовые системы автоматизации и управления 2.3. Информационные технологии и телекоммуникации Тебекин А.В., Тебекин П.А., Егорова А.А., Егоров Р.В. Анализ принципов непрерывности в общей теории систем как методологической основы управления сложными техническими системами Азаб Мохамед Абдалла Эльсайед, Коржук В.М. Разработка надежной системы биометрической аутентификации по ЭКГ с использованием глубокого обучения Тебекин А.В. Моделирование принятия решений по достижению технологического лидерства с использованием матрицы П. Кралича Ботвинко Д.А., Бурдюкова А.А., Шестаков З.Д., Малышкин А.П. Цифровые двойники как инструмент оптимизации промышленных производственных процессов 2.4. Энергетика и электротехника Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-61336 от 07.04.2015 г. Издатель: ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127282, г. Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96 Факс: (495) 280-36-29 E-mail: books@infra-m.ru http://www.infra-m.ru Главный редактор: Тебекин А.В., д-р техн. наук, д-р экон. наук, профессор, профессор кафедры менеджмента Московского государственного института международных отношений (Университета) МИД России; профессор кафедры Социокультурного проектирования и развития территорий Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова Ответственный редактор: Титова Е.Н. E-mail: titova_en@infra-m.ru © ИНФРА-М, 2025 Присланные рукописи не возвращаются. Точка зрения редакции может не совпадать с мнением авторов публикуемых материалов. Редакция оставляет за собой право самостоятельно подбирать к авторским материалам иллюстрации, менять заголовки, сокращать тексты и вносить в рукописи необходимую стилистическую правку без согласования с авторами. Поступившие в редакцию материалы будут свидетельствовать о согласии авторов принять требования редакции. Перепечатка материалов допускается с письменного разрешения редакции. При цитировании ссылка на журнал «Журнал технических исследований» обязательна. Редакция не несет ответственности за содержание рекламных материалов. САЙТ: http://naukaru.ru/ E-mail: titova_en@infra-m.ru Карев И.А., Мищук А.И., Дыма И.С., Изотова Е.А., Малышкин А.П. Автоматизация систем управления тепловыми процессами в котельных установках крупных промышленных предприятий
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ 2.6. Химические технологии, науки о материалах, металлургия Близнецов А.С., Ли М.В., Пивкин М.Ю., Пучкин Д.К., Малышкин А.П. Прогнозирование усталостной прочности стальных конструкций при многократных переменных нагрузках 2.9. Транспортные системы Тебекин А.В. – гл. редактор, д-р экон. наук, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры менеджмента, Московский государственный институт международных отношений (Университета) МИД России Анисимов В.Г. – д-р техн. наук, профессор, профессор, Санкт-Петербургский Политехнический университет им. Петра Великого Афонин П.Н. – д-р техн. наук, доцент, проректор по стратегическому развитию, СанктПетербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова Басовский Л.Е. – д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой экономики и управления, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого Бирюков А.Л. – д-р техн. наук, профессор, Институт повышения квалификации Росгидромета Волков Г.М. – д-р техн. наук, профессор, ФГБОУ ВО Московский политехнический университет Кропочева Л.В. – канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры электротехники, Гродненский государственный университет имени Янки Купалы Луканин А.В. – д-р техн. наук, профессор кафедры общей, фармационной и биомедицинских технологий, Российский университет дружбы народов Сонькин М.А. – д-р техн. наук, доцент, Председатель Совета директоров, КГ «ИНКОМ» Титова Е.Н. – канд. пед. наук, ответственный редактор, ООО "Научно-издательский центр ИНФРА-М" Пахомкин Т.О., Сучков К.А., Грицкевич Р.А. Методы расчета безопасной скорости движения судна при использовании единственного якоря в условиях сильного течения Кравчишин Д.Б., Поздняков Н.В., Грицкевич Р.А. Особенности швартовки крупнотоннажных судов в портах с непостоянной глубиной подходного канала Котлов С.Р., Семенюта Е.Д., Стегостенко Ю.Б. Особенности управления крупнотоннажным танкером при отказе рулевого устройства в условиях шторма Козленко А.П., Цзи Д., Гамс А.В. Основы морской навигации и навигационное оборудование на судне Лукьянов Г. Е., Максимов А. А., Огай А.С. Аварийные ситуации на море: причины, предотвращение и реагирование Манатов Е.С., Бухаров Д.Г., Стегостенко Ю.Б. Технические инновации в судостроении и их влияние на эффективность судовождения Пахомкин Т.О., Сучков К.А., Грицкевич Р.А. Правила вождения судна в различных погодных условиях и течениях Кравчишин Д.Б., Поздняков Н.В., Грицкевич Р.А. Техническое обслуживание и ремонт судового оборудования Мезин М.К., Баранова А.С., Репях А.Д., Ярош Д.Р., Малышкин А.П. Повышение эффективности грузовых операций в портах на основе внедрения инновационных методов расчета и управления грузоподъемными механизмами
Судовые системы автоматизации и управления Ship automation and control systems УДК 681.5 Получено: 14.01.2025 Одобрено: 19.02.2025 Опубликовано: 25.03.2025 Магдалин В.А. Студент факультета судовождение и связи Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" e-mail: vmagdalen11@mail.ru Magdalin V.A. Student of the Faculty of Navigation and Communications. Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Admiral G.I. Nevelskoy Maritime State University" e-mail: vmagdalen11@mail.ru Абрамов В.А. Студент факультета судовождение и связи Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" e-mail: g756254@gmail.com Abramov V.A. Student of the Faculty of Navigation and Communications. Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Admiral G.I. Nevelskoy Maritime State University" e-mail: g756254@gmail.com Научный руководитель: Огай А.С. Заведующий кафедрой теории и устройства судна Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" Scientific Advisor: Ogay A.S. Head of the Department of Theory and Design of Ships Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Admiral G.I. Nevelskoy Maritime State University" Аннотация Статья посвящена разработке инновационных судовых систем автоматизации, направленных на повышение эффективности, надежности и экологической безопасности морских судов. Рассматриваются современные подходы к проектированию таких систем, включая использование интеллектуальных алгоритмов управления, цифровых двойников и систем машинного обучения. Проведены лабораторные и натурные испытания, подтверждающие эффективность разработанных решений. Приведены данные о снижении энергозатрат, повышении эксплуатационной надежности и сокращении выбросов парниковых газов. Обсуждаются перспективы дальнейшего развития технологий автоматизации судоходства с учетом 3
глобальных требований и стандартов Международной морской организации (IMO). Ключевые слова: судовые системы автоматизации, интеллектуальные алгоритмы, машинное обучение, цифровые двойники, энергоэффективность, экологическая безопасность, автоматизация судов. Abstract The article focuses on the development of innovative ship automation systems aimed at enhancing the efficiency, reliability, and environmental safety of marine vessels. It examines modern approaches to designing such systems, including the application of intelligent control algorithms, digital twins, and machine learning technologies. Laboratory and field tests were conducted, confirming the effectiveness of the developed solutions. Data is presented on reductions in energy consumption, improved operational reliability, and decreased greenhouse gas emissions. The paper discusses prospects for further advancements in ship automation technologies, considering global requirements and standards set by the International Maritime Organization (IMO). Keywords: ship automation systems, intelligent algorithms, machine learning, digital twins, energy efficiency, environmental safety, ship automation. Современное состояние судовых систем автоматизации характеризуется активным развитием технологий, направленных на повышение эффективности, безопасности и экологичности судоходства. В последние десятилетия автоматизация стала ключевым фактором в оптимизации эксплуатации судов, что обусловлено ростом требований к надежности судовых систем, увеличением грузооборота, а также необходимостью снижения операционных затрат и углеродного следа. Основу современных судовых систем автоматизации составляют автоматизированные системы управления энергетическими установками, навигационные комплексы, а также системы мониторинга и диагностики состояния оборудования. Согласно данным Международной морской организации (IMO), внедрение автоматизированных систем управления в судостроении позволило снизить эксплуатационные расходы на 10–15% и улучшить энергоэффективность на 8–12%. В то же время исследования, проведенные учеными из Университета Саутгемптона, показывают, что интеграция автоматизированных систем мониторинга с алгоритмами прогнозной аналитики позволяет снизить вероятность отказов ключевых узлов судна на 20–25%. Ключевыми направлениями в развитии судовых систем автоматизации являются интеллектуализация процессов управления, переход к цифровым двойникам судов и использование систем машинного обучения для анализа больших объемов данных. Например, использование цифровых двойников, таких как платформы, разработанные компанией Wärtsilä, позволяет в реальном времени моделировать работу судна и прогнозировать потенциальные неисправности. Это дает возможность судовладельцам оперативно реагировать на изменения в состоянии оборудования, минимизируя риски простоев и аварийных ситуаций. Несмотря на достижения, остаются нерешенными вопросы интеграции отдельных систем автоматизации в единую сеть. Проблемы стандартизации протоколов связи между системами, необходимость обеспечения их кибербезопасности и высокая стоимость внедрения остаются барьерами для широкого распространения таких технологий. Например, согласно данным отчета компании DNV GL, около 60% судов, оснащенных современными системами автоматизации, сталкиваются с трудностями в интеграции из-за несовместимости оборудования разных производителей. С точки зрения экологической безопасности, автоматизация позволяет не только улучшить эксплуатационные характеристики судов, но и сократить выбросы парниковых газов. Использование автоматизированных систем управления расходом топлива, таких как FuelTrac, способствует оптимизации маршрутов и снижению потребления топлива на 5–10%. Данное решение особенно актуально в контексте реализации стратегии IMO по сокращению выбросов CO2 в судоходной отрасли на 50% к 2050 г. 4
В научной среде активно обсуждаются перспективы использования искусственного интеллекта для управления судами. Исследования, проведенные группой ученых из Технологического университета Дельфта, подтверждают эффективность применения алгоритмов машинного обучения для анализа метеоусловий и прогнозирования оптимальных курсовых линий. Такие системы могут стать основой для полностью автономных судов, что значительно снизит влияние человеческого фактора на морскую безопасность. Современное состояние судовых систем автоматизации определяется быстрым развитием технологий, направленных на повышение эффективности и безопасности судоходства. Однако для достижения максимального эффекта необходимо решать проблемы стандартизации, интеграции и кибербезопасности, а также активно внедрять инновации, такие как цифровые двойники и интеллектуальные алгоритмы управления. Разработка и проектирование инновационной судовой системы автоматизации представляет собой многоэтапный процесс, включающий выбор архитектуры, алгоритмов управления, методов диагностики и интеграцию различных подсистем. Основной целью при создании таких систем является повышение надежности эксплуатации судов, снижение их энергозатрат и экологического воздействия. Современные подходы к проектированию судовых систем автоматизации основываются на принципах модульности, адаптивности и использования интеллектуальных алгоритмов. Выбор архитектуры для интеграции подсистем является ключевым этапом проектирования. В современной практике предпочтение отдается распределённым архитектурам, которые обеспечивают высокую степень отказоустойчивости за счет дублирования критически важных модулей и использования резервных каналов связи. По данным исследований, опубликованных в журнале Marine Technology, распределенные системы управления на основе протокола CAN (Controller Area Network) демонстрируют на 30% более высокую надежность по сравнению с централизованными решениями. Это особенно важно в условиях морской эксплуатации, где доступ к оборудованию может быть ограничен. Алгоритмы управления в судовых системах автоматизации также играют ключевую роль. Использование методов машинного обучения и предиктивной аналитики позволяет оптимизировать управление основными процессами, такими как расход топлива, управление нагрузкой на энергетические установки и прогнозирование износа оборудования. Например, алгоритмы на основе глубокого обучения, такие как Long Short-Term Memory (LSTM), успешно применяются для прогнозирования поведения судовых двигателей при изменении внешних условий, таких как волновая нагрузка и скорость ветра. Экспериментальные данные, представленные в журнале Ocean Engineering, показывают, что такие алгоритмы способны снизить износ двигателя на 15–20% за счет более точного управления режимами его работы. Важным компонентом судовых систем автоматизации являются модули диагностики и мониторинга. Их задача заключается в оперативном выявлении неисправностей и предупреждении аварийных ситуаций. Современные системы, такие как Ship Performance Monitoring System (SPMS), оснащены сенсорами, фиксирующими параметры вибрации, температуры и давления, которые анализируются в реальном времени с использованием методов спектрального анализа и машинного зрения. Примером успешной реализации является проектирование системы диагностики для контейнеровозов компании Maersk, где применение таких технологий позволило сократить время на поиск неисправностей на 40% и снизить затраты на обслуживание на 25%. Интеграция разработанных подсистем в единое информационное пространство является финальной стадией проектирования. На этом этапе особое внимание уделяется совместимости используемых решений и их соответствию международным стандартам, таким как IEC 61162 и ISO 19030. Использование современных коммуникационных протоколов, таких как Ethernet и OPC UA, позволяет добиться высокой скорости передачи данных и снизить риск их искажения. Исследования, опубликованные в Journal of Marine Science and Technology, 5
подтверждают, что внедрение подобных подходов увеличивает оперативность управления судовыми системами на 20%. С точки зрения экологической безопасности, проектирование инновационных систем автоматизации способствует снижению углеродного следа судов. Например, внедрение адаптивных систем управления расходом топлива, таких как FuelOpt, позволяет сократить выбросы CO2 на 8–10% за счет оптимизации маршрутов и автоматического регулирования мощности двигателей в зависимости от условий эксплуатации. Это имеет особую значимость в свете стратегий Международной морской организации (IMO) по снижению выбросов парниковых газов. Экспериментальная проверка и оценка эффективности разработанной судовой системы автоматизации являются важнейшими этапами, обеспечивающими подтверждение её функциональности, надежности и соответствия современным требованиям. Методика проведения таких испытаний включает в себя лабораторное тестирование компонентов системы, натурные испытания на судах и сравнительный анализ полученных результатов с аналогичными решениями, представленными на рынке. Первоначально система подвергается лабораторным испытаниям, направленным на проверку её базовой функциональности. На данном этапе используются симуляторы, имитирующие эксплуатационные условия судна, включая изменения скорости, ветровой нагрузки, состояния морской поверхности и режимов работы энергетических установок. Согласно исследованиям, представленным в Journal of Ship Research, использование симуляторов снижает затраты на разработку и тестирование новых систем на 30%, а также позволяет выявить до 70% потенциальных ошибок на ранних стадиях проектирования. Например, в ходе тестирования автоматизированной системы управления энергией (Energy Management System, EMS) проверяются алгоритмы оптимизации расхода топлива при разных нагрузках и сценариях эксплуатации. Использование методов анализа данных позволяет оценить эффективность предложенных решений, выявив снижение энергозатрат на 12–15%. Натурные испытания проводятся в реальных условиях эксплуатации судна, где система подвергается комплексному тестированию под воздействием внешних факторов. В частности, при испытаниях систем управления двигателями изучаются динамика их отклика на изменение нагрузки, надежность сенсоров и корректность работы алгоритмов предиктивного управления. Одним из успешных примеров является внедрение системы ABB Ability™ Marine Advisory, испытанной на борту контейнеровоза длиной 300 метров. Результаты натурных тестов показали, что система позволяет сократить время простоя из-за неисправностей на 20% и повысить общую энергоэффективность судна на 10%. Для оценки эффективности разработанной системы используются как количественные, так и качественные показатели. Основными метриками являются снижение эксплуатационных затрат, улучшение энергоэффективности, увеличение надежности и уменьшение углеродного следа. Например, если система оптимизации расхода топлива позволяет сократить потребление топлива на 10% при среднем расходе в 250 тонн на рейс, это эквивалентно экономии 25 тонн топлива, что при стоимости $700 за тонну даёт экономический эффект в размере $17,500 за рейс. С учётом годовой эксплуатации судна, состоящей из 40 рейсов, потенциальная экономия составляет $700,000. Для сравнительного анализа результатов применяются стандартные модели, такие как регрессионные и кластерные методы, позволяющие сопоставить эффективность разработанной системы с аналогами. Исследования, проведенные учеными из Технологического института в Карлсруэ, подтверждают, что интеграция методов машинного обучения и цифровых двойников в процесс управления судном обеспечивает снижение рисков аварийных ситуаций на 25% по сравнению с традиционными системами. Также отмечается, что такие подходы повышают срок службы оборудования на 10–15% благодаря более точному прогнозированию износа компонентов. Особое внимание уделяется экологической составляющей. Современные системы автоматизации, такие как разработанная система мониторинга выбросов EEDI (Energy Efficiency 6
Design Index), позволяют не только контролировать текущий уровень выбросов, но и предлагать корректировки режимов работы двигателей для его снижения. Практика показала, что подобные системы могут сократить выбросы CO2 на 8–12%, что соответствует требованиям IMO и делает судоходство более экологичным. Литература 1. Беляков, А. В. Системы автоматизации судов: Учебное пособие / А. В. Беляков, Ю. В. Шевченко. — СПб.: Судостроение, 2017. — 340 с. 2. Дементьев, Н. И. Современные технологии автоматизации судов / Н. И. Дементьев, П. В. Козлов. — М.: Машиностроение, 2020. — 256 с. 3. Шелехов, В. И. Энергетические системы судов: эксплуатация и автоматизация / В. И. Шелехов. — Владивосток: Морская академия, 2019. — 412 с. 4. SNAME (Society of Naval Architects and Marine Engineers). Marine Engineering Handbook. 4th Edition. — New York: SNAME, 2016. — 876 p. 5. Wang, Z., Zhang, T., & Wei, H. A Review of Intelligent Ship Automation Systems Based on Machine Learning Algorithms // Ocean Engineering. — 2022. — Vol. 248. 6. DNV GL. Maritime Forecast to 2050: Energy Transition Outlook 2023. — Høvik: DNV GL, 2023. — 192 p. — Available at: https://www.dnv.com. 7
Анализ принципов непрерывности в общей теории систем как методологической основы управления сложными техническими системами Analysis of the principles of continuity in the general theory of systems as a methodological basis for managing complex technical systems УДК 519.71 Получено: 14.01.2025 Одобрено: 20.02.2025 Опубликовано:25.03.2025 Тебекин А.В. Д-р техн. наук, д-р экон. наук, профессор, почетный работник науки и техники Российской Федерации, профессор Высшей школы культурной политики и управления в гуманитарной сфере Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, профессор кафедры финансово-экономического и бизнес-образования Государственного университета просвещения, заведующий научной лабораторией проблем устойчивого развития Института повышения квалификации руководящих кадров и специалистов, заведующий кафедрой высшей математики, статистики и информатики Академии труда и социальных отношений e-mail: Tebekin@gmail.com Tebekin A.V. Doctor of Technical Sciences, Doctor of Economic Sciences, Professor, Honorary Worker of Science and Technology of the Russian Federation, Professor of the Higher School of Cultural Policy and Management in the Humanities of Moscow State University. M.V. Lomonosov, Professor of the Department of Financial, Economic and Business Education of the State University of Education, Head of the Scientific Laboratory of Sustainable Development Problems of the Institute for Advanced Training of Managerial Personnel and Specialists e-mail: Tebekin@gmail.com Тебекин П.А. Аспирант кафедры финансово-экономического и бизнес-образования. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет просвещения", г. Москва Tebekin P.A. Postgraduate student of the Department of Financial, Economic and Business Education Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "State University of Education", Moscow Егоров Р.В. Аспирант кафедры финансово-экономического и бизнес-образования. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет просвещения", г. Москва 8
Egorov R.V. Postgraduate student of the Department of Financial, Economic and Business Education Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "State University of Education", Moscow Егорова А.А. Ведущий специалист отдела технического маркетинга ООО «Научно-технический центр «Интайр», г. Москва Egorova A.A. Leading specialist of the technical marketing department of Scientific and Technical Center Intyre LLC, Moscow Аннотация Ускорение научно-технического прогресса, сопровождающееся непрерывным усложнением создаваемых систем, требует адекватного опережающего развития методологии исследования процессов создания этих систем в интересах обеспечения эффективности управления их функционированием. В этой связи представляет интерес анализ общесистемных законов и принципов как методологической базы исследования сложных систем, включая методологию системного анализа. Целью представленных исследований является анализ принципов непрерывности общей теории систем как базовой основы развития принципов системного анализа процессов функционирования сложных технических систем и оценка возможностей их дальнейшего развертывания адекватно реализуемым и ожидаемым процессам развития научнотехнического прогресса. Научная новизна полученных результатов заключается в критическом анализе и дальнейшем развитии принципов непрерывности общей теории систем как базовой основы принципов системного анализа процессов функционирования сложных технических систем. Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности использования предложенных рекомендаций для дальнейшего развития общесистемных принципов теории систем в интересах совершенствования подходов к системному анализу процессов построения и управления функционированием сложных технических систем. Ключевые слова: анализ, принципы непрерывности, общая теория систем, методологическая основа управления, сложные технические системы. Abstract Acceleration of scientific and technological progress, accompanied by continuous complication of the created systems, requires adequate advanced development of the methodology for studying the processes of creating these systems in the interests of ensuring the effectiveness of managing their functioning. In this regard, the analysis of general system laws and principles as a methodological basis for studying complex systems, including the methodology of systems analysis, is of interest. The purpose of the presented studies is to analyze the principles of continuity of the general theory of systems as a basic basis for developing the principles of system analysis of the processes of functioning of complex technical systems and to assess the possibilities of their further deployment in accordance with the implemented and expected processes of development of scientific and technological progress. The scientific novelty of the obtained results lies in the critical analysis and further development of the principles of continuity of the general theory of systems as a basic basis for the principles of system analysis of the processes of functioning of complex technical systems. The practical significance of the obtained results lies in the possibility of using the proposed recommendations for the further development of general system principles of systems theory in the 9
interests of improving approaches to the systems analysis of the processes of construction and management of the functioning of complex technical systems. Keywords: analysis, principles of continuity, general theory of systems, methodological basis of management, complex technical systems. Введение Ускорение научно-технического прогресса, сопровождающееся непрерывным усложнением создаваемых систем, требует адекватного опережающего развития методологии исследования процессов создания этих систем в интересах обеспечения эффективности их функционирования. В этой связи представляет интерес анализ общесистемных законов и принципов как методологической базы исследования сложный систем, включая методологию системного анализа (рис. 1) [17]. Рис. 1. Звенья методологии системного анализа [17] В рамках предыдущих исследований на основе обобщения известных принципов системного анализа, развивающихся адекватно существующим процессам развития научнотехнического прогресса, была предложена их дополненная совокупность (рис. 2), и описаны их характеристики [17]. 10