Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки

Актуальность и цели. Контроль, учет и оперативное управление различными энергетическими потоками становятся все более актуальными и важными в связи с постоянным увеличением стоимости энергоресурсов и с необходимостью снижения себестоимости выпускаемой продукции. Получение и использование достоверной оперативной информации о потреблении энергоресурсов - необходимое условие эффективного решения задач энергосбережения и энергоэффективности. Применение комплексных автоматизированных систем сбора, мониторинга и управления потреблением энергоресурсов позволяет существенно сократить затраты и минимизировать ошибки при сборе данных с приборов учета ресурсов. Цель данного исследования - разработка алгоритмов верификации и валидации данных об энергопотреблении, обеспечивающих достоверность первичных данных. Результаты . Предложены алгоритмы верификации и валидации, обнаруживающие недостоверные значения данных на основе анализа скорости изменения, адекватности и соотношения значений параметров, а также осуществляющие замену недостоверного значения на достоверное. Исследованы временные характеристики первичной обработки данных на основе предложенных алгоритмов в автоматизированной системе контроля и управления энергопотреблением. Выводы . Полученные результаты исследований позволяют утверждать, что использование алгоритмов верификации и валидации обеспечивает решение задач получения достоверной оперативной информации о потреблении энергоресурсов.

Актуальность и цели. Объектом исследования является оптико-электрон-ная система обнаружения летательных аппаратов. Предмет исследования - методы выделения движущихся объектов в присутствии сложного динамического фона. Цель - разработка способов повышения эффективности решения задачи обнаружения движущихся объектов на сложном динамическом фоне. Материалы и методы. Исследования выполнены с использованием методов обработки видеоизображений и прогнозирования. Результаты. Предложен помехоустойчивый метод выделения малоразмерных объектов на сложном динамическом фоне по последовательности кадров. Приведены качественные и количественные результаты работы метода на примере решения задачи обнаружения малоразмерных летающих объектов на фоне движущихся облаков и качающихся деревьев. Выводы. Предложенный метод может быть использован при разработке систем обнаружения движущихся объектов по последовательности кадров в оптическом диапазоне.

Актуальность и цели. Поставлена цель частичной компенсации случайных методических ошибок вычисления почти нулевых значений коэффициентов корреляции. Причиной возникновения случайной составляющей методической ошибки является недостаточный объем биометрических данных. Решается задача повышения точности вычислений (регуляризации) для коэффициентов парной корреляции, вычисленных по классической формуле в диапазоне от -0,1 до +0,1. Материалы и методы. Предложено использовать один из вариантов фрактальных корреляционных функционалов, построенный на определении соотношения длины ступенчатых линий, полученных упорядочиванием данных по каждой из исследуемых переменных. Использованный корреляционный функционал является аналогом процедур измерения длины береговых линий на картах разного масштаба, описанных в классических первоисточниках по фрактальным вычислениям. Дается таблица масштабирующих коэффициентов новой вычислительной формулы для слабо коррелированных данных при разных объемах тестовой выборки. Результаты и выводы. Показано, что предложенный фрактально-корреляционный функционал в совокупности с классическим корреляционным функционалом на выборках из 16 примеров позволяет снизить случайную составляющую методической погрешности примерно на 20 %, что эквивалентно росту объема выборки до 24 опытов. Приведена таблица весовых коэффициентов линейной комбинации пары предложенного и классического корреляционных функционалов.

Актуальность и цели. Объектом исследования являются технические решения, представленные в виде патентов. Предметом исследования являются обобщенные приемы совершенствования эксплуатационных характеристик таких решений. Цель работы - разработка методики автоматического выявления обобщенных приемов. Материалы и методы. В процессе исследования были применены методы системного анализа, теории баз данных, энерго-информационный метод. Результаты. Разработана комплексная методика автоматического выявления обобщенного приема. Она имеет два варианта применения: быстрый и полный, в каждом из которых применяются различные метрики и меры близости. Разработанная методика реализована в подсистеме Раtеnt Sеаrсh программного комплекса «Интеллект». Выводы. Результаты опытной эксплуатации модуля выявления обобщенных приемов подсистемы Раtеnt Sеаrсh позволили сделать вывод об эффективности разработанной методики и целесообразности проведения дальнейших исследований.

Актуальность и цели. Объектом исследования является система водоочистки Санкт-Петербургского водоканала, в которой контролируются семь показателей качества питьевой воды в зависимости от шести физико-химических параметров водоисточника и двух управляемых параметров (дозы коагулянта и флокулянта, используемых при очистке воды). Предмет исследования - качество питьевой воды. Целью исследования является разработка системы раннего предупреждения о возможном нарушении качества питьевой воды вследствие ухудшения физико-химических показателей источника водоснабжения (прогнозируется возможность выхода одного или нескольких показателей качества воды за допустимые пределы) и обеспечение управляющего воздействия (изменение доз коагулянта и флокулянта) для исключения аварийной ситуации. Материалы и методы. Исследование качества воды проводится путем построения регрессионных моделей, которые наилучшим образом представляют зависимость показателей качества питьевой воды от физико-химических параметров водоисточника и управляемых параметров, исходя из данных мониторинга работы системы водоочистки. Результаты. Получены модели для показателей качества питьевой воды, которые могут быть использованы для прогнозирования будущего состояния питьевой воды. Выводы. В результате проведения регрессионного моделирования показателей качества питьевой воды установлено, что «глобальные» модели не обеспечивают необходимую для прогнозирования точность. С целью повышения значения коэффициента детерминации предлагается использование малых выборок с применением кусочно-линейных регрессий с учетом авторегрессий второго порядка. Для оценки влияния управляемых факторов (доз коагулянта и флокулянта) на показатели качества воды рекомендуется использование кусочно-квадратичных моделей. Применение предлагаемых подходов позволит обеспечить прогнозирование возможных аварийных ситуаций, при которых отдельные показатели качества питьевой воды могут выйти за допустимые пределы.

Актуальность и цели . Объектом исследования являются медицинские данные трансплантации гемопоэтических стволовых клеток, накапливаемые в процессе оказания данного вида высокотехнологичной медицинской помощи. Цель разработки моделей информационных потоков данных и внедрения механизмов интеграции компонентов комплекса программных средств управления медицинскими данными трансплантации гемопоэтических стволовых клеток с медицинской и лабораторными информационными системами - агрегация клинических и лабораторно-диагностических данных на уровне учреждения системы здравоохранения Российской Федерации. Материалы и методы . Исследовались процессы формирования и накопления клинических и лабораторно-диагностических данных трансплантации гемопоэтических стволовых клеток. Результаты и выводы . Приведен обзор текущего состояния и развития области медицинских информационных систем различного назначения и ее основных источников систематизации и стандартизации. Описаны компоненты оригинального комплекса программных средств управления процессами и клиническими и лабораторно-диагностическими данными трансплантации гемопоэтических стволовых клеток. Разработаны и приведены модели потоков данных интеграции компонентов программного комплекса и медицинской и лабораторных информационных систем ФГБУ «ФНКЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева» Минздрава России. Проведен сравнительный анализ результатов внедрения компонентов программного комплекса и механизмов интеграции и подтверждена полнота и корректность данных на уровне интеграции компонентов программного комплекса и других подсистем конкретного учреждения системы здравоохранения Российской Федерации. Показана эффективность внедрения данного программного комплекса и предложенных моделей и механизмов интеграции как средства поддержки процессов в научно-клинической деятельности отделений трансплантации гемопоэтических стволовых клеток и смежных с ними подразделений ФГБУ «ФНКЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева» Минздрава России.

Актуальность и цели. Современные лабораторные установки химической, фармацевтической и косметической промышленности представляют собой сложные технические системы, функционирующие на основе множества принципов, относящихся к различным наукам. Такой синтез наук, как правило, объединяет прикладные достижения технических наук с теоретическими знаниями, на которых базируются указанные выше отрасли промышленности. Одновременно перед отечественными учеными и конструкторами стоит задача импортозамещения как элементной базы, так и готовых, высокотехнологичных устройств. Таким образом, проектирование лабораторного реактора проточного синтеза на основе опыта зарубежных коллег является актуальной, трудно формализуемой задачей. Материалы и методы. Методологической основой работы являются методы создания информационно-измерительных и управляющих систем. Результаты. Изложен примененный авторами подход к проектированию структуры и информационной модели лабораторного реактора проточного синтеза, основанный на принципах построения информационно-измеритель-ных и управляющих систем. Выводы. Доказано, что построение сложного оборудования, объединяющего в своей работе достижения различных областей наук, возможно только с использованием четко структурированного научно обоснованного подхода. Поэтому для реализации реактора проточного синтеза авторы применили методологию построения информационно-измерительных и управляющих систем.

Актуальность и цели . Разработан программно управляемый измеритель отношения амплитуд и разности фаз напряжений, предназначенный для определения частоты единичного усиления от 0,1 до 10 МГц и запаса устойчивости по фазе операционных усилителей. Материалы и методы . Определены границы рабочих диапазонов измерений отношения амплитуд и разности фаз напряжений. Для одновременного преобразования отношения амплитуд и разности фаз выходного и входного напряжений операционных усилителей в постоянные напряжения предложено использовать детектор AD8302. Результаты . Разработан стенд и методики для экспериментального определения градуировочных характеристик измерителя отношения амплитуд и измерителя разности фаз сигналов. Получено соотношение, позволяющее сформулировать требования к разрешению аналого-цифрового преобразователя, осуществляющего оцифровку выходного напряжения измерителя отношения амплитуд сигналов, исходя из требуемого разрешения по частоте при измерении частоты единичного усиления операционных усилителей. Выводы . Экспериментально подтверждена возможность определения отношения амплитуд сигналов на входах детектора с относительной погрешностью не более 0,15 % и разности фаз с относительной погрешностью не более 1,5 %.

Актуальность и цели. Объектом исследования являются акустооптические модуляторы, входящие в состав информационно-измерительных систем на основе лазерных акустооптических интерферометров. Предметом исследования являются процессы взаимодействия оптических и акустических волн в оптически прозрачной среде и, в частности, процесс дифракции света на периодической акустической волне. Цель работы - выявление зависимости оптического сигнала с выхода акустооптического модулятора от параметров оптической и акустической волн и зоны акустооптического взаимодействия. Материалы и методы. Исследование процессов взаимодействия оптических и акустических волн в оптически прозрачной среде проведены методом гармонического анализа с помощью Фурье-преобразования и методом теории возмущений. Результаты. Рассмотрен механизм дифракции света на периодической акустической структуре. Определены направления распространения световых волн при дифракции световой волны на дифракционной решетке. Показано общее решение для поля и спектра рассеянного излучения методом теории возмущений. Выводы. Качество работы информационно-измерительных систем зависит от характеристики оптического излучения после акустооптического преобразования. На характеристики оптического излучения оказывают существенное влияние параметры оптических и акустических волн, а также зона акустооптического взаимодействия. Поэтому при проектировании лазерных измерительных систем с акустооптическим преобразованием необходимо провести расчет оптимальных характеристик оптических и акустических волн и зоны акустооптического взаимодействия.

Актуальность и цели. Объектом исследования являются волоконно-оптические датчики давления (ВОДД) с открытым оптическим каналом (ООК). Предметом исследования являются процессы проектирования ВОДД с метрологическими характеристиками, отвечающими требованиям волоконно-оптических информационно-измерительных систем ракетно-космической и авиационной техники. Цель исследования - разработка комплексного подхода к развитию теоретических, научно-технических и технологических основ разработки ВОДД. Поэтому вопрос создания научной концепции проектирования ВОДД является актуальным. Материалы и методы. Предлагается для повышения надежности ВОДД в условиях ракетно-космической и авиационной техники исключить механические информативные и неинформативные изгибы волоконно-оптического кабеля, что возможно на пути применения открытых оптических каналов измерительных преобразователей ВОДД. С целью унификации схемно-конструктивных решений волоконно-оптических преобразователей линейных и угловых микроперемещений отражательного и аттенюаторного типов используются явления отражения, прерывания, преломления. Результаты. Разработана новая концепция проектирования дифференциальных ВОДД для волоконно-оптических информационно-измерительных систем ракетно-космической и авиационной техники, отличительной особенностью которой является учет пространственного распределения светового потока в дальней зоне дифракции волоконно-оптических преобразователей, применение в ВОДД в качестве базовых элементов волоконно-оптических преобразователей линейных и угловых микроперемещений отражательного и аттенюаторного типов с ООК. Выводы. Определен комплексный подход к проектированию ВОДД с ООК для перспективных волоконно-оптических информационно-измерительных систем, обеспечивающий снижение временных и материальных затрат на их проектирование и внедрение, улучшение метрологических и эксплуатационных характеристик на основании выявления источников возможных погрешностей.

Актуальность и цели. Весьма актуальной в современном производстве с целью повышения качества изделий и функционирования технологического оборудования является проблема автоматизации вихретокового контроля поверхностного слоя деталей подшипников с применением интеллектуальных технологий. Создание эффективной системы мониторинга технологического процесса, в частности в подшипниковом производстве, предполагает решение целого комплекса взаимосвязанных задач, включающих организационное, научно-методическое, техническое, информационное и кадровое обеспечение, что обеспечивает не только повышение качества подшипников, но и предупреждает появление брака, т.е. снижение издержек производства. Материалы и методы. Научный и практический интерес представляет вопрос применения методики автоматического распознавания дефектов поверхности деталей с помощью нейронных сетей в составе системы мониторинга с обоснованием применения четырех отличительных признаков, способных в комплексе идентифицировать все основные дефекты поверхности качения колец подшипников. Результаты. Приведены результаты практических исследований предлагаемой методики автоматического распознавания дефектов поверхности деталей с помощью нейронных сетей с обоснованием применения четырех отличительных признаков, способных в комплексе идентифицировать деталь с дефектом в составе системы мониторинга. Представлен новый комплекс конструктивных решений - автоматизированные стенды вихретокового контроля АСВК-НД и АСВК-2ВД, встроенные в линии изготовления колец буксовых подшипников для подвижного состава железных дорог. Выводы. Представлены конструктивные решения и программные продукты для реализации методики распознавания дефектов поверхности качения колец крупногабаритных подшипников для решения задачи эффективного неразрушающего контроля.

Актуальность и цели. В настоящее время при разработке перспективных образцов авиационных комплексов особое внимание уделяется снижению их радиолокационной заметности, поскольку она играет немаловажную роль в успешном преодолении систем противовоздушной обороны противника. Одним из наиболее эффективных на сегодня способов снижения радиолокационной заметности является использование в конструкции авиационных комплексов радиопоглощающих покрытий и материалов. В то же время испытываемые данными покрытиями эксплуатационные нагрузки приводят к возникновению в них различного рода дефектов и, как следствие, к увеличению радиолокационной заметности авиационного комплекса. Из-за отсутствия развитой базы мобильного контроля данных покрытий и малой эффективности существующих способов и устройств возникает необходимость создания новых и совершенствования известных методов и приборов дефектоскопии. Материалы и методы. Исследования базируются на применении теории макроскопической электродинамики, методах математического и машинного моделирования, теории антенн, методах математической статистики и измерений. Основу метода составляет модель взаимодействия сверхвысокочастотного поля поверхностной медленной волны с диэлектрическим материалом, где результаты оценки топологической деформации пространственно-временной структуры микроволнового излучения есть мера измеренной величины. Результаты. Проведена проверка адекватности разработанной математической модели, характеризующей распространение медленной поверхностной электромагнитной волны в радиопоглощающем покрытии при отслоении его от металлического основания путем моделирования зависимости основного информативного параметра поля поверхностной волны - коэффициента нормального ослабления α и его чувствительности от изменения параметров покрытия с последующей верификацией разработанной математической модели в среде электродинамического моделирования СSТ Studiо suit. Установлено, что незначительное изменение параметров покрытия, а также возникновение в нем дефекта в виде отслоения приводит к уменьшению коэффициента ослабления, что также было подтверждено результатами, полученными при моделировании в программе СSТ Studiо suit. Выводы. Проведенное исследование позволило установить, что предложенная математическая модель может служить основой разработки радиоволновых способов обнаружения и оценки дефектов типа «отслоение» диэлектрических и магнитодиэлектрических радиопоглощающих покрытий авиационных комплексов.

Актуальность и цели . Объектом исследования являются геометрические характеристики текстильных изделий при формировании их в виде кольцевого слоя в стиральном барабане при отжиме. Предметом исследования является оценка влияния процессов формирования кольца текстильных изделий при отжиме на их геометрические характеристики, определяющие распределение силовых факторов в объеме текстильных изделий. Цель работы - описание поведения радиус-вектора кольцевых слоев, вдоль которого действуют центробежные силы, приводящие к деформации текстильных изделий в барабане при отжиме с учетом случайного характера их распределения и максимальной неуравновешенности. Материалы и методы . Рассматривается геометрия положения текстильных изделий в барабане стиральной машины при отжиме в полярной системе координат, что позволяет определить величины радиус-векторов внутренних кольцевых слоев расположения текстильных изделий. Результаты . Разработаны схемы распределения условных отдельных кольцевых слоев текстильных изделий в барабане при отжиме. Выведены формулы для определения величины радиус-векторов кольцевых слоев, вдоль которых действуют центробежные силы, приводящие к деформации текстильных изделий. При выводе формул учтены особенности случайного характера распределения кольца текстильных изделий в барабане при отжиме, а также получены уравнения для максимальной неуравновешенности текстильных изделий. Выводы . Анализ схем распределения условных отдельных кольцевых слоев текстильных изделий показал, что, в отличие от равномерного при пропорциональном распределении, координаты центра каждого отдельного слоя будут различными, что, соответственно, определяет различные значения координат центра масс отжимаемых текстильных изделий. Полученные формулы позволяют исследовать поведение радиус-вектора отдельных кольцевых слоев как одного из факторов, определяющих центробежные силы, формирующие кольцо текстильных изделий при отжиме.

Актуальность и цели. Объектом исследования является организация производства технологической оснастки (ТО) для выпуска наукоемких изделий. Предметом исследования являются процессы проектирования ТО «на заказ». Цель работы - кратное сокращение времени и повышение качества проектирования и изготовления ТО на основе сервисного подхода в условиях информационно-технологической среды. Рост требований к потенциальным знаниям, умениям и компетенциям исполнителей для выполнения машиностроительной части заказа по производству ТО. Материалы и методы. Прозрачность деятельности обеспечивается на основе формализованных и зафиксированных стандартов, использующих единые словарь понятий и нормативно-справочную информацию, сценарии деятельности в условиях информационно-технологической среды. Минимизации натурных экспериментов при проектировании ТО основана на переходе к компьютерному моделированию. Результаты. Систем автоматизированной поддержки информационных решений выступает как единая платформа по проектированию специальной ТО. Выводы. Подготовка и переподготовка специалистов для работы в условиях информационно-технологической среды при проектировании и изготовлении оснастки «на заказ» организована в рамках системы автоматизированной поддержки информационных решений. Уменьшение времени реакции на поток производственных заказов осуществляется не основе: управления проектами, управления логистикой комплектующих, использования карты взаимодействия.