2013 год, №3

Содержание выпуска
МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СТОИМОСТИ ОПЦИОНОВ И ПОДРАЗУМЕВАЕМОЙ ВОЛАТИЛЬНОСТИ
Овечкин Роман Михайлович, Финогеев Алексей Германович
Стр. 5 — 15
Актуальность и цели. Эффективным средством ре­шения задач управления в финансово-кредитных организациях являются авто­матизирован­ные системы поддержки принятия решений, которые являются развитием идеологии экспертных технологий. Особый интерес вызывает процесс автоматизации аналитической обработки банковской информации в плане оптимизации управления кредитными рисками путем торговли производными финансовыми продуктами – кредитными деривативами. Основным моментом при торговле деривативами является хеджирование (страхование) ценового или валютного риска во времени или получение спекулятивной прибыли от изменения цены базового актива. Важнейшим финансовым показателем в управлении рисками следует считать волатильность, т.е. статистический показатель, характеризующий тенденцию изменчивости цены финансового продукта. Целью данной работы является разработка и внедрение моделей и методов оценки дополнительных величин для деривативов типа «опцион»: «расчетная стоимость опциона» и «подразумеваемая волатильность» для автоматизированной системы мониторинга и поддержки принятия решений в области биржевой торговли кредитными деривативами и ценными бумагами для минимизации кредитных рисков финансовых организаций. Материалы и методы. В работе представлено описание моделей и методов расчета аналитических величин «рекомендованная стоимость» и «подразумеваемая волатильность» для производных финансовых продуктов типа «Опцион», оценки их стоимости в процессе мониторинга ситуаций на фондовом ранке с целью поддержки принятия решений в области торговли кредитными деривативами. Для оценки стоимости опционов использована усовершенствованная модель Блека – Шоулза, а также разработанный алгоритм нахождения подразумеваемой волатильности при помощи численных методов. Результаты . Результаты теоретических исследований направлены на создание новых подходов к мониторингу и автоматизированной поддержке принятия решений для управления кредитными рисками среднего и крупного коммерческого банка в области торговли производными финансовыми продуктами, что позволит повысить качество и надежность принимаемых управленческих решений. В процессе анализа банковской деятельности в области управления рисками при торговле кредитными деривативами и прочими ценными бумагами выполнены исследования формализованного подхода к моделированию и оценке рыночных ситуаций, моделей и методик расчета производных финансовых инструментов для использования в системах поддержки принятия решений. Выводы . Разработанные модели и методы расчета аналитических величин «рекомендованная стоимость» и «подразумеваемая волатильность» для производных финансовых продуктов типа «Опцион», в отличие от существующих, используют комбинацию моделей Блэка – Шоулза, биномиального дерева и численный метод бисекционного поиска, что позволяет управлять точностью и вычислительной сложностью при решении задачи. За счет автоматизированного подбора числа шагов при построении биномиального дерева и количества итераций бисекционного поиска обеспечивается оптимальная точность расчета данных аналитических величин в реальном времени.
ПРИОРИТЕТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Сироткин Андрей Вячеславович, Брачун Татьяна Анатольевна, Бархатов Николай Игоревич
Стр. 16 — 25
Актуальность и цели. Современные архитектурные решения источников данных для автоматизированных систем основаны на использовании вычислительных систем, построенных на вытесняющих алгоритмах управления задачами. Такие решения без должного управления способствуют возникновению задержек информационного обслуживания, имеющих стохастический характер. Это создает проблему для систем, критичных к времени получения информации и, соответственно, требует создания средств для ее разрешения. Малобюджетные решения на основе выделенных персональных ЭВМ не имеют подобных средств, поэтому исследования в этом направлении имеют высокую актуальность. Материалы и методы. Для управления планированием задач используются управляющие планы, в основе которых лежат сведения о субъекте информационного взаимодействия и используемых информационных объектах. Исследуется операционная система UniхFrееВSD, анализируется зависимость задержки обслуживания от количества конкурирующих процессов в вычислительной системе, их базовых приоритетов. На основе проведенных экспериментов с использованием методов корреляционно-регрессион­ного анализа получены аналитические зависимости скорости обслуживания от используемого управляющего вектора приоритетов. Результаты и выводы. Подтверждена возможность управления процессами информационного обеспечения в вычислительных системах на основе пользовательских приоритетов, получены численные результаты и аналитические зависимости скорости обслуживания от управляющих параметров. Результаты могут быть использованы при построении управляемых приоритетных систем для информационного обслуживания.
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ БАЗОВЫХ НЕМОДУЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ В МОДУЛЯРНОЙ АРИФМЕТИКЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНТЕРВАЛЬНЫХ ПОЗИЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
Исупов Константин Сергеевич
Стр. 26 — 39
Актуальность и цели. Системы остаточных классов (СОК) и модулярная арифметика обеспечивают возможность независимой обработки отдельных разрядов чисел и находят свое применение во многих стратегически важных областях науки, таких как криптография, цифровая обработка сигналов, высокоточные вычисления и пр. Известно, что основной проблемой эффективного использования СОК является сложность выполнения немодульных операций, требующих оценки позиционной величины модулярных чисел. Целью данной работы является теоретическое обоснование новой методики выполнения базовых немодульных операций в модулярной арифметике (сравнение, определение знака и контроль переполнения), основанной на вычислении и анализе интервальных позиционных характеристик модулярных чисел. Предлагаемая методика отличается своей простотой и позволяет асимптотически быстро получить достоверную оценку относительной позиционной величины модулярного числа. Материалы и методы. Для решения задачи эффективного определения относительной позиционной величины числа, представленного в системе остаточных классов, использовались следствия Китайской теоремы об остатках. Для обеспечения достоверности результатов выполняемых немодульных операций использованы основные положения интервального анализа. Результаты. Предложена новая методика выполнения немодульных операций сравнения, определения знака и контроля переполнения допустимого диапазона чисел в системах остаточных классов, основанная на вычислении и анализе интервальных позиционных характеристик модулярных чисел. Определены формальные условия корректного выполнения немодульных операций с использованием предложенного метода. Выполнен анализ трудоемкости вычисления интервальных характеристик. Получена вероятностная оценка пересечения интервальных характеристик двух модулярных чисел, приводящего к нарушению достаточных условий корректности немодульных операций. Выводы. Операции сравнения, определения знака и контроля переполнения чисел в СОК могут быть достоверно выполнены с использованием методики оценки интервальных позиционных характеристик модулярных чисел за линейное время при последовательной реализации вычислений и логарифмическое – при параллельной. При этом не требуется больших аппаратных затрат. В отдельных случаях интервальные характеристики не позволяют однозначно определить результат немодульной операции. Вероятность возникновения таких случаев составляет , где k – количество разрядов, отведенных для представления дробной части границ интервальных характеристик, а n – количество модулей СОК.
АЛГОРИТМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДИМОСТИ ОБЪЕКТОВСЦЕНЫ ПРИ СИМУЛЯЦИОННОМ ОБУЧЕНИИБАЗОВЫМ НАВЫКАМ ЛАПАРОСКОПИИ
Кузьмин Андрей Викторович, Милюткин Михаил Григорьевич, Черепанов Алексей Сергеевич, Иващенко Антон Владимирович, Колсанов Александр Владимирович, Юнусов Ренат Рафатович
Стр. 40 — 51
Актуальность и цели. Интерес к симуляционному обучению базовым навыкам лапароскопии в процессе подготовки врачей-хирургов определяется широкой распространенностью лапароскопических операций и возможностью эффективного использования современной техники. АПК «Виртуальный хирург» – тренажер лапароскопии, созданный с использованием современных технологий трехмерного моделирования и компьютерной графики коллективом специалистов Самарского государственного медицинского университета и инженеров-программистов Научно-произ­водственной компании Маgеntа Тесhnоlоgу. Особое значение при моделировании лапароскопических операций придается тому, что хирург получает визуальную информацию с экрана монитора, на котором выводится изображение с видеокамеры-эндоскопа. Cтудент учится верно определять взаимное расположение объектов по плоскому изображению, получаемому с камеры, контролировать движения инструментов, а также координировать взаимодействие камеры и инструментов, постоянно удерживая инструменты в поле зрения камеры. В связи с этим одной из ключевых задач моделирования операционного процесса является контроль видимости объектов сцены. Материалы и методы. Программное обеспечение комплекса реализовано с использованием современных технологий для построения и моделирования 3D-сред и физических свойств материалов: USВ НID, DirесtInрut, SDL, ОреnGL, Dirесt3D, ОреnСL, DirесtСоmрutе, СUDА, РhуsХ, Наvок. Для решения задач визуализации был выбран графический движок Оgrе3D. Анализ существующих методов показал, что наиболее эффективным является метод запросов видимости (оссlusiоn quеrу), который поддерживается движком ОGRЕ 3D начиная с версии 1.8. Результаты. Проанализированы основные задачи обучения базовым навыкам лапароскопии, связанные с управлением эндоскопической камерой и контролем видимости объектов сцены. Для решения этих задач разработаны алгоритмы, использующие запросы видимости OGRE 3D. Приведены описания основных этапов использования запросов видимости, предложены структуры данных для работы с ними. Результаты проиллюстрированы изображениями реальных сцен базовых навыков, используемых в АПК «Виртуальный хирург». Выводы. Предложенные алгоритмы использования запросов видимости решают задачи обучения базовым навыкам лапароскопии, внедрены в АПК «Виртуальных хирург».
АЛГОРИТМЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНВЕРТИРОВАННОГО ИНДЕКСА ДЛЯ КОЛЛЕКЦИИ ТЕКСТОВЫХ ДАННЫХ
Трифонов Александр Александрович
Стр. 52 — 61
Актуальность и цели. С геометрическим ростом объемов информации в ХХI в. все труднее находить и отбирать полезные и качественные данные. Налицо эффект так называемого «ухудшающего отбора» и большого количества «шума». Особенно эти явления заметны в глобальной компьютерной сети Интернет. При создании информационно-поисковых систем размеры обрабатываемых текстовых коллекций зачастую очень велики, что приводит к необходимости усовершенствования методов и средств построения поисковых систем. Для выделения качественной текстовой информации используются методы и средства поиска и анализа текстовой информации. Для того чтобы избежать последовательного просмотра текстов при выполнении каждого запроса, заранее составляется инвертированный индекс документов, который ставит в соответствие терминам те документы из коллекции, в которых они встречаются. Целью данной работы является подробный анализ существующих алгоритмов построения инвертированного индекса для текстовой коллекции, выделение их достоинств и недостатков. Кроме этого, необходимо сравнить временную сложность анализируемых алгоритмов, что позволит сделать выводы об обоснованности применения каждого из них в том или ином случае. Материалы и методы. При построении систем информационного поиска многие решения зависят от характеристик компьютерного обеспечения, на котором будет развернута система, поэтому способы построения индекса могут быть разделены на две категории: построение, основанное на памяти, и построение, основанное на диске. Данные проведенных исследований показывают, что производительность алгоритмов построения индекса очень зависит от количества оперативной памяти, доступной процессу индексации. Учитывая специфику алгоритмов индексирования, сравнивать их сложность имеет смысл, когда объем коллекции больше или меньше объема М оперативной памяти ПК, на котором выполняется индексирование. Результаты. Исследована временная сложность анализируемых алгоритмов построения инвертированного индекса для текстовой коллекции в зависимости от различных параметров. Инвертированный индекс обычно является слишком большим, чтобы быть загруженным полностью в оперативную память. Если объем оперативной памяти, доступный процессу индексации, является слишком маленьким, чтобы позволить индексу быть созданным полностью в оперативной памяти, то описанный способ построения индекса в памяти может быть расширен до основанного на слиянии метода, в котором текстовый набор динамически делится на поднаборы, исходя из доступного количества оперативной памяти. Проведено сравнение временной сложности анализируемых алгоритмов в зависимости от объема оперативной памяти ПК, на котором выполняется индексирование, что позволяет сделать выводы об обоснованности применения каждого из них в том или ином случае. Выводы. Построение индекса, основанное на сортировке, стоит применять, когда объем текстовой коллекции не превышает несколько гигабайт. При увеличении объема коллекции более эффективным становится построение индекса, основанное на слиянии.
АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ ФУНКЦИИ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ В ЗАДАЧЕ ОДНОВРЕМЕННОЙ ОЦЕНКИ ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ
Логинов Алексей Андреевич, Марычев Дмитрий Сергеевич, Морозов Олег Александрович, Фидельман Владимир Романович
Стр. 62 — 74
Актуальность и цели. К числу широко известных и перспективных методов оценки частотно-временных характеристик сигналов относятся методы, основывающиеся на построении и анализе функции неопределенности. В задачах радионавигации и оценки местоположения источников радиоизлучения такими характеристиками являются взаимная временная задержка и относительный доплеровский сдвиг частоты, возникающие при распространении сигнала от источника до разнесенных в пространстве приемников. Функция неопределенности в данном случае используется для одновременной оценки задержки и доплеровского сдвига частоты. На основе расчета взаимных временных задержек построен разностно-дальномерный метод оценки местоположения объектов, а значение доплеровского сдвига частоты используется для оценки скорости движения излучающего объекта. Одной из серьезных проблем, возникающих при практическом применении функции неопределенности, является большой объем вычислений, требующихся для ее расчета. Основной целью данной работы является разработка вычислительно эффективного метода расчета функции неопределенности с использованием параллельных вычислений на графических процессорах. Материалы и методы. Результаты, представленные в работе, получены путем компьютерного моделирования работы предложенного алгоритма на современных графических процессорах и многоядерных процессорах общего назначения. Результаты. Разработан метод расчета функции неопределенности, основу которого составляет алгоритм параллельного вычисления линейной свертки. Показана применимость предложенного подхода для практической реализации с использованием графических процессоров. Проведено сравнение с существующими алгоритмами расчета функции неопределенности, использующими параллельные вычисления. Выводы. В работе показан существенный прирост производительности расчета функции неопределенности при использовании предложенного подхода. Важность данного результата состоит в возможности получения адекватной производительности при расчете функции неопределенности и оценки взаимной временной задержки без использования специализированного оборудования, такого как цифровые сигнальные процессоры, что является существенным в системах многоканальной обработки данных.
ОРГАНИЗАЦИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНО-КОНВЕЙЕРНОЙ СБИС-СТРУКТУРЫ С РЕКОНФИГУРИРУЕМОЙ МИКРОЯДЕРНОЙ АРХИТЕКТУРОЙ
Осинин Илья Петрович, Князьков Владимир Сергеевич
Стр. 75 — 84
Актуальность и цели. В настоящее время мощности новых суперкомпьютеров наращиваются постоянно. Высокопроизводительные вычисления применяются для обеспечения растущих запросов науки, техники, экономики, веб-сервисов, энергетики, геофизики и многих других. Для подобных проектов отрабатываются многие инновационные решения повышения производительности, новые пути преодоления существующих ограничений, особенно в отношении энергопотребления. Решением задачи повышения скорости вычислений в арифметико-логическом устройстве при приемлемых аппаратных затратах является построение такого арифметико-логического устройства, операционная часть которых представляет собой универсальное вычислительное пространство, перестраиваемое для выполнения конвейерно-параллельной обработки различных арифметико-логических операций. Цель работы состоит в исследовании и разработке способов выполнения арифметических операций с фиксированной точкой в базисе модулярной арифметики и способов их реализации в однородных параллельно-конвейер­ных СБИС-структурах с реконфигурируемой микроядерной архитектурой. Материалы и методы. Для решения поставленных в работе научных задач использованы основы теории чисел и модулярной арифметики, дискретной математики, теории проектирования ЭВМ и систем для разработки новых однородных параллельно-конвейерных СБИС-структур, а также теории математического моделирования вычислительных устройств и систем для оценки их эффективности. Результаты. В результате проведенной оценки эффективности предлагаемого арифметического устройства установлено, что при одинаковых аппаратурных затратах скорость вычислений в системе остаточных классов (СОК) после заполнения m + 1 ступеней конвейера будет в n /( m + 1) раз выше для операций сложения и вычитания и в n 2/( m + 1) раз выше для операций умножения и деления по сравнению с позиционной системой счисления, где n – разрядность операндов, m – разрядность оснований СОК. Выводы. Выполнение арифметических операций в предложенных устройствах, построенных на базе системы остаточных классов, выгодно отличается от своих позиционных аналогов. При этом показано, что максимальное распараллеливание арифметических операций возможно при параллельно-конвейерном режиме обработки данных с помощью однородной вычислительной среды. В этом случае скорость выполнения таких арифметических операций, как сложение, вычитание, умножение и деление нацело, не зависит от разрядности операндов и сводится к времени срабатывания ячейки однородной вычислительной среды.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ Автоматизированных систем управления ГИДРОФИЦИРОВАННЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ НА БАЗЕ МАГНИТОЖИДКОСТНЫХ РЕГУЛИРУЮЩИХ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Власов Андрей Вячеславович, Макарычев Петр Петрович, Артамонов Дмитрий Владимирович, Пащенко Дмитрий Владимирович
Стр. 85 — 96
Актуальность и цели. Тенденция роста энергопотребления как в промышленности, так и в быту вынуждает наращивать энергетические мощности электрических станций (АЭС, ТЭС, ГЭС), что в свою очередь повышает планку требований к надежности как самого энергопроизводящего оборудования (паровых и гидравлических турбин в комплексе с электрическими генераторами), так и к эффективности автоматизированных систем управления этими объектами. Особые требования в связи с этим предъявляются к силовому гидрофицированному технологическому оборудованию электрических станций и вспомогательных технологий, в частности водоподготовительных установок. Целью данной работы является разработка вариантных базисов комплекса технических средств, которые дополняют традиционные базисы с повышением количественных и качественных показателей. Материалы и методы. Магнитожидкостные регулирующие и измерительные элементы представляют собой электрогидравлические (регулирующие) и гидроэлектрические (измерительные) элементы, которые содержат упругую оболочку, заполненную магнитной жидкостью. Расчет тягового усилия в области взаимодействия гидродинамических и электромагнитных полей в проточных частях магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов проведен по интегральному соотношению Максвелла. Результаты. Исследованы магнитожидкостные регулирующие и измерительные элементы. Проведен сопоставительный анализ магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементов. Выводы. Использование альтернативного базиса комплекса технических средств нижнего уровня автоматизированных систем управления технологическим процессом электрических станций, реализованного на магнитожидкостных регулирующих и измерительных элементах позволяет повысить показатели эффективности автоматизированных систем управления технологическим процессом электрических станций, результатом чего является повышение надежности и безопасности энергопроизводящего оборудования, а также повышение точности регулирования и устойчивости энергетических системных параметров (уровни активной и реактивной мощности, частота).
РЕКУРРЕНТНОЕ ОЦЕНИВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАТРИЦ МНОГОМЕРНОЙ ПО ВЫХОДУ ЛИНЕЙНОЙ АВТОРЕГРЕССИИ С ПОМЕХАМИ В ВЫХОДНЫХ ПЕРЕМЕННЫХ
Ивлиев Александр Сергеевич
Стр. 97 — 104
Актуальность и цели . Существует достаточно большое количество рекуррентных методов моделирования динамических систем с помехами во входных и выходных сигналах, которые различаются требуемой априорной информацией о сигналах и помехах, объемом вычислений, точностью получаемых оценок. При различных динамических параметрах систем, входных сигналов, помех различные методы показывают наилучшие результаты в отдельных конкретных случаях. В связи с этим наиболее остро стоит задача разработки методов моделирования, которые бы совмещали высокую точность оценивания, малую априорную информацию об объекте с умеренной вычислительной сложностью при различных параметрах систем, входных сигналов, помех. Материалы и методы . Рассматривается проблема идентификации с использованием метода рекуррентного оценивания параметров матриц линейной авторегрессии. Описывается рекуррентный алгоритм, применяемый для нахождения оценок параметров модели cо стационарными белошумными помехами наблюдений в выходных сигналах при отсутствии информации об их законах распределения. Результаты . Предложенный стохастический градиентный алгоритм минимизации доказывает сильную состоятельность оценивания параметров матриц и показывает сходимость параметров матриц к истинным значениям. Одним из основных факторов надежной работы железнодорожного транспорта является обеспечение безопасности движения поездов, которое, в свою очередь, напрямую зависит от значений геометрических параметров рельсовой колеи. На основании этого наиболее актуальной является задача построения математической модели подобной динамической системы и прогнозирование геометрических параметров на примере этой аналитической модели. Выводы . Реализация предложенного алгоритма позволяет создать программное обеспечение, которое может послужить основой внедрения новых высокоэффективных автоматических систем управления технологическими процессами, а также математические модели в различных областях науки. В рамках данной статьи построена модель прогнозирования геометрических параметров динамической системы, которая является инструментальным средством решения задачи имитационного моделирования.
АЛГОРИТМ ВЫЯВЛЕНИЯ ЛАТЕНТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ МЕТОДОМ ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
Кочегаров Игорь Иванович, Ханин Илья Владимирович, Лысенко Алексей Владимирович, Юрков Николай Кондратьевич, Алмаметов Валерий Борисович
Стр. 105 — 114
Актуальность и цели. Надежность электронной аппаратуры во многом определяется надежностью межблочного монтажа и печатных плат. Следовательно, контроль изготовления печатных плат на всех этапах их производства с применением автоматизированного оборудования является актуальным. Целью работы является создание виртуального прибора в среде LаbVIЕW, позволяющего выполнить анализ изображения печатной платы на соответствие технологическим нормативам, определить явные и скрытые дефекты. Для скрытых дефектов, не выходящих за пределы допуска, проводится моделирование их поведения во времени и определение вероятности работы печатной платы в течение заданного временного отрезка. Материалы и методы. Для математических моделей распознавания дефектов используются методы структурного и морфологического анализа изображений. Для математических моделей поведения дефектов во времени используются методы конечно-разностного моделирования. Математические модели реализованы в программной среде LаbVIЕW в виде автономного программного модуля. Результаты. Созданный виртуальный прибор работает в виде автономного модуля, получающего изображение в реальном времени с видеокамеры либо из заранее подготовленного файла изображения. Затем выполняется анализ изображения на предмет поиска явных и скрытых (латентных дефектов). Обнаруженные дефекты накладываются на существующее изображение печатной платы с указанием типа дефекта (заужения печатных дорожек, трещины, смещения центров отверстий и ряд других). Если же параметры печатной платы соответствуют нормативным параметрам, то для мест потенциального сбоя проводится моделирование их поведения во времени и определение вероятности работы печатной платы в течение заданного временного отрезка. Выводы. Разработанные методы поиска дефектов и моделирования поведения дефектов могут найти применение при оптической и рентгенографической инспекции печатных узлов. Виртуальный прибор показал работоспособность концепции и может использоваться для интеграции в существующие технологические линии производства печатных узлов.
РАСПОЗНАВАНИЕ РЕЧИ МЕТОДАМИ СКРЫТЫХ МАРКОВСКИХ МОДЕЛЕЙ В АССОЦИАТИВНОЙ ОСЦИЛЛЯТОРНОЙ СРЕДЕ
Огнев Иван Васильевич, Парамонов Павел Александрович
Стр. 115 — 126
Актуальность и цели . В основе применения скрытых марковских моделей лежат рекурсивные процедуры, обладающие вычислительной сложностью. При этом от систем автоматического распознавания речи часто требуется, чтобы они работали в режиме реального времени, поэтому повышение быстродействия для таких систем является актуальной задачей. Материалы и методы. Одним из путей решения данной задачи является реализация аппаратной поддержки вычислений в ассоциативной осцилляторной среде. Она обладает малыми аппаратными затратами из-за простоты базовых клеточных ансамблей и выполняемых ими функций и высоким быстродействием, не зависящим от длины наблюдаемой последовательности и количества состояний скрытых марковских моделей, благодаря массовому параллелизму и конвейерному характеру вычислений. Результаты. Предложена аппаратная реализация вычисления функции вероятности прямого распространения в среде. В пакете Маtlаb составлена программная модель, с помощью которой была экспериментально оценена точность результата вычисления в ассоциативной осцилляторной среде на примере распознавания русских слов. Выводы . Полученная оценка точности результата на примере распознавания русских слов показала эффективность используемой модели.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АКСЕЛЕРОМЕТРЫ С ДВУМЯ ДИНАМИЧЕСКИМИ И ЧАСТОТНЫМИ ДИАПАЗОНАМИ
Янчич Владимир Владимирович, Джения Дмитрий Владимирович, Янчич Владимир Владимирович
Стр. 127 — 134
Актуальность и цели. Расширение динамического и частотного диапазонов измерения параметров виброколебаний относится к важным задачам совершенствования аппаратуры виброакустической диагностики и мониторинга сложного технического оборудования. В ряде случаев необходимый результат достигается путем одновременного использования двух датчиков, отличающихся значениями коэффициентов преобразования или рабочими диапазонами частот. Однако такое решение не всегда технически выполнимо. Целью данной работы является создание пьезоэлектрических акселерометров, предназначенных для измерения в двух перекрывающихся динамических или частотно-динамических диапазонах. Материалы и методы. На примере преобразования ускорения в электрический сигнал с использованием прямого пьезоэффекта рассмотрены основные принципы построения двухдиапазонных электромеханических преобразователей акселерометров. Проведен анализ особенностей их работы в режимах измерения напряжения и заряда. На основе предложенных критериев конструирования разработаны и экспериментально исследованы варианты макетных образов двухдиапазонных акселерометров. Результаты. Выявлены основные особенности работы преобразователей с двумя динамическими диапазонами в режимах измерения напряжения и заряда. Показана принципиальная возможность реализации двухдиапазонных акселерометров с различными динамическими диапазонами и общим рабочим диапазоном частот, а также с различными динамическими и частотными диапазонами. В последнем случае необходимо применение автономных электрически и механически изолированных преобразователей, расположенных в одном корпусе датчика. На основе предложенных критериев конструирования разработаны и испытаны пьезоэлектрические преобразователи акселерометров с двумя диапазонами, отличающимися по верхней границе измеряемого ускорения до 33 раз и максимальной рабочей частоте в 3,5 раза. Выводы. Для расширения динамического и частотного диапазонов измерения параметров виброколебаний вместо двух пьезоэлектрических акселерометров возможно применение одного с двумя динамическими или частотно-динамическими диапазонами. Предложенные технические решения могут использоваться также при конструировании пьезоэлектрических датчиков пульсации давления, акустического поля, силы.
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОГНОЗНЫХ ОЦЕНОК СОСТОЯНИЙ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕНЕНИЯ ЗНАЧЕНИЙ ЭКСПЕРТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПРОЕКТИРУЕМЫХ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Ненадович Дмитрий Михайлович
Стр. 135 — 147
Актуальность и цели. Важнейшим этапом проектирования перспективных инфокоммуникационных систем является этап моделирования функционирования системы при реализации в ней различных основополагающих проектно-технических решений, определяющих ее облик в целом. Индикаторами качества решений могут служить значения экспертных показателей качества функционирования системы, отражающие динамику изменения состояния системы в различных фазах и режимах эксплуатации. Поэтому целью данной работы является разработка алгоритмов оценки значений экспертных показателей качества, позволяющих выполнить известные требования к состоятельности, несмещенности и эффективности формируемых оценочных значений в условиях, отличных от стационарности исследуемых процессов. Материалы и методы. Разработка алгоритмов выполнена на основе анализа изменения состояний управляемой дискретнозначной марковской модели с использованием рекуррентного алгоритма наименьших квадратов. Результаты. Содержатся результаты разработки алгоритмов формирования прогнозных оценок значений реализаций нестационарного (в общем случае) процесса изменения экспертных показателей качества в ходе функционирования перспективных инфокоммуникационных систем. Выводы. Реализация разработанных алгоритмов в программно-аппаратном комплексе инфокоммуникационной экспертной системы позволит существенно снизить степень субъективизма экспертных оценок качества проектно-технических решений, принимаемых в ходе разработки систем, а также в значительной мере повысить степень автоматизации экспертной деятельности.
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОДУЛИ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ. ВОПРОСЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ И УНИФИКАЦИИ
Чернецов Александр Владимирович, Соколов Михаил Андреевич
Стр. 148 — 155
Актуальность и цели. Объектом исследования являются конструкции чувствительных элементов (ЧЭ) и измерительных модулей (ИМ) полупроводниковых датчиков давления. Предмет исследования – процессы оптимизации и унификации номенклатуры ЧЭ и ИМ датчиков физических величин. Целью работы является уменьшение себестоимости датчиков физических величин без снижения уровня их технических характеристик и показателей надежности. Результаты. Разработаны конструктивно и функционально законченные унифицированные ЧЭ и ИМ датчиков статических и динамических давлений. Проведен анализ себестоимости датчиков, изготовленных на базе унифицированных ЧЭ и ИМ. Выводы. Сопоставление двух методов изготовления датчиков физических величин (традиционного с использованием полного цикла изготовления и предлагаемого с применением кооперации, при которой используют покупные конструктивно и функционально законченные ЧЭ и ИМ) показало, что датчики, изготовленные по второму варианту, дешевле в 1,5–2 раза, чем по первому.
ТЕХНОЛОГИЯ ЦЕНТРОБЕЖНО-ПЛАНЕТАРНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА РАБОЧУЮ ЗАГРУЗКУ
Зверовщиков Александр Евгеньевич
Стр. 156 — 167
Актуальность и цели. Детали сложной пространственной конфигурации из полимерных материалов часто изготавливают методами литья или объемной штамповки, что сопровождается образованием на поверхностях деталей остатков литниковых систем и облоя. Устранение или предотвращение появления этих дефектов на операциях формообразования приводит к значительному удорожанию технологического оснащения. Поэтому удаление облоя с полимерных деталей после литья или штамповки является трудоемкой технологической операцией, механизация которой является актуальной. Центробежно-планетарная объемная обработка является одним из наиболее производительных способов механизации зачистки. Цель исследования: разработка технологии эффективного удаления облоя с полимерных деталей небольшой массы и размеров. Материалы и методы. Проведено сравнение полученных теоретических результатов с экспериментальными данными, использованы положения теоретической механики, механики сплошных сред, теплотехники, основ математической теории эксперимента. В качестве хладагента использован жидкий азот. Экспериментальные образцы изготовлены из бутадиен-нитрильной резины. Результаты. Исследована зависимость выхода годных и бракованных деталей от основных технологических факторов центробежно-планетарной объемной обработки. Предложена методика расчета, позволяющая реализовать способ зачистной обработки полимерных деталей с однократной дозированной подачей хладагента. Оптимизированы режимы для группы промышленных мелкоразмерных деталей. Выводы. Выработаны принципы реализации технологических возможностей центробежно-планетарной объемной обработки для низкотемпературной зачистки деталей небольшой массы из полимерных материалов, позволяющие сократить время цикла обработки до 45–120 с.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ЕМКОСТИ НАНОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ SiО 2-SnО 2
Аверин Игорь Александрович, Игошина Светлана Евгеньевна, Карманов Андрей Андреевич
Стр. 168 — 175
Актуальность и цели. Разработка мультисенсорных систем для качественного и количественного анализа газового состава окружающей среды с высокой чувствительностью и низким энергопотреблением является актуальной задачей для нефтегазовой промышленности, медицины и т.д. Использование возмущающего электрического воздействия с переменной частотой при заданной рабочей температуре позволяет увеличить чувствительность и селективность элементов мультисенсорных систем. Целью работы является контролируемое изменение проводимости и емкости наноструктур на основе диоксида олова за счет условий получения для определения максимальной чувствительности и селективности сенсоров. Материалы и методы. Чувствительные элементы мультисенсоров представляют наноструктуры на основе SiO 2-SnO 2 с различным содержанием диоксида олова, полученные методами золь-гель-технологии. Для исследования наноструктур использовались: атомно-силовая микроскопия, инфракрасная спектроскопия и автоматизированные исследовательские стенды. Результаты. Исследованы частотные зависимости емкости наноструктур на основе SiO 2-SnO 2 при различной массовой доле диоксида олова. Установлено, что в диапазоне частот от 100 Гц до 100 кГц наблюдается степенной вид частотной зависимости емкости с показателем степени n = 0,3–0,5 с последующим насыщением в области высоких частот. Выводы. Емкость наноструктур на основе SiO 2-SnO 2 определяется условиями получения, включая массовую долю диоксида олова, миграционной поляризацией и дрейфом протонов по перколяционному стягивающему кластеру адсорбированной воды. Рост емкости наноструктур при увеличении массовой доли диоксида олова, вероятно, связан с изменением типа морфоструктуры.
АНАЛИЗ РИСКОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РАБОЧЕЙ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
Епишин Игорь Георгиевич, Репин Андрей Юрьевич, Фионова Людмила Римовна
Стр. 176 — 188
Актуальность и цели. Рассматривается методика анализа рисков технологического оборудования для опасных производственных объектов, предназначенная для обоснования и документирования требований обеспечения надежности и безопасности на стадиях жизненного цикла изделия при разработке рабочей конструкторской документации. Материалы и методы. Методика основана на системном и процессном подходе к анализу рисков и реализуется с помощью экспертных технологий анализа и специально разработанной системы информационной поддержки. Результаты. Методика анализа рисков стадий жизненного цикла изделия разработана в виде документа системы менеджмента качества ОАО НПП «Химмаш-Старт» и применяется разработчиками как инструмент обоснования надежности и безопасности вновь разрабатываемых сосудов и аппаратов. Результаты обоснования документируются в виде требований рабочей конструкторской документации, а также в виде нового документа «Обоснование безопасности». Приводится информация об опыте внедрения методики на предприятии ОАО НПП «Химмаш-Старт» с помощью специализированной автоматизированной системы информационной поддержки. Выводы. Применение разработанной методики анализа рисков на отечественных предприятиях машиностроения позволит решить проблему реализации требований Технического регламента таможенного союза «О безопасности машин и оборудования» в части обоснования надежности и безопасности вновь разрабатываемых машин и оборудования.
ДИАГНОСТИКА СКРЫТЫХ ДЕФЕКТОВ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Дианов Вячеслав Николаевич, Гевондян Тамара Акоповна, Дусеев Сергей Геннадьевич
Стр. 189 — 198
Актуальность и цели. Одним из перспективных направлений в области фундаментальных исследований признано создание интеллектуальных биомехатронных технологий различного назначения. Развитие робототехники вызвало появление различного рода тактильных датчиков, предназначенных для геометрического распознавания предметов окружающего пространства. В связи с возрастающими требованиями по надежности и качеству актуальной становится задача обнаружения скрытых дефектов, проявляемых, в частности, через различные сбои в аппаратуре, включая датчики. Поэтому целью исследования является предложение различных методов активной диагностики, а также информативных параметров, позволяющих обнаруживать и регистрировать сбои. Материалы и методы. Принципиальная особенность предложенной концепции резкого повышения надежности аппаратуры за счет исключения воздействия на нее сбоев состоит в том, что, в отличие от всех ранее используемых подходов к решению данной проблемы, обнаруживаются и регистрируются не места сбоев, а источники сбоев. В зависимости от принципов формирования и получения информативных признаков, по совокупности которых оценивается сбойное состояние элементов аппаратуры как источников сбоев, предложены различные методы обнаружения и регистрации источников сбоев, имеющие значительный отечественный приоритет. К таким методам относятся: дифференциальный, интегральный, а также метод повышенного электромагнитного излучения при сбоях. Результаты. В качестве источников сбоев обнаруживаются: соединители (разъемы), контактирующие устройства БИС и СБИС, интерфейсные шины, шины управления, электропитания и заземления, а также внутренние и внешние электромагнитные помехи. Эффект достигается за счет включения в роботизированный комплекс контактных и бесконтактных датчиков сбоя, а также добавлением алгоритмов обработки электрических сигналов с указанных датчиков. Выводы. Рассмотренные и предложенные в работе методы и средства обнаружения и регистрации сбоев в аппаратуре позволяют ставить на повестку дня вопросы разработки, создания и эксплуатации бессбойной аппаратуры с модернизацией существующих ГОСТов по надежности.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРЕЛЫ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА МИНИМАЛЬНОЙ МАССЫ
Кравченко Павел Давидович, Дудченко Анатолий Николаевич
Стр. 199 — 209
Актуальность и цели. Работы по разборке разрушенных зданий в чрезвычайных ситуациях требуют прежде всего минимизации временных затрат на доставку и монтаж подъемно-транспортного оборудования. Эти затраты зависят от числа и массы конечных элементов, собираемых в мобильное подъемно-транспортное устройство ручным способом. Целью данной работы является обоснование валидных проектных данных для проектирования стрелы грузоподъемного устройства минимальной массы каждого из собираемых элементов с условиями обеспечения надежности устройства и безопасности его эксплуатации. Материалы и методы . Конструктивно-силовая схема грузоподъемного устройства представлена совокупностью отдельных элементов весом любого из них не более 150 кг для обеспечения условий сборки ручным способом в чрезвычайных ситуациях. Согласно основным формулам для расчета на прочность элементов стрелы, работающей в условиях изгиба и сжатия, применены методы оптимизации тонкостенных стержней коробчатых сечений – последовательных приближений с использованием упрощающих аппроксимаций Ясинского и правил проектирования согласно регламентам по проектированию строительных конструкций. Результаты . Вычислены геометрические характеристики оптимального сечения стрелы длиной 18 м в виде стержня коробчатого сечения, проверены условия прочности в плоскости действия изгибающего момента. Показана возможность применения конструкционных сталей вместо дорогостоящих легированных и возможные пути дальнейшей оптимизации процесса проектирования. Выводы . Полученные результаты являются валидными для использования их в процессе конструирования стрелы сборного грузоподъемного устройства.
РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КУЗОВА АВТОБУСА
Орлов Лев Николаевич, Тумасов Антон Владимирович, Герасин Андрей Владимирович
Стр. 210 — 218
Актуальность и цели. Проблема снижения тяжести последствий дорожно-транспортных происшествий (ДТП) является всегда актуальной. Особое внимание уделяется вопросам повышения пассивной безопасности автобусов, поскольку ДТП с участием пассажирских транспортных средств характеризуются серьезными травмами и ранениями, получаемыми пассажирами во время аварии. Хорошо известно, что одним из наиболее опасных видов ДТП является опрокидывание, характеризуемое высокими динамическими нагрузками, действующими на кузовную конструкцию автобуса. Требования безопасности, предъявляемые к несущим системам пассажирских транспортных средств большой вместимости, регламентируются Правилами ЕЭК ООН № 66, предполагающими проведение оценки пассивной безопасности как по результатам расчетов, так и по результатам компьютерного моделирования. Проведение полномасштабных испытаний, имитирующих опрокидывание автобуса, как правило, связано с большими материальными затратами. В этой связи в настоящее время существенную роль в оценке пассивной безопасности играют расчетные методы, позволяющие реализовать достоверное виртуальное моделирование условий аварийного нагружения кузовных конструкций. Однако при использовании расчетных методов особое внимание следует уделять вопросу адекватности исследуемой расчетной модели. Основной целью настоящей работы является подтверждение правомерности практического применения результатов компьютерного моделирования условий опрокидывания секций и кузова в целом при использовании их подробных конечно-элементных моделей для оценки пассивной безопасности автобусов. Материалы и методы . Подтверждение правомерности результатов компьютерного моделирования проведено на основе сравнительного анализа результатов расчетов с данными экспериментальных исследований поведения секций кузова автобуса под действием аварийной нагрузки. Методика расчетов включает формирование моделей секций, условий их закрепления и нагрузки; проведение нелинейного расчета с использованием современных программных средств; анализа полученных результатов. Стендовые испытания секций проведены в лаборатории кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ на уникальном оборудовании, позволяющем воспроизводить условия нагружения секций в соответствии с требованиями Правил ЕЭК ООН № 66. Результаты . Получены новые расчетные и экспериментальные зависимости изменения разрушающих нагрузок от деформаций, имеющие хорошую сходимость с данными экспериментальных исследований. На основании этого выполнена расчетная оценка безопасности кузова автобуса. Выводы. Доказана достоверность результатов компьютерного моделирования на примере сравнения расчетных и экспериментальных данных по отдельным секциям кузова. Сделан вывод об обоснованности применения предлагаемой расчетно-эксперимента­льной методики оценки безопасности кузовов при проектировании и доводке автобусов, а также при разработке их модификаций.
КИНЕТИКА ФОРМИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННЫМ СОСТОЯНИЕМ ПЛОСКОЙ ШЛИФОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Дементьев Вячеслав Борисович, Иванова Татьяна Николаевна
Стр. 219 — 229
Актуальность и цели. Выявление закономерности формирования напряженного состояния поверхностного слоя позволит разработать методику расчета остаточных напряжений I рода с учетом сил резания, температуры поверхностного слоя, структурных превращений, действия смазочно-охлаждаю­щих жидкостей, скорости охлаждения и управлять распределением остаточных напряжений в плоских деталях из труднообрабатываемых материалов. Для этого в работе была поставлена задача: исследовать закономерности формирования напряженного состояния поверхностного слоя при торцовом шлифовании плоских круглых деталей из труднообрабатываемых материалов. Выводы . Исследования остаточных напряжения и деформации в тонких плоских деталях круглой формы позволили разработать методику расчета остаточных напряжений, управлять их распределением и дать рекомендации при шлифовании труднообрабатываемых легированных конструкционных сталей с учетом условий шлифования и режимов резания.
ОЦЕНКА УДАРОСТОЙКОСТИ БЕЗОПАСНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ СТЕКОЛ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Муйземнек Александр Юрьевич, Карташова Екатерина Дмитриевна, Воячек Игорь Иванович
Стр. 230 — 246
Актуальность и цели. Объектом исследования являются безопасные многослойные стекла современных легковых автомобилей, состоящие из двух слоев закаленного стекла и соединенные вместе тонким слоем поливинил бутираля (роlуvinуl butуrаl – РVВ). Предметом исследования являются процессы деформирования и разрушения безопасных многослойных стекол современных легковых автомобилей при фронтальном столкновении с манекеном. Цель работы – сопоставление описательных возможностей двух компьютерных моделей процессов деформирования и разрушения безопасных многослойных ветровых стекол при их столкновении с манекеном в интервале скоростей столкновения от 10 до 60 км/ч и углов столкновения – от 0° до 30°. Материалы и методы. Исследования процессов деформирования и разрушения безопасных многослойных стекол современных легковых автомобилей при фронтальном столкновении с манекеном выполнены методом конечных элементов. Результаты. Разработаны две компьютерных модели. Первая компьютерная модель ветрового стекла построена с использованием оболочечных элементов Белычко – Цая с шестью точками интегрирования по толщине и имеет две точки интегрирования для каждого слоя. Вторая компьютерная модель построена с использованием объемных элементов с одной точкой интегрирования для каждого слоя. Выводы. Сопоставление описательных возможностей двух компьютерных моделей процесса соударения манекена с ветровым стеклом легкового автомобиля позволило сделать выводы о том, что вторая компьютерная модель в большей степени соответствует сложившимся качественным представлениям о процессе деформации и разрушения безопасных многослойных стекол современных легковых автомобилей.