
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 и строительства. 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:
- 1.2.2. Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ (технические науки).
- 2.1.1. Строительные конструкции, здания и сооружения (технические науки).
- 2.1.3. Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение (технические науки).
- 2.1.9. Строительная механика (технические науки).
- 2.3.1. Системный анализ, управление и обработка информации (технические науки).
- 2.3.2. Вычислительные системы и их элементы (технические науки).
- 2.3.3. Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические науки).
- 2.3.4. Управление в организационных системах (технические науки).
- 2.3.5. Математическое и программное обеспечение вычислительных систем, комплексов и компьютерных сетей (технические науки).
- 2.3.6. Методы и системы защиты информации, информационная безопасность (технические науки).
- 2.5.4. Роботы, мехатроника и робототехнические системы (технические науки).
- 2.5.5. Технология и оборудование механической и физико-технической обработки (технические науки).
- 2.5.8. Сварка, родственные процессы и технологии (технические науки).
Редакция не взимает плату с авторов за подготовку, размещение и печать материалов.
Текущий выпуск
Машиностроение и машиноведение
Цель исследования. Воздушные линии связи (ВЛС) являются важным элементом коммуникационной инфраструктуры, однако их техническое состояние требует регулярного контроля и осмотра. Традиционные методы осмотра, включающие визуальную проверку специалистами, не всегда позволяют эффективно собирать и фиксировать все необходимые данные. С целью улучшения качества осмотра ВЛС был разработан метод для определения наклона столба линии связи на основе изображений с беспилотного летательного аппарата (БпЛА).
Методы. Для решения задачи использовалась комбинация математических преобразований и методов машинного обучения. Обработка данных включала использование параметров камеры, координат объекта на изображении, высоты полета и координат БпЛА. На основе этих данных разрабатывался алгоритм детекции ключевых точек опоры и расчета угла наклона столбов.
Результаты. В результате проведенных экспериментов на основе данных, полученных с БпЛА, была достигнута точность детектирования ключевых точек опоры по метрике mAP50 равна 0,71. В пределах корректно предсказанной опоры точность детекции ее вершины и основания составила 0,88 по метрике F1-score. Для определения наклона столбов ВЛС была выведена формула, которая позволила рассчитать максимальный наклон столба – 24,5°, а минимальный – 0,6°. Средний угол наклона опор для всего набора изображений составил примерно 6,1°.
Заключение. Разработанный метод позволяет автоматизировать процесс технического осмотра ВЛС, обеспечивая высокую точность определения их ключевых параметров. Применение БпЛА и машинного обучения снижают временные и финансовые затраты, а также улучшает качество сбора и анализа данных. Использование БпЛА в сочетании с методами машинного обучения позволяет значительно сократить временные и финансовые затраты, повышают качество сбора и анализа данных и снижают риск ошибок, связанных с человеческим фактором.
Строительство
Цель исследования. В исследовании представлены ключевые аспекты внедрения и использования искусственного интеллекта (ИИ) в строительной отрасли. Обсуждаются вызовы, с которыми сталкиваются строители при внедрении ИИ, такие как высокая стоимость оборудования и необходимость переподготовки кадров. Также рассматриваются преимущества ИИ, включая повышение эффективности проектирования, снижение издержек и улучшение контроля над строительными процессами. Особое внимание уделяется применению ИИ в мониторинге строительных объектов, прогнозировании рисков, автоматизации типовых операций и использовании автономной техники. Статья подчеркивает, что несмотря на существующие проблемы, ИИ представляет собой мощный инструмент для трансформации строительной индустрии, способный значительно улучшить качество и скорость строительства.
Методы. В исследовании применены методы статистического и сравнительного анализов, метод «золотого квадрата» в условиях цифровизации СК, ориентированного на управление сложными ситуациями.
Результаты. Разработан классификатор угроз и рисков для СК в условиях сложных ситуаций с точки зрения устойчивого развития искусственного интеллекта в строительной отрасли.
Заключение. Искусственный интеллект в строительстве открывает новые горизонты для повышения эффективности и оптимизации процессов. От BIM-технологий до автономных роботов и дронов, ИИ становится неотъемлемой частью современной строительной индустрии. Однако, несмотря на все преимущества, существуют и вызовы, такие как высокая стоимость оборудования и необходимость переподготовки кадров. Тем не менее, потенциал ИИ в строительстве огромен, и его внедрение обещает значительные улучшения в качестве, скорости и безопасности строительных работ. В работе приведен обзор проблем СК в современных условиях. Представлен анализ применения метода «золотого квадрата» в условиях цифровизации СК, ориентированного на управление сложными ситуациями. Разработан классификатор угроз и рисков для СК в условиях сложных ситуаций с точки зрения устойчивого развития.
Цель исследования. Получение в результате исследований геометрических параметров устройства, при которых достигается улучшение условий формирования всасывающего потока. Предложение некоторых конструктивных решений вытяжного устройства для систем локальной вентиляции для удаления вредных выбросов при плазменной обработке металлов, позволяющих улучшить условия труда, выполнить промышленные испытания образца устройства.
Методы. Для получения пространственного представления о линиях тока, полях скоростей проводилось численное моделирование. Для получения зависимостей, формулирующих методики расчета аэродинамических и эколого-энергетических параметров результирующего течения при взаимодействии потока, образующихся вредностей со всасывающим потоком и радиальной ограничивающей прямоточной струей использовались физические методы моделирования.
Результаты. Получено подтверждение теоретических исследований конструкции локального вытяжного устройства с диффузором ограничителем, предназначенным для формирования ограничивающей радиальной струи и экспериментальных исследований на испытаниях промышленного образца локального вытяжного устройства предложенной конструкции
Заключение. Рекомендованное локальное коаксиальное вытяжное устройство предложенной конструкции может существенно улучшить параметры микроклимата на стационарных местах плазменной резки для широкой номенклатуры машин для автоматизированной обработки различных металлов при плазменной резке металлов. Полученные на основе экспериментальных и теоретических исследований коаксиального вытяжного устройства, в котором реализован принцип удаления вредностей из плоскости ниже обрабатываемой заготовки ограниченного радиально направленным распределяющим потоком, впервые получены значения осевых скоростей при различных расходах воздуха с оптимальным соотношением всасывающего и ограничивающего потоков β для запатентованной конструкции локального вытяжного устройства.
Информатика, вычислительная техника и управление
Цель исследования. Постановка проблемы обусловлена перспективой эволюционирования существующей Всемирной паутины (World Wide Web) в Семантическую паутину (Semantic Web). Целью настоящей работы является разработка интеллектуальной мультиагентной среды с агентами различных типов: когнитивными и дедуктивными реактивными. Показано, что хранилище знаний (knowledge) и убеждений (beliefs) когнитивных BDI-агентов (BDI – аббревиатура от Belief–Desire–Intention) в виде фактов экстенсиональной базы данных может быть использовано для получения новых знаний и убеждений путем дедуктивного вывода в среде интенсиональной базы данных агентов, обладающих дедуктивными презумпциями.
Методы. Работа интеллектуальной системы описана не полностью определенным концептуальным графом и системой продукционных правил, пригодных для представления дедуктивных презумпций агентов в декларативно-императивном языке программирования высокого уровня. Реактивные агенты реализуют свои рациональные поведения на основе дедуктивных способностей, под которыми подразумевается умение строить корректные выводы.
Результаты. Предложена реализация интеллектуальной агентно-базированной системы. На концептуальном уровне архитектуру интеллектуальной агентно-базированной системы предлагается представить тремя подуровнями. Когнитивность агентов, работающих на первом и втором подуровнях, связана с модальностями. На основе сформулированных трактовок на третьем подуровне реактивные агенты реализуют свои рациональные поведения на основе дедуктивных способностей, под которыми подразумевается умение строить корректные выводы.
Заключение. Показано, что программная реализация когнитивных презумпций может выполняться с применением обычных императивных языков программирования и, возможно, языков манипулирования данными. На примере восполнения недостающих отношений в конкретной предметной области продемонстрирована реализация функций дедуктивных реактивных агентов при выполнении операций с концептуальными графами.
Цель исследования. Анализ системных взаимосвязей и выявление закономерностей между характеристиками абонента энергосбытовой компании и суммой его дебиторской задолженности на основе моделей анализа данных и инструментария low-code платформы Loginom.
Методы. Приведена классификация направлений анализа дебиторской задолженности в энергосбытовых компаниях. Показано, что исследование ситуаций дебиторской задолженности в контексте состояния организации и отдельного должника возможно на основе данных учетной системы. Для детального анализа реестра должников необходима консолидация данных об абонентах, об оплатах, а также об объектах гражданского права. Обоснован выбор методов анализа реестра должников энергосбытовой компании. Описан процесс создания портрета должника. Выявлены проблемы исходных данных. Сформулированы требования к технологиям и инструментарию для автоматизации аналитических процессов.
Результаты. Разработан сценарий обработки данных на основе low-code платформы Loginom, включающий 6 логических блоков (заметок) и 2 подмодели. Подмодель «Редактирование выбросов» предназначена для повышения качества исходных данных. Подмодель «Портрет должника» на основе корреляционного анализа и кластеризации данных помогает получить сведения для составления портрета должника. С помощью кластерных силуэтов предложено оценить качество построенной модели «портрет должника». С использованием обработчика ABC-анализ проведено ранжирование абонентов с низкой платежной дисциплиной на категории. Построены аналитические процессы принятия управленческих решений в отношении должников энергосбытовой компании.
Заключение. Разработан алгоритм аналитического процесса работы с должниками энергосбытовой компании. Реализована информационно-аналитическая система «Анализ должников» на основе low-code платформы Loginom. Реализован инструментарий для принятия управленческих решений на основе результатов анализа реестра должников.
Цель исследования: повышение уровня безопасности информации, обрабатываемой в информационных системах, основанных на микросервисной архитектуре; путём создания эффективной системы защиты, спроектированной на знаниях, полученных в результате создания модели поверхности атак.
Методы. В ходе проведения анализа были рассмотрены виды информационных систем (ИС), среди них выделены сложные ИС, созданные на основе микросервисной архитектуры. Рассмотрены российские и иностранные технологии, программное обеспечение, позволяющие автоматизировать процесс обработки информации. Предложена теоретико-множественная модель построения поверхности атаки для информационных систем, построенных на основе микросервисной архитектуры.
Результаты. Предложен оригинальный подход к описанию вектора и поверхности атаки, включающие в себя перечень часто встречающихся уязвимостей, способов и инструментов реализации атаки, а также перечень возможных объектов воздействия. Разработана теоретико-множественная модель построения поверхности атаки для информационных систем, построенных на основе микросервисной архитектуры.
Заключение. Проведение исследования и разработка модели поверхности атак для сложных ИС, построенных на микросервисной архитектуре, позволят повысить уровень знаний в области информационной безопасности (ИБ) и обеспечить безопасность обрабатываемых данных, путём построения эффективной системы защит информации, учитывающей актуальные угрозы и методы воздействия на ИС.
Цель исследования. Целью работы является разработка обобщенного метода оценки геометрических параметров объекта по фотоснимкам в условиях отсутствия информации об априорных параметрах объекта, а также с возможностью использования для произведения снимков цифровых камер с различными оптическими системами.
Методы. Для реализации поставленной цели была разработана математическая модель оптической системы, состоящей из двух цифровых камер. Затем, путем приведения данной математической модели к единой системе уравнений, был разработан метод вычисления координат объекта на снимке, а также расстояния до него. Затем была проведена экспериментальная проверка полученного метода.
Результаты. Результатом работы является разработанный обобщенный метод оценки геометрических параметров объекта в условиях отсутствия информации об априорных параметрах объекта с использованием двух снимков с цифровых камер с различными оптическими системами. Выполнена экспериментальная проверка точности работы разработанного метода при вычислении расстояния до объекта с использованием типовых камер с различными объективами, показавшая, что данный метод позволяет оценивать геометрические параметры объектов с точностью 90% и выше в зависимости от точности измерения технических параметров камер. Также была произведена оценка чувствительности разработанного методы к значениям технических параметров используемых цифровых камер.
Заключение. Произведенные экспериментальные проверки показали, что разработанный метод позволяет с высокой точностью оценивать расстояние до объектов с использованием снимков с двух цифровых камер, однако требует высокой точности измерения технических параметров используемых камер. В качестве дальнейших путей развития данного метода можно отметить возможность повышения точности измерений путем добавления в разработанную математическую модель нелинейных искажений (дисторсии).
Цель исследования. В статье исследуется предлагаемый авторами метод уменьшения размытия снимков объектов, движущихся с высокой скоростью на конвейерной ленте, с использованием подвижной камеры, скорость которой синхронизируется с движением конвейерной ленты. Применение этого метода повышает качество получаемых изображений и, как следствие, эффективность автоматизированных систем контроля качества и идентификации объектов на конвейере. Для оценки величины размытости изображений использована метрика на основе анализа частотного спектра получаемого изображения.
Методы. Разработан метод для уменьшения эффекта размытия снимков объектов, основанный на использовании автоматической синхронизирующей системы, уравнивающей скорости движения камеры и объекта на конвейере в момент получения снимка. Для обеспечения возвратно-поступательного движения камеры закреплены на ползунах самоуравновешенного двойного кривошипно-ползунного механизма (КПМ). В статье представлена структура автоматической синхронизирующей системы и приведено описание алгоритма ее работы. Получено условие синхронизации движения камеры и конвейера. Для тестирования системы технического зрения с подвижной камерой, установленной на ползуне КПМ, построен тестовый образец механизма, обеспечивающий возвратно-поступательное движение камеры.
Результаты. Используя тестовый образец механизма, выполнено сравнение между системой технического зрения со статической камерой и системой с подвижной камерой при различных скоростях конвейерной ленты. Полученные результаты показывают, что подвижная камера обеспечивает существенное снижение эффекта размытия, особенно при высоких скоростях.
Заключение. Предложенный метод позволяет значительно уменьшить или полностью устранить эффект размытия, что приводит к существенному улучшению качества получаемых изображений и повышению эффективности работы системы технического зрения в целом. Отмечено, что система требует обеспечения точности синхронизации движения камеры и конвейера, а также ее реализация может быть сопряжена с определенными техническими сложностями. Тем не менее, полученные результаты открывают широкие перспективы для дальнейшего развития и применения метода в различных областях, требующих высокоточной и надёжной визуальной информации о движущихся объектах.
Цель работы: повышение быстродействия и точности измерения температуры резистивными датчикам (РДТ) при удаленном двухпроводном подключении в распределенных системах мониторинга. Разработка и реализация метода измерения температуры на основе обработки результатов интегрирования начального участка переходного процесса разряда конденсатора, шунтирующего термометр сопротивления, оценка параметров модели определения времени интегрирования и апробация метода на экспериментальном стенде. Определение погрешностей измерения сопротивления РДТ методом интегрирования начального участка переходного процесса с применением линейной модели определения времени интегрирования и оценка эффективности предложенного решения по сравнению с альтернативными методами.
Методы: в основе математического описания метода лежит теория электрических цепей. Оценка эффективности метода проводилась по результатам экспериментальных исследований. При разработке линейной модели определения времени интегрирования строилась линейная регрессионная модель, рассчитывались относительные погрешности по усредненным результатам многократных измерений.
Результаты: предложен и исследован метод определения сопротивлений резистивных датчиков температуры на основе обработки результатов интегрирования начального участка переходного процесса разряда конденсатора на РДТ при двухпроводном подключении в распределенных системах мониторинга. Приведено математическое описание метода, на основе которого разработан алгоритм вычисления сопротивления РДТ, исключающий влияние сопротивления соединительных проводов на результаты измерений. В основе разработанного алгоритма лежит интегрирование переходного процесса разряда конденсатора (накопление и суммирование отсчетов) на ограниченном временном интервале с сохранением результатов в середине (t1) и конце интервала (t2) и расчет сопротивления РДТ по полученным параметрам. Определены параметры модели подстройки времени интегрирования, оценены погрешности измерения. Проведена апробация метода с помощью экспериментального стенда на базе микроконтроллера ATmega328 и магазина сопротивлений P4831 с классом точности 0,02.
Заключение: представленные в работе результаты исследования и апробации метода измерения температуры РД демонстрируют его эффективность для снижения погрешностей измерения, вызванных влиянием сопротивления соединительных проводов. Применение предложенных методов измерения и алгоритмов обработки позволяет использовать двухпроводное подключение датчиков в распределенных системах мониторинга при сохранении точности измерений на уровне более сложных и дорогостоящих трехи четырехпроводных схем, исключив влияние сопротивления соединительных проводов. Применение описанного в работе метода интегрирования напряжения на начальном участке переходного процесса позволяет не только повысить быстродействие, но и обеспечить требуемый уровень точности измерений. Проведенные экспериментальные исследования показали, что относительные погрешности измерения предложенным авторами методом при применении линейной модели определения времени интегрирования не превышают 0,07% в диапазоне изменения номинальных сопротивлений 1-4 кОм (соответствует диапазону температур, измеряемых платиновым термометром сопротивления, 0-600 0С) при искусственном увеличении суммарного сопротивления соединительных проводов до величины, превышающей 200 Ом.
Предложенный метод может быть применен в системах мониторинга, использующих РД, размещенных на значительном удалении от измерительного блока.
Целью работы. Методика и анализ моделей надежности системы, включающих мониторинг состояния отдельных компонентов и оценку отказов на основе интенсивности отказов и вероятности безотказной работы модулей. Работа направлена на создание эффективных методов прогнозирования отказов и оценки времени восстановления системы, учитывая параметры отказов отдельных модулей и их взаимодействие. Также в рамках работы предполагается моделирование мониторинга состояния и функционирования системы.
Методы. Методы исследования включают анализ надежности системы с использованием интенсивностей отказов, моделирование вероятности безотказной работы компонентов системы, вычисление среднего времени до отказа, использование вероятностных распределений для определения состояния системы, мониторинг состояния системы в реальном времени, оценку времени восстановления системы, а также разработку алгоритмов для обнаружения отказов и управления восстановлением работы системы, методы моделирования
Результаты. Результаты исследования показывают, что с увеличением времени работы системы вероятность безотказной работы каждого компонента снижается из-за накопления отказов. Моделирование показало, что надежность системы зависит от интенсивности отказов каждого модуля и их взаимосвязи в системе. Для трех разных систем с различными интенсивностями отказов были проведены расчеты изменения вероятности безотказной работы (R(t)) в зависимости от времени. Анализ показал, что с увеличением времени работы вероятность отказа системы возрастает, что подтверждается уменьшением значения R(t) по мере увеличения времени t. При моделировании восстановления системы было установлено, что время восстановления зависит от количества отказавших модулей и интенсивностей их отказов. Система мониторинга успешно реагирует на изменения в реальном времени, выявляя значимые события, такие как отказ модулей, и оценивая время восстановления системы с учетом текущих данных о состоянии компонентов.
Заключение. В ходе проведенного исследования был разработан и реализован метод моделирования надежности системы на основе анализа интенсивностей отказов ее компонентов и вероятности безотказной работы (R(t)). Рассмотренные методы позволили вычислить среднее время до отказа системы, а также оценить время восстановления системы после отказа, что является ключевым фактором для обеспечения бесперебойной работы критически важных систем. Была продемонстрирована эффективность системы мониторинга, которая на основе данных о состоянии компонентов (M(t)) может оперативно выявлять отказные события и прогнозировать время восстановления, что позволяет оперативно принимать меры по восстановлению работоспособности системы.
ISSN 2686-6757 (Online)