Актуальность и цели. Разработка адаптивного прикладного программного обеспечения (ПО) с расширенным жизненным циклом – одно из наиболее перспективных направлений в индустрии программной инженерии. Не является исключением и сфера современных образовательных технологий. Проектирование обучающих программ должно производиться с учетом быстрой изменчивости и обучаемого (постоянное повышение уровня его знаний и навыков), и внешней среды (изменение образовательных стандартов, требований, технических возможностей). При этом процесс обучения не должен прерываться из-за работ по обновлению ПО. В основу обучающей программы должны быть заложены такие модели, которые позволили бы программе отслеживать процессы изменчивости и самоадаптироваться к ним без перекомпиляции исходного кода. Основные цели работы: 1) дать обзор существующих технологий моделирования изменчивости и самоадаптации ПО; 2) рассмотреть вопросы продления жизненного цикла обучающего ПО; 3) предложить способы моделирования изменчивости в процессах автоматизированного проектировании адаптивных обучающих программ с поддержкой 3D-графики. Материалы и методы. Использованы методы моделирования изменчивости на основе характеристических диаграмм и их формального пропозиционального представления, а также технология инженерии линеек программных продуктов. Результаты. Выполнен обзор адаптивных обучающих систем как наиболее перспективной разновидности компьютерных обучающих программ, описаны основные стратегии адаптивности. Рассмотрены существующие инструментальные системы синтеза обучающего ПО, ориентированного на интеллектуальность и адаптивность. Выявлены основные недостатки данных систем, предложены методы их решения. Рассмотрены вопросы моделирования изменчивости предметных областей и окружающей программной среды. Предложено использование технологии моделирования изменчивости в области автоматизированного проектирования обучающего ПО. Рассмотрены возможности применения технологии в построении электронных обучающих курсов. Выводы. Описанные технологии моделирования изменчивости позволяют проектировать самоусложняющиеся обучающие приложения, которые в ходе взаимодействия с пользователем способны предлагать все более сложные модельные и обучающие ситуации. Данные ситуации не создаются заранее программистом, а генерируются на лету приложением на основе обратных связей с пользователем и окружающей средой. Предлагается возможность создания инструментальной платформы для синтеза обучающего ПО, способного самостоятельно поддерживать и расширять свой жизненный цикл. Низкий порог вхождения при работе с такой платформой открывает широкие возможности по созданию обучающих приложений для лиц, не имеющих специальной подготовки в области информационно-компьютерных технологий.
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки
2015. — Выпуск 1
Содержание:
Актуальность и цели. Внедрение новых методик в сфере инженерного образования направлено в основном на повышение качества обучения. Важнейшей проблемой при этом является оценка эффективности внедряемой методики, определяемая в ходе педагогического эксперимента на основе экспертных заключений. Цель данной работы заключается в описании метода оценки качества академических программных продуктов (т.е. программ, разработанных студентами в процессе обучения), а также в выявлении влияния изменения методики обучения при прочих равных условиях на качество академических программных продуктов. Материалы и методы. В работе использованы методы статистического и дисперсионного анализа и технологии разработки программного обеспечения. Результаты. Предложен способ оценки эффективности обучения, основанный на определении качества конечного продукта учебной деятельности студентов, оценка которого выполняется компьютерной программой без участия экспертной группы. Выводы. В результате экспериментальных исследований показано, что выборочные совокупности параметров качества подчиняются нормальному закону распределения. На основе результатов дисперсионного анализа показано, что влияние внешнего фактора на учебный процесс статистически значимо, и это приводит к изменению параметров качества академических продуктов, в частности, параметра совершенства Hq. С помощью методов дисперсионного анализа показана эффективность процесса управления качеством академических программных продуктов в условиях проектно-ориентированного обучения.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются фазовые компараторы в устройствах адаптивной синхронизации и восстановления данных в процессе их передачи по каналу связи, в том числе после «замораживания» в устройстве хранения. Предметом исследования являются дискриминационная характеристика фазового сравнения и варианты ее схемного воплощения. Цель работы – оптимизация выбора формы дискриминационной характеристики и разработка фазовых компараторов повышенной эффективности, обеспечивающих наряду с быстрым установлением режима синхронизма высокую динамическую точность синхронизации. Материалы и методы. Исследование основных характеристик представителей класса компараторов с широтно-импульсным представлением фазового рассогласования выполнено с привлечением методов статистической линеаризации, анализа срыва слежения, синтеза схем цифровой электроники. Результаты. Показано преимущество пилообразной формы дискриминационной характеристики, разработаны схемы двухрежимных фазочастотных компараторов, которые обладают такой характеристикой и обеспечивают быстрый широкополосный захват и точную синхронизацию в режиме слежения. Выводы. Сравнение различных форм дискриминационной характеристики фазового сравнения по критериям точности синхронизации и вероятности срыва слежения позволило обосновать преимущество пилообразной формы характеристики и предложить технические средства ее реализации.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Артериальной гипертензией страдает около 30–45 % общей популяции людей. Значительную помощь в своевременной диагностике сердечно-сосудистых заболеваний и прогнозировании их течения может оказать применение современных компьютерных технологий. Значения артериального давления и частоты пульса находятся в независимой непрерывной связи с неблагоприятными сердечно-сосудистыми событиями. Поэтому разработка алгоритма диагностики состояния сердечно-сосудистой системы по результатам измерений артериального давления и пульса является актуальной задачей. Объектом исследования являются пациенты с сердечно-сосудистыми заболеваниями, а также люди, имеющие риск их развития. Предметом исследования являются многократные измерения артериального давления в случайные моменты времени в течение длительного периода. Материалы и методы. Предлагаемый алгоритм диагностики основан на многократных измерениях артериального давления и пульса. Результаты. Разработан алгоритм диагностики состояния сердечно-сосудистой системы по результатам многократных измерений артериального давления и пульса, включающий расчет и анализ значений дополнительных диагностических параметров – пульсовое давление, коэффициент выносливости, индекс Кердо. Выводы. Разработанный алгоритм позволяет выявить наличие отклонений в работе сердечно-сосудистой системы, а также выявить риск развития осложнений у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Ключевые слова
Актуальность и цели. В настоящее время большинство отраслевых методик оценки качества данных строятся на использовании классического критерия хи-квадрат, который хорошо работает на больших тестовых выборках. При оценке качества обучающих выборок и тестовых выборок биометрических данных нет возможности использовать большие тестовые выборки, состоящие из 200 экспериментально полученных значений. Обычно для обучения и тестирования искусственных нейронных сетей используются выборки из 20 примеров. В связи с этим возникает актуальная задача снижения на порядок размеров выборки экспериментально получаемых данных при сохранении уровня достоверности результатов статистического анализа. Материалы и методы. В работе анализируется влияние ошибки квантования биометрических данных, возникающей из-за приближения функции плотности распределения значений экспериментальных данных их гистограммой. Показано, что синтез гистограмм плотностей распределения значений значительно усиливают ошибки квантования данных, обусловленные малым числом примеров в выборке. Результаты. Предложено отказаться от использования гистограмм в пользу аппроксимации функции вероятности появления наблюдаемых событий. Это эквивалентно переходу от статистического критерия хи-квадрат к статистическому критерию Джини. При этом на малых выборках ошибка квантования снижается до 5 раз при использовании одномерного критерия Джини. Еще большего снижения влияния ошибок квантования удается достичь, если пользоваться многомерным обобщенным критерием Джини. Доказано, что влияние ошибок квантования падает пропорционально корню размерности используемого критерия Джини. Выводы. При переходе от одномерного хи-квадрат критерия проверки статистических гипотез к использованию многомерного критерия Джини удается существенно снизить требования к размерам обучающих и тестовых выборок биометрических данных. Появляется возможность увеличения качества обучения и тестирования искусственных нейронных сетей преобразователей биометрия-код за счет многомерного статистического контроля обучающих и тестовых выборок.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются распределенные системы обработки данных, работа которых основана на новых принципах, названных в статье парадигмами. Предметом исследования являются вопросы абстрактного и структурного проектирования распределенных сетевых приложений на основе логико-алгебраического подхода и некоторых методов искусственного интеллекта. Цель работы – совершенствование методов проектирования распределенных приложений на основе концептуальных, логических и логико-алгебраических моделей, положенных в основу новой гибридной технологии распределенного программирования. Результаты. Главным результатом работы является то, что предлагаемые методы позволяют разрабатывать распределенные приложения для обработки данных, соответствующие некоторой формальной спецификации. Для реализации распределенных приложений обработки данных выбраны методы, не требующие специальных синтаксических примитивов при организации параллелизма в распределенных системах. Описание и поддержка параллелизма в распределенных системах осуществляется средствами, реализуемыми на основе перехода от первоначальных концептуальных представлений процессов, базирующихся на правилах вывода и концептуальных графов, к непосредственному программированию путем прямого использования логико-алгебраических выражений в качестве формализованных спецификаций. Выводы. Сопоставление описательных возможностей двух моделей распределенных вычислений позволило сделать вывод о том, что новая гибридная модель распределенной обработки данных в большей степени соответствует сетевой среде и отличается от известных тем, что в ней передача управления осуществляется путем передачи сообщений через сетевое инфокоммуникационное пространство, а функциональные связи реализуются через структурированное виртуальное пространство памяти, что во многих случаях ускоряет обработку данных. Предложенные новые концептуальные, логические и логико-алгебраические модели распределенных вычислений в системах с гибридной архитектурой, которые отличаются от известных тем, что они относятся к классу непосредственно исполнимых (реализуемых), применение которых позволяет снизить трудозатраты при создании распределенных сетевых приложений.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются датчики силы на основе тензорезистивных мостов. Предметом исследования является зависимость погрешности функции преобразования тензорезистивных датчиков силы от величины приложенной нагрузки. Цель работы – создание математической модели, описывающей зависимость погрешности выходного сигнала тензорезистивного датчика силы от приложенной нагрузки. Материалы и методы. Предложенная математическая модель зависимости погрешности выходного сигнала тензорезистивных датчиков силы от приложенной нагрузки построена на основе интерполяционного многочлена Лагранжа. Результаты. Предложена математическая модель, описывающая зависимость погрешности преобразования выходного сигнала от приложенного давления для тензорезистивных датчиков силы, имеющих различные значения максимальной нагрузки. Предложенная математическая модель является степенным полиномом, построенным на основе интерполяционного многочлена Лагранжа, и позволяет учесть зависимость погрешности выходного сигнала тензорезистивных датчиков силы от приложенной нагрузки при цифровой обработке информации. Выводы. Применение предложенной модели зависимости погрешности выходного сигнала от приложенной нагрузки тензорезистивных датчиков силы позволяет учесть нелинейность функции преобразования датчиков силы во всем диапазоне нагрузок. Благодаря этому возможно снижение основной погрешности информационно-измерительных систем, использующих датчики силы. При этом для использования предложенной математической модели не требуется точного снятия зависимости выходного сигнала от приложенной нагрузки во всем диапазоне нагрузок, что значительно упрощает процесс наладки систем с использованием датчиков силы.
Ключевые слова
Background. The subject of the research is the blood pressure measurement devices. The research object is the process of registration, conversion and transmission of pulse wave signals. The aim of the work is to conduct a critical analysis of the known devices for blood pressure measuring, development and research of the author's virtual device in the Labview environment. Matherials and methods. Improvement of the blood pressure measuring devices was carried out by introduction of new registration elements and pulse wave signal conversion. The article includes the examination of the developed virtual device on real bases of pulse wave signals. Results. The research results include the analysis of the known solutions, blood pressure measuring devices, description of advantages and disadvantages thereof. The author developed a virtual circuit device for pulse wave registration and adduced the research thereof. Conclusions. At its microprocessor implementation the developed device can be used both in private and public clinics to enhance the accuracy of blood pressure measutrements, especially in conditions of free physical activity.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Повышение качества изделий, имеющих в своем составе электротехнические стали и прецизионные магнитомягкие сплавы, опирается на экспресс-анализ их магнитных свойств в процессе производства. Оперативно и с достаточной точностью это можно проводить на измерительно-вычислительных комплексах (ИВК). Целью данной работы является разработка такого ИВК для исследования параметров петель гистерезиса и основной кривой намагничивания магнитомягких материалов и параметров магнитопроводов в постоянных магнитных полях на базе индукционно-импульсного метода с коммутационным режимом изменения напряженности намагничивающего поля. Разработана структурная схема ИВК, обоснованы требования для компонентов блока намагничивания, предложен подход к определению числа диапазонов блока намагничивания и канала интегратора, позволяющих обеспечить заданную точность и погрешность измерения статических магнитных характеристик. Предложены способы минимизации и учета дрейфа интегратора. Материалы и методы. Разработка ИВК основана на анализе индукционно-импульсного метода измерения статических магнитных характеристик в ком- мутационном и ступенчатом режимах изменения магнитного поля в замкнутой и разомкнутой магнитных цепях. Результаты. Спроектирован и изготовлен опытный образец, представлены основные технические характеристики ИВК. Выводы. ИВК позволяет определять коэрцитивную силу, магнитную проницаемость и магнитную индукцию по основной кривой намагничивания, предельной и частных петлях магнитного гистерезиса в замкнутой магнитной цепи с суммарной погрешностью не более ±2,0 % при сокращении времени измерения до 5 раз.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Системе мониторинга технологического процесса, включая оборудование и процесс обработки, отводится важная роль в общей структуре системы управления качеством продукции, особенно если речь идет о производстве изделий точного машино- и приборостроения. При осуществлении контроля технологического состояния оборудования, диагностировании, выполняемых на холостом ходу, и выборе режима обработки индивидуально для каждого станка необходимо осуществлять автоматизированный контроль динамического состояния каждого станка до и в процессе обработки по уровню вибраций. Актуальность автоматизированного контроля процесса шлифования обусловлена тем, что он позволяет не только своевременно выявить нарушения в ходе обработки, но и предотвратить возникновение бракованных деталей. Материалы и методы. Разработана информационно-функциональная модель шлифовального станка для обработки колец подшипников, которая дает представление об измеряемых виброакустических параметрах, привязанных к элементам функциональной схемы. Рассматривается возможность определения рационального режима шлифования поверхностей качения колец подшипников на основе измерения виброакустических колебаний динамической системы. Используются методы теории автоматического управления для вычисления передаточной функции замкнутой динамической системы при разных подачах инструмента и износе круга. Определяется запас устойчивости динамической системы станков по показателю колебательности или по критерию Михайлова. Результаты. На основе обработки результатов виброакустических колебаний установлена связь между запасом устойчивости и износом круга на автоматизированном шлифовальном станке Weiss WKG-05 и между запасом устойчивости и качеством обработки поверхностного слоя на шлифовальных станках SIW-4 и SIW-5, определяемых при различных подачах, что позволило определить рациональную подачу, при которой динамическая система имеет наибольший запас устойчивости, а также целесообразный момент правки круга. Эти данные необходимы для построения базы данных и базы знаний экспертной системы. Выводы. Разработана и апробирована методика определения целесообразного режима обработки на основе идентификации динамической системы станка при резании. Обоснован выбор информативных параметров для оценки виброакустических колебаний динамического состояния станка без резания и при резании.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Целью данной работы является совершенствование метода обработки информационного сигнала при вихретоковом контроле качества шлифованных поверхностей качения деталей подшипников на основе автоматического распознавания локальных дефектов при помощи оптимального выбора вида вейвлета. В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи: разработка метода автоматического распознавания вида локальных дефектов и создание программного модуля для автоматического поиска и интеллектуальных алгоритмов распознавания наиболее распространенных локальных дефектов шлифованной поверхности качения деталей подшипников по данным вихретокового контроля с обоснованием критерия выбора вейвлета, заключающегося в определении соотношения вейвлет коэффициентов дефект–шум, критериально оцениваемых по величине средне-квадратичного отклонения, умноженного на коэффициент предельной чувствительности. Причем на первом этапе осуществляется распознавание по амплитудной составляющей информационных сигналов. Если осуществляется совпадение заданного уровня коридора среднеквадратичного отклонения от дефектов в одном признаковом пространстве, на втором этапе осуществляется распознавание по уровню коридора среднеквадратичного отклонения фазовой составляющей информационных сигналов. Материалы и методы. В основе проведенных исследований лежат методы обработки дискретных сигналов, аппарат вейвлет-преобразований, теория распознавания образов. Обработка результатов вихретокового контроля велась с использованием специально разработанного программного обеспечения, написанного и реализованного с помощью языка программирования Delphi. Экспериментальные исследования проводились с использованием автоматизированной системы вихретокового контроля на базе автоматов контроля деталей подшипников (АВК-Р2 и ПВК-К2М) в производственных условиях ОАО «ЕПК-Саратов». Результаты. Достигнуто повышение эффективности вихретокового метода контроля качества шлифованной поверхности деталей подшипников за счет автоматического анализа степени неоднородности поверхностного слоя и выявления типичных дефектов с помощью специальных методов вейвлет-анализа информационных сигналов, а также обоснование выбора вида вейвлета, что позволяет повысить качество результатов контроля. Выводы. Для распознавания дефектов разработан специальный программный продукт, позволяющий анализировать дискретные данные, полученные с вихретокового датчика. Внедрение программного обеспечения в автоматическую систему мониторинга качества изготовления прецизионных изделий позволяет эффективно управлять технологическим процессом. Разработанный программный продукт является исследовательским и при некоторой доработке под конкретные технологические процессы подлежит практическому внедрению.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования является процесс подготовки и переподготовки специалистов машиностроительных предприятий для работы в условиях информационно-технологической среды, включающей PLM/CAD/CAE/CAM системы, оборудование с числовым программным управлением, контрольно-измерительные машины, компьютерные базы знаний, локальную вычислительную сеть и т.д. Материалы и методы. Исследования процессов подготовки специалистов основаны на традиционном и дистанционном подходе к обучению на основе применения компьютерных технологий, в том числе и интернет-обучения. Методы исследований предполагают переход к новым формам организации как учебной, так и производственной деятельности. Результаты. Архитектурные и системные решения, отрабатываемые в центре обучения, обеспечивают не только информационную поддержку при подготовке исполнителей, но дают возможность специалистам постоянно учиться самостоятельно и предвидеть изменения на рынке на основе умения преобразования «сырых данных» в новые знания и далее в согласованные практические действия множества исполнителей. Выводы. Предложен механизм самообучающегося подхода к организации процесса обучения с применением опережающих показателей. Показателями успеха центра являются: обеспечение требуемого качества работы, снижение затрат и увеличение прибыли, повышение удовлетворенности от работы и эффективности трудового процесса, укрепление морального духа работников, улучшение обслуживания PLM/CAD/CAE/CAM системы и оборудования с числовым программным управлением.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования является выбор критерия оптимальности при проектировании транспортного средства с торсионной подвеской. Предметом исследования принята подвеска транспортного средства. Цель работы – обеспечение плавности хода подрессоренных масс при движении по неровностям дороги путем подбора жесткостных характеристик подвески, влияющих на коэффициент интенсивности восприятия человеком. Материалы и методы. Исследования плавности хода транспортного средства выполнены на основе теории подрессоривания транспортных средств с использованием метода штрафных функций теории оптимизации. Результаты. Представлены подрессоренные и неподрессоренные массы в виде отдельных масс, определены их кинетические и потенциальные энергии; с помощью уравнения Лагранжа II рода составлена матрица перемещений масс 17×17. Путем задания частоты колебаний от 0 до 20 Гц для каждой массы и выражения их реальных и мнимых частей получены амплитудно-фазочастотные характеристики, по которым рассчитаны переходные процессы и определено время успокоения колебаний подрессоренной массы. Выводы. Сопоставление различных критериев оптимальности подвески позволило сделать вывод о том, что для обеспечения комфортабельности транспортного средства следует стремиться к частоте колебаний 60 мин–1. Зная статическую нагрузку на рессору, легко определить жесткость подвески. Динамический прогиб подвески (до сбитого буфера при «пробое») с предлагаемым торсионом может быть подсчитан с учетом эмпирических соотношений и не должен превышать (0,8…1,0) δc , где δc – показатель статического прогиба подвески для грузовых автомобилей. Торсионная подвеска обладает рядом достоинств по сравнению с листовыми рессорами: торсионы при равной энергоемкости обладают меньшим весом; преимущество торсионов перед спиральными пружинами заключается в лучших компоновочных возможностях подвески, особенно подвески ведущих осей грузовых автомобилей.