2017 год, №4

Содержание выпуска
МНОГОМЕРНЫЙ ПОРТРЕТ ЦИФРОВЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ИДЕАЛЬНОГО «БЕЛОГО ШУМА» В СВЕРТКАХ ХЭММИНГА
Волчихин Владимир Иванович, Иванов Александр Иванович, Юнин Алексей Петрович, Малыгина Елена Александровна
Стр. 4 — 13
Актуальность и цели. Целью работы является получение описания идеального портрета «белого шума», позволяющего контролировать его качество на малых тестовых выборках. Материалы и методы. Вычисление энтропии по Шеннону для цифровых последовательностей длинной в 256 бит является вычислительно сложной задачей. В связи с этим вычислительную сложность задачи понижают через переход в пространство расстояний Хэмминга при тестировании нейросетевых преобразователей биометрия-код по ГОСТ Р 52633.3. В этом случае возникает свертывание размерности решаемой задачи, однако такой вычислительный прием может оказаться некорректным на малых тестовых выборках. Результаты. Предложено использовать несколько сверток Хэмминга, выполняемых в полях по модулю 2, 4, 8 и выше. При этом растет объем информации о близости портрета анализируемой цифровой последовательности к портрету идеального «белого шума». Дан перечень дефектов реального «белого шума», наблюдаемого в пространствах сверток Хэмминга. Даны оценки погрешности параметров наблюдаемого портрета «белого шума», возникающие из-за конечного размера тестовой выборки. Выводы. При «глубоком» контроле хеширующих свойств нейросетевых преобразователей биометрия-код процедур рекомендуемых ГОСТ Р 52633.3 недостаточно. Необходимо дополнять контроль качества «белого шума» в обычном пространстве расстояний Хэмминга, вычисленном сверткой кодов по модулю два, свертками Хэмминга в полях с большим значением модуля.
РЕГУЛЯРИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЭНТРОПИИ ВЫХОДНЫХ СОСТОЯНИЙ НЕЙРОСЕТЕВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ БИОМЕТРИЯ-КОД, ПОСТРОЕННАЯ НА РАЗМНОЖЕНИИ МАЛОЙ ВЫБОРКИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Волчихин Владимир Иванович, Иванов Александр Иванович, Банных Андрей Григорьевич
Стр. 14 — 23
Актуальность и цели. Целью работы является регуляризация вычисления энтропии длинных кодов с зависимыми разрядами на малой тестовой выборке. Материалы и методы. Алгоритм построен на предсказании вероятности появления редких событий, использующий гипотезу нормального распределения расстояний Хэмминга. Предложено отказаться от вычисления математического ожидания и стандартного отклонения на малых выборках. Предложено размножать исходные данные через добавление к ним мутаций, полученных от генератора псевдослучайного шума. Даны ограничения на амплитуду генератора шума мутаций. Результаты. Показано, что при переходе в пространство расстояний Хэмминга наблюдается логарифмическое сжатие размеров исходного алфавита спектра выходных состояний нейросетевой молекулы преобразователя биометрия-код. Это в итоге позволяет выполнять быстрое тестирование преобразователей через вычисление их энтропии. Выводы. Предложенная процедура регуляризации вычислений позволяет получить точность оценки значения энтропии нейросетевого преобразователя на выборке в 21 опыт такую же, как точность вычислений, обеспечиваемую стандартными процедурами вычислений по ГОСТ Р 52633.3 на выборке из 2100 опытов. Наблюдается примерно 100-кратный рост устойчивости вычислений.
МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ УРОВНЯ И ПЛОТНОСТИ ТОПЛИВА ДЛЯ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Демин Евгений Станиславович
Стр. 24 — 36
Актуальность и цели. Объектом исследования являются магнитострикционные преобразователи уровня и плотности (МПУиП) топлива на ультразвуковых волнах кручения для телеметрических систем мониторинга наземных транспортных средств (ТСМ ТС). Предмет исследования - физические процессы преобразования информационных сигналов в трактах МПУиП топлива. Целью работы является развитие теоретических основ проектирования магнитострикционных преобразователей механических величин. Материалы и методы. Предлагаются математические модели и комплекс программ для моделирования нового подкласса магнитострикционных преобразователей механических величин. Результаты. Предложены новые структурные схемы МПУиП топлива на ультразвуковых волнах кручения для ТСМ ТС, представлена структура комплекса программ и результаты моделирования физических процессов преобразования информационных сигналов в их трактах, что позволяет оценить их технические возможности. Выводы. Применение рассмотренного проблемно ориентированного комплекса программ позволит создавать магнитострикционные преобразователи уровня и плотности топлива на ультразвуковых волнах кручения для ТСМ ТС с требуемыми характеристиками при минимальных материальных и временных затратах.
АВТОМАТИЗАЦИЯ НАХОЖДЕНИЯ ДЕФЕКТОВ НА ОСНОВЕ ФРАКТАЛЬНОГО АНАЛИЗА
Шумарова Ольга Сергеевна, Корнилова Наталья Валерьевна
Стр. 37 — 44
Актуальность и цели. Целью данной работы является совершенствование метода обработки информационного сигнала при вихретоковом контроле качества шлифованных поверхностей качения деталей подшипников на основе автоматического нахождения локальных дефектов при помощи фрактального анализа. В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи: разработка метода автоматического выявления локальных дефектов и создание программного модуля для автоматического поиска наиболее распространенных локальных дефектов шлифованной поверхности качения деталей подшипников по данным вихретокового контроля, основанного на определении показателя Херста, на основании графика детализирующих коэффициентов вейвлет-анализ сигнала. Материалы и методы. В основе проведенных исследований лежат методы обработки дискретных сигналов, аппарат фрактального анализа, теория распознавания образов. Обработка результатов вихретокового контроля велась с использованием специально разработанного программного обеспечения, написанного и реализованного с помощью языка программирования Dеlрhi. Экспериментальные исследования проводились с использованием автоматизированной системы вихретокового контроля (АСВК) на базе автоматов контроля деталей подшипников (АВК-Р2 и ПВК-К2М) в производственных условиях ОАО «ЕПК-Саратов». Результаты. Эффективность вихретокового метода контроля качества шлифованной поверхности деталей подшипников повышается за счет автоматического анализа степени неоднородности поверхностного слоя с помощью специальных методов фрактального анализа информационных сигналов. Выводы. Для выявления 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.
ДЕТЕКТИРОВАНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ В ВИДЕОПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Шепелев Кирилл Валерьевич
Стр. 45 — 54
Актуальность и цели. Точность детектирования движущихся объектов на основе программного обеспечения с открытым кодом не превышает 60 %, это обусловлено существующей проблемой, первый аспект состоит в отсутствии алгоритмов и программного обеспечения для импортозамещения, второй аспект заключается в высокой стоимости создания отдельной системы видеонаблюдения с функциями детектирования и классификации движущихся объектов. Материалы и методы. Обсуждается постановка и решение задачи детектирования и классификации движущихся объектов в видеопоследовательности с помощью вычисления значений статистических параметров смеси нормальных распределений. Программное обеспечение системы разработано с использованием библиотеки компьютерного зрения ОРЕNСV. Результаты и выводы. Предложена модель представления видеопоследовательности в задачах детектирования движения на основе трехмерного динамического информационного массива уровней яркости пикселей, отличающаяся обновляемым нулевым кадром маски движения. Разработан и реализован алгоритм детектирования движения на основе оценки плотности вероятности выпадения статичных пикселей в видеопоследовательности, отличающийся использованием смеси нормальных распределений уровней яркости элементов информационного поля. Предложен комбинированный подход к детектированию и классификации движущихся объектов в видеопоследовательности. В соответствии с результатами экспериментов точность обнаружения объектов на основе комбинированного подхода увеличилась на 15 % от показателя точности простого детектора движений и на 5 % относительно точности обычного детектора объектов на основе каскадных классификаторов.
КОМПЬЮТЕРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИГМА-Т АЦП С АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ ПОГРЕШНОСТИ ОТ КРАЕВЫХ ЭФФЕКТОВ
Ашанин Василий Николаевич, Коротков Алексей Александрович
Стр. 55 — 67
Актуальность и цели. Наибольшей линейностью функции преобразования сегодня обладают преобразователи информации сигма-∆ архитектуры. Однако отсутствие возможности точной привязки результата измерения к времени измерения из-за выполнения необходимой операции цифровой фильтрации однобитной последовательности на выходе сигма-∆ модулятора серьезно ограничивает их использование в измерительных задачах. Целью данной работы является реализация алгоритма преобразования информации в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) сигма-архитектуры, в котором с целью исключения цифровой фильтрации выходного сигнала модулятора промежуточный широтно-импульсный модулированный сигнал суммируется в примыкающих циклах преобразования за время, многократно превышающее период частного цикла импульсной модуляции. Такие преобразователи информации получили название сигма-Т АЦП. Исследования проводятся на уровне компьютерной модели, в которой используется комбинированный (аналогово-цифровой) способ компенсации погрешности от краевых эффектов. Это дает возможность без накопления погрешности суммировать результаты промежуточных частных циклов преобразования, что позволяет исключить процедуру цифровой фильтрации. Материалы и методы. Рассмотрен комбинированный способ компенсации погрешности от краевых эффектов в интегрирующих сигма-Т АЦП. Создана компьютерная модель в среде Simulink. Определено среднеквадратичное отклонение от линейной функции преобразования с компенсацией и без компенсации погрешности от краевых эффектов. Результаты. Показана возможность реализации сигма-Т АЦП, обладающего высокой точностью преобразования, для решения задач информационно-измерительной техники. Приведены результаты расчета значений среднеквадратичного отклонения от линейной функции преобразования для интегрирующих АЦП с компенсацией и без компенсации погрешности. Выводы. Разработанная модель интегрирующего сигма-Т АЦП показала возможность обеспечения высоких метрологических характеристик измерительного преобразователя без применения цифровой фильтрации выходного сигнала модулятора.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ЛЕЗВИЙНОЙ ОБРАБОТКЕ В МАШИНОСТРОЕНИИ СИСТЕМОЙ ПОДАЧИ В ЗОНУ РЕЗАНИЯ ОХЛАЖДЕННОГО ИОНИЗИРОВАННОГО ВОЗДУХА
Курносов Николай Ефимович, Лебединский Константин Валерьевич, Асосков Александр Сергеевич
Стр. 68 — 80
Актуальность и цели. Объектом исследования является охлаждение режущего инструмента при лезвийной обработке в машиностроении за счет подачи в зону резания охлажденного ионизированного воздуха. Предметом исследования являются процессы охлаждения режущего инструмента, ионизации в закрученных потоках воздуха, механизм взаимодействия ионизированного воздуха с обрабатываемой поверхностью. Цель работы - исследование эффективности применения охлажденного ионизированного воздуха для охлаждения при лезвийной обработке конструкционных материалов и создание компактного и удобного в использовании устройства для оснащения оборудования. Материалы и методы. Исследования процессов выполнены методом экспериментального анализа. Результаты. Приведена разработанная система подачи охлажденного ионизированного воздуха для охлаждения режущего инструмента при обработке конструкционных материалов. Исследованы процессы ионизации в закрученных потоках воздуха, рассмотрен механизм взаимодействия ионизированного воздуха с обрабатываемой поверхностью. Показаны преимущества использования охлажденного ионизированного воздуха при лезвийной обработке конструкционных материалов. Описана система для охлаждения режущего инструмента и зоны резания охлажденным ионизированным воздухом. Выводы. Полученные результаты показывают возможность эффективного использования при лезвийной обработке конструкционных материалов в качестве смазочно-охлаждающих технологических средств охлажденного ионизированного воздуха. Его использование обеспечивает уменьшение значения шероховатости и микротвердости на обработанной поверхности, повышается стойкость режущего инструмента, снижаются себестоимость обработки и экологическая нагрузка на окружающую среду. Разработанная система для охлаждения режущего инструмента и зоны резания охлажденным ионизированным воздухом «InAir» позволяет обеспечить подачу охлажденного ионизированного воздуха в зону обработки для охлаждения режущего инструмента и зоны резания в составе технологического оборудования для обработки конструкционных материалов.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ И КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ РОТОРА, ВРАЩАЮЩЕГОСЯ В УПРУГИХ ОПОРАХ
Семенов Анатолий Дмитриевич, Будаговский Дмитрий Александрович
Стр. 81 — 93
Актуальность и цели. Объектом исследования является ротор электропривода ротационного стенда, закрепленный в упругих опорах. Предметом исследования является взаимосвязь поперечных и крутильных колебаний, возникающих при вращении ротора электропривода ротационного стенда. Цель работы - исследование взаимосвязи поперечных и крутильных колебаний и разработка математической модели, учитывающей эту взаимосвязь. Материалы и методы. Исследовались взаимосвязи поперечных и крутильных колебаний, возникающих при вращении ротора центрифуги. Результаты. Разработана линеаризованная математическая модель ротора в упругих опорах, учитывающая влияние поперечных и крутильных колебаний. Получено доказательство того, что при изгибных колебаниях возникают крутильные деформации и наоборот. Выводы. Исследования колебаний ротора позволили сделать вывод, что поперечные и крутильные колебания существенно влияют друг на друга. Также это позволило разработать линеаризованную математическую модель ротора, в которой это взаимодействие учтено.
УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ КАРЕТКИ ТОКАРНОГО МОДУЛЯ В РЕЖИМЕ СТРУЖКОДРОБЛЕНИЯ
Виноградов Михаил Владимирович, Игнатьев Александр Анатольевич, Клепова Ирина Викторовна
Стр. 94 — 101
Актуальность и цели. Приведены анализ работы токарного модуля и результаты исследований динамических процессов, возникающих при возвратно-поступательных перемещениях каретки приводов подачи в режиме стружкодробления. Материалы и методы. Замкнутые электромеханические приводы с многоступенчатой фрикционной передачей (МФП) продольной и поперечной подач токарного модуля в сочетании с аэростатическими направляющими позволяют с большой степенью точности (без проскальзывания) отрабатывать соответствующий закон движения каретки с крепящимся на ней резцедержателем. С помощью данной системы стружку возможно дробить как при продольном, так и при торцевом точении, что позволяет обеспечить токарную обработку в режиме стружкодробления деталей практически любой конфигурации. Результаты. При обработке в режиме стружкодробления на токарном модуле типа ТПАРМ, имеющем МФП, аэростатические направляющие и лазерный интерферометрический датчик обратной связи, обеспечивается эффективное стружкодробление при обработке различных материалов, в частности, деталей из медных и алюминиевых сплавов. Выводы. Использование возвратно-поступательных движений каретки в соответствии с установленным законом изменения скорости перемещения в режиме стружкодробления в приводах подачи прецизионных токарных модулей позволяет наряду с надежным дроблением стружки исключить наростообразование на режущей кромке инструмента и получить высокое качество обработки без заметного снижения стойкости инструмента.
АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЛАВЛЕНИЯ
Кашапов Рамиль Наилевич, Кашапов Наиль Фаикович, Кашапов Ленар Наилевич
Стр. 102 — 111
Актуальность и цели. Технологии аддитивного построения металлических изделий с каждым годом увеличивают свое присутствие в области машиностроения. Крупные производственные фирмы, такие как DМG МОRI, Маtsuurа Масhinеry и др., производящие обрабатывающие центры, разрабатывают и выводят на рынок новые установки аддитивного послойного выращивания металлических изделий. В данных установках одним из видов материала построения является металлический порошок. К нему предъявляются особые требования: сферичность частиц, отсутствие пор, хорошая текучесть и высокая насыпная плотность. В существующих методах получения порошков используется дорогостоящее оборудование и отсутствует возможность получения его в малых объемах. Это накладывает ограничения на развитие аддитивных технологий, так как согласно сложившейся концепции у потребителя должна иметься возможность быстро изготовить нужное ему изделие из требуемого материала. Все это говорит о необходимости разработки новых, простых и дешевых методов получения металлических порошков, предназначенных для аддитивного производства. Целью работы являлось определение возможности применения плазменно-электролитного процесса для получения металлических порошков, пригодных для аддитивного производства. Материалы и методы. Исследования процесса образования металлических порошков в плазме газового разряда с жидким электродом проводились на экспериментальной установке, позволяющей регистрировать величину напряжения, силу тока, получать осциллограммы напряжения и тока. Морфология порошка изучалась с помощью сканирующего электронного микроскопа Саrl Zеiss ЕVО 50. Дисперсионный состав определялся методом ситового рассева с набором сит от 10 до 300 мкм. Микротвердость измеряли с помощью прибора ПМТ-3М методом Виккерса. Результаты. Получены опытные образцы металлического порошка стали марки 07Х16Н4Д4Б-Ш. Исследована морфология поверхности и геометрия, проанализирован химический состав металлического порошка и построена гистограмма его гранулометрического состава. Наибольшее количество частиц получается размером меньше 40 мкм. Определены режимы горения разряда, при которых протекает процесс формирования частиц порошка. Выводы. Полученный порошок пригоден для использования в установках селективного лазерного сплавления. Однако необходимо провести дальнейшие исследования, связанные с увеличением производительности процесса путем увеличения площади анода и определения динамических характеристик порошка.