Automated Construction and Visualization of Reliability Model Algorithms Using Google Colab and Simintech

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

This paper presents a comprehensive approach to solving Kolmogorov differential equation systems using the Google Colab cloud platform. The research aims to create an algorithmic solution implementing the Runge – Kutta method in Python, including the development of program code that accurately estimates the number of integrations, enabling work both with and without the specialized scipy. integrate library. To enhance modeling efficiency, a structural scheme for solving these equations using SimInTech software has been developed. The methodology includes the development and testing of numerical integration, as well as the creation of visualizations for dynamic reliability models. The authors’ automation and visualization methods are highly adaptable and can be integrated into educational programs for students studying reliability theory and automatic control theory. The application of the mathematical framework of Markov random processes expands the capabilities for analyzing and forecasting the behavior of complex systems. The authors demonstrate that the proposed approaches reduce the time required for complex calculations and significantly improve the clarity and informativeness of the visualizations of the created models. These advantages are evident when working with large datasets and resilience stimulation methods, where traditional methods either require significantly more resources or provide insufficient efficiency. The conclusions confirm the high effectiveness and flexibility of the proposed approach to automation and process management, utilizing practice-oriented tools aimed at enhancing adaptability and resilience.

作者简介

Victor Artemyev

Plekhanov Russian University of Economics

编辑信件的主要联系方式.
Email: electricequipment@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0860-6328
SPIN 代码: 8912-5825
Scopus 作者 ID: 58002154300

Senior Lecturer of the Department of Informatics

俄罗斯联邦, Moscow

Alexey Maksimov

Russian Biotechnological University

Email: maksimov@mgupp.ru
SPIN 代码: 7284-7751

Cand. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Informatics and Computer Science of Food Production

俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Viktorova V.S., Stepanyants A.S. Models and methods for calculating the reliability of technical systems. 2nd ed., rev. Moscow: LENAND, 2016. 256 p.
  2. Bosenko T.M., Frolov Yu.V. The use of cloud platforms for deep and machine learning by students in distance education. In: Current problems of theory and practice of teaching physical, mathematical, and technical disciplines in the modern educational space: IV All-Russian (with International Participation) Scientific and Practical Conference Dedicated to the 75th Anniversary of the Faculty of Physics, Mathematics, and Informatics, Kursk State University (Kursk, December 16–17, 2020). Kursk: Kursk State University, 2020. Pp. 414–417. EDN: MZVPKJ.
  3. Butov R.A., Velichko V.I. Capabilities of the Google Colaboratory platform for educational use: example of calculating a plate heat exchanger. In: Informatization of engineering education: Proceedings of the VI International Scientific and Practical Conference (Moscow, April 12–15, 2022). Moscow: MEI, 2022. Pp. 83–86. EDN: ZKWASF.
  4. Alferova T.V., Trokhova T.A. Computer modeling of dynamic system elements in Python. Agrotechnics and Energy Supply. 2021. No. 3 (32). Pp. 58–64. (In Rus.). EDN: RBMNLU.
  5. Basics of Modeling in SimInTech: A study guide. A.I. Lyashenko, D.P. Vent, N.V. Maslova (comps.). Novomoskovsk, 2018. 42 p.
  6. Khabarov S.P., Shilkina M. Basics of technical systems modeling. SimInTech environment: A textbook for universities. 2nd ed., ster. St. Petersburg: Lan, 2024. 120 p. ISBN: 978-5-507-47711-1.
  7. Mokrova N.V., Grigoriev A.O., Artemyev V.S. Synthesis of finite control in the agro-industrial complex under impulse loads. Bulletin of Chuvash State Agricultural University. 2024. No. 3 (30). Pp. 189–197. (In Rus.). doi: 10.48612/vch/3t59-rm1b-2mte.
  8. Zakharov V.O., Pitersky N.S. Analysis of neutral operating modes in the SimInTech dynamic modeling environment. In: Technologies, energy, and economics: Proceedings of the XXI International Scientific and Technical Conference for Students and Postgraduates. In 3 vols. (Smolensk, April 24–25, 2024). Smolensk: Universum, 2024. Pp. 34–39.
  9. Pilyaev S.N., Afonichev D.N., Vragov S.A. Structure of a computer program for spatial-vector control of a matrix converter in the SimInTech software package. In: Theory and practice of innovative technologies in the agro-industrial complex: Proceedings of the National Scientific and Practical Conference (Voronezh, April 1–30, 2024). Voronezh: Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter I, 2024. Pp. 350–355.
  10. Gross V.Yu., Gubin E.S. The SimInTech dynamic modeling environment in the training of electromechanical students. Scientific Problems of Transport in Siberia and the Far East. 2023. No. 2. Pp. 194–197. (In Rus.)
  11. Artemyev V., Mokrova N., Hajiyev A. Theoretical and practical aspects of the application of the dynamic programming method in optimal control problems. Machine Science. 2024. Vol. 13. No. 1. Pp. 46–57. doi: 10.61413/GIPV6858.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. System state diagram and intensity matrix of state-to-state transitions

下载 (51KB)
3. Fig. 2. Solving the system of Kolmogorov differential equations in Google Colab using odeint()

下载 (92KB)
4. Fig. 3. Solving the system of Kolmogorov differential equations in Google Colab without using odeint()

下载 (93KB)
5. Fig. 4. Solving the system of Kolmogorov differential equations in Google Colab using a simpler code

下载 (93KB)
6. Fig. 5. Structural model for solving the system of differential equations in SimInTech

下载 (158KB)
7. Fig. 6. Solving the system of Kolmogorov differential equations in SimInTech

下载 (141KB)


许可 URL: https://www.urvak.ru/contacts/

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».