Preview

Известия Юго-Западного государственного университета

Расширенный поиск
Том 26, № 1 (2022)
Скачать выпуск PDF

Машиностроение и машиноведение 

8-19 47
Аннотация

Цель исследования. Важнейшей задачей в области машиностроения является увеличение эффективности производства за счет рационального использования оборудования, повышения производительности труда, уменьшения трудоемкости технологических операций при обеспечении требуемого качества. В неавтоматизированном производстве механизированы только рабочие движения инструмента. Установка, настройка и замена инструмента, а также контроль над его состоянием осуществляются оператором или наладчиком. Решение проблемы повышения производительности токарных операций возможно только путем автоматизации вспомогательных движений.
Одним из нескольких существующих способов сокращения вспомогательного времени является автоматическая замена неперетачиваемых режущих пластин в токарных резцах. Однако известные конструкции подобных сборных резцов не позволяют достичь требуемого качества обработки из-за неэффективности демпфирования возникающих в процессе резания вибраций. Точность обработки при резании во многом зависит от конструкции инструмента и используемых при его изготовлении материалов. Эти материалы в конструкции инструмента рассеивают энергию колебаний, таким образом уменьшают вибрацию и обеспечивают получение требуемой точности.
Целью и задачами разработки является повышение качества обработки и стойкости инструмента за счет конструктивных решений, увеличивающих жесткость резцов и значительно демпфирующих колебания при точении.
Методы. Использование материала с высоким демпфированием для снижения вибраций.
Результаты. Увеличение эффективности демпфирования колебаний резца за счет виброизоляции его сборных частей от державки материалом с высоким демпфированием.
Заключение. Предлагаемый демпфирующий резец с автоматической сменой режущей пластины позволяет достичь технического результата по повышению качества обработки, стойкости инструмента и увеличить время между сменами режущей пластины.

Строительство 

20-42 53
Аннотация

Энергоэффективные решения позволяют сократить объемы потребляемых ресурсов, что ведет к снижению совокупной стоимости владения недвижимости. Применение BIM-модели позволяет оценить ключевые показатели энергоэффективных решений: коэффициент теплообмена, удельные годовые значения потребления энергии, расхода топлива, выделения углекислого газа в атмосферу.
Цель исследования. Разработка и определение целесообразности внедрения энергетически эффективных решений на основе использования BIM-модели малоэтажного здания.
Методы. Методология базируется на изучении внедрения современных строительных технологий и норм в Пензенском регионе, а также анализе положительных решений аналогичных ситуаций в РФ. Для достижения цели решены следующие задачи: разработана BIM-модель и оценена энергоэффективность типового жилого здания; определены варианты повышения энергоэффективности типового малоэтажного жилого здания; составлен энергетический отчет по типовому и энергоэффективному зданиям и обоснована целесообразность внедрения энергетически эффективных решений в типовой проект.
Результаты. При разработке энергоэффективных решений целесообразно применение современных цифровых технологий.BIM-модель типового малоэтажного жилого здания позволяет выделить термоблоки, зоны внутри каждого из них, а также конструктивные элементы здания, через которые происходят основные теплопотери, и разработать варианты повышения энергоэффективности здания. По выделенным в здании термоблокам и зонам разработаны энергоэффективные решения, благодаря которым теплопотери через оконные проемы и входную дверь снижены с 3,04 до 0,63 Вт/м2К и с 2,11-0,79 Вт/м2К соответственно. Теплопотери при изменении конструкции ограждающих конструкций: стены и перекрытия над первым этажом снизились с 0,28 до 0,25 Вт/м2К и с 0,18 до 0,15 Вт/м2К соответственно.
Заключение. BIM-модель здания позволяет эффективно провести сравнительный анализ типовых и энергоэффективных решений малоэтажных зданий с учетом особенностей планировочного решения и региональных климатических особенностей.

43-56 38
Аннотация

Цель исследования. Одним из способов снижения потребления тепловой энергии на отопление помещений большого объема является способ, основывающийся на применении местных систем, к которым можно отнести системы газолучистого отопления с использованием светлых излучателей. Предлагается эксплуатировать светлый излучатель, на биогазе. Для определения возможности работы светлого излучателя на биогазе необходимо рассчитать оптимальные параметры эксплуатации свет-лого излучателя.
Методы. Исследования базировались на научных трудах ученых по теории горения газовых смесей и внедрению новых конструктивных решений газовых излучателей. В процессе изучения были использованы методы оптимизации и расчета газогорелочного оборудования. С целью расчета оптимальных параметров эксплуатации требуется провести исследование особенности горения биогаза и получить зависимость температуры горения. Необходимо внести изменения, подтвержденные расчетами, в существующую конструкцию и режим работы светлого излучателя, функционирующего на природном газе, для эксплуатации на биогазе.
Результаты. Изучены особенности горения биогаза и определена максимальная температура горения. Доказана возможная эксплуатация светлого излучателя на биогазе при наборе оптимальных параметров.
Заключение. Обосновано изменение конструктивных характеристик светлого излучателя при эксплуатации на биогазе. Полученные результаты могут применяться в предпроектных разработках новой конструкции светлого излучателя под биогаз различного состава.

Информатика, вычислительная техника и управление 

57-72 69
Аннотация

Цель исследования. Целью данного исследования является подбор метода управления распределенной системой, который бы, на основании известных параметров, позволил уменьшить расход ресурсов вычислительных устройств. Под ресурсом информационной системы понимается вероятность безотказной работы (ВБР), которая снижается с течением времени для каждого узла, тем быстрее, чем выше его загруженность.
Методы. Учитывая, что при высокой динамике краевого слоя сети частота реконфигураций системы становится относительно высокой, а необходимость реконфигураций непредсказуема, снижение общего времени, затрачиваемого на реконфигурации, позволяет увеличить время, затрачиваемое на решение функциональных вычислительных задач системы, и тем самым снизить загруженность узлов. Время реконфигурации может быть уменьшено как за счет уменьшения времени детекции отказа в распределенной системе, так и за счет уменьшения времени поиска новой конфигурации. В данной работе рассмотрен способ снижения времени детекции отказов. Анализ применимости методов управления системой (централизованный, с распределенным лидером, децентрализованный) производится на основе полученных аналитических оценок времени детекции системой отказа в условиях управления посредством того или иного метода. Численный эксперимент позволяет выделить области параметров систем, где предпочтительно использование метода с распределенным лидером.
Результаты. Основным результатом данной работы является методика выбора способа управления распределенными информационными системами в условиях высокой динамики сетевой инфраструктуры, ориентированная на уменьшение расхода ресурсов вычислительных устройств.
Заключение. Время реконфигурации системы может быть сокращено за счет выбора наиболее подходящего метода управления. Таким образом увеличивается время, отводимое на решение функциональных задач приложения, снижается загруженность вычислительных узлов и, следовательно, повышаются значения ВБР на протяжении горизонта планирования.

73-91 49
Аннотация

Цель исследования. Разработать классификатор, модель, а также методику формирования оптимальной совокупности оборудования контроля и поверки для обеспечения эффективного функционирования организационно-технологической системы обеспечения механической сборки на основе резьбовых соединений автоматизированной системы управления технологическим процессом сборки на предприятиях автомобилестроительного кластера.
Методы. Совокупность оборудования контроля и поверки в организационно-технологической системе обеспечения механической сборки на предприятиях автомобилестроительного кластера представлена в работе на основе теоретико-множественного подхода. Основой разработки классификатора оборудования контроля и поверки стал метод иерархической классификации. Формализация процесса принятия решения по формированию совокупности оборудования контроля и поверки основывается на методах теории принятия решений и методов математического анализа.
Результаты. Предложена теоретико-множественная модель совокупности оборудования контроля и поверки, а также соответствующий классификатор. Описана методика принятия решения по формированию оптимальной совокупности оборудования контроля и поверки, позволяющая учитывать фактическую нагрузку на датчики измерения момента затяжки и оптимизировать затраты на закупку оборудования контроля и поверки. Применение разработанных моделей, классификаторов, методик и алгоритмов в условиях предприятия автомобилестроительного кластера показывает значительное снижение трудоемкости технологической подготовки производства, а также значительные показатели экономии финансовых затрат на закупку оборудования при формировании совокупности оборудования контроля и поверки.
Заключение. Разработанные классификатор, а также модель и методика формирования оптимальной совокупности оборудования контроля и поверки позволяют упростить управленческую работу на предприятии автомобилестроительного кластера и решают задачу оптимального управления подсистемой контроля и поверки, входящей в организационно-технологическую систему обеспечения механической сборки на основе резьбовых соединений автоматизированной системы управления технологическим процессом сборки на предприятиях автомобилестроительного кластера.

92-115 52
Аннотация

Цель исследования. Разработка инструмента для отладки интеллектуальных алгоритмов системы управления, включающих в себя отработку системы технического зрения и планирования программной траектории движения промышленных роботов.
Методы. Для достижения поставленной цели был проведен обзор существующих средств имитационного моделирования. Представлен протокол бесконтактного взаимодействия человека и робота. Разработан алгоритм распознавания жестовых команд на основе разности трехмерных двоичных микроблоков и построении скелета человеческого тела. Представлен пример использования программного средства ROBOGuid для имитационного моделирования движения промышленного робота в рамках разработки и отладки собственных методов управления, ориентированных на реальные объекты.
Результаты. Использование цифровых двойников технологического оборудования для имитации и отображения реальных технологических процессов в виртуальной среде, в контексте формирования новой концепции индустрии 4.0 и шестого технологического уклада, позволяет совершенствовать основные и вспомогательные производственные процессы, а также проводить анализ, исследование и оценку экономической эффективности новых технологических и технических решений. Имитационное моделирование позволяет разработать эргономичные способы взаимодействия человека с мехатронными объектами. Предлагаемое в работе решение протестировано на примере отработки сложного пространственного контура, имитирующего фрезерование детали. Экспериментальные исследования предложенного в работе алгоритма распознавания жестовых команд проведены на общедоступном наборе данных UCF101, результаты сравниваются с известными подходами распознавания действий человека.
Заключение. Разработанный модуль сопряжения был использован на примере отработки сложного пространственного контура, имитирующего фрезерование детали, а метод системы бесконтактного управления роботом показал свою эффективность и необходимость развития этого направления.

116-128 41
Аннотация

Цель исследования. В статье рассматривается возможность разработки и моделирования нечеткой двусвязной системы управления процессом токарной обработки деталей на основе совместного применения программы для создания виртуальных моделей MSC.Adams и пакета математического анализа Matlab. Актуальность темы исследования связана с тенденцией применения в отечественном и зарубежном станкостроении функций искусственного интеллекта для компенсации температурных деформаций, силовых и вибрационных возмущений, мониторинга состояния инструментов, адаптивного управления с учетом фактического состояния процесса резания в режиме реального времени. При проектировании новых систем управления процессом токарной обработки изделий важной задачей является создание математических и виртуальных моделей и синтеза интеллектуальных алгоритмов управления, обеспечивающих решение задач в условиях воздействия неопределенных возмущений.
Методы. Для разработки математической модели и ее анализа применены основы теории нечетких множеств в задачах управления, теории металлообработки, методы математического моделирования систем управления. Синтез нечеткого регулятора и виртуальная модель выполнены с помощью современных прикладных программных пакетов Matlab и MSC.Adams.
Результаты. В статье представлен алгоритм нечеткого управления резанием и его реализация в среде Simulink с передачей данных в MSC.Adams, а также виртуальный прототип токарного станка в MSC.Adams. Приведены и проанализированы графики виброперемещений режущей кромки инструмента, изменения температуры и силы резания.
Заключение. Результаты тестирования модели показывают, что использование совместного моделирования нечеткой двусвязной системы управления токарной обработкой возможно для решения задачи повышения эффективности обработки на действующем оборудовании в условиях воздействия неопределенных возмущений.

129-147 49
Аннотация

Цель. Теоретическое обоснование геометрических, кинематических и термодинамических параметров устройства нового инерционного вискозиметра, а также разработка приближенной модели течения неньютоновских жидкостей с использованием сверточных нейронных сетей и данных лазерной спеклконтрастной визуализации.
Методы. Исследование состоит из двух частей. Первая посвящена теоретическому исследованию течения вязких жидкостей в тороидальном канале нового инерционного вискозиметра. Математическая модель течения включает безразмерные уравнения Навье-Стокса и конвективной теплопроводности, анализ которых позволил оценить условия однородности полей давлений и температур. Численное решение упрощенного уравнения Навье-Стокса получено методом контрольных объемов. Вычислительный эксперимент позволил выявить дополнительные условия работы вискозиметра. Вторая часть исследований направлена на решение задачи о предсказании значений скорости сдвиговой деформации на поверхности течения и объемного расхода. В основе приближенной модели течения лежит ансамбль сверточных нейронных сетей, обученных на данных лазерной спекл-контрастной визуализации течения жидкости в прозрачной трубке.
Результаты. Получены рекомендации о рабочих параметрах инерционного вискозиметра для исследуемых типов жидкостей в заданном диапазоне вязкости. Разработана приближенная модель в виде ансамбля глубоких нейронных сетей, позволяющая на основе изображений течения жидкости определять объемный расход и скорость сдвиговой деформации на поверхности течения.
Заключение. Полученное в результате теоретического анализа приближенное уравнение Навье-Стокса для течения вязкой жидкости в тороидальном канале может быть использовано для численного определения кинематической вязкости. Для этого необходимые характеристики течения, такие как объемный расход и скорость сдвиговой деформации на поверхности течения могут быть найдены с помощью предварительно обученной модели в виде ансамбля сверточных нейронных сетей на основе данных лазерной спек-контрастной визуализации. В качестве испытуемой жидкости может быть любая неньютоновская жидкость, способная отражать когерентное излучение. В частности, это могут быть физиологические жидкости, в том числе кровь.

148-171 51
Аннотация

Цель исследования. Создание методики проектирования прототипа метакомпьютерной распределенной вычислительной системы с учетом современного этапа эволюции аппаратного и облачносетевого программного обеспечения для предоставления пользователям средства создания приложений, обладающих межпрограммным параллелизмом и возможностью совместной работы компонент.
Методы. Логические модели искусственного интеллекта - концептуальные графы, агентно-базированная технология программирования, виртуализация сетевых ресурсов. Метод проведения натурного эксперимента заключался в том, что при запуске приложения на выполнение в виртуальном агентно-базированном метакомпьютере была использована сетевая инфраструктура с удаленным доступом к лабораторной сети Fast Ethernet через Интернет и затем проводилось измерение временных характеристик.
Результаты. Предложена методика проектирования облачно-сетевых метакомпьютерных систем и приложений, создано прототипное программное обеспечение промежуточного уровня middleware на базе мультиагентной технологии. Поставленная цель достигнута, так как разработанная агентно-базированная среда позволяет реализовывать универсальные управляющие конструкции программирования – переход по одному или нескольким условиям, цикл, последовательность, распараллеливание, для которых введены исполнимые концептуальные спецификации.
Заключение. Предложен подход к реализации распределенного метакомпьютерного приложения в среде компьютерной сети на основе использования предметно-ориентированной мультиагентной системы и концепции агентно-ориентированного программирования на основе концептуальных графов, описывающих обмен сообщениями и обработку данных программными агентами. В агентно-базированной среде эффективно реализуются межузловые взаимодействия по типу пиринговых; возможна организация параллельной обработки данных как несколькими, так и одним агентом. Предлагаемые методы решения задач позволяют оперативно создавать распределенные приложения, работающие в облачно-сетевой среде; время разработки и отладки при этом сокращается примерно на порядок.



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


ISSN 2223-1560 (Print)
ISSN 2686-6757 (Online)