ivdon3@bk.ru
Электроника - наиболее емкая и бурно развивающаяся отрасль в нашей стране. Современные способы проектирования электронных устройств немыслимы без применения компьютерных технологий, в частности, специализированных программ компьютерного анализа и моделирования принципиальных электрических схем разрабатываемых устройств. Ключевым звеном электроники на нынешнем этапе ее развития является интеллект. Это связано с появлением и широким внедрением таких микросхем, как микроконтроллеры. Этот аспект дает принципиально новые возможности решения самых разнообразных задач, в том числе, задач стратегической направленности, требующих оперативного решения. Все это стало возможным в первую очередь потому, что устройства, в основе которых лежит микроконтроллер, требуют алгоритмического и дальнейшего программного обеспечения, что дает возможность создания интеллектуальных систем и устройств. Об одном таком устройстве и пойдет речь в данной статье. Разработанное устройство является системой, состоящей непосредственно из системы управления, исполнительного устройства, которое является устройством принятия решений, силовой части и периферийных устройств. В статье поясняется идея, принцип работы разработанного устройства, структурная и принципиальные схемы разработанных основных блоков устройства, а также их алгоритмическое обеспечение, в основе которого лежит принцип интеллектуального управления. Разработанное устройство предназначено для автоматического поддержания на заданном оператором уровне освещенности в помещениях промышленных предприятий.
Ключевые слова: интеллектуальное управление, блок датчиков, бинарный код, схема синхронизации, транзисторный ключ, шинный формирователь, оптосимистор, система управления, исполнительное устройство, силовая часть
2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации , 2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами
Рассматривается задача о сложных (гибких) колебаниях защемленной по контуру прямоугольной ортоторпной пластины. Общее решение задачи, тождественно удовлетворяющее уравнению колебаний, строится на основе метода суперпозиции в форме двух рядов Фурье. Граничные условия полного защемления приводят к однородной бесконечной системе линейных алгебраических уравнений относительно неопределенных коэффициентов в общем решении. Доказывается единственность ограниченного нетривиального решения бесконечной системы на собственной частоте колебаний, находится асимптотика неизвестных, строится эффективный алгоритм решения. Приводятся примеры численной реализации разработанного алгоритма для вычисления собственных частот и собственных форм колебаний пластины.
Ключевые слова: пластина, колебания, собственные частоты, планарные силы, метод суперпозиции, бесконечная система линейных уравнений, асимптотика
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
В данной статье рассматривается вариант решения задачи переноса стилей изображений с помощью сверточной нейронной сети. Вначале рассматривается общая математическая концепция алгоритма переноса стилей изображений, а затем реализация данного алгоритма с использованием Keras и TensorFlow – библиотек для языка программирования Python, а также сверточной нейронной сети VGG19, входящей в состав данных библиотек.
Ключевые слова: машинное творчество, перенос стиля изображения, сверточная нейронная сеть, библиотека Keras, библиотека TensorFlow, язык программирования Python, сеть VGG19
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
В статье представлено исследование, направленное на разработку методов и алгоритмов анализа пространственных данных для диагностики состояния геосистем. Показано, что объединение моделей машинного обучения в ансамбль позволяет повысить устойчивость анализирующей системы: точность решений, принимаемых ансамблем, имеет тенденцию стремиться к точности наиболее эффективного моноклассификатора системы. Расчет и консолидация территориальных дескрипторов при этом позволяют снизить размерность анализируемых данных, облегчить допустимую емкость модели машинного обучения, повысить ее устойчивость к переобучению, не допустить значительного снижения точности классификации в рамках конкретной решаемой задачи.
Ключевые слова: метагеосистемы, пространственные данные, тестовые полигоны, территориальные дескрипторы, ансамбли
В настоящее время ведутся попытки реализации темпоральной системы управления базами данных, учитывающие все возможности темпоральной поддержки. В представленной статье рассматриваются способы построения темпоральных баз данных. На примере создания темпоральной базы данных для организации, занимающейся проектной деятельностью, показана реализация временной модели для темпоральных надстроек системы управления баз данных. Разработана диаграмма сущностей, отражающая таблицы базы данных и связи между ними. Созданы классы сущностей, соответствующие таблицам из баз данных в отдельных файлах. Представлены методы, транслирующие темпоральные запросы в реляционные.
Ключевые слова: система управления базами данных, темпоральная база данных, темпоральные запросы, реляционные модели баз данных, темпоральные модели баз данных, темпоральная надстройка
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Разработка квантовых компьютеров — это огромная технологическая задача. В настоящее время, на этапе разработки квантовых вычислительных устройств стоит задача по ускорению моделирования квантовых вычислений на существующих вычислительных машинах, это связано с тем, что квантовые вычислительные устройства неприемлемо длительно обрабатывают процессы. В статье предлагается практическая реализация метода представления квантовых вычислений на основе «Quantum Information Decision Diagrams» графов.
Ключевые слова: квантовый компьютер, моделирование квантовых вычислений, аппаратный ускоритель, графовые вычисления, матричные вычисления, кубит, математическая модель, матрица
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Статья посвящена исследованию и разработке автоматизированной системы управления технологическим процессом получения кишечной палочки. Кишечная палочка относится к грамотрицательным палочковидным бактериям семейства энтеробактерии факультативных анаэробов. Она является наиболее известным микробом в мире и имеет различные виды штаммов. Комменсальные E.coli безвредны и часто встречаются в природе. В настоящее время огромное внимание уделяется использованию модифицированной E.coli для получения рекомбинантных белков, аминокислот. Приведены результаты математического моделирования автоматизированной системы. Моделирование произведено с помощью программных средств SimInTech и MathCAD. Объектом управления является емкость культивирования. В качестве регулируемого технологического параметра принята температура кишечной палочки, управление которой осуществляется за счет изменения степени открытия клапана. Для построения автоматизированной системы управления применен метод пассивного эксперимента. Получены основные параметры объекта управления.
Ключевые слова: автоматизированная система управления, технологический процесс, кишечная палочка, математическое моделирование, объект управления, передаточная функция, параметры управления
2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами
С развитием промышленности и науки растет размер патентной базы, а так же растет и количество патентных заявок, поступающих в ведомства, регулирующие вопросы по выдаче патентов. Каждую патентную заявку необходимо проверить на уникальность патентируемой технологии, для этого эксперту патентного бюро необходимо провести поиск по патентной базе и найти патенты-аналоги. В случае отсутствия патентов-аналогов данную технологию можно считать уникальной и принимать на патентирование. Поскольку базы патентов различных ведомств могут насчитывать десятки миллионов патентов, то такой патентный поиск и оценка уникальности патентируемой технологии может занимать очень длительное время. Существующие системы не удовлетворяют всем требованиям и не имеют полного необходимого функционала. В этой статье описывается разработка автоматизированной системы поиска патентов-аналогов в патентном массиве.
Ключевые слова: патент, база данных, поиск, патент-аналог, Hadoop, Solr, Django, Python, Haystack, HDFS
Технологии трёхмерной интеграции на основе высокоинтегрированных подложек и бескорпусных микросхем позволяют решить задачу миниатюризации сложно-функциональных устройств. Однако, увеличение сложности и уменьшение массогабаритных параметров изделий приводит к проблемам эффективного распределения и отвода тепла от бескорпусных микросхем. В статье рассмотрены особенности и проблемы теплового анализа 3D вычислительной микросистемы на основе нескольких модулей с бескорпусными микросхемами, а также показана важность моделирования реального тепловыделения программируемых логических интегральных схем.
Ключевые слова: микросборка, микросистема, бескорпусная микросхема, программируемая логическая интегральная схема, тепловой анализ, система автоматизированного проектирования, метод конечных элементов, моделирование теплообмена, печатная плата, трёхмерная интеграция
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами
В рамках работы исследовалось влияние типа вертикальных соединений на уровень термомеханических напряжений и температурной деформации в трёхмерной микросборке. Рассматривались три варианта модели микросборки с наиболее распространёнными типами вертикальных соединений: шариками припоя в отверстиях корпуса, металлизированными отверстиями в корпусе и торцевыми коммутационными дорожками. Для каждой из трёх моделей дополнительно исследовалось влияние на термомеханическую нагрузку параметров герметизирующего компаунда.
Ключевые слова: микросборка, корпусирование, электронная компонентная база, трёхмерная интеграция, вертикальная коммутация, термомеханическое напряжение, термомеханическая деформация, температурный коэффициент линейного расширения, термомеханическое моделирование
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Статья посвящена применению среды Unity для геометрического моделирования движения поездов по существующим направлениям в соответствии с заданным маршрутом по известному расписанию. В качестве объекта моделирования рассматриваются маршруты Московского железнодорожного узла. Полученные результаты предполагается использовать для исследования пропускной способности участков железных дорог и оптимизации расписаний движения подвижного состава.
Ключевые слова: моделирование, геометрическое моделирование, транспортная модель, Unity, Unity3D, железнодорожный транспорт, Московский железнодорожный узел
В работе рассматривается математическая модель искусственной нейронной сети с запаздыванием в аргументах функций состояния и управления, предназначенной для управления робототехническим комплексом при проведении аварийно-спасательных операций в экстремальных условиях. Процесс обучения рассматриваемой искусственной нейронной сети описан задачей оптимального управления с запаздыванием. С использованием принципа максимума Понтрягина и метода быстрого автоматического дифференцирования разработан метод решения полученной задачи оптимального управления. Приведены результаты работы программного средства, при создании которого использован алгоритм построения приближенного оптимального управления рассматриваемой задачи.
Ключевые слова: аварийно-спасательные работы, искусственная нейронная сеть, нейроуправление, робототехника, принцип максимума, безопасность
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Рост популярности использования групповой робототехники, в том числе роевых робототехнических систем (РРТС), актуализирует вопросы обеспечения информационной безопасности. Известные подходы к выявлению вредоносного поведения агентов или вредоносной информации не учитывают свойства масштабируемости и децентрализации РРТС, что не позволяет обеспечить целостность информации, циркулирующей по каналам связи внутри РРТС. В свою очередь, распространение вредоносной информации в процессе распределения задач между агентами РРТС изначально снижает эффективность выполнения этих задач, то есть осуществляется атака на самый первый и наиболее ответственный этап функционирования системы. Целью настоящей работы является повышение эффективности функционирования агентов РРТС при наличии вредоносных агентов за счет разработки метода выявления и противодействия распространению вредоносной информации. К элементам научной новизны данной работы относится следующее. В рамках решения поставленной задачи предложены ряд специфических критериев, учитывающих особенности распределения задач в РРТС, а также классификатор на основе искусственной нейронной сети для выявления вредоносной информации. Для повышения точности выявления и противодействия распространению вредоносной информации в РРТС предложена модификация механизма репутации. Отличительной особенностью модификации является не только формирование показателя истинности информации сообщения в процессе распределения задач, но и оценка влияния вредоносных агентов на процесс формирования этого показателя. Представленное решение реализовано в виде программного обеспечения на языке программирования Python, которое может быть использовано при моделировании децентрализованных систем управления РРТС.
Ключевые слова: роевые робототехнические системы, распределение задач, искусственные нейронные сети, механизм доверия и репутации
2.3.6 - Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
В статье представлена методика многофакторного анализа межкомпонентных связей в геосистемах, реализованная на основе двух стратегий: использования численных, в том числе статистических, методов для оценки степени влияния различных параметров на состояние модели геосистем и применения имитационного моделирования для оценки динамических свойств геосистем и решения задачи пространственного прогнозирования. Алгоритм оценки важности геосистемных параметров позволяет оценить влияние различных параметров на целевой показатель в рамках решения проектных задач. Дана характеристика концепции построения систем имитационного моделирования для решения задачи оценки динамики и прогнозирования развития метагеосистем.
Ключевые слова: метагеосистемы, пространственные данные, моделирование, межкомпонентные связи
В настоящей работе описан вопрос выбора платформы распределенного реестра при проектировании информационных систем финансового сектора экономики. Актуальность данных исследований обуславливается все возрастающим ростом спроса на информационные системы финансового сектора экономики, сформированные с использованием технологии распределенного реестра. Рост заинтересованности данной технологией связан с необходимостью обеспечения надежного хранения информации, изменение которой будет отслеживаться участниками данной транзакции. Целью данной работы является определение наиболее подходящей платформы с использованием метода анализа иерархий. В ходе выполнения работы были выявлены основные платформы распределенного реестра, а также определены ключевые критерии данных фреймворков с учетом требований участников бизнес-процессов. Данные критерии были подвергнуты оценке. Для каждой матрицы оценки альтернатив по отдельным критериям были определены показатели вектора максимального собственного значения, а также доказана согласованность суждения, включая определение индекса согласованности, индекса локального приоритета и отношения согласованности. Проведен синтетический анализ рассматриваемых критериев. На основе полученных в ходе синтетического анализа данных проведен выбор наиболее перспективной платформы. Сформированы выводы по оцениваемым системам.
Ключевые слова: распределенный реестр, метод анализа иерархий, системный анализ, информационные системы, информатика
Предложен математический аппарат для моделирования количественных показателей социального пространства и стратификации. Описаны формулы для вычисления социального статуса, радиуса и объёма власти как характеристик отдельной социальной позиции и величины взаимодействия между позициями. Предложенная формализация отвечает социологическим теориям П.А. Сорокина и П. Бурдье. Предлагается использовать имитационное моделирование для распространения указанного подхода на региональный уровень анализа.
Ключевые слова: аналитико-геометрический анализ, имитационное моделирование, социальное пространство, социальная стратификация
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
В статье описывается разработка системы мониторинга параметров микроклимата помещений. Разработанная система включает аппаратную часть, реализованную на базе платформы Arduino UNO, и программную часть, при разработке которой использовались языки высокого уровня PHP и Python, а также система управления базами данных MySQL. Разработанная система мониторинга была протестирована. Было установлено, что точность показаний и задержки при работе системы лежат в допустимых для рассматриваемой задачи пределах.
Ключевые слова: микроклимат, температура, влажность, Arduino, Ethernet, Python, PHP, QT, Apache, MySQL, база данных
2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами
Тенденцией развития архитектур проектирования информационных систем является их усложнение и движение в сторону все большего распределения функций и компонентов системы. Одним из вариантов разработки децентрализованных систем являются системы, основанные на блокчейн - технологиях. В статье рассматривается архитектурный шаблон для приложений, разрабатываемых на базе технологии блокчейн. Рассматриваются основные элементы многоуровневой архитектуры, являющейся основой при построении приложений такого типа. Выделены шесть слоев, которые описывают инфраструктурный уровень, уровени данных, сетевой, консенсуса, прикладной и представления. Проводится краткий анализ основных особенностей и отличий реализации каждого из уровней архитектурного шаблона. По результатам анализа, наиболее специфичные для систем на основе блокчейн компоненты, реализуются на уровне слоев консенсуса и данных.
Ключевые слова: децентрализованное приложение, блокчейн-платформа, информационная система, многоуровневая архитектура, шаблон
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
В статье рассмотрены возможности применения крупной фракции отходов обогащения угольной промышленности в дорожном строительстве. Проанализирован фракционный состав угольного отхода обогащения Гуково-Зверевского угленосного района. Проведены аналитические исследования состава бетонного покрытия. Представлена сравнительная характеристика требований, выдвигаемых к получаемой смеси. Приведены результаты опытных испытаний прочности контрольных образцов бетона с различными видами заполнителя. На основании полученных результатов сделан положительный вывод о возможности применения отходов обогащения в качестве крупного заполнителя бетонной смеси в дорожном строительстве по техническим и экономическим критериям.
Ключевые слова: дорожное строительство, бетонная смесь, отход обогащения, угольная порода
2.1.10 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства , 2.1.5 - Строительные материалы и изделия
В рамках работы выполнен подробный анализ работы под нагрузкой конструкций хомутовых лесов и систематизированы особенности учета нагрузок и воздействий при выполнении прочностных расчетов. В статье проанализировано напряженно-деформированное состояние свободностоящих лесов. Предложен алгоритм расчета свободностоящих лесов с учетом особенностей конструктивных схем блоков, неуказанных в нормативной литературе. По результатам анализа данных серии численных экспериментов предложены конструктивные мероприятия по обеспечению несущей способности, жесткости и устойчивости против опрокидывания пространственных блоков свободностоящих лесов, которые позволят устанавливать блоки с отношение высоты к габаритным размерам, превышающим значение 3,5:1 на открытых площадках (снаружи зданий и сооружений) без крепления к существующим конструкциям.
Ключевые слова: стальные строительные леса, хомутовые леса, напряженное-деформированное состояние, конструктивные решения, устойчивость, несущая способность, нелинейный расчет, пространственный свободностоящий блок, расчаливание, внецентренное сопряжение элементов
Проанализирована работа железобетонных стоек из бетона каркасной структуры. Сделан вывод о целесообразности применения бетона каркасной структуры в железобетонных колоннах.
Ключевые слова: бетон каркасной структуры
Представлены результаты исследований влияния минеральных добавок природного и техногенного происхождения на некоторые свойства мелкозернистых бетонов при введении от 10 до 25% от массы цемента минеральной добавки взамен либо части цемента при увеличении величины В/Ц, либо части песка при неизменном значении величины В/Ц. Выявлено незначительное, до 3%, изменение средней плотности бетона. Снижение начального модуля упругости от 4 до 14% зафиксировано при замене части цемента, при этом повышение предела прочности на растяжение при изгибе, в зависимости от дозировки, составило до 26% (маршаллит) и 6% (шлам химводоочистки), а снижение предела прочности на сжатие составило от 10 до 22%. При замене части песка зафиксировано повышение до 10% начального модуля упругости, предела прочности при изгибе от 19 до 38% (маршаллит) и до 11% (шлам химводоочистки). Повышение предела прочности на сжатие, в зависимости от вида и дозировки добавки составило от 8 до 20%. Существенного влияния добавок на характер пористости цементного камня не выявлено.
Ключевые слова: минеральная добавка, мелкозернистый бетон, предел прочности, модуль упругости, усадка, водопоглощение
Цели устойчивого развития становятся все более важными показателями успеха инвестиционно - строительных проектов. Это является результатом внедрения различных стандартов планирования и регулирования, особенно в отношении вопросов устойчивого развития, которые в настоящее время применяются для контроля и мониторинга процесса строительства. Более того, из-за необходимости участники строительства также требуют его принятия в качестве основной цели инвестиционно-строительных проектов. В связи с этим в этой статье объясняется управление стоимостью (value management) как инструментом обеспечения устойчивости строительства при разработке и реализации проектов городской застройки. Обсуждаются различные факторы, которые необходимо учитывать перед началом исследования по управлению устойчивой стоимостью.
Ключевые слова: устойчивое строительство, устойчивое развитие, устойчивое управление стоимостью, экологическая безопасность, городская застройка, управление строительством
2.1.10 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства
Эксплуатируемая кровля предназначена для возможности использования, например, в качестве зоны отдыха, размещения спортивных площадок, озеленения, автостоянок и др. Дефицит городских пространств и высокую стоимость земельных участков в черте города предлагается восполнять, используя концепцию вертикального расширения строительства. Отсутствие свободных открытых пространств ограничивает возможности размещения необходимых инфраструктурных объектов для обслуживания растущего числа жителей и снижает уровень комфорта для проживания. В статье представлены результаты сравнительного исследования технологий возведения эксплуатируемых кровель, устраиваемых с традиционным и инверсионным расположением водоизоляционного ковра и теплоизоляции. В результате проведенного исследования показаны технологические преимущества инверсионного устройства эксплуатируемой кровли, предназначенной для озеленения. Трудоемкость технологических операций и продолжительность работ при устройстве озеленяемой кровли по инверсионной технологии ниже на 19,5% по сравнению с традиционной.
Ключевые слова: эксплуатируемая кровля, вертикальное озеленение, инверсионные технологии устройства кровель