Цель исследования заключается в повышении производительности при резании труднообрабатываемых сталей путем комплексного применения стружколомающей геометрии инструмента и режимов резания, обеспечивающих понижение вязких свойств стружки, обрабатываемого материала. В статье рассматриваются проблемы механической обработки деталей нефтедобывающего оборудования на предприятиях Западной Сибири. Представлено основное и главное условие обеспечения дробления стружки. Выявлена проблема малой эффективности существующих в современной промышленности способов, в той или иной мере направляющих, завивающих и стружкодробящих методов.

Методы. Проведено имитационное моделирование, расчет направления и дробления стружки; определены эффективные способы решения проблемы дробления стружки при механической обработке деталей из материалов, обладающих коррозионностойкими, жаропрочными свойствам; проведены лабораторные, стойкостные испытания комплексного метода.

Результаты изучения механизма стружкообразования при обработке резанием жаропрочных и корозионностойких сплавов. Для решения проблемы в статье сформулированы две задачи, которые были решены с помощью информации, взятой из теории сопротивления материалов, диаграмм растяжения при испытании образцов из коррозионностойких, жаропрочных материалов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами. Разработана и представлена стружколомающая сменная режущая пластина с переменным передним углом. Представлены результаты и анализ данных лабораторных испытаний, в которых применялась пластина со стружколомающей геометрией передней поверхности, показаны режимные условия эффективного стружколомания. Сформулированы выводы по решению первой задачи, показано, что определяющим фактором при стружкодроблении являются физико-механические характеристики обрабатываемого материала, которые изменяются при различных режимах резания.

Заключение. В работе показано, что отвод стружки из зоны резания предотвращает попадание её в область режущей кромки, снижая ударные нагрузки на неё, повышая качество механической обработки.
Установлена возможность формирования в стружке концентраторов напряжения, приводящих к саморазрушению стружки даже при обработке вязких жаропрочных сплавов. Используется гипотеза о том, что температурные условия максимальной обрабатываемости жаропрочных и корозионностойких сталей и сплавов соответствуют условиям высокотемпературного охрупчивания, с помощью которого можно создать условия эффективного дробления стружки и условия максимальной обрабатываемости при резании жаропрочных сталей и сплавов. 

Цель исследования. Исследование посвящено повышению стойкостных характеристик сборной дисковой фрезы с конструктивной радиальной подачей при обработке РК-профильных валов при сохранении требуемого качества обработки поверхности.

Методы. Формообразование РК-профилей методом фрезерования дисковой фрезой с конструктивной радиальной подачей позволяет получить необходимое качество поверхности при высокой производительности обработки. Вследствие того, что условия обработки для каждой режущей пластины различны, необходимо проведение исследований стойкости сменных многогранных пластин (СМП) и поиск конструктивных решений для сокращения диапазона изменения стойкости, при сохранении качества обработки поверхности РК-профиля. Исследовано влияние применения неравномерного шага расположения как на качество обработки, так и на стойкость каждой отдельной режущей пластины.

Результаты. В работе представлен метод расчета величин стойкости СМП сборной дисковой фрезы при обработке протяженных РК-профиля вала с учетом индивидуальных условий их работы, а именно: скорость резания, подачи на зуб, ширины фрезерования и диаметрального положения СМП. Выполнен анализ влияния конструктивных параметров фрезы на изменение диапазона значений стойкости СМП и предложены рекомендации по его уменьшению. Также определены основные конструктивные параметры, влияющие на изменение диапазона стойкости.

Заключение. Разработанная методика позволяет определить параметры сборного режущего инстру-мента для обработки РК-профиля с требуемой точностью и приемлемым диапазоном изменения стойкости. Полученные результаты позволяют спроектировать инструмент с прогнозируемым периодом стойкости, соответствующим принятым минимальным значениям.

На сегодняшний день при обработке червячными фрезами отечественного производства по ГОСТ 9324-80 возникает проблема в их стойкости на этапе черновой обработки. Российскими инструментальными фирмами, которые занимаются производством металлорежущего инструмента, в настоящее время не предлагается сборного червячного инструмента с режущими элементами из инструментального твердого сплава для механической обработки крупномодульных зубчатых колес.

Цель исследования: создание сборных конструкций для машиностроительных предприятий со сменными режущими твердосплавными пластинами (СРТП). Благодаря этому в несколько раз повышается производительность уже имеющегося на предприятии оборудования, экономическая эффективность от внедрения качественного металлорежущего инструмента позволяется закупить современное оборудование и сделать работу операторов станков на машиностроительных предприятиях более эффективной и менее трудоемкой.

Методы. Методом исследования является применение графического имитационного моделирования, позволяющего определить величину площадей поперечного сечения срезаемого слоя для режущих элементов червячного инструмента.

Результаты. В данной работе предлагается принципиально новое техническое решение, позволяющее повысить эффективность механической обработки зубчатых колес металлорежущим инструментом, с расположением сменных режущих твердосплавных пластин в сборном исходном контуре производящей рейки в червячных фрезах. Повышение эффективности обработки будет достигаться реализацией групповой схемы резания в сборной червячной фрезе путем применения большего количества основных и боковых режущих твердосплавных пластин на архимедовом инструментальном червяке, позволяющих последовательно срезать припуск на обработку и уменьшить величину подачи на режущую пластину, обеспечить равномерность фрезерования на всем этапе обработки, а также снизить величину ударных нагрузок на режущие твердосплавные элементы сборного инструмента.

Заключение. Применение сменных твердосплавных пластин при групповой схеме резания повышает стойкость и надежность сборной червячной фрезы.

Цель исследования. Создание методологии, позволяющей проектировать электроды- инструменты (ЭИ) при использовании передовых систем автоматизированного проектирования (САПР), путем формирования рабочей поверхности инструмента с геометрией, обратноэквидистантной геометрии заданной детали при учете величины межэлектродного зазора (МЭЗ), рабочего поступательного или поступательно-вращательного движения ЭИ, величины слоя токопроводного покрытия исходя из технологических параметров процесса обработки. Так же необходимо предложить, внедрить и сформировать технологические рекомендации применительно к процессу производства ЭИ из диэлектрических материалов аддитивными методами с последующим формированием на них токопроводящего слоя, величина которого должна обеспечить протекание рабочих электрических процессов в межэлектродном зазоре и необходимую стойкость инструмента. Это даст возможность расширить сферу применения комбинированных ЭИ применительно к комбинированным методам обработки, которым свойственны широкое разнообразие форм рабочей поверхности, соответствующей геометрии обрабатываемой заготовки, не ограниченной величиной степени кривизны, на порядок более низкой себестоимостью и высоким показателем технологичности при создании специального инструмента для опытного и единичного производства.

Методы. При выполнении работы были использованы теоретические положения классических закономерностей в области технологии машиностроения, электрических методов обработки, известные закономерности быстрого прототипирования и аддитивных технологий.

Результаты. Разработаны теоретические основы и технология изготовления комбинированного электрода-инструмента методом быстрого прототипирования и предложена методика по расчету и проектированию рабочей части ЭИ, учитывающая геометрические параметры обрабатываемой поверхности с учетом изменяемой величины МЭЗ.

Заключение. Обоснован механизм проектирования электрода-инструмента средствами цифрового прототипирования в современных CAD-системах с учетом особенностей геометрии детали, межэлектродного зазора и материала металлизации.

Цель исследования. В статье рассматривается исследование работы расширенного фильтра Калмана (РФК), дополненного адаптивным цифровым фильтром с целью компенсации ошибки работы РФК при выполнении комплексирования данных системы управления мобильным роботом.

Методы. Адаптивный цифровой фильтр (АЦФ) – самонастраивающийся фильтр, итеративно изменяющий свои переменные параметры для достижения оптимального желаемого значения выходных данных. РФК, дополненный АЦФ с алгоритмом адаптации NLMS, будем называть системой РФК–АЦФ или цифровым фильтром РФК+NLMS. Важной задачей является подбор числа кадров и весовых коэффициентов АЦФ, при котором достигается оптимальное качество подавления помехи и скорость сходимости алгоритма адаптации.

Результаты. При различных вариантах организации работы буферной памяти АЦФ скорректированные значения оценки состояния системы «мобильный робот–среда» могут отличаться. При малом числе кадров входных данных и весовых коэффициентов АЦФ будет наблюдаться низкое качество подавления помехи. С увеличением числа кадров и весовых коэффициентов улучшается качество подавления помехи, а скорость сходимости алгоритма адаптации уменьшается.

Заключение. Алгоритм цифрового фильтра РФК+NLMS занимает промежуточное место между алгоритмом РФК и последовательной фильтрацией сигнала РФК и АЦФ с алгоритмом NLMS по критериям оценок среднеквадратической ошибки, средней абсолютной ошибки, отношения сигнал/шум и скорости сходимости.

Цель исследования. Целью данной работы является изучение композиционных материалов для строительных конструкций, которые являются более дешевыми, т.к. бесцементные и без тепловой обработки, что позволит им несомненно найти применение в строительных конструкциях и занять свою строительную нишу. В связи с этим необходимым является выявление закономерности структурообразования бесклинкерных композиционных материалов контактно-конденсационного твердения, в которых роль матрицы выполняют кристаллы портландита, а в качестве наполнителя выступает физико-химически-активный компонент природного происхождения..

Методы. В соответствии с поставленной целью решалась одна из основных задач нашей работы, которая состояла в изучении закономерностей структурообразования контактно-конденсационных систем твердения, используя основные положения материаловедения, состоящие в изучении влияния состава, структуры и состояния исходных компонентов на свойства композицонного материала. В нашей работе изучалась роль физико-химической активности сырьевых компонентов и возможности «соединения» портландитовой матрицы с наполняющими механо-физико-химически активными сырьевыми материалами, способными давать новые структуры. Для формирования композиционного материала применялся способ компактирования прессованием, при повышенных удельных давлениях, что позволило реализовать механизмы контактно-конденсационной технологии формирования структуры. Образование физико-химических связей портландита и алюмосиликатного наполнителя различного типа возможно также при определенных соотношениях их массовых долей, В/И отношений, на оптимизацию которых также была направленна работа.

Результаты. Результатом данной работы является оценка влияния показателей характеристик сырья и параметров технологии на свойства получаемого материала. А именно, рационализация давления прессования и количества наполнителя при получении компактированного композита для строительных конструкций.

Заключение. Разработка технологии получения бесклинкерных композитов контактно-конденсационного твередения на основе портландита с алюмосиликатным наполнителем позволит расширить сырьевую базу местных строительных материалов, снизить их себестоимость и энергоемкость производства, то есть решить ключевые вопросы ресурсосбережения при производстве строительных материалов и строительных конструкций из них.

Цель исследования. На основе экспериментальных данных провести анализ влияния уровня нагружения на деформативность балок со стальной и композитной стеклопластиковой арматурой при длительном действии нагрузки.

Методы. Проведены экспериментальные исследования бетонных изгибаемых элементов двух серий: первая серия армирована композитной стеклопластиковой арматурой класса АСК, вторая серия армирована стальной арматурой класса А400. Исследования экспериментальных образцов проведены при действии длительных нагрузок. В ходе эксперимента производилась выдержка конструкций под нагрузкой нескольких уровней: при расчетной нагрузке, при уровне 1,2 от расчетной нагрузки и при 1,5 от расчетной нагрузки. Выполнялась фиксация деформаций бетона, прогибов экспериментальных балок двух серий.

Результаты. На основе экспериментальных данных установлены зависимости деформаций бетона экспериментальных образцов двух серий от времени при различных уровнях нагружения, зависимости нарастания прогибов от уровня приложения нагрузки, зависимости влияния уровня загружения элементов на скорость и интенсивность роста деформаций ползучести балок со стеклопластиковой и стальной арматурой. В частности, прогибы всех образцов со стеклопластиковым армированием превысили предельно допустимое значение, тогда как максимальный прогиб железобетонных балок в середине сечения не превышал предельно допустимого значения.

Заключение. На основании полученных данных сделаны выводы о характере и величине длительных деформаций балок со стеклопластиковой и стальной арматурой при различных уровнях длительной нагрузки, что является значимым в практическом смысле при применении бетонных конструкций с композитной арматурой, учитывая малое число данных исследований.

Цель исследования. В процессе работы робота-манипулятора из-за дребезга контактов часто возникают ситуации, которые уменьшают точность позиционирования его звеньев. Одним из вариантов решения этой проблемы является фильтрация сигнала. Современные алгоритмы цифровой фильтрации обладают достаточно сложной математической структурой. На обработку данных в таких фильтрах требуется много времени, поэтому целью данной работы является разработка быстродействующего устройства нечеткого цифрового фильтра, способного устранить проблему дребезга контактов при позиционировании звеньев робота-манипулятора.

Методы. При разработке устройства цифрового фильтра использовалась обобщенная математическая модель, реализуемая с применением теории нечеткой логики. Обобщенная математическая модель нечеткого цифрового фильтра включает модель, определяющую суппорт нечеткой выходной переменной, модель определения коэффициентов нечеткого цифрового фильтра, и модель преобразования выходного напряжения в угол поворота сервопривода робота-манипулятора. В совокупности данная математическая модель позволяет перерассчитать напряжение, которое поступает на вход нечеткого цифрового фильтра с помощью двух коэффициентов регулирования, тем самым улучшая точность позиционирования звеньев робота-манипулятора.

Результаты. В ходе экспериментальных исследований проводился сравнительный анализ разработанного быстродействующего устройства нечеткого цифрового фильтра с фильтром Калмана. Проводился расчет среднеквадратической ошибки RMSE для двух фильтров. При этом среднее значение RMSE у нечеткого цифрового фильтра составило 0,0185, у фильтра Калмана - 0,0193.

Заключение. В статье рассмотрена обобщенная математическая модель устройства нечеткого цифрового фильтра, состоящая из трех моделей. Представлено устройство, реализующее определение суппорта нечеткой выходной переменной, экспериментальная модель робота-манипулятора, экспериментальные исследования предлагаемой математической модели.

Цель исследования. В области инфокоммуникационного обеспечения судоходства Канала имени Москвы актуальной задачей является мониторинг судов с использованием камер видеонаблюдения, установленных на протяжении канала. Основной подзадачей является непосредственно распознавание судов на изображении или видео, для чего перспективно применение нейронной сети.

Методы. В работе рассмотрены различные архитектуры нейронной сети. Входными данными для сети являются изображения судов. Обучающая выборка использует набор данных CIFAR-10. Сеть построена и обучена с использованием библиотек машинного обучения Keras и TensorFlow.

Результаты. Описано применение свёрточных искусственных нейронных сетей для задач распознавания образов и преимущества такой архитектуры при работе с изображениями. Обоснован выбор языка Python для реализации нейронной сети и описаны основные применяемые библиотеки машинного обучения, такие, как TensorFlow и Keras. Проведён эксперимент по обучению свёрточных нейронных сетей с различной архитектурой на базе сервиса Google collaboratoty. Проведена оценка эффективности различных архитектур в процентном соотношении случаев правильного распознавания образов на тестовой выборке. Сделаны выводы о влиянии параметров свёрточной нейронной сети на проявление её эффективности.

Заключение. Сеть с одним свёрточным слоем в каждом каскаде показала недостаточные результаты, поэтому были рассмотрены трёхкаскадные свёрточные сети с двумя и тремя свёрточными слоями в каждом каскаде. Наибольшее влияние на точность распознавания образов оказало увеличение карты признаков. Наращивание числа каскадов оказало менее заметный эффект, а увеличение числа свёрточных слоёв в каждом каскаде не всегда приводит к повышению точности работы нейронной сети. В процессе исследования трёхкаcкадная сеть с двумя свёрточными слоями в каждом каскаде и 128 картами признаков определена как оптимальная архитектура нейронной сети в рассматриваемых условиях. Проверка работоспособности части рассматриваемых архитектур на случайных изображениях судов подтвердила правильность выбора оптимальной архитектуры.

Целью исследования является разработка алгоритма сегментации изображений на основе персистентной гомологии для решения задач поиска и классификации дефектов. Алгоритм направлен на повышение качества производимой продукции на предприятиях с непрерывным производством (металлургия, деревообрабатывающая промышленность и другие).

Методы. Для сегментации изображения предлагается установить связи между пикселями изображения. В дальнейшем, в процессе итерационного разрыва связей по мере увеличения их весов пиксели будут объединяться в группы, называемые дырами. Пиксели, объединенные в единую группу, имеют как свои первоначальные характеристики, так и общие характеристики для всей группы, а также изменяют веса своих связей с представителями других групп. Таким образом, образуется история формирования отдельных групп пикселей, которые можно обозначить в виде сегментов с временной характеристикой изменения.

Результаты. Итогом проведенного исследования является разработка алгоритма, предназначенного для поиска и классификации дефектов различных материалов. Разработан оптимальный алгоритм применения принципа персистентной гомологии к изображениям, проанализированы и выбраны факторы, определяющие переходные границы объектов изображения. Алгоритм сегментации опробован на изображениях металла, полученных с листопрокатного оборудования. Показаны результаты сравнения работы предложенного алгоритма с алгоритмами сегментации k-means и Mean-Shift при различных параметрах.

Заключение. Применение персистентной гомологии в задачах сегментации изображений может позволить создать инструмент, применимый к материалам с различной структурой без необходимости существенных изменений. Программная реализация процесса сегментации на основе применения принципов компьютерной топологии показала высокую гибкость благодаря сохранению истории изменения сегментов.

Цель исследования: разработка методики генерации обучающих данных с целью обеспечения возможности использования метода искусственных нейронных сетей (ИНС) в газоаналитических системах. Рассматривается проблема повышения точности раздельного определения концентраций газов в многокомпонентных смесях в условиях колебания параметров окружающей среды. Повысить точность определения концентраций целевых газов предлагается за счет применения метода ИНС для совместной обработки сигналов датчиков.

Методы. Генерация обучающих данных для нейронной сети осуществлялась с помощью численного эксперимента и методов математического моделирования. Для оценки точности обучения было использовано среднеквадратическое отклонение (СКО) и рассчитывалась относительная погрешность. Обучение и исследование ИНС проводилось в среде MATLAB (приложение Neural Networks Toolbox). При разработке математических моделей датчиков газа опирались на теорию электрических цепей, электронную теорию хемосорбции и адсорбционную теорию гетерогенного катализа.

Результаты. Описана методика генерации обучающих наборов данных с использованием математических моделей газочувстительных датчиков. Предложенная методика обучения апробирована на конкретной задаче, в частности, разработано решающее устройство на основе ИНС для четырёхкомпонентного газоанализатора. Проведена оценка эффективности применения нейронных сетей для отстройки от взаимной перекрестной чувствительности датчиков.

Заключение. Предложена методика генерации обучающих данных с помощью имитационных моделей, позволяющая автоматизировать процесс обучения, исследования, выбора архитектуры и структуры ИНС и их тестирования. Проведена апробация метода. На основании анализа полученных погрешностей, сформулированы выводы об эффективности применения нейронных сетей для уменьшения погрешностей, вызванных перекрестной чувствительностью, при различных соотношениях концентраций основного и мешающего газов.

Цель исследования. В настоящее время для контроля целостности и аутентичности данных, передаваемых по открытым каналам связи, используются различные технологии и методы. Одним из таковых является технология передачи последовательностей информационных пакетов, связанных друг с другом в цепочки по определённым криптографическим алгоритмам. Аналогичные подходы используются в широко известной технологии блокчейн и ориентированы на большие объёмы передаваемой и защищаемой информации и большие размеры дополнительных служебных полей данных. Целью настоящей статьи является исследование характеристик систем, передачи информационных пакетов небольшого, в сравнении с традиционными размерами кадров стека протоколов TCP/IP, размера, в которых нарушенный порядок следования пакетов восстанавливается с помощью метода цепочек, за счёт анализа хеш-последовательностей, имеющихся в составе каждого такого пакета.

Методы. В данной статье использовались имитационное моделирование, метод системного анализа, метод систематизации и ранжирования полученных результатов.

Результаты. Показано, что существенное влияние на снижение вероятности ошибочного восстановления порядка следования информационных пакетов оказывает повышение размера дополнительного поля с хешем предыдущего сообщения с 4 до 6 битов. Дальнейшее увеличение длины поля хеша снижает вероятность ошибки лишь на 2 – 5 % на каждый дополнительный бит поля хеша при любой длине восстанавливаемой цепочки. Показано, что коэффициент использование канала связи – отношение объёма полезной цепочки пакетов к объёму всей информации, переданной по каналу связи – максимален при длине поля хеша 6 во всём диапазоне размеров поля информационной части пакета данных.

Заключение. В работе показано, что метод цепочек применим для восстановления исходной последовательности передаваемых от источника в приёмник информационных пакетов в системах, где сохранение очерёдности следования пакетов не гарантируется. Полученные значения параметров работы системы передачи позволяют обеспечить приемлемую надёжность передачи данных при минимальном объёме дополнительной служебной информации и достичь информационной избыточности меньше, чем у аналогов на 10–15%.

Цель исследования. Термокаталитические датчики широко используются в газоаналитических системах и обладают высокими показателями надежности и низкой стоимостью. Однако погрешности измерения концентрации горючих газов, связанные с нелинейностью характеристики преобразования и влиянием колебаний температуры окружающей среды, значительно ограничивают область их применения. Целью исследования является разработка способа измерения концентрации газа термокаталитическими датчиками, позволяющего снизить погрешности измерения за счет отстройки от влияния температуры окружающей среды и линеаризации характеристики преобразования. Задачи исследования: разработать способ температурной стабилизации термокаталитического датчика. Разработать структурнофункциональную схему включения датчика. Получить математическое описание метода и обоснование отстройки от влияния температуры. Экспериментальным путем подтвердить возможность линеаризации функции преобразования датчика в режиме термостабилизации.

Методы. При математическом описании метода использована теория теплообмена и теория электрических цепей с дискретными сигналами. При анализе существующих решений и синтезе устройства использованы методы расчёта цепей с нелинейными элементами и теория измерительных систем. Определение реальной функции преобразования осуществлено экспериментальным методом.

Результаты. Разработан способ измерения концентрации газа термокаталитическим датчиком, реализованный с помощью микроконтроллера и ШИМ, позволяющий снизить погрешности за счет отстройки от влияния температуры окружающей среды. Приведено математическое описание метода. Проведен эксперимент, демонстрирующий эффективность применения температурной стабилизации с целью линеаризации характеристики преобразования.

Заключение. Предложен метод температурной стабилизации термокаталитических датчиков газа, позволяющий повысить точность измерения за счет отстройки от влияния колебаний температуры и линеаризации функции преобразования. Экспериментальным путем подтверждена возможность линеаризации функции датчика, характеризующей зависимость выходного сигнала от концентрации горючего газа. Применение данного метода позволяет снизить стоимость датчика, повысить качественные показатели датчика, такие как надежность и стабильность характеристик.

Цель исследования. Данная работа посвящена проблеме использования предикторов реакций в системе управления двуногими шагающими роботами. Главным преимуществом использования предикторов является возможность исключения неизвестных сил реакций из уравнений динамики и, следовательно, из постановок задач управления роботом, основанных на модели. Также обсуждается дополнительное преимущество предикторной постановки задач управления, а именно возможность ее использования для прогнозирования изменений режимов контактного взаимодействия, таких как проскальзывание или отрыв от опорной поверхности.

Методы. В работе используются следующие методы: метод динамики многомассовых систем необходим для разработки математической модели поведения шагающего робота и описания его контактного взаимодействия с опорной поверхностью, метод нейронных сетей используется для разработки предиктора, позволяющего предсказывать значения реакций между стопой робота и поверхностью.

Результаты. В статье показано, что имеет место связь между частотами гармонических составляющих движений робота (отношением р этих частот в эксперименте и обучающей выборке) и качеством работы предиктора реакций опорной поверхности. Это указывает на важность использования репрезентативного спектра частот движений шагающих роботов при формировании обучающей выборки и на плохую обобщаемость предиктора по отношению к частоте движений.

Заключение. В статье изучен вопрос использования предиктора реакций для выявления возможности изменения режима контактного взаимодействия, основанный на измерении расхождений между локаль-ными линеаризациями для различных дискретных шагов. Полученные в данной работе результаты найдут применение при разработке системы управления движением двуногого шагающего робота, позволяющей устройству адаптироваться к параметрам опорной поверхности, по которой происходит движение.