Preview

Известия Юго-Западного государственного университета

Расширенный поиск

Научный рецензируемый журнал «Известия Юго-Западного государственного университета» является подписным периодическим печатным изданием, в котором публикуются материалы, содержащие результаты фундаментальных и прикладных исследований в области машиностроения, информатики и вычислительной техники, строительства и архитектуры. Основное содержание журнала составляют научные статьи, научные обзоры, научные рецензии и отзывы.

Журнал зарегистрирован в качестве средства массовой информации Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (свидетельство о регистрации ПИ №ФС77-42691 от 16.11.10).

Журнал издается в печатной форме с периодичностью 6 номеров в год. Обязательные экземпляры журнала направляются в Информационно-телеграфное агентство России (ИТАР-ТАСС). Журнал в печатной форме распространяется на всей территории РФ, а также за ее пределами по подписке. Подписной индекс по объединенному каталогу «Пресса России» - 41219.

Журнал включен в перечень ведущих научных журналов и изданий ВАК Минобрнауки России по следующим группам научных специальностей:

Машиностроение и машиноведение: 05.02.05; 05.02.07; 05.02.10;

Информатика, вычислительная техника и управление 05.13.01, 05.13.06, 05.13.10;

Строительство: 05.23.01; 05.23.03; 05.23.17

Редакция не взимает плату с авторов за подготовку, размещение и печать материалов.

Текущий выпуск

Том 23, № 3 (2019)
Скачать выпуск PDF

Машиностроение и машиноведение

8-17 16
Аннотация

Цель исследования. Повышение производительности чистовой обработки крупномодульных зубчатых колес на станках с программным управлением.

Методы. Метод дискретного копирования, теория проектирования режущих инструментов, методы математического и компьютерного программирования.

Результаты. Анализ источников показал, что повышение производительности чистового фрезерования крупномодульных зубчатых колес за счет использования возможностей современного оборудования с программным управлением является актуальной задачей. Рассмотрены вопросы повышения производительности чистовой обработки крупномодульных зубчатых колес на станках с программным управлением гиперболоидными фрезами, оснащенными сменными многогранными пластинами (СМП) с прямолинейной режущей кромкой, расположенной под углом λ к оси вращения инструмента. Предложен метод управления точностью формообразования поверхностей, образующая которых представляет собой участок (совокупность участков) выпуклых кривых за счет установки режущего инструмента относительно профиля эвольвенты (четвертая ось станка) и относительно направления подачи (пятая ось станка). Авторами разработан метод дискретного копирования набором гиперболоидных фрез боковой поверхности зуба крупномодульных зубчатых колес, который позволяет обеспечить 6 степень точности по параметру погрешность профиля зуба.

Заключение. Приведенные результаты исследования позволят повысить производительность чистовой обработки зубьев крупномодульных зубчатых колес на станках с программным управлением за счет сокращения количества проходов, необходимых для обработки одной боковой поверхности зуба, в сравнении с методами непрерывного обката и высокоскоростного концевого фрезерования. Предложенные конструкции режущего инструмента обладают достаточной универсальностью для обработки широкой номенклатуры крупномодульных зубчатых колес, что актуально в ремонтном и мелкосерийном производстве.

18-32 18
Аннотация

Целью работы являлось исследование свойств порошковых материалов, получаемых из алюминиевых и титановых отходов методом электроэрозионного диспергирования для разработки электродов, пригодных для сварки и наплавки деталей из алюминиевых и титановых сплавов.

Методы. Для получения алюминиевого порошкового материала методом электроэрозионного диспер-гирования использовали алюминиевую проволоку ГОСТ 14838-78, предварительно нарезанную по 5-7 см. Проволоку загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью – дистиллированной. Процесс проводили при следующих электрических параметрах: емкость разрядных конденсаторов 65 мкФ, напряжение 100 В, частота импульсов 100 Гц. Для получения титанового порошкового материала методом электро-эрозионного диспергирования использовали стружку марки ВТ6. Стружку загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью – дистиллированной водой. Процесс проводили при следующих электрических параметрах: емкость разрядных конденсаторов 65 мкФ, напряжение 150 В, частота импульсов 250 Гц. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение материала с образованием дисперсных частиц порошка.

С целью изучения формы и морфологии частиц порошкового материала, полученных методом электро-эрозионного диспергирования из алюминиевых отходов, были сделаны снимки на растровом (сканирующем) электронном микроскопе QUANTA 600 FEG. Исследование гранулометрического состава порошковых материалов, полученных способом электроэрозионного диспергирования из алюминиевых и титановых отходов, проводили на лазерном анализаторе размеров частиц Analysette 22 NanoTec.

Результаты. Установлено, что наиболее перспективными и промышленно не применяемыми материа-лами для производства электродов, применяемых при сварке и наплавке деталей, являются порошковые материалы, получаемые методом электроэрозионного диспергирования. Экспериментально установлено, что порошковые материалы, получаемые электроэрозионным диспергированием алюминиевых и тита-новых отходов, состоят из частиц сферической и эллиптической формы. Представлены результаты исследования элементного состава порошковых материалов, получаемых электро-эрозионным диспергированием алюминиевых и титановых отходов, показано, что основными элементами порошков, полученных из алюминиевых отходов, являются алюминий и кислород, а основными элементами порошков, полученных из стружки марки ВТ6, являются Ti, Al, O, V, Fe, W и К. Исследования грануло-метрического состава порошковых материалов, полученных методом электроэрозионного дисперги-рования, показали, что средний размер частиц порошков, полученных из алюминиевых отходов, состав-ляет 19,08 мкм, а средний размер частиц порошков, полученных из титановых отходов, составляет 33,12 мкм. Установлено, что наиболее перспективным методом для производства электродов, используемых для сварки и наплавки деталей из алюминиевых и титановых сплавов, является метод искрового плазменного спекания. 

Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих процессов обработки металлических сплавов и композиционных материалов.

33-43 13
Аннотация

Цель исследования. Данная работа посвящена вопросам преодоления прыгающим роботом лестничного пролета при движении по нему вверх. При этом важно совершать прыжки с такой длиной и высотой, которая позволяет преодолеть препятствие с минимально затрачиваемыми энергией и временем. Поэтому в рамках статьи необходимо определить оптимальный вариант реализации серии прыжков для преодоления лестничного пролета по двум ранее указанным критериям.

Методы. Для исследования движения робота по лестничному пролету используются численные методы моделирования в специально разработанном программном комплексе. Для описания контактного взаимодействия устройства со ступенями пролета применяются методы теории удара, для моделирования разгона и полета устройства – методы динамики многомассовых систем.

Результаты. В рамках работы проведено численное моделирование движения устройства при движении его сериями прыжков по лестничному пролету, в результате которого получены зависимости затрачиваемых на преодоление пролета энергии и времени от варианта движения (серии прыжков), а также построены оптимизационные диаграммы. Данные диаграммы позволяют сгруппировать варианты серий прыжков по областям от I до VII по мере удаления от оптимальной области I. Также установлено,  что независимо от числа прыжков оптимальным вариантом является тот, при котором один прыжок осуществляется на максимально возможное число ступеней, а во время каждого из остальных происходит запрыгивание на одну ступень.

Заключение. Полученные в данной работе результаты найдут применение при разработке системы управления движением прыгающего робота, позволяющей устройству реализовывать преодоление лестничных пролетов оптимальным, с точки зрения затрачиваемых энергии и времени, вариантом.

44-53 11
Аннотация

Цель исследования. В статье рассматривается применение различных методов расчёта напряжённо-деформированного состояния сварного корпуса гидроамортизатора. Целью исследования является уста-новление оптимальных методов расчёта напряжённо-деформированного состояния сварных конструкций, работающих под давлением, обеспечивающих возможность рационального проектирования изделий при минимальном расходе материала с заданным коэффициентом запаса прочности.

Методы. В настоящее время нет достоверных методов расчёта, отражающих действительную работу сварных конструкций под избыточным давлением.

Расчёт на прочность сварных конструкций методом сопротивления материалов, особенно для конст-рукций, работающих под избыточным давлением, предусматривает ряд допущений:1 гипотеза плоских сечений; 2 гипотеза одноосных собственных напряжений; 3 гипотеза линейных источников нагрева и предельного теплового состояния; 4 ограничения в отношении свойств металлов; 5 условная зависи-мость предела текучести от температуры.

Для анализа напряжений и деформаций в сварных швах в последнее время стало возможным использовать средства вычислительной техники, например программу Solid Works (приложение Solid Works Simulation), программу UGS NX (приложение NX Nastran), программу КОМПАС-3D (приложение APM FEM).

Результаты. Расчёт методом сопротивления материалов по ГОСТу 14249-89 отличается от результа-тов расчёта методами конечных элементов. При увеличении давления внутри корпуса гидроаморти-затора наблюдается увеличение разности напряжений в расчётах методами конечных элементов и методом сопротивления материалов. При внутреннем давлении более 11 МПа разница достигает почти 50%. Этот факт необходимо учитывать при проектировании подобных конструкций.

Заключение. Совместное использование различных методов расчёта напряжённо - деформированного состояния сварного корпуса позволяет рационально спроектировать изделие при минимальном расходе материала с заданным коэффициентом запаса прочности [1].

Строительство

54-64 11
Аннотация

Цель исследования. В данной статье рассматривается изменение физико-механических характеристик грунта основания в процессе эксплуатации объектов строительства  и возможность учета указанных изменений при проектировании фундаментов мелкого заложения.

Методы. Исходя из предположения о том, что вес инженерно-геологических элементов основания  остается постоянным независимо от уровня действующих дополнительных вертикальных напряжений,  получено выражение для определения коэффициента , учитывающего изменение плотности и удельного веса грунта в процессе эксплуатации зданий и сооружений. При этом, исходя из допущения о том, что эпюра дополнительных вертикальных напряжений треугольная, определено уравнение для вычисления коэффициента , позволяющего определить изменение сцепления грунта в процессе эксплуатации объектов строительства. С применением коэффициентов  и  получено выражение для определения изменения расчетного сопротивления грунта основания в процессе эксплуатации объектов строительства.

Результаты. Учет коэффициента   при ширине проектируемого фундамента более двух метров при отношении осадки основания к глубине сжимаемой толщи, равной 0,3, приводит к увеличению расчетного сопротивления эксплуатируемого основания на 5%; на 3 % и на 1% при  и при   соответственно. При этом зависимо от ширины проектируемого фундамента учет коэффициента  позволяет превысить R на 25%. Совместный учет рассматриваемых коэффициентов приводит к увеличению расчетного сопротивления грунта основания в среднем на 27%.

Заключение. Полученные коэффициенты, учитывающие изменения удельного веса и сцепления грунта в процессе эксплуатации основания, позволяют достаточно просто оценить рост расчетного сопротивления в процессе обжатия, что, в свою очередь, даёт возможность сэкономить в среднем 10% материала при проектировании фундаментов мелкого заложения.

65-73 19
Аннотация

Цель исследования. Предложить аналитический способ определения коэффициента интенсивности на-пряжений по второй форме разрушения в балке с трещиной. Использование полученного решения, при наличии экспериментальной базы значений критических коэффициентов интенсивности напряжений позволит учитывать влияние трещин и трещиноподобных повреждений, обнаруженных в балках при обследованиях.

Методы. Предлагается способ вычисления коэффициента интенсивности напряжений по второй форме разрушения (поперечный сдвиг) в балках, с помощью аналитического метода - известного в сопротив-лении материалов и строительной механике метода сечений. Для этого с использованием гипотез распределения нормальных и касательных напряжений по поперечным и продольным сечениям состав-ляются условия равновесия мысленно отсечённых частей изгибаемого элемента. Подобная методика расчёта может быть применена при оценке несущей способности деревянных балок, имеющих эксплуата-ционные повреждения – расслоения клеевых швов, усушечные и силовые трещины.

Результаты. С использованием предложенной методики сделана оценка критического размера сквозной, не выходящей на торец трещины в деревянной балке при кратковременном нагружении. В качестве исходных данных для расчёта приняты экспериментальные данные, полученные автором.

Заключение. Для практического применения этой методики следует на основании экспериментальных данных подобрать значения тарировочных коэффициентов, наилучшим образом дающие совпадение теоретического решения с экспериментальными данными. Кроме этого, в дальнейшем эксперимен-тальном исследовании необходимо получение и уточнение зависимостей критического коэффициента интенсивности напряжений от эксплуатационных факторов: длительности нагружения, влажности древесины, размеров сечения, положения трещины, соотношения глубины трещины и общей ширины сечения элементов.
74-85 16
Аннотация

Цель исследования. Культура – это совокупность лучших достижений человека, которые способст-вуютего духовному росту и преображению. Сегодня этой сфере жизни людей уделяется особое внимание: реализуются проекты по развитию современных форм и сохранению уже созданных. Россия – страна, имеющая насыщенную историю и очень богатая выдающимися людьми, поэтому и объекты недвижимо-сти культурного наследия очень разнообразны. Данное исследование посвящено вопросам сохранения и возможного использования объектов недвижимости, которые представляют собой культурное значение.

Методы. На основании законодательства Российской Федерации и документации, представленной орга-нами местного самоуправления, а также статистических данных проведен анализ ситуации по развитию такого вида деятельности, как девелопмент объектов культурного наследия.

Результаты. Рассмотрена последовательность работ, входящих в состав данной деятельности, осо-бое внимание уделено механизму взаимодействия государства с частными организациями посредством привлечения их ресурсов для реализации проектов в данной сфере. Так же в данной работе проведен анализ уровня ГЧП на примере Курской области и сделаны необходимые выводы по этой проблеме.

Заключение. Было выявлено, что главным подходом для развития такого взаимодействия является создание новых усовершенствованных форм реализации партнерства и продвижение, а в некоторых регионах даже создание, региональных стратегий поддержки.

Информатика, вычислительная техника и управление

86-99 13
Аннотация

Цель исследования. Представленное в данной статье исследование проведено в рамках проекта Salebot.pro (на ресурсе https://salebot.pro) и было нацелено на разработку простой и эффективной реализации диалоговой системы.

Методы. План исследования предусматривал анализ различных методов обработки естественных язы-ков и машинного обучения. Реализации методов были взяты из популярных библиотек с открытым исход-ным кодом. Построена модель диалоговой системы в двух вариантах: на основе фреймворка Spacy и метрического алгоритма оценки, на основе расстояния Левенштейна. Сравнивались простота реализа-ции и затраты на обучение системы и персонала.

Результаты. Описанные в статье алгоритмы сопоставляют наиболее похожие слова из двух текстов и подсчитывают средний процент совпадений. Такой подход обеспечивает возможность приемлемой работы на языках со свободным порядком слов, к которым относится и русский язык. Выполненное исследование позволило разработать алгоритм автоматизированного обучения диалоговых систем в режиме реального времени без потери контекста. На той же основе разработан алгоритм обучения диалоговой системы по истории диалога. Предлагается использовать данные алгоритмы совместно. При создании диалоговой системы первоначально необходимо ее обучить на истории диалогов, а затем перманентно обучать в режиме реального времени.

Заключение. Достоинством разработанного алгоритма является легкость в реализации и дешевизна построения инфраструктуры, необходимой для обучения модели, и ее обслуживания, а также простота в эксплуатации. Применяется подход, который отличается от обучения с учителем, что позволяет ускорить процесс обучения и ввода в систему новых данных. Особенностью разработанных алгоритмов является игнорирование семантики текста, что делает обучение автоматизированным, а не автома-тическим.

100-112 17
Аннотация

Цель исследования заключается в разработке системы многопоточной обработки на основе алгоритма шифрования с использованием клеточных автоматов и исследовании статистических показателей производительности в зависимости от аппаратной составляющей и величины входного блока, а также разработке рекомендаций для повышения криптоскойкости метода.

Методы. Рассмотрена математическая модель метода шифрования с использованием плавающего окна на базе клеточных автоматов [3]. Для исследования быстродействия процесса обработки конфиден-циальных данных разработан вариант организации структуры программного модуля с расширенным блоком настроечных параметров, определяющих размерность матрицы, строку активации битовой окрестности обрабатываемых элементов, число параллельных вычислений (тредов) и правило расшир-ения граничных элементов матрицы. Предложен метод формирования графической зависимости времени обработки от исходных параметров, область применения которого возможна как для обработки отдель-ных файлов, так и непрерывных потоков данных абонентов вычислительной сети.

Результаты. Разработан криптографический модуль, реализующий метод шифрования на базе клеточ-ных автоматов, особенностью которого является многопоточный режим работы и динамическое управ-ление блоком исходных параметров. Сформулированы рекомендации по установке окрестности активных элементов матрицы и числу потоков с учетом архитектуры центрального процессора. Проведены экспериментальные исследования, подтверждающие полноту и корректность предложенных решений. Показана целесообразность использования высокоскоростных накопителей на жестком диске и сохранение результатов шифрования в асинхронном сегментированном режиме с привязкой результата к рабочему треду.

Заключение. Предложенный вариант организации системы обработки конфиденциальной информации в виде программного модуля с учетом особенностей аппаратного обеспечения позволяет оптимизировать скорость обработки, а соблюдение рекомендаций по расширению окрестности при блочном преобразо-вании позволяет повысить криптостойкость алгоритма шифрования на базе клеточных автоматов с плавающим окном.

113-134 19
Аннотация

Цель исследования. исследование подходов к генерации карт глубины для проверки и обучения глубоких нейронных сетей. Рассматривается проблема получения информации о расстоянии от камеры до объекта сцены по 2D-изображению при помощи глубоких нейронных сетей без использования стереокамеры.

Методы. Генерация 3D-сцен для обучения и оценки нейронной сети осуществлялась при помощи приложения 3D-компьютерной графики Blender. Для оценки точности обучения было использовано среднеквадратическое отклонение (СКО). Машинное обучение было реализовано при помощи библиотеки Keras, а оптимизация – с использованием подхода AdaGrad.

Результаты. Представлена архитектура глубокой нейронной сети, которая на вход получает три последовательности 2D-изображений из видеопотока 3D-сцены и выдает на выходе предсказанную карту глубины для рассматриваемой 3D-сцены. Описан способ создания обучающих наборов данных, содержащих информацию о глубине карты с использованием программного обеспечения Blender. Рассматривается проблема переобучения, заключающаяся в следующем: созданные модели работают на специально сгенерированных наборах данных, но все еще не могут предсказать правильную карту глубины для случайных изображений. Представлены результаты тестирования актуальных способов создания карт глубины с использованием глубоких нейронных сетей.

Заключение. Основной проблемой предложенного метода является переобучение, которое может быть выражено в прогнозировании некого среднего значения для разных изображений или предсказании одного и того же выхода для разных входов. Для решения данной проблемы могут быть использованы уже обученные сети или обучающие и вариационные выборки, содержащие 2D-изображения различных сцен.

135-147 17
Аннотация

Цель исследования. В работе объектом исследования являются методы и алгоритмы автоматического получения и улучшения качества цифровых изображений в контроллерах для систем этикетирования и систем обработки и распознавания изображений. Цель работы – разработка новых методов улучшения качества и обработки изображений для использования в оптико-электронных устройствах и системах технического зрения. Отмечена актуальность научно-технической задачи по расширению функцио-нальных возможностей и повышению качества функционирования вычислительных устройств в системах управления и контроля качества этикетирования объектов, в частности, отмечена необходимость выделения изображения этикетки с целью определения нарушения качества ее нанесения. В качестве основной корректируемой особенности получаемых изображений выбрана дисторсия.

Методы. Рассмотрены основные подходы, используемые при определении и коррекции дисторсии, выяв-лены их недостатки, проведен анализ основных методов, описанных в литературе. В работе использо-вались аппарат аналитической геометрии, теория распознавания образов, методы обработки и анализа растровых изображений.

Результаты. Разработан метод обработки изображений для улучшения их качества, программное обе-спечение для обнаружения и обработки изображений этикеток и документов. Предложен вариант определения радиальной дисторсии при смещении наблюдения в различных направлениях. Выполнено моделирование разработанного метода с помощью специально созданного программного обеспечения. Проведены экспериментальные исследования созданного программного обеспечения. Приведены их результаты и отмечены достоинства и недостатки.

Заключение. Разработанный метод может использоваться в устройствах получения и обработки изо-бражений, функционирующих в автоматическом режиме и применяемых в системах технического зрения и контроля качества этикетирования.

148-157 13
Аннотация

Цель исследования: формирование портфеля проектов коммерческого банка  на основе теории игр. Существующие на сегодняшний день алгоритмы и модели формирования портфеля проектов коммерческого банка налагают определенные ограничения на начальные условия, и не принимают во внимание дифференциацию критериев отбора в зависимости от конкретных типов банковских проектов,  поэтому необходимо разработать модель, учитывающую специфику банковского бизнеса и позволяющую находить требуемые решения.

Методы. Метод построения модели на основе теории игр позволяет определить структуру и системные взаимосвязи между составляющими портфеля проектов и их характеристики. Представлено формализованное описание модели портфеля проектов коммерческого банка в форме кооперативной игры с трансферабельной полезностью. Дано подробное описание поиска оптимального распределения в кооперативной игре. Сформулированы аксиомы Л.С. Шепли, отражающие справедливость дележей исходя из вклада каждого игрока в выигрыш коалиции, относительно модели портфеля проектов.

Результаты. Выявлены особенности построения модели портфеля проектов, включающие в себя многокритериальность и взаимосвязи между отдельными банковскими проектами, синергетический эффект их совместного осуществления. В общем виде задача формирования портфеля проектов коммерческого банка заключается в максимизации предполагаемого суммарного эффекта от реализации портфеля проектов. Совокупность всех проектов портфеля должна доставлять ему наибольшую эффективность. Приведено описание реализации предложенной модели формирования портфеля проектов коммерческого банка на примере реальных банковских проектов. В результате вычислений получено оптимальное решение кооперативной игры, представляющее последовательность, в которой банковские проекты будут включены в портфель.

Заключение. Разработанная и реализованная в статье модель формирования портфеля проектов коммерческого банка с применением теории игр позволяет учесть взаимосвязи между банковскими проектами, синергетический эффект их совместной реализации и найти оптимальное решение в условиях риска и неопределенности.
160-169 12
Аннотация

Цель исследования. Целью данной статьи является рассмотрение основных особенностей применения датчиков тока и напряжения при определении коэффициента несимметрии электрической сети. Важным вопросом также является значение погрешностей средств измерения, при котором влияние на определение коэффициента несимметрии не оказывается.

Методы. В статье рассмотрены классификации основных датчиков тока и напряжения. Показан пример реализации одного из вариантов датчика напряжения и аналого-цифрового преобразователя. Пояснена суть процесса симметрирования, рассмотрены различные коэффициенты несимметрии, приведены поясняющие формулы. Упомянуты главные требования к схемам измерения токов и напряжений и к вычислительной обработке сигналов. В частности, рассмотрены такие важные моменты, как определение угла сдвига фаз, определение параметров сети и учёт влияния погрешностей измерения на определение коэффициента несимметрии. Рассмотрен вопрос определения угла сдвига фаз и указана необходимость его определения. Пояснено, что при определении параметров сети необходимо соблю-дать высокую точность измерений.

Результаты. Рассмотрено влияние инструментальной погрешности измерений на определение коэффи-циента несимметрии и определён класс точности приборов, ниже которого при определении коэффи-циента несимметрии может возникнуть ошибка. При определении класса точности приборов, для которых возникает недопустимая ошибка, упоминается вероятностная модель распределения мощностей трёхфазной электрической сети, приводится графическое описание этой модели. Показано определение наборов коэффициентов несимметрии до симметрирования, после симметрирования и после симметрирования с учётом ошибки. Упоминается, что при определении данных наборов применяются веса в качестве повышающих и понижающих коэффициентов для слагаемых, входящих в набор. Вводится коэффициент, показывающий, насколько процентов изменится снижение несимметрии из-за влияния ошибки. Рассматривается зависимость этого коэффициента от величины погрешности измерения.

Заключение. Делается вывод о величине погрешности, при котором влияние на определение коэффициента несимметрии не оказывается.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.