Статьи журнала - Вестник Донского государственного технического университета
Все статьи: 1534
Разграничение понятий математического и логического моделирования
Статья научная
Введение. Технологии математического и логического моделирования решения задач по существующей практике их распространения распределяются на два направления: широко распространенное математическое моделирование и информационное логическое моделирование, которое в настоящий момент развито недостаточно, в особенности для сложноорганизованных систем. Принципиальные различия этих технологий, в частности для подготовки производства обработкой резанием, в том, что логическое моделирование информационно и логически связано с системами организации, а математическое - с процессами управления в системах организации. Логическое моделирование используется для оперирования геометрическими объектами в технологических схемах их взаимодействия методами базирования, геометрического формообразования в условиях статической, т. е. идеальной настройки соответствующих схем. Математическое моделирование используется для оперирования материальными объектами в процессах управления их преобразованиями методами обработки резанием, т...
Бесплатно
Статья научная
Введение. Проблемы, связанные с размещением виртуальных объектов в реальной среде, существенно ограничивают возможности технологии дополненной реальности (AR). Такая ситуация выявляет пробел в научных знаниях, требующий дополнительного исследования. Поэтому основной задачей данного исследования явилась разработка метода оптимального размещения виртуальных объектов, при котором происходит минимизация целевой функции комфортности. Такой подход направлен на усовершенствование систем AR и развитие соответствующей теории.Материалы и методы. Проведенное исследование основывается на анализе размещения виртуальных объектов в AR/VR приложениях с особым акцентом на оптимизацию. Было предложено понятие комфортности размещения, учитывающее размеры объекта и расстояния до границ свободного пространства по координатам X, Y, Z.Результаты исследования. В рамках исследования были получены формулы для оптимального размещения объектов с произвольной функцией комфортности. Основным критерием является минимизация разницы между уровнями комфортности с разных сторон объекта. Было выявлено, что успешное размещение объектов требует учета их размеров и зон комфортности, а также решения системы из n линейных уравнений.Обсуждение и заключение. Полученные результаты представляют собой важный вклад в исследование проблемы размещения виртуальных объектов в AR/VR/MR. Они открывают новые возможности для улучшения взаимодействия с пользователями и проведения дальнейших исследований в области пространственных вычислений. Возможными направлениями для дальнейшего развития являются динамические корректировки и интеграция полученных результатов в различные XR-сценарии.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены проблемные области, требующие интеллектуальной поддержки процесса решения оптимизационных задач. Разработан адаптивный алгоритм поддержки решения оптимизационных задач на основе лингвистических команд. Командам могут сопоставляться как чёткие, так и расплывчатые характеристики параметров вычислительного процесса.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Отмечается, что использование в расчетах адаптивных сеток позволяет повысить точность и экономичность вычислительных алгоритмов, не увеличивая число узлов. Особенно эффективен такой подход при расчетах нестационарных задач. Цель данного исследования - разработка, построение и программная реализация методов построения расчетных двумерных оптимальных гранично-адаптивных сеток для областей сложной конфигурации с сохранением заданных особенностей формы и границы области. Применение таких методов способствует повышению точности, эффективности и экономичности вычислительных алгоритмов.Материалы и методы. Рассмотрена проблема автоматического построения оптимальной гранично-адаптивной сетки в односвязной области произвольной геометрии, топологически эквивалентной прямоугольнику. Получено решение для минимального набора входной информации: заданы граница области в физической плоскости и число точек на ней. Создание алгоритма и программы построения сетки базируется на модели динамики частиц. Это позволяет определять траектории движения отдельных частиц и исследовать динамику их парного взаимодействия в рассматриваемой системе. С помощью инструмента mask отделяются внутренние и граничные узлы сетки, и это дает возможность определить скорости перемещения узлов с учетом специфики решаемой задачи.Результаты исследования. Разработанные методы построения оптимальной гранично-адаптивной сетки области сложной геометрии дают возможность решить проблему автоматического построения сетки в двумерных областях любой конфигурации. Для оценки результатов исследования алгоритма решена тестовая задача и визуализированы этапы решения. В виде рисунков показаны расчетная область тестовой задачи и работа функции расчета скорости перемещения внутренних узлов. Визуализация подтверждает преимущество такого метода построения сетки, при котором отделяются граничные и внутренние узлы.Обсуждение и заключения. Результаты теоретических и численных исследований важны как для изучения качественных свойств сеток, так и для развития методов построения расчетных сеток, позволяющих эффективно, с высокой точностью решать задачи численного моделирования.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача оптимизации распределения заданий по исполнителям в кластере. Разработаны алгоритмы, осуществляющие управление задачами. Проверка предложенных алгоритмов выполнена при решении транспортной задачи на кластере локальной сети. Получены данные, позволяющие судить об эффективности предложенных алгоритмов.
Бесплатно
Разработка архитектуры по подключению системного модуля для людей с ограниченными возможностями
Статья научная
Введение. Для разработки новых системных модулей программного обеспечения помощи сотрудникам с ограниченными возможностями требуется проработать архитектурное решение для взаимодействия всех частей системы. В результате анализа и проектирования необходимо получить программную архитектуру, которая должна выполнять ряд стандартных требований. В первую очередь, она должна быть безопасной. Для этого следует учитывать систему логирования ошибок, аудирование событий, возможность отключения функционала непосредственно после вывода в промышленную эксплуатацию, внутренние механизмы валидации входных запросов клиента и ответов сервера. Данная работа посвящена выработке основных вариантов обслуживания системы, анализу исключительных ситуаций при взаимодействии с пользователем для дальнейшей оценки эффективности архитектуры и непосредственной разработки проекта. Материалы и методы. Архитектурное решение проводилось при помощи языка графического описания (Unified Modeling Language, UML), который помогает строить визуальные изображения жизненного цикла и взаимодействия всех компонентов системы. Для проработки взаимодействия основных модулей будущей системы использовался синтаксис диаграммы развертывания (deployment diagram UML). Для обработки жизненного цикла - синтаксис диаграммы последовательности действий (sequence diagram UML). Помимо этого, использовалась диаграмма прецедентов для описания основных сценариев использования. Результаты исследования. Разработана архитектура, имеющая схему взаимодействия отдельных модулей и систем, а также варианты использования программного комплекса для будущей реализации программного продукта. Предложенная архитектура системы соответствует требованиям безопасности, надёжности (отказоустойчивости) и производительности. Авторами зафиксированы функциональные требования системы помощи сотрудникам предприятий с проблемами слуха для возможности их трудоустройства и работы по телекоммуникационной сети интернет. Выработаны основные вариации обслуживания системы. Обсуждение и заключения. Построение грамотной архитектуры позволяет учесть ситуации, выходящие за рамки нормального использования системы, а также использовать нечеткую модель для определения эффективности системы. Дальнейшее углубленное описание вариантов развёртывания и эксплуатации позволит реализовать эффективную и производительную систему.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Научное направление «природные вычисления» в последнее время широко используется для решения оптимизационных NP-полных задач, в том числе комбинаторных задач криптоанализа. В статье приводится краткий обзор публикаций, посвященных применению природных (биоинспирированных) методов для криптоанализа. Основной целью работы является исследование возможности применения алгоритмов пчелиных колоний для реализации криптоанализа блочных шифров. Материалы и методы. Для решения данной оптимизационной задачи применяются известные методы пчелиных колоний, относящиеся к сравнительно новому классу биоинспирированных оптимизационных методов, имитирующих процессы, протекающие в живой природе. Приводится описание и структурная схема алгоритма колонии пчел для решения задачи криптоанализа, отмечаются основные операции, выполняемые параллельно на глобальном уровне. Далее определяется множество независимых операторов, допускающих параллельное выполнение. С этой целью строятся информационно-логические граф-схемы алгоритма с введенными связями по управлению и по информации, а также формируются матрицы следования, логической несовместимости и независимости. По данной матрице независимости возможно определение множества операторов алгоритма, которые допускают параллельное выполнение. При этом размерность максимального внутренне устойчивого множества определяет максимальное число процессоров, используемых для реализации алгоритма. Результаты исследования. Основными результатами являются теоретические оценки временной сложности алгоритма пчелиных колоний. Кроме того, приводится решение задачи: для алгоритма криптоанализа на основе построенного информационно-логического графа и для заданного времени найти необходимое наименьшее число процессоров однородной вычислительной системы и план выполнения операторов на них. Приводится оценка необходимого минимального числа процессоров для реализации алгоритма криптоанализа, а также оценка общего Обсуждение и заключения. Основными результатами исследования являются: разработка алгоритма колонии пчел, используемого для решения задачи криптоанализа; описание его структурной схемы и основных параллельно выполняемых этапов; построение матрицы независимости; оценка числа процессоров для реализации алгоритма. Следует заметить (и это отмечалось в предыдущих работах), что отличительной особенностью применения биоинспирированных методов криптоанализа является возможность использования самого алгоритма шифрования (или расшифрования) в качестве целевой функции для оценки пригодности ключа, определенного с помощью операций биоинспирированного метода. Поэтому можно утверждать, что при использовании биоинспирированных методов процесс определения секретного ключа зависит не столько от сложности шифрующих преобразований, сколько от самого биоинспирированного метода, который должен обеспечивать достаточное разнообразие генерации ключей. времени реализации алгоритма
Бесплатно
Краткое сообщение
Рассмотрены вопросы, связанные с обеспечением качества и эксплуатационных свойств длинномерных деталей сложной формы на примере лонжерона рулевого винта вертолета. Разработаны технологические схемы виброударной упрочняющей обработки, использование которых обеспечит снижение стоимости изделия и машины в целом.
Бесплатно
Статья научная
Введение. При решении задач, требующих обработки большого объема данных, возникает проблема получения решения за приемлемое время. Одним из способов выполнения ограничения на временной ресурс является разделение всего объема вычислений между несколькими центрами обработки данных. Следовательно, задача разработки методов повышения быстродействия вычислительных систем и эффективности их использования является актуальной. В настоящей работе рассматривается разработка системы распределенных вычислений для обеспечения решения обратных задач в области механики разрушений. Целями работы являются проектирование и расчетно-экспериментальное обоснование системы для решения узко специализированного типа задач. В работе применяются такие программные комплексы как ANSYS, COMSOL и FlexPDE. Методология. Предложена методология, позволяющая использовать в качестве центров обработки обычные ПК, а не специализированные машины с предустановленным аппаратным обеспечением. Система не накладывает особых требований к аппаратной части компьютеров. Для функционирования системы необходима связь между ПК. Наличие качественной высокоскоростной сети является желательным, так как это упрощает процесс развертывания системы и увеличивает производительность вычислительного процесса. Проведен расчет конечно-элементной модели с большим набором параметров. Результаты исследования. Разработано новое программное обеспечение для обеспечения решения обратных задач в области механики разрушений. Реализована возможность использования системы для решения более широкого спектра задач. Были учтены особенности аналогичного ПО с целью повышения отказоустойчивости и уменьшения издержек, не связанных с решением задачи. Исполняющий модуль системы проводит вычисления в многопоточном режиме, поэтому аппаратные возможности вычислительных средств используются максимально рационально. Простота организации формата хранения данных и передачи их по сети позволила достигнуть наиболее оптимального использования доступных ресурсов. Обсуждение и заключения. Разработанная система распределенных вычислений применена при проведении конечно-элементного моделирования распространения ультразвуковой волны в стенке трубы с тонким внешним покрытием. В системе предусмотрено резервное копирование данных, что позволило сократить возможные потери расчетных данных при отказе некоторых компонентов системы.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Представлены результаты исследований процесса обработки многоконтактным виброударным инструментом - шарико-стержневым упрочнителем. Описаны методы обработки поверхностным пластическим деформированием, их преимущества. Приведена схема инструмента. Для шарико-стержневого упрочнения выявлены его особенности, технологические преимущества, область применения.Материалы и методы. При проведении теоретических исследований процесса обработки установлены факторы, влияющие на качество поверхностного слоя обработанных деталей. Приведены зависимости для расчёта шероховатости поверхности, глубины упрочненного слоя, степени деформации при обработке шарико-стержневым упрочнителем. При исследовании формирования остаточных напряжений выявлена зависимость для расчета остаточных напряжений, образующихся в поверхностном слое обработанной детали.Результаты исследования. Представлены результаты экспериментальных исследований процесса обработки, необходимых для проверки адекватности приведённых теоретических моделей, а также методика их проведения...
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящее время в российской металлургии тепло отходящих газов при выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах (ДСП) используется неэффективно. Это определяет актуальность задачи разработки методов контроля степени дожигания СО до СО 2 при выплавке стали в ДСП. Материалы и методы. Для решения задачи используется математическая модель режимов обезуглероживания и дожигания отходящих газов при электроплавке металлизованных окатышей в условиях их непрерывной подачи в ванну ДСП. Предложенная модель позволяет оценить параметры режимов обезуглероживания и дожигания горючих газов в дуговой сталеплавильной печи. Исследована роль составляющих скорости окисления углерода в общем режиме обезуглероживания и дожигания газов в дуговой сталеплавильной печи. Результаты исследования. Экспериментально подтверждена возможность и доказана эффективность дожигания оксида углерода струями кислорода в системе встречных газовых потоков. Это позволило ускорить процессы нагрева и обезуглероживания металла, а также улучшить другие технологические показатели электроплавки стали. Обсуждение и заключение. Результаты математического моделирования показали, что новый метод подачи кислорода через топливно-кислородные горелки и кислородную фурму обеспечивает повышение энергоэффективности электроплавки стали в дуговой сталеплавильной печи.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Статья посвящена одной из проблем создания экзоскелетов - управлению свойствами магнитно-реологической жидкости в звеньях переменной длины с регулируемой жесткостью. По исследованиям отечественных и зарубежных авторов оценена разработанность и актуальность темы. Выявлен недостаток известных моделей экзоскелетов - использование абсолютно твердых звеньев, динамика которых не передает динамику опорно-двигательного аппарата человека. Цель научных изысканий - формирование нового направления развития экзоскелетов, достаточно точно моделирующих биомеханику движений. Материалы и методы. Рассмотрены разные состояния конструкций звеньев переменной длины с магнитно-реологической жидкостью. Отмечено, что звенья работают по принципу магнитных амортизаторов и состоят из штока с поршнем, электромагнитных катушек и корпуса, заполненного магнитно-реологической жидкостью. Визуализировано и математически представлено упорядочивающее воздействие внешнего магнитного поля на частицы магнитно-реологической жидкости. Показано значение для данной системы таких факторов, как: время, плотность зарядов, напряженность магнитного поля, а также векторы электрической и магнитной индукции, электрической напряженности и плотности электрического тока. Определен входной параметр,влияющий на поведение магнитно-реологической жидкости. Это - напряженность магнитного поля. Показано, что вязкость жидкости меняется в зависимости от формы магнитных частиц (вытянутый или сплюснутый эллипсоид). Результаты исследования. Исследованы и визуализированы зависимости, принципиальные для решения поставленной задачи. Приняты как базовые параметры напряженность магнитного поля, а также угол между вектором, направленным вдоль прямой, соединяющей центры двух микронных частиц, и вектором напряженности внешнего магнитного поля. Показано, каким образом от них зависят магнитный момент, напряжение и его антисимметричная часть. Установлено, что для управления свойствами магнитно-реологической жидкости необходимо менять: - напряженность внешнего магнитного поля; - угол между напряженностью внешнего магнитного поля и вектором ориентации между диполями. Сравниваются два значения силы: для заданной конструкции звена и фиксируемые при ходьбе в голени человека. Установлена согласованность этих показателей. Обсуждение и заключения. Результаты научных изысканий позволили представить: - метод управления свойствами магнитно-реологической жидкости внешним магнитным полем; - модель звена переменной длины с регулируемой жесткостью. Полученный результат можно использовать при моделировании многозвенных конструкций для создания комфортных экзоскелетов, синхронно взаимодействующих с опорно-двигательным аппаратом человека как единая человеко-машинная система. Разработка применима для решения значимых социальных и экономических задач.
Бесплатно
Разработка методологических принципов управления развитием промышленного предприятия
Статья научная
Чтобы придать процессу управления развитием промышленного предприятия логическую завершённость, результативность и структурированность, необходимо следовать ряду методологических принципов управления развитием предприятия. Предложены концептуальные методологические принципы формирования системы управления развитием предприятия с целью повышения эффективности функционирования и качества организации производства.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Экологические проблемы, возникающие на мелководных водоёмах и вызываемые как природными, так и техногенными факторами, ежегодно наносят существенный ущерб аквасистемам и прибрежным территориям. Своевременно определить эти проблемы, а также пути их устранения возможно с использованием современных вычислительных систем. Но проведённые ранее исследования показали, что ресурсов вычислительных систем, использующих только центральный процессор, недостаточно для решения больших научных задач, в частности, по прогнозированию крупных экологических происшествий, оценке нанесенного ими ущерба и определению возможностей их устранения. Для этих целей предлагается использовать модели вычислительной системы и декомпозиции расчётной области для разработки алгоритма параллельноконвейерных вычислений. Целью данной работы является создание модели параллельно-конвейерного вычислительного процесса для решения системы сеточных уравнений модифицированным попеременнотреугольным итерационным методом с использованием декомпозиции трёхмерной равномерной расчётной сетки, учитывающей технические характеристики используемого для расчетов оборудования.Материалы и методы. Разработаны математические модели вычислительной системы и расчётной сетки. Модель декомпозиции расчётной области выполнена с учётом характеристик гетерогенной системы. Предложен параллельно-конвейерный метод решения системы сеточных уравнений модифицированным попеременнотреугольным итерационным методом.Результаты исследования. На языке CUDA С написана программа, реализующая параллельно-конвейерный метод решения системы сеточных уравнений модифицированным попеременно-треугольным итерационным методом. Проведённые эксперименты показали, что с увеличением числа потоков время вычислений уменьшается и при декомпозиции расчётной сетки рациональным является разбиение на фрагменты по координате z на величину, не превышающую 10. Результаты экспериментов подтвердили эффективность разработанного параллельно-конвейерного метода.Обсуждение и заключение. По итогам проведенных исследований разработана модель параллельноконвейерного вычислительного процесса на примере одного из самых трудоёмких этапов решения системы сеточных уравнений модифицированным попеременно-треугольным итерационным методом. Её построение основано на моделях декомпозиции трёхмерной равномерной расчётной сетки, учитывающей технические характеристики используемого в расчетах оборудования. Применение программы позволит ускорить процесс расчёта и равномерно по времени загрузить программные потоки. Проведенные численные эксперименты подтвердили математическую модель декомпозиции расчётной области.
Бесплатно
Разработка процессно-ориентированной системы менеджмента качества малого предприятия станкостроения
Статья научная
Рассматриваются вопросы построения функциональной модели малого предприятия в области станкостроения. Выделены особенности функционирования таких предприятий. Приведён краткий обзор современных методов описания процессов. Произведена идентификация процессов, представлено дерево узлов модели сети процессов, дана их общая характеристика. Предложены метамодель процессов верхнего уровня предприятия и контекстные диаграммы. Изучена бизнес-функция рассматриваемого предприятия. В соответствии с семантикой языка IDEF0 определены входные, выходные и управляющие стрелки, а также стрелки механизма. Практическое использование метамодели в качестве методологии по внесению изменений в организационную структуру предприятия обеспечит создание реальной системы менеджмента качества. Такой переход будет способствовать эффективному управлению процессами на всех этапах жизненного цикла продукции станкостроения и повышению качества продукции.
Бесплатно
Разработка силовой модели зубчатого зацепления крупной волновой передачи
Статья научная
Введение. Статья посвящена разработке расчетноэкспериментальных методов оценки характера распределения сил по ширине зубчатого венца и в окружном направлении зубчатого зацепления крупной волновой передачи. Исследование основано на результатах тензометрии контрольного зуба с использованием масштабного моделирования опытных образцов. Цель работы - создание объективной экспериментально-теоретической модели силового взаимодействия зубьев в зацеплении крупной волновой передачи. Такое решение предполагает преобразование деформаций модельных образцов в распределенную нагрузку между зубьями, что позволит исключить основные неконтролируемые погрешности нелинейного характера, повысить точность оценки силовых факторов в поле зацепления.Материалы и методы. Разработана уточненная методика силового анализа зубчатого зацепления крупной волновой передачи, оптимизированная по критериям точности. Точность результатов исследования повышена за счет совершенствования физических и расчетных моделей...
Бесплатно
Разработка способов моделирования переменных магнитных полей на основе сплошных проводящих сред
Статья научная
В статье излагается подход к расчету и моделированию стационарных и квазистационарных магнитных полей, основанный на преобразовании вихревого магнитного поля в потенциальное поле.
Бесплатно
Разработка цифрового двойника станка с ЧПУ на основе методов машинного обучения
Статья научная
Введение. В статье показано, что цифровой двойник (электронный паспорт) станка с ЧПУ разрабатывается как киберфизическая система. Цель работы - создание нейросетевых моделей, определяющих функционирование станка с ЧПУ, его производительность и динамическую устойчивость при резании.Материалы и методы. Рассматриваются вопросы создания математических моделей процессов механической обработки с использованием системы сенсоров и промышленного интернета вещей. Оценены методы машинного обучения, подходящие для реализации названных задач. Предложена нейросетевая модель динамической устойчивости процесса резания, позволяющая оптимизировать процесс механической обработки на этапе технологической подготовки производства. На основе подходов нелинейной динамики реконструированы аттракторы динамической системы резания и определены их фрактальные размерности. Выбраны оптимальные характеристики оборудования по входным параметрам и отладке планируемого технологического процесса на основе цифровых двойников.Результаты исследований...
Бесплатно
Разрушение частиц ферромагнитного материала в магнитовибрирующем слое с высокой порозностью
Краткое сообщение
Дан расчет зависимости степени измельчения порошков магнитных материалов в магнитовибрирующем слое от градиента индукции магнитного поля.
Бесплатно
Разрядно-импульсное прессование композиционных материалов
Статья научная
Повышение ресурса работы режущей части металлообрабатывающего инструмента за счет нанесения твердосплавных покрытий из порошковых материалов является актуальной задачей. Основное внимание в статье уделено результатам разработок в области электроспекания порошковых материалов в сочетании с механическим давлением. Приведено описание следующих перспективных методов консолидации порошковых материалов: электроимпульсного прессования (ЭИП), электроразрядного спекания (ЭРС), электроимпульсного спекания (ЭИС). Проанализированы устройства динамического нагружения порошковой композиции: пневмопресс, магнитный молот. Предложена совмещенная схема реализации процесса импульсного прессования - спекания с индукционно-динамическим приводом, которая позволяет синхронизировать тепловое и механическое воздействие на порошковую композицию. Представлены зависимости параметров процесса от времени, причем длительность пропускания тока, осуществляющего термическое воздействие, не превышает 200 мкс. Описаны возможности импульсного процесса.
Бесплатно
