Радіоелектроніка, інформатика, управління - 2019, №2 (49)

Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27631

Browse

Now showing 1 - 20 of 21

Unified basic software and hardware complex for precision energy-saving systems of automatic regulation and control
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Kaniuk, G. I.; Mezeria, A. Yu.; Knіazіeva, V. N.; Кhoroshun, D. M.; Fursova, T. N.; Канюк, Г. І.; Мезеря, А. Ю.; Князєва, В. М.; Хорошун, Д. М.; Фурсова, Т. М.
EN: Context. Methods for the synthesis of precision electro-hydraulic control systems using the principle of multiplication are proposed. Use of the principle of multiplication allows to create compact control systems of technological objects, having high rates of precision and operation speed. The problem of creating the unified basic software and hardware complex for precision automatic control systems and control of an optional technological object is considered. On the basis of effective methods of the modern theory of optimal control, control algorithms have been developed that provide maximum compensation for all types of statistical and dynamic control errors. Objective. The urgency of the work is due to the need to improve the precision of control systems of technological objects and the development of software and hardware complex for these systems. Method. We have used the methods of optimal control, methods of structural synthesis. To confirm the validity of the developed models and principles, the method of experimental studies based on the operating equipment of test benches was used. To debug an experimental model of a basic software and hardware complex for testing the plain bearings of internal combustion engines, mathematical simulation of an electro-hydraulic drive was used. For the synthesis of a precision controller, the multiplication method was used. Results. A number of standard sizes of high-speed precision EHSS based on part-turn hydraulic motors with a torque moment of up to 40 kNm were developed, providing reproduction in the tracking mode of specified input effects with a bandwidth of up to 20 Hz, positioning accuracy of up to one angular minute and a control range of up to 104. Based on developed EHSS automated simulation dynamic stands were created and brought to practical use for testing mobile object guidance systems (Customer-Central Research Institute of Chemistry and Mechanics, Moscow) and the semi-axes transmission (Customer-JSC “КАМАZ”, Naberezhnye Chelny). Based on the results of the research, a basic software and hardware complex for testing equipment of agricultural, automotive and other industries was created. The high-speed precision regulator for controlling the position of steam turbine actuator valves has been synthesized to compensate for all the main types of static and dynamic errors and more than double the performance compared to the base variant while maintaining acceptable stability margins (the results are used in promising projects of the State Energy Company “Centrenergo”, National Nuclear Energy Generating Company “Energoatom”, as well as in the Institute of Control Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine. Conclusions. The practical engineering methods for the synthesis of effective control laws of precision electro-hydraulic systems are proposed, as well as a number of effective regulators providing high characteristics of precision and operation speed. The principle of multiplicative control is proposed which allows to synthesize effective control algorithms for individual, autonomous, fully controlled and observable electro-hydraulic servo drive circuits based on third-order mathematical models. For selected autonomous control loops, effective control laws are obtained based on modal control methods and solving inverse problems of dynamics. The proposed synthesis techniques are considered using the harmonic linearization method, the real nonlinear characteristics of the control signal power limitation, which allows determining the real rational ratios of the regulator parameters and real limiting precision and speed indicators, as well as preventing unwanted auto-oscillatory modes in the systems. In order to reduce the number of measured parameters used in the formation of the proposed control laws, on the basis of the well-known general principles of the synthesis of observing identification devices, the universal structures and formulas for calculating the parameters of standard models of autonomous control circuits of the EHSS were obtained. The method of autonomous testing and debugging of the EHSS control system using the electronic simulator of electro-hydraulic actuator has been improved which makes it possible to significantly reduce the time and cost involved in creating and engineering development a complex system. UK: Запропоновано методи синтезу прецизійних електрогідравлічних систем управління з використанням принципу мультиплікації. Використання принципу мультиплікації дозволяє створювати компактні системи управління технологічними об’єктами, мають високі показники точності і швидкодії. Розглянуто задачу створення уніфікованого базового програмно-технічного комплексу для прецизійних систем автоматичного регулювання та керування довільним технологічним об’єктом. На основі ефективних методів сучасної теорії оптимального управління розроблені алгоритми управління, що забезпечують максимальну компенсацію всіх видів статистичних і динамічних помилок управління. Об’єкт дослідження: система автоматичного регулювання довільним технологічним об’єктом підвищеної точності. Предмет дослідження: процеси забезпечення точності і швидкодії систем регулювання. Мета: створення програмно-технічного комплексу, для прецизійних систем регулювання і управління, що забезпечує високі показники точності і швидкодії, на основі параметричного синтезу і використання методів мультиплікації. Актуальність. Актуальність роботи обумовлена необхідністю підвищення точності систем керування технологічними об’єктами і розробки програмно-технічного комплексу для цих систем. Метод. В роботі використовувалися методи оптимального управління, методи структурного синтезу. Для підтвердження достовірності розроблених моделей і принципів, використовувався метод експериментальних досліджень на базі діючого обладнання випробувальних стендів. Для налагодження експериментального зразка базового програмно-технічного комплексу для випробувань підшипників ковзання двигунів внутрішнього згоряння використовувалося математичне імітаційне моделювання електрогідравлічного приводу. Для синтезу прецизійного регулятора використовувався метод мультиплікації. Результати. Розроблено ряд типорозмірів швидкодіючих прецизійних ЕГСС на базі неполноповоротние гідродвигунів з діапазоном крутних моментів до 40 кНм, що забезпечують відтворення в стежить режимі заданих вхідних впливів з пропускною здатністю до 20 Гц, точністю позиціонування до однієї кутової хвилини і діапазоном регулювання до 104. На базі розроблених ЕГСС створені і доведені до практичного використання автоматизовані імітаційні динамічні стенди для випробування систем наведення мобільних об’єктів (замовник – ЦНІІХМ, м. Москва) і для випробування піввісь трансмісій (замовник – АТ «КамАЗ», м. Набережні Челни). На основі результатів виконаних досліджень створено базовий програмно-технічний комплекс для випробувального обладнання підприємств сільськогосподарської, автомобільної та інших галузей промисловості. Синтезований швидкодіючий прецизійний регулятор контуру управління становищем регулюючих клапанів парової турбіни, що забезпечує компенсацію всіх основних видів статичних і динамічних помилок і більш ніж дворазове підвищення швидкодії в порівнянні з базовим варіантом при збереженні допустимих запасів стійкості (результати робіт використовуються в перспективних проектах Державної енергетичної компанії «Центренерго», НАЕК «Енергоатом», а також в МГП «Інститут проблем управління НАН України». Висновки. Запропоновано практичні інженерні методики синтезу ефективних законів управління прецизійними електрогідравлічними системами, а також ряд ефективних регуляторів, що забезпечують високі характеристики точності і швидкодії. Запропоновано принцип мультиплікативного управління, що дозволяє синтезувати ефективні алгоритми управління окремими, автономними, повністю керованими і спостережуваними контурами ЕГСП на основі математичних моделей третього порядку. Для виділених автономних контурів управління отримані ефективні закони управління на основі методів модального управління і розв’язку обернених задач динаміки.У запропонованих методиках синтезу враховані, за допомогою методу гармонійної лінеаризації, реальні нелінійні характеристики обмеження потужності керуючого сигналу, що дозволяє визначати реальні раціональні співвідношення параметрів регуляторів і реальні граничні показники точності і швидкодії, а також запобігати виникненню небажаних автоколивальних режимів у системах. З метою зменшення кількості вимірюваних параметрів, використовуваних при формуванні запропонованих законів управління, на основі відомих загальних принципів синтезу спостерігають пристроїв ідентифікації отримані універсальні структури і формули для розрахунку параметрів еталонних моделей автономних контурів управління ЕГСС. Удосконалено методику автономних випробувань і налагодження системи управління ЕГСС з використанням електронного імітатора ЕГІМ, що дозволяє істотно скоротити витрати часу і коштів на створення і доведення комплексної системи.
Linearization of object model with vector control
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Kulanina, Y. V.; Yarymbash, D. S.; Kotsur, М. І.; Yarymbash, S. T.; Куланіна, Євгенія Вікторівна; Яримбаш, Дмитро Сергійович; Коцур, Михайло Ігорович; Яримбаш, Сергій Тимофійович
EN: Context. A sufficient number of ways to implement vector control algorithms are very complex and in most cases tend to mismatch the vector of the resulting parameters of the control object. Therefore, there is a need to simplify complex non-linear vector control systems and apply linear dynamic models of a non-linear object with vector control for them. Currently, for a complex vector control system, there are no sufficiently accurate equivalent simple models. Development of reliable simple dynamic models will allow to design a vector control system with maximum use of linear methods of synthesis and analysis. Objective. The goal of the paper is development of linear dynamic model of a non-linear object with vector control, which reproduces its dynamics accurately enough for practice. Method. The following methods were used to solve the problems posed: the state space method for describing the operation of control systems; filtering theory, in particular, observers for estimation state vectors, uncertainties, and parameter identification; modal control methods for the synthesis of observers and regulators; numerical simulation method to illustrate the performance of synthesized control systems; vector control of a nonlinear object. Results. For the investigated robust vector control system of the object with a substantial non-linearity of properties and characteristics, simple linear equivalent mathematical models were compiled, rather accurately reproducing the operation of the original system in all modes of operation. Simplification of mathematical models is achieved by considering the dynamics of the entire system in a synchronous basis, robust methods for controlling parameters, and by neglecting really small errors in the work of regulators and observers. The synthesized models, as well as the original nonlinear system, have the property of robustness due to the use of combined control. Conclusions. The simplicity and linearity of the equivalent system allows us to synthesize the control laws of the original nonlinear system by well-developed linear methods with significantly less time spent on modeling. Numerical simulation of the dynamics of the original nonlinear and equivalent linear systems showed a good agreement between transient and stationary processes. UK: Актуальність. Достатня кількість способів реалізації алгоритмів векторного керування є дуже складними та у більшості випадків мають схильність до незбіжності вектору результуючих параметрів об’єкту керування. Тому існує потреба у спрощенні складних нелінійних системи векторного керування та застосування для них лінійних динамічних моделей нелінійного об’єкта з векторним керуванням. В даний час для складної системи векторного керування відсутні досить точні еквівалентні прості моделі. Розробка надійних простих динамічних моделей дозволить проектувати векторну систему керування з максимальним використанням лінійних методів синтезу та аналізу. Мета статті – розробка лінійної динамічної моделі нелінійного об’єкта з векторним керуванням, яка з достатньою для практики точністю відтворює його диніміку. Методи дослідження. Для вирішення поставлених завдань використано такі методи: метод простору станів для опису роботи систем керування; теорія фільтрації, зокрема, спостерігачів, для оцінки векторів стану, невизначеностей та ідентифікації параметрів; методи модального керування для синтезу спостерігачів і регуляторів; метод чисельного моделювання для ілюстрації працездатності синтезованих систем керування; векторне керування нелінійним обєктом. Результати. Для досліджуваної робастної системи векторного керування об’єктом з суттєвою нелінійністю властивостей та характеристик складені прості лінійні еквівалентні математичні моделі, що досить точно відтворюють роботу вихідної системи у всіх режимах роботи. Спрощення математичних моделей досягається шляхом розгляду динаміки всієї системи в синхронному базисі, робастних методів керування параметрами, та за рахунок нехтування дійсно малими похибками роботи регуляторів і спостерігачів. Синтезовані моделі, так само, як і вихідна нелінійна система, мають властивість робастності за рахунок застосування комбінованого керування. Висновки. Простота та лінійність еквівалентної системи дозволяють синтезувати закони керування вихідної нелінійної системи добре розробленими лінійними методами з істотно меншими витратами часу на моделювання. Чисельне моделювання динаміки вихідної нелінійної та еквівалентної лінійної систем показало добрий збіг перехідних і стаціонарних процесів.
Метод оценки деятельности оператора автоматизированной системы управления технологическим процессом газобетонного производства
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Каминская, Жанна Константиновна; Сердюк, Сергей Никитич; Кулинич, Эдуард Михайлович; Камінська, Жанна Костянтинівна; Сердюк, Сергій Микитович; Кулинич, Едуард Михайлович; Кaminska, Zh. К.; Serdiuk, S. N.; Kulynych, E. М.
RU: Актуальность. Рассмотрена проблема количественной оценки деятельности оператора автоматизированной системы управления технологическим процессом производства газобетона. Актуальность данной проблемы обуславливается необходимостью учета человеческого фактора при разработке систем данного типа. Объект исследования – эргономическое и инженерно-психологическое обеспечение деятельности оператора автоматизированной системы управления технологическим процессом газобетонного производства. Предмет исследования – модели, методы и средства повышения эффективности деятельности оператора газобетонного производства. Цель работы – разработка метода, позволяющего провести эргономическую экспертизу деятельности оператора автоматизированной системы управления технологическим процессом на основе количественных показателей данной деятельности, полученных в результате имитационного моделирования, а также верификация метода на примере анализа деятельности оператора автоматизированной системы дозирования материалов для изготовления газобетона на ЗАО «Мотор Сич» (г. Запорожье, Украина). Meтод. Предложено решение рассматриваемой проблемы в виде построения имитационной модели процесса функционирования автоматизированной системы приготовления газобетона и взаимодействия оператора с анализируемым вариантом человеко-машинного интерфейса. Оценка деятельности оператора основывается на сравнительном анализе результатов эксперимента с введенной в модель батареей нормативных и предельных показателей, характеризующих деятельность оператора. В имитационной модели человеко-машинная система «оператор-автоматизированная система» представлена в виде системы массового обслуживания. Результаты. Разработаны метод и программное обеспечение, позволяющие количественно оценить деятельность оператора автоматизированной системы управления технологическим процессом газобетонного производства. Выводы. В работе предложен метод количественной оценки деятельности оператора газобетонного производства основанный на стохастической комбинированной модели. Разработанная модель, является дальнейшим развитием комбинированной модели, предложенной авторами ранее. В отличие от комбинированной модели, в стохастической комбинированной модели учтены случайные воздействия на систему «оператор-автоматизированная система» и формализованы действия оператора по устранению этих воздействий. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенного математического обеспечения и позволяют рекомендовать его для использования на практике при решении задач оценки способов управления технологическим процессом, различных вариантов прототипов человеко-машинного интерфейса с целью их оптимизации для достижения требуемых эффективности и качества деятельности оператора газобетонного производства. UK: Актуальність. Розглянуто проблему кількісної оцінки діяльності оператора автоматизованої системи управління технологічним процесом виробництва газобетону. Актуальність даної проблеми обумовлюється необхідністю врахування людського фактора при розробці систем даного типу. Об’єкт дослідження – ергономічне та інженерно-психологічне забезпечення діяльності оператора автоматизованої системи управління технологічним процесом газобетонного виробництва. Предмет дослідження – моделі, методи і засоби підвищення ефективності діяльності оператора газобетонного виробництва. Мета роботи – розробка методу, який дозволяє провести ергономічну експертизу діяльності оператора автоматизованої системи управління технологічним процесом на основі кількісних показників даної діяльності, отриманих в результаті імітаційного моделювання, а також верифікація методу на прикладі аналізу діяльності оператора автоматизованої системи дозування матеріалів для виготовлення газобетону на ЗАТ «Мотор Січ» (Запоріжжя, Україна). Meтод. Запропоновано рішення розглянутої проблеми у вигляді побудови імітаційної моделі процесу функціонування автоматизованої системи приготування газобетону і взаємодії оператора з варіантом людино-машинного інтерфейсу, що аналізується. Оцінка діяльності оператора грунтується на порівняльному аналізі результатів експерименту з введеною в модель батареєю нормативних та граничних показників, що характеризують діяльність оператора. В імітаційній моделі людино-машинна система «оператор-автоматизована система» представлена у вигляді системи масового обслуговування. Результати. Розроблено метод і програмне забезпечення, що дозволяють кількісно оцінити діяльність оператора автоматизованої системи управління технологічним процесом газобетонного виробництва. Висновки. В роботі запропоновано метод кількісної оцінки діяльності оператора газобетонного виробництва заснований на стохастичній комбінованій моделі. Модель, що розроблялася, є подальшим розвитком комбінованої моделі, запропонованої авторами раніше. На відміну від комбінованої моделі, в стохастичній комбінованій моделі враховані випадкові впливи на систему «оператор-автоматизована система» та формалізовані дії оператора щодо усунення цих впливів. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого математичного забезпечення і дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при вирішенні завдань оцінки способів управління технологічним процесом та різних варіантів прототипів людино-машинного інтерфейсу з метою їх оптимізації для досягнення необхідних ефективності та якості діяльності оператора газобетонного виробництва. EN: Context. The problem of quantitative estimation of the Automated Control System operator’s activity for aerated concrete production is considered. The relevance of the problem is determined by the need to take into account the human factor in the development of systems of this type. The research object is the ergonomic and psychological-engineering support in the activity of Automated Control System operator for aerated concrete production. Models, methods and means for increasing the efficiency of the operator’s activity are the research subject for a type of the manufacturing considered. Objective. The method of conducting an ergonomic examination of the Automated Control System operator’s activity based on quantitative indicators of this activity was proposed as a solution. The quantitative indicators were obtained as the results of a simulation. The method verification took place by the example of the analysis of Automated Control System operator’s activity in dosing materials for manufacturing aerated concrete at JSC “Motor Sich” (Zaporizhzhia, Ukraine). Method. The solution offered includes the imitation model of Automated Control System operating process for the aerated concrete preparation and operator’s interaction with the analyzed human-machine interface version. The estimation of the operator’s activity is based on a comparative analysis of the results of an experiment with a battery of regulating and marginal indicators introduced into the model as for characterizing the operator’s activities. The “operator-Automated Control System” human-machine system incorporated into the imitation model is presented as a queuing system. Results. The research resulted in software to realize the offered method of quantitative estimation of the Automated Control System operator’s activity for aerated concrete production. Conclusions. The research proposes the method of quantitative estimation of operator’s activity for aerated concrete production based on a stochastic combined model. Offered model is a further development of the combined model proposed by the authors earlier. Unlike the combined model, the stochastic combined model takes into account random effects in the “operator-Automated Control System” system and the operator’s activity formalization to eliminate such impacts. The conducted experiments have proved the operability of the software offered; such software can be recommended to be used while justifying the control methods, different human-machine interface prototypes variants to keep them optimized on criteria of the required efficiency and quality concerning the operator’s activity for aerated concrete production.
Метод розрахунку оптимальності витрат на інформаційну та кібербезпеку
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Романюков, М. Г.; Romanyukov, M. G.
UK: Актуальність. Досліджено загальну математичну модель за участю двох протиборчих сторін (нападника та захисника). Встановлено, що досліджувана модель дозволить отримати практичні результати по розрахунку оптимального коефіцієнту витрат на інформаційну та кібербезпеку об’єкту інформаційної діяльності. Мета роботи. Отримати метод по розрахунку оптимального коефіцієнту витрат на інформаційну та кібербезпеку об’єктів інформаційної діяльності, де циркулює інформація з обмеженим доступом. Метод. Полягає у розробці ігрової моделі з двома протиборчими сторонами та алгоритму для забезпечення гарантованого результату по показнику втрат від атак зі сторони захисту. При цьому кількість засобів захисту та число атак можуть вимірюватись десятками, а в окремих випадках навіть сотнями. Для вирішення поставленої задачі даним методом використовується критерій оптимальності Вальда із вирішенням задачі булевого програмування, оскільки проектуючи систему захисту, необхідно забезпечити гарантований результат при будь-яких умовах. Результати. Отримано практичні результати по розрахунку оптимального коефіцієнту витрат на інформаційну та кібербезпеку об’єктів інформаційної діяльності, де циркулює інформація з обмеженим доступом. Висновки. Таким чином, отриманий метод дозволить отримати практичні результати по розрахунку оптимального коефіцієнту витрат на інформаційну та кібербезпеку об’єктів інформаційної діяльності, де циркулює інформація з обмеженим доступом. Важливим є врахування всіх методів та засобів захисту у тому числі методів і засобів соціального інжинірингу, що створюють найнебезпечніший канал витоку інформації з обмеженим доступом. Роботу даного методу було підтверджено експериментально на прикладі загроз соціального інжинірингу та побудовано відповідні графіки залежностей як упереджених так і не упереджених збитків від даного виду атак. EN: Context. The general mathematical model with participation of two opposing sides (attacker and defender) is investigated. It is established that the model under study will provide practical results in calculating the optimal cost factor for the information and cybersecurity of an object of information activity. Method. It comes in the development of a game model with two opposing sides and an algorithm to provide a guaranteed result on the loss of protection from attack attacks. At the same time, the number of means of protection and the number of attacks can be measured by dozens, and in some cases even hundreds. To solve the problem, this method uses the Wald’s optimality criterion to solve the Boolean problem, since designing a security system requires the guaranteed result under all conditions. Results. Practical results are obtained on the calculation of the optimal cost factor for information and cybersecurity of an information activity object, where circular information with limited access circulates. Conclusions. Thus, the obtained method will allow obtaining practical results in calculating the optimal cost factor for the information and cybersecurity of information activity objects, where circular information with limited access is circulated. It is important to consider all methods and means of protection, including methods and tools for social engineering, which create a dangerous channel for leakage of information with limited access. The work of this method was confirmed experimentally by the example of threats to social engineering and constructed the corresponding graphs of dependencies of both prejudiced and not prejudiced losses from this type of attack.
A multiple non-linear regression model to estimate the agile testing efforts for small Web projects
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Prykhodko, N. V.; Prykhodko, S. B.; Приходько, Н. В.; Приходько, С. Б.
EN: Context. Software testing effort estimation is one of the important problems in software development and software testing life cycle. The object of the study is the process of estimating the agile testing efforts for small Web projects. The subject of the study is the multiple regression models for estimating the agile testing efforts for small Web projects. Objective. The goal of the work is the creation of the multiple non-linear regression model for estimating the agile testing efforts for small Web projects on the basis of the Johnson multivariate normalizing transformation. Method. The model, confidence and prediction intervals of multiple non-linear regression for estimating the agile testing efforts for small Web projects are constructed on the basis of the Johnson multivariate normalizing transformation for non-Gaussian data with the help of appropriate techniques. The techniques based on the multiple non-linear regression analysis using the multivariate normalizing transformations to build the models, equations, confidence and prediction intervals of multiple non-linear regressions are used. The techniques allow to take into account the correlation between random variables in the case of normalization of multivariate non-Gaussian data. In general, this leads to a reduction of the mean magnitude of relative error, the widths of the confidence and prediction intervals in comparison with the linear models and nonlinear models constructed using univariate normalizing transformations. Results. Comparison of the constructed model with the linear model and non-linear regression models based on the decimal logarithm and the Johnson univariate transformation has been performed. Conclusions. The multiple non-linear regression model to estimate the agile testing efforts for small Web projects is firstly constructed on the basis of the Johnson multivariate transformation for family. This model, in comparison with other regression models (both linear and non-linear), has a smaller value of the mean magnitude of relative error, smaller widths of the confidence and prediction intervals. The prospects for further research may include the application of other multivariate normalizing transformations and data sets to construct the multiple non-linear regression model for estimating the agile testing efforts for small Web projects. UK: Актуальність. Оцінювання трудомісткості тестування програмного забезпечення є однією з важливих проблем у розробці програмного забезпечення та життєвому циклі тестування програмного забезпечення. Об’єктом дослідження є процес оцінювання трудомісткості agile тестування для малих веб-проектів. Предметом дослідження є моделі множинної регресії для оцінювання трудомісткості agile тестування для малих веб-проектів. Мета. Метою роботи є створення моделі множинної нелінійної регресії для оцінювання трудомісткості agile тестування для малих веб-проектів на основі багатовимірного нормалізуючого перетворення Джонсона. Метод. Модель, довірчі інтервали та інтервали передбачення багатовимірної нелінійної регресії для оцінювання трудомісткості agile тестування для малих веб-проектів побудовані на основі багатовимірного нормалізуючого перетворення Джонсона для негаусівських даних за допомогою відповідних методів. Методи побудови моделей, рівнянь, довірчих інтервалів і інтервалів передбачення нелінійних регресій засновані на багатовимірному нелінійному регресійному аналізі з використанням багатовимірних нормалізуючих перетворень. Розглянуто відповідні методи. Ці методи дозволяють враховувати кореляцію між випадковими величинами в разі нормалізації багатовимірних негаусівських даних. Загалом, це призводить до зменшення середньої величини відносної похибки, ширини довірчих інтервалів і інтервалів передбачення в порівнянні з лінійними моделями та нелінійними моделями, побудованими з використанням одновимірних нормалізуючих перетворень. Результати. Здійснено порівняння побудованої моделі з моделями лінійної регресії та нелінійними регресіями на основі десяткового логарифму та одновимірного перетворення Джонсона. Висновки. Модель нелінійної регресії для оцінювання трудомісткості agile тестування для малих веб-проектів побудована на основі багатовимірного перетворення Джонсона для сімейства . Ця модель в порівнянні з іншими регресійній моделі (як лінійними, так і нелінійними) має менше значення середньої величини відносної похибки, менші ширини довірчих інтервалів і інтервалів передбачення. Перспективи подальших досліджень можуть включати застосування інших багатовимірних нормалізують перетворень і наборів даних для побудови моделі нелінійної регресії для оцінювання трудомісткості agile тестування для малих веб-проектів.
Ефективне обчислення цілочисельного ДКП-ІІ для стиснення зображень
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Процько, І. О.; Кузьмінський, Р. Д.; Теслюк, В. М.; Prots’ko, I. O.; Kuzminskij, R. D.; Teslyuk, V. M.
UK: Актуальність. Забезпечення результативності та багатофункціональності сучасних засобів оброблення візуальної інформації вимагає розробки різноманітних методів ефективного виконання дискретних косинусних перетворнь. Відповідно вимог сучасних відео стандартів, забезпечення високої чіткості стисненої візуальної інформації досягається на основі адаптивно блочно-розмірних перетворень, що потребує ефективних обчислювальних схем виконання дискретних косинусних перетворень змінних обсягів. Мета роботи – створення узагальненої структурної схеми ефективного обчислення цілочисельного дискретного косинусного перетворення на основі циклічних згорток обсягів рівних цілій степені двійки, що забезпечує низьку обчислювальну складність і можливість застосування в системах стиснення візуальної інформації на основі адаптивно блочно-розмірних перетворень. Метод. Запропоновано використання твірних масивів для ефективного синтезу алгоритмів та структурних схем обчислення цілочисельного дискретного косинусного перетворення на основі циклічних згорток. Результати. Підсумком дослідження є розроблення узагальненої структурної схеми виконання цілочисельного дискретного косинусного перетворення обсягів рівних цілій степені двійки для систем стиснення візуальної інформації на основі адаптивно блочно-розмірних перетворень. Висновки. У проведеному дослідженні застосовано підхід приведення базису цілочисельного дискретного косинусного перетворення до набору циклічних зліва підматриць, що дозволяє обчислювати перетворення на основі циклічних згорток. Основна ідея застосування належного математичного апарату полягає у використанні твірних масивів, що містять стислий опис блочно-циклічної структури базису перетворення. На основі одержаного набору циклічних підматриць ядра перетворення розроблено узагальненну структурну схему ефективного виконання цілочисельного дискретного косинусного перетворення коротких обсягів рівних цілій степені двійки. Обчислення відповідного набору циклічних згорток та об’єднання їх результатів за структурною схемою забезпечує виконання адаптивно блочно-розмірних перетворень для систем стиснення візуальної інформації. EN: Actuality. Ensuring the efficiency and versatility of modern media for processing visual information requires the development of various methods for the effective implementation of the discrete cosine transform. In accordance with the requirements of modern video standards, providing high-definition compressed visual information is achieved on the basis of adaptively block-dimensional transforms, which requires efficient computational schemes for the implementation of discrete cosine transform of variable dimensions. The purpose of the work is to create a generalized structural scheme for the efficient computation of an integer discrete cosine transform on the basis of cyclic convolutions of dimensions equal to the integer power of two, which provides low computational complexity and the possibility of using visual information compression systems on the basis of adaptively block-dimensional transforms. Method. The use of hashing arrays for efficient synthesis of algorithms and structure schemes for computing an integer discrete cosine transform on the basis of cyclic convolutions is proposed. Results. The result of the study is the development of a generalized structural scheme for the implementation of an integer discrete cosine transform of dimensions equal to the integer power of the two for the compression of visual information on the basis of adaptively block-dimensional transforms. Conclusions. In the study, we apply the approach of bringing the basis of an integral discrete cosine transform to a set of left cyclic submatrices, which allows us to calculate transforms based on cyclic convolutions. The basic idea of using an appropriate mathematical apparatus is to use hashing arrays containing a brief description of the block-cyclic structure of the transform basis. On the basis of the received set of cyclic submatrices of the transform core, a generalized structural scheme for the effective implementation of an integer discrete cosine transform of small dimensions equal to an integer power of the two is developed. The computation of the corresponding set of cyclic convolutions and the combining of their results by the structural scheme ensures the implementation of adaptively block-dimensional transforms for compression of visual information.
Approaches going to determination periods of the human factor of navigators during supernumerary situations
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Nosov, P. S.; Ben, A. P.; Safonova, A. F.; Palamarchuk, I. V.; Носов П. С.; Бень, А. П.; Сафонова, А. Ф.; Паламарчук, І. В.
EN: Context. The problem of identifying the manifestation of the human factor in the context of utility in maritime transport during emergency situations is considered. The aim of the study is to increase safety in maritime transport by identifying positive and negative human factors, as well as analyzing the behavioral reactions affecting the vessel’s passage parameters. Objective. The aim of the work is to determine the approaches and the construction of software tools to identify periods of manifestation of the human factor of the navigators during abnormal situations. Method. The study identified the types of manifestations of the human factor in the form of intuitive (illogical) behavior of the navigator. The dependence of intuitive behavior, as a reaction, on exceeding the detection threshold of perception of service information, is given. It was determined that the distribution of information load among members of the navigation watch will significantly reduce the detection threshold of the navigator at the time of making management decisions. It was established that the detection step is to determine the balance of information effects on the navigator and his individual polar reactions. The cycle of updating the navigator model is determined by analyzing his individual behavior model of previous intellectual activity. A formal description of the space of alternatives and reactions of the navigator in the form of polar groups at the moment of vessel management is proposed. Software has been developed that allows the analysis of the vessel’s passage trajectory for collision detection and the identification of periods of occurrence of the detection threshold of the navigator. Analysis of the trajectories made it possible to conclude that before the collision the navigator was in active/passive polar states of action, which directly proportional to the speed of the vessel, which confirms the main hypothesis of the study. As a mathematical tool for solving the problem of classifying individual reactions of the navigator, the factor analysis and a training sample are offered – more than nine typical situations, which make it possible to adequately determine polar reactions according to the principle of utility. Results. In order to confirm the adequacy of the proposed formal-logical approaches, an experiment was conducted using the Trainer Professional 5000 navigation simulator (NTPRO 5000). The results of the experiment, as well as the developed software, made it possible to identify the time periods of the negative human factor manifestation of the navigator caused by the information overload and to determine its individual stimulus factors. At the same time, the moment of occurrence of an extraordinary situation was determined by analyzing the passage trajectory of the vessel by means of processing log files by passing the Bosporus strait location. In addition, an algorithm was developed for the formation of the navigator’s model and its updating on the basis of individual periods of the negative manifestation of the human factor. The features of the occurrence of informational imbalance between members of the navigation watch in the event of an emergency situation and features of its identification during the passage of the vessel are considered. The obtained results will allow at a qualitatively new level to approach the analysis of the problem of the influence of human factor on the adequate managerial decisions of the navigator. Conclusions. The proposed formal approaches and the developed software will allow identifying the transition from the controlled adequate state of the navigator to the uncontrolled state with intuitive reactions. The scientific novelty consists in the fact that the developed algorithm of forming a navigator model in a discrete time, which allows to identify its polar reactions during extraordinary situations. The practical significance lies in the fact that the results of the experiment allowed identifying the time periods of the manifestation of the negative human factor of the navigator, caused by the information overload and identifying its individual factors-incentives. Prospects for further research may be the development of software in the form of an expert system defining deviations from a given course during the sea passage, as well as inadequate reactions in the performance of classical maneuvers in case of divergence of ships in constrained areas. UK: Актуальність. Розглядається проблема ідентифікації проявів людського фактору у контексті корисності на морському транспорті під час позаштатних ситуацій. Метою дослідження є підвищення безпеки на морському транспорті засобами ідентифікації позитивного і негативного людського фактора, а також аналізу поведінкових реакцій що впливають на параметри переходу судна. Мета. Метою роботи є визначення підходів і побудови програмних засобів, для ідентифікації періодів прояву людського фактора судноводіїв під час позаштатних ситуацій. Метод. В рамках дослідження визначені види прояву людського фактора у формі інтуїтивної (нелогічної) поведінки судноводія. Наводиться залежність інтуїтивної поведінки, як реакції, що залежить від перевищення інформаційного порогу сприйняття службової інформації. Визначено, що розподіл інформаційного навантаження між членами вахтової служби істотно знизить інформаційний поріг судноводія в момент прийняття управлінських рішень. Встановлено, що етапом ідентифікації є визначення балансу інформаційних впливів на судноводія і його індивідуальних полярних реакцій. Визначено цикл поновлення моделі судноводія за допомогою аналізу його індивідуальної моделі поведінки попередньої інтелектуальної діяльності. Запропоновано формальний опис простору альтернатив і реакцій судноводія у вигляді полярних груп в момент управління судном. Розроблено програмне забезпечення, що дозволяє виконувати аналіз траєкторії управління судном на предмет виявлення зіткнень і ідентифікувати періоди виникнення інформаційного порогу судноводія. Аналіз траєкторій, дозволив зробити висновок, що судноводій перед зіткненням знаходився в полярних на предмет активності станах активний / пасивний, що прямо-пропорційно відбивалося на швидкості ходу судна, що підтверджує основну гіпотезу дослідження. У якості математичного апарату для розв’язання задачі класифікації індивідуальних реакцій судноводія запропоновано факторний аналіз і навчальна вибірка – більш ніж дев’ять типових ситуацій, що дозволяє адекватно визначати полярні реакції за принципом корисності. Результати. З метою підтвердження адекватності запропонованих формально-логічних підходів був проведений експеримент із застосуванням навігаційного тренажера Trainer Professional 5000 (NTPRO 5000). Результати експерименту, а також розроблене програмне забезпечення дозволили ідентифікувати тимчасові періоди прояву негативного людського фактора судноводія, викликані інформаційним перевантаженням і визначити його індивідуальні фактори-стимули. При цьому, момент виникнення позаштатної ситуації визначався шляхом аналізу траєкторії управління судном засобами обробки log-файлів серверу по проходженню локації «Босфор». Крім того, був розроблений алгоритм формування моделі судноводія і її поновлення на основі індивідуальних періодів негативного прояву людського фактора. Розглянуто особливості виникнення інформаційного дисбалансу між членами вахтової служби при виникненні позаштатної ситуації і особливостей його ідентифікації під час переходу судна. Наведені результати дозволять на якісно новому рівні підійти до аналізу проблеми впливу людського фактора на адекватні управлінські рішення судноводія. Висновки. Запропоновані формальні підходи дозволять ідентифікувати перехід від контрольованого адекватного стану судноводія до неконтрольованого стану з інтуїтивними реакціями. Наукова новизна полягає в тому, що вперше розроблений алгоритм формування моделі судноводія у дискретному часі, що дозволяє ідентифікувати його полярні реакції під час позаштатних ситуацій. Практична цінність полягає у результатах експерименту, що дозволили ідентифікувати часові періоди прояву негативного людського фактора судноводія. Перспективами подальших досліджень може бути розробка програмного забезпечення у вигляді експертної системи для визначення відхилень від заданого курсу під час переходу, а також неадекватних реакцій при здійсненні класичних маневрів при розбіжності судів в обмежених районах.
Комп’ютерне моделювання кібер-фізичної імуносенсорної системи на гексагональній решітці з використанням решітчастих диференціальних рівнянь із запізненням
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Марценюк, В. П.; Сверстюк, А. С.; Martsenyuk, V. P.; Sverstiuk, A. S.
UK: Актуальність. Важливим етапом проектування кібер-фізичних імуносенсорних систем є розробка та дослідження їх математичних та комп’ютерних моделей, побудова яких опиралася б на біологічних припущеннях для отримання відповідних систем диференціальних рівнянь популяційної динаміки. Математичне моделювання дозволило б отримати значення параметрів, які б забезпечили операційну стійкість імуносенсорних систем. Мета. Метою роботи є розробка математичної та комп’ютерної моделі кібер-фізичної імуносенсорної системи з використанням решітчастих диференціальних рівнянь із запізненням на гексагональній решітці та дослідження її стійкості. Метод. В роботі розроблено математичну та комп’ютерну моделі кібер-фізичної імуносенсорної системи на гексагональній решітці. Для моделювання неперервної динаміки використано систему решітчастих диференціальних рівнянь із запізненням. Для моделювання дискретних подій використано динамічну логіку першого порядку. Описано постійні стани моделі як розв’язки відповідних алгебраїчних систем. Висновок про стійкість робиться на основі аналізу відповідних фазових діаграм, решітчастих зображень та сигналів, отриманих з відповідної компютерної моделі. Результати. Представлено аналіз результатів чисельного моделювання досліджуваної моделі у вигляді зображення фазових площин, решітчастих зображень ймовірності зв’язків антигенів з антитілами та елекричного сигналу з перетворювача, який характеризує кількість флуоресціюючих пікселів. Висновки. Проведено математичне та комп’ютерне моделювання кібер-фізичної імуносенсорної системи. Встановлено, що її якісна поведінка суттєво залежить від часу імунної відповіді. Висновок про стійкість імуносенсорів може бути зроблено на основі решітчастого зображення пікселів, що флуоресціюють. Електричний сигнал, що моделюється кількістю імунопікселів, які флуоресціюють, є важливим при проектуванні кібер-фізичних імуносенсорних систем та дослідженнях їх стійкості. Граничний цикл або стійкий фокус визначають відповідний вигляд імуносенсорного електричного сигналу. Отримані експериментальні результати дали змогу виконати повний аналіз стійкості моделі іммуносенсора з врахуванням запізнення в часі. EN: Context. An important stage in the design of cyber-physical immunosensory systems is the development and research of their mathematical and computer models, the construction of which would be based on biological assumptions to obtain appropriate systems of differential equations of population dynamics. Mathematical modeling would allow to obtain the value of parameters that would ensure the operational stability of immunosensory systems. Objective. The aim of the work is to develop a mathematical and computer model of the cyber-physical immunosensory system using lattice-delayed differential equations on a hexagonal lattice and study its stability. Method. The mathematical and computer models of the cyber-physical immunosensory system on the hexagonal lattice are developed. For the simulation of continuous dynamics, the system of lattice differential equations with delay was used. Dynamic logic of the first order is used to simulate discrete events. The permanent states of the model as solutions of the corresponding algebraic systems are described. The conclusion on stability is based on the analysis of the corresponding phase diagrams, lattice images and signals obtained from the corresponding computer model. Results. The analysis of the results of numerical simulation of the investigated model in the form of an image of phase planes, lattice images of the probability of antibody bonds and an electron signal from the converter, which characterizes the number of fluorescing pixels, is presented. Conclusions. Mathematical and computer modeling of the cyber-physical immunosensory system was performed. It is established that its qualitative behavior significantly depends on the time of the immune response. The conclusion on the stability of immunosensors can be made on the basis of the grid image of the pixels that are fluorescing. An electrical signal, modeled by the number of fluorescent immunopips, is important in the design of cyber-physiological immunosensory systems and studies of their resilience. Limit cycle or steady focus determine the appropriate form of immunosensory electrical signal. The experimental results obtained have made it possible to perform a complete analysis of the stability of the immunosensor model, taking into account the delay in time.
Trainer and trainees modeling based on complex information approach to improvement of training information technologies and systems
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Khodakov, V. Ye.; Sokolov, A. Ye.; Veselovskaya, G. V.; Ходаков, В. Є.; Соколов, А. Є.; Веселовська, Г. В.
EN: Context. The problem in substantiation for methods on constructing models of trainer and trainees, taking into account the peculiarities of their information activity, is considered. The object for the study were the models of trainer and trainees as participants in information interaction. Objective. The goal for the work is the solving of the tasks in conceptualization and formalization, aimed at modeling the trainer’s subsystem in the framework of information technology for instruction, as well as modeling information flows and information procedures in the model of the trainee’s subsystem. Method. The key components of learning systems and processes are the trainer and trainees. The essential features of information interaction between the instructor and trainees are highlighted. The basis is the concept of the information flow, the specific properties of information flows that are characteristic of learning processes and important for their successful progress are identified. Methods for modeling the key components of the training system as an information system are proposed, such as: the trainer`s subsystem, considered from the point of view of the application for learning information technologies; a subsystem of the trainee, represented from the perspective of the use for information flows and information procedures. Results. The proposed models were implemented programmatically and studied practically in the learning processes as a result of working out the modeling tasks for the trainer and trainees as participants in information interaction. Conclusions. The conducted experiment confirmed the effectiveness and validity of the concepts and formalisms, the appropriateness for their implementation in information systems, processes and technologies of teaching with the purpose of increasing the processes efficiency on obtaining and practical implementation of information activity models for the trainer and trainees. Further development of research implies the consideration for a wider range of the information activity aspects on the educator and trainees, as well as the corresponding experimental approbations. UK: Актуальність. Розглянуто задачу обґрунтування методів побудови моделей того, який навчає, та тих, яких навчають, що враховують особливості їхньої інформаційної діяльності. Об’єктом дослідження були моделі того, який навчає, та тих, яких навчають, як учасників інформаційної взаємодії. Мета роботи – розв’язування задач концептуалізації та формалізації, орієнтованих на моделювання підсистеми того, який навчає, в рамках інформаційної технології навчання, а також на моделювання інформаційних потоків та інформаційних процедур в моделі підсистеми того, якого навчають. Метод. Ключовими складовими систем і процесів навчання є той, який навчає, та ті, яких навчають. Виділені істотні особливості інформаційної взаємодії того, який навчає, та тих, яких навчають. В основу покладене поняття інформаційного потоку, виділені специфічні властивості інформаційних потоків, характерні для процесів навчання та важливі для їхнього успішного перебігу. Запропоновано методи моделювання ключових компонентів системи навчання як інформаційної системи, таких як: підсистема того, який навчає, розглянута з точки зору застосування інформаційних технологій навчання; підсистема того, якого навчають, що надається під кутом зору задіяння інформаційних потоків та інформаційних процедур. Результати. Запропоновані моделі реалізовані програмно та вивчені практично в процесах навчання в підсумку відпрацювання завдань моделювання того, який навчає, та тих, яких навчають, як учасників інформаційної взаємодії. Висновки. Проведений експеримент підтвердив дієвість і валідність концепцій і формалізмів, доцільність їхнього впровадження в інформаційні системи, процеси та технології навчання з метою підвищення ефективності процесів отримання та практичного втілення моделей інформаційної діяльності того, який навчає, та тих, яких навчають. Подальший розвиток досліджень передбачає розгляд ширшого кола аспектів інформаційної діяльності того, який навчає, та тих, яких навчають, а також відповідних експериментальних апробацій.
Scoping adversarial attack for improving its quality
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Khabarlak, K. S.; Koriashkina, L. S.; Хабарлак, К. С.; Коряшкіна, Л. С.
EN: Context. The subject of this paper is adversarial attacks, their types, reasons for the emergence. A simplified fast and effective logistic regression attack algorithm has been presented. The work’s relevance is explained by the fact that neural network’s critical vulnerability the so-called adversarial examples is yet to be deeply explored. By exploiting such a mechanism, it is possible to get a deliberate result from it breaking defenses of neural-network-based safety systems. Objective. The purpose of the work is to develop algorithms for different kinds of attacks of a trained neural network with respect to preliminary the network’s weights analysis, to estimate attacked image quality loss, to perform a comparison of the developed algorithms and other adversarial attacks of a similar type. Method. A fast and fairly efficient attack algorithm that can use either whole image or its certain regions is presented. Using the SSIM image structural similarity metric, an analysis of the algorithm and its modifications was carried out, as well as a comparison with previous methods using gradient for the attack. Results. Simplified targeted and non-targeted attack algorithms have been built for a single-layer neural network trained to perform handwritten digit classification on the MNIST dataset. A visual and semantic interpretation of weights as pixel “importance” for recognizing an image as one class or another is given. Based on structural image similarity index SSIM an image quality loss analysis has been performed for images attacked by the proposed algorithms on the whole test dataset. Such an analysis has revealed the classes the most vulnerable to an adversarial attack as well as images, whose class can be changed by adding noise imperceptible by a human being. Adversarial examples built with the developed algorithm has been transferred to a 5-layered network of an unknown architecture. In many cases images that were difficult to attack for the original network have seen a higher transfer rates, then the ones needed only minor image changes. Conclusions. Adversarial examples built upon the adversarial attack scoping idea and the methodic of the input data analysis can be easily generalized to other image recognition problems which makes it applicable to a wide range of practical tasks. This way, another way of analyzing neural network safety (logistic regression included) against input data attacks is presented. UK: Актуальність. Предметом дослідження даної роботи є змагальні атаки, види, причини виникнення, а також алгоритми атак. Представлений швидкий спрощений і більш ефективний (порівняно з існуючими аналогами) алгоритм атаки на модель логістичної регресії. Актуальність роботи пояснюється малою дослідженістю критичної уразливості нейронних мереж – так званих змагальних прикладів, які дозволяють зламувати механізм передбачення і отримувати довільний результат, роблячи системи безпеки, засновані на нейронних мережах, малоефективними. Мета. Розробка алгоритмів різних типів атаки на навчену одношарову нейронну мережу з урахуванням результатів попереднього аналізу параметрів самої мережі, а також оцінка втрат якості зображень, що були піддані модифікації, порівняння результатів проведення атак за допомогою розроблених алгоритмів і змагальних атак подібного роду. Методи. На основі результатів аналізу матриць ваг навченої нейронної мережі сформульована ідея побудови алгоритмів атаки на нейронну мережу, виділяючи для атаки певні області на зображенні з урахуванням різниці вагових матриць цільового і вихідного класів. Представлений швидкий і досить ефективний алгоритм атаки, який здатний використовувати для атаки як все зображення повністю, так і окремі його регіони, що робить алгоритм більш гнучким. Використовуючи метрику структурної схожості зображень SSIM, проведений аналіз алгоритму і його модифікацій, а також порівняння його з попередніми методами, які використовують для атаки звичайний градієнт. Результати. Побудовано спрощені алгоритми націленої і ненаціленої атак на одношарову нейронну мережу, яка застосовується для класифікації рукописних цифр з набору даних MNIST. Дана візуальна і змістовна інтерпретація налаштованих ваг мережі як «важливостей» точок зображення для розпізнавання його як представника того чи іншого класу. На основі порівняння структурної схожості зображень алгоритмом SSIM був проведений аналіз втрат якості зображень для задач націленої і ненаціленої атак наведеними спрощеними алгоритмами на всій тестової вибірці. Подібний аналіз дозволив визначити класи, що найбільш піддаються атакам, а також зображення, для яких клас, передбачений нейронною мережею, може бути змінений непомітно для людини. Змагальні приклади, побудовані за допомогою розробленого в статті алгоритму, перенесені на мережу з 5-ю шарами невідомої архітектури. У ряді випадків зображення для класів, які було складно атакувати для вихідної мережі, вдалося перенести з більшим успіхом, ніж ті, для зміни класу яких було досить мінімальних змін. Висновки. Побудовані на основі ідеї обмеження області атаки змагальні приклади, а також система (методика) аналізу вхідних даних легко узагальнюється і на інші задачі розпізнавання, що робить представлену методику придатною для аналізу ряду практичних задач. Отже, представлений ще один підхід до аналізу безпеки нейронних мереж (зокрема, логістичної регресії) проти атак на вхідні дані.
Вивчення статистичних властивостей моделі блочного подання для множини дескрипторів ключових точок зображень
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Гороховатський, В. О.; Гадецька, С. В.; Стяглик, Н. І.; Gorokhovatsky, V. A.; Gadetska, S. V.; Stiahlyk, N. I.
UK: Актуальність. Багатовимірна природа оброблюваних даних у сучасних системах комп’ютерного зору потребує нових підходів до побудови результативних просторів ознак, що спрощують опрацювання за рахунок узагальнення наявної інформації. Структурні методи розпізнавання зображень використовують описи візуальних об’єктів у вигляді наборів дескрипторів ключових точок як множини числових векторів високої розмірності. Основним інструментом зниження розмірності виступає представлення даних у вигляді системи їх блоків та статистичне дослідження таких структур даних, яке в аспекті розпізнавання покладене відображати сумарні властивості об’єкта як сукупності його фрагментів. У зв’язку з цим виникає проблема вивчення особливостей прикладного застосування та характеристик моделі блочного подання в аспекті її вживання для визначення релевантності описів та класифікації даних в межах бази еталонних зображень. Мета роботи. Здійснення статистичного оцінювання значущості прийняття класифікаційних рішень на основі обчислення релевантності описів об’єктів для моделі блочного подання даних дескрипторів ключових точок зображень. Метод. Запропоновано способи розрізнення описів на основі моделі блочного подання даних дескрипторів ключових точок зображень із використанням критеріїв математичної статистики та інструментарію теорії інформації. Результати. Головним результатом статті є підтвердження того, що вживання класичних статистичних критеріїв для аналізу емпіричних даних у вигляді структурних описів зображень дає можливість визначити якість побудованого простору ознак, достатню для розрізнення візуальних об’єктів при їх розпізнаванні у системах комп’ютерного зору. Впровадження моделі блочного подання та статистичного аналізу для значень дескрипторів ключових ознак зображень сприяє підвищенню ефективності процесу розпізнавання візуальних об’єктів, що підтверджується покращенням рівня розрізнення при збільшенні розміру фрагменту у побудованій ланцюжковій структурі опису. Висновки. Застосування різноманіття статистичних критеріїв дало ідентичний висновок про значущість відмінностей емпіричних описів візуальних об’єктів у побудованому просторі ознак, що підкреслює об’єктивність проведеного дослідження. Впроваджена модель блочного подання даних зберігає розрізнювальні властивості структурного опису з ефектом суттєвого покращення швидкодії прийняття класифікаційного рішення. Наукову новизну дослідження складає удосконалення та статистичне обґрунтування моделей прийняття рішення щодо розпізнавання візуальних об’єктів на основі обчислення релевантності їх описів стосовно еталонів із впровадженням блочного подання дескрипторів ключових точок зображень. Практична значущість роботи полягає у підтвердженні доцільності введення блочної структури для дескрипторного опису об’єкта як ефективного підходу при вирішенні задачі розпізнавання на прикладах зображень задля впровадження у системах комп’ютерного зору. EN: Context. The multidimensional nature of the processed data in modern computer vision systems requires new approaches to the construction of effective feature spaces that simplify processing by summarizing the available information. Structural methods of image recognition use descriptions of visual objects in the form of sets of key point descriptors as sets of numerical vectors of high dimension. The main tool for reducing the dimension is the presentation of data in the form of a system of their blocks and a statistical study of such data structures, which in terms of recognition should display the generalized properties of an object as a set of its fragments. In this connection, there is problem of studying the features of the applied application and the characteristics of the block representation model in the aspect of its use to determine the relevance of descriptions and classify data within the base of reference images. Objective. Perform statistical estimation of the importance of making classification decisions on the basis of the calculation of the relevance of object descriptions for the model of block representation of descriptors of key points of images. Method. Methods are proposed for distinguishing descriptions based on the application of the block representation model of the data descriptors of key points of images using the criteria of mathematical statistics and information theory tools. Results. The main result of the article is the confirmation that the use of classical statistical criteria for analyzing empirical data in the form of structural descriptions of images makes it possible to determine the quality factor of the constructed feature space for distinguishing visual objects when they are recognized in computer vision systems. The introduction of the block representation model and statistical analysis for the values of descriptors of key features of images contributes to the efficiency of the process of recognizing visual objects, which is confirmed by the improvement in the level of difference by increasing the fragment size in the constructed description chain structure. Conclusions. The use of a variety of statistical criteria gave an identical effect on the significance of the differences in the empirical descriptions of visual objects in the constructed feature space, which underlines the objectivity of the study. The implemented model of block representation of data retains the distinguishing properties of a structural description with the effect of a significant improvement in the speed of classification decision making. The scientific novelty of the study is the improvement and statistical substantiation of models for making decisions about the class of visual objects based on the calculation of the relevance of their descriptions with references using a block representation of descriptors of key points of images. The practical significance of the work is confirming the advisability of introducing a block structure for the block description of an object as an effective approach to solving the problem of recognition with examples of images for implementation in computer vision systems.
Optimization method based on the synthesis of clonal selection and annealing simulation algorithms
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Grygor, O. O.; Fedorov, E. E.; Utkina, T. Yu.; Lukashenko, A. G.; Rudakov, K. S.; Harder, D. A.; Lukashenko, V. M.; Григор, О. О.; Федоров, Є. Є.; Уткіна, Т. Ю.; Лукашенко, А. Г.; Рудаков, К. С.; Гардер, Д. А.; Лукашенко, В. М.
EN: Context. The problem of increasing the efficiency of optimization methods by synthesizing metaheuristics is considered. The object of the research is the process of finding a solution to optimization problems. Objective. The goal of the work is to increase the efficiency of searching for a quasi-optimal solution at the expense of a metaheuristic method based on the synthesis of clonal selection and annealing simulation algorithms. Method. The proposed optimization method improves the clonal selection algorithm by dynamically changing based on the annealing simulation algorithm of the mutation step, the mutation probability, the number of potential solutions to be replaced. This reduces the risk of hitting the local optimum through extensive exploration of the search space at the initial iterations and guarantees convergence due to the focus of the search at the final iterations. The proposed optimization method makes it possible to find a conditional minimum through a dynamic penalty function, the value of which increases with increasing iteration number. The proposed optimization method admits non-binary potential solutions in the mutation operator by using the standard normal distribution instead of the uniform distribution. Results. The proposed optimization method was programmatically implemented using the CUDA parallel processing technology and studied for the problem of finding the conditional minimum of a function, the optimal separation problem of a discrete set, the traveling salesman problem, the backpack problem on their corresponding problem-oriented databases. The results obtained allowed to investigate the dependence of the parameter values on the probability of mutation. Conclusions. The conducted experiments have confirmed the performance of the proposed method and allow us to recommend it for use in practice in solving optimization problems. Prospects for further research are to create intelligent parallel and distributed computer systems for general and special purposes, which use the proposed method for problems of numerical and combinatorial optimization, machine learning and pattern recognition, forecast. UK: Актуальність. Розглянута задача підвищення ефективності методів оптимізації шляхом синтезу метаевристик. Об’єктом дослідження є процес пошуку рішення оптимізаційних задач. Метою роботи є підвищення ефективності пошуку квазіоптимального рішення за рахунок метаевристичного методу на основі синтезу алгоритмів клонального відбору та імітації відпалу. Метод. Запропонований метод оптимізації удосконалює алгоритм клонального відбору за рахунок динамічної зміни на основі алгоритму імітації відпалу кроку мутації, ймовірності мутації, кількості замінних потенційних рішень. Це зменшує ризик потрапляння в локальний оптимум завдяки широкому дослідженню простору пошуку на початкових ітераціях й гарантує збіжність через спрямованість пошуку на заключних ітераціях. Запропонований метод оптимізації дозволяє знаходити умовний мінімум за рахунок динамічної штрафної функції, значення якої зростає зі збільшенням номера ітерації. Запропонований метод оптимізації допускає небінарні потенційні рішення в операторі мутації завдяки використанню стандартного нормального розподілу замість рівномірного розподілу. Результати. Запропонований метод оптимізації був програмно реалізований за допомогою технології паралельної обробки інформації CUDA і досліджений для задачі знаходження умовного мінімуму функції, задачі оптимального розбиття дискретної множини, задачі комівояжера, задачі про рюкзак на відповідних їм проблемно-орієнтованих базах даних. Отримані результати дозволили досліджувати залежність значень параметрів на ймовірність мутації. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого методу та дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при вирішенні задач оптимізації. Перспективи подальших досліджень полягають у створенні інтелектуальних паралельних й розподілених комп’ютерних систем загального і спеціального призначення, які використовують запропонований метод для задач чисельної та комбінаторної оптимізації, машинного навчання й розпізнавання образів, прогнозу.
A combined approach to modeling nonstationary heteroscedastic processes
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Tymoshchuk, O. L.; Huskova, V. H.; Bidyuk, P. I.; Тимощук, О. Л.; Гуськова, В. Г.; Бідюк, П. І.
EN: Context. Nonlinear nonstationary processes are observed today in various fields of studies: economy, finances, ecology, demography etc. Very often special approaches are required for model development and forecasts estimation for the processes mentioned. The modeling methodologies have to take into consideration possible uncertainties that are encountered during data processing and model structure and parameter estimation. Objective. To develop a modified methodology for constructing models for nonlinear processes that allows for achieving high quality of forecasts. More specifically heteroscedastic processes are considered that create a wide class of nonlinear nonstationary processes and are considered in many areas of research. Method. To reach the aim of the study mentioned the following methods are used: systemic approach to model building and forecasting, modified methodology for modeling nonlinear processes, methods for identification and taking into consideration possible uncertainties. To cope with the structural uncertainties following techniques: refinement of model order applying recurrent adaptive approach to modeling and automatic search for the “best” structure using complex statistical criteria; adaptive estimation of input delay time, and the type of data distribution with its parameters; describing detected nonlinearities with alternative analytical forms with subsequent estimation of the forecasts generated. Results. The proposed modified methodology for modeling nonlinear nonstationary processes, adaptation scheme for model building, new model structures proposed. As a result of performing computational experiments, it was found that nonlinear models constructed provide a possibility for computing high quality forecasts for the process under study and their variance. Conclusions. Application of the modeling methodology proposed provides a possibility for structural and parametric adaptation of the models constructed with statistical data. The models developed exhibit acceptable adequacy and quality of short-term forecasting. UK: Актуальність. Нелінійні нестаціонарні процеси сьогодні спостерігаються в різних областях досліджень: економіка, фінанси, екологія, демографія і т. д. Дуже часто для розробки моделей і прогнозів згаданих процесів потрібні спеціальні підходи. Методології моделювання повинні враховувати можливі невизначеності, що виникають при обробці даних, структурі моделі і оцінки параметрів. Мета роботи. Розробити модифіковану методологію побудови моделей нелінійних процесів, яка дозволяє досягти високої якості прогнозів. Більш конкретно розглянуті гетероскедастичні процеси, які створюють широкий клас нелінійних нестаціонарних процесів і розглядаються в багатьох областях досліджень. Метод. Для досягнення мети згаданого дослідження використовуються наступні методи: системний підхід до побудови моделей і прогнозування, модифікована методологія моделювання нелінійних процесів, методи ідентифікації та врахування можливих невизначеностей. Для подолання структурних невизначеностей використовуються методи: уточнення порядку моделей з використанням періодичного адаптивного підходу до моделювання і автоматичний пошук «найкращої» структури з використанням складних статистичних критеріїв; адаптивна оцінка часу затримки введення і типу розподілу даних з їх параметрами; опис виявлених нелінейностей за допомогою альтернативних аналітичних форм з подальшою оцінкою отриманих прогнозів. Результати. Запропоновано модифіковану методологію моделювання нелінійних нестаціонарних процесів, схему адаптації для побудови моделей, запропоновані нові модельні структури. В результаті виконання обчислювальних експериментів було виявлено, що побудовані нелінійні моделі дають можливість обчислювати прогнози високої якості для досліджуваного процесу та їх дисперсії. Висновки. Застосування запропонованої методології моделювання дає можливість структурної та параметричної адаптації моделей, побудованих за статистичними даними. Розроблені моделі демонструють прийнятну адекватність і якість короткострокового прогнозування.
Анализ двух систем массового обслуживания HE2/M/1 с обычными и сдвинутыми входными распределениями
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Тарасов, В. Н.; Тарасов, В. Н.; Tarasov, V. N.
RU: Актуальность. В теории массового обслуживания исследования систем G/M/1 и G/G/1 актуальны в связи с тем, что до сих пор не существует решения в конечном виде для общего случая при произвольных законах распределений входного потока и времени обслуживания. Рассмотрена задача вывода решения для среднего времени ожидания в очереди в замкнутой форме для двух систем с обычными и со сдвинутыми гиперэрланговскими и экспоненциальными входными распределениями. Цель работы. Получение решения для основной характеристики системы – среднего времени ожидания требований в очереди для двух систем массового обслуживания типа G/M/1 и G/G/1 с обычными и со сдвинутыми гиперэрланговскими и экспоненциальными входными распределениями. Метод. Для решения поставленной задачи использован классический метод спектрального разложения решения интегрального уравнения Линдли. Данный метод позволяет получить решение для среднего времени ожидания для рассматриваемых систем в замкнутой форме. Метод спектрального разложения решения интегрального уравнения Линдли играет важную роль в теории систем G/G/1. Для практического применения полученных результатов использован известный метод моментов теории вероятностей. Результаты. Впервые получены спектральные разложения решения интегрального уравнения Линдли для двух систем, с помощью которых выведены расчетные выражения для среднего времени ожидания в очереди в замкнутой форме. Выводы. Получены спектральные разложения решения интегрального уравнения Линдли для рассматриваемых систем и с их помощью выведены расчетные выражения для среднего времени ожидания в очереди для этих систем в замкнутой форме. Эти выражения расширяют и дополняют известные формулы теории массового обслуживания для среднего времени ожидания для систем G/M/1 и G/G/1 с произвольными законами распределений входного потока и времени обслуживания. Такой подход позволяет рассчитать среднее время ожидания для указанных систем в математических пакетах для широкого диапазона изменения параметров трафика. Все остальные характеристики систем являются производными от времени ожидания. Кроме среднего времени ожидания, такой подход дает возможность определить и моменты высших порядков времени ожидания. Учитывая тот факт, что вариация задержки пакетов (джиттер) в телекоммуникациях определяется как разброс времени ожидания от его среднего значения, то джиттер можно будет определить через дисперсию времени ожидания. UK: Актуальність. В теорії масового обслуговування дослідження систем G/M/1 і G/G/1 актуальні у зв’язку з тим, що на сьогодні не існує рішення в кінцевому вигляді для загального випадку при довільних законах розподілів вхідного потоку і часу обслуговування. Розглянуто задачу виведення рішення для середнього часу очікування в черзі в замкнутій формі для двох систем зі звичайними і зі зсунутими гіперерлангівськими та експонентними вхідними розподілами. Мета роботи. Отримання рішення для основної характеристики системи – середнього часу очікування вимог в черзі для двох систем масового обслуговування типу G/M/1 і G/G/1 зі звичайними та зі зсунутими гіперерлангівськими та експонентними вхідними розподілами. Метод. Для вирішення поставленого завдання використано класичний метод спектрального розкладання розв’язку інтегрального рівняння Ліндлі. Цей метод дозволяє отримати розв’язок для середнього часу очікування для розглянутих систем в замкнутій формі. Метод спектрального розкладання розв’язку інтегрального рівняння Ліндлі грає важливу роль в теорії систем G/G/1. Для практичного застосування отриманих результатів було використано відомий метод моментів теорії ймовірностей. Результати. Вперше отримано спектральні розкладання рішення інтегрального рівняння Ліндлі для двох систем, за допомогою яких виведені розрахункові формули для середнього часу очікування в черзі в замкнутій формі. Висновки. Отримано спектральні розкладання розв’язку інтегрального рівняння Ліндлі для розглянутих систем, та з їх допомогою виведені розрахункові формули для середнього часу очікування в черзі для цих систем в замкнутій формі. Ці формули розширюють і доповнюють відомі формули теорії масового обслуговування для середнього часу очікування для систем G/M/1 і G/G/1 з довільними законами розподілів вхідного потоку і часу обслуговування. Такий підхід дозволяє розрахувати середній час очікування для зазначених систем в математичних пакетах для широкого діапазону зміни параметрів трафіку. Всі інші характеристики систем є похідними часу очікування. Крім середнього часу очікування, такий підхід дає можливість також визначити моменти вищих порядків часу очікування. З огляду на той факт, що варіація затримки пакетів (джиттер) в телекомунікації визначається як дисперсія часу очікування від його середнього значення, то джиттер можна буде визначити через дисперсію часу очікування. EN: Context. In queuing theory, G/M/1 and G/G/1 systems research is relevant in that there is still no solution in the final form for the general case for arbitrary laws of distributions of the input flow and service time. The problem of finding a solution for the average waiting time in queue in a closed form for two systems with ordinary and shifted hypererlangian and exponential input distributions is considered. Objective. Obtaining a solution for the main system characteristic – the average waiting time in queue for two queuing systems of type G/M/1 and G/G/1 with ordinary and shifted hypererlangian and exponential input distributions. Method. To solve this problem, we used the classical method of spectral decomposition of the solution of the Lindley integral equation. This method allows to obtaining a solution for the average waiting time for systems under consideration in a closed form. The method of spectral decomposition of the solution of the Lindley integral equation plays an important role in the theory of systems G/G/1. For the practical application of the results obtained, the well-known method of moments of probability theory is used. Results. The spectral decompositions of the solution of the Lindley integral equation for a pair of dual systems are for the first time received, with the help of which the formulas for the average waiting time in a closed form are derived. Conclusions. The spectral expansions of the solution of the Lindley integral equation for the systems under consideration are obtained and with their help the formulas for the average waiting time in the queue for these systems in a closed form are derived. These expressions expand and supplement the known queuing theory formulas for the average waiting time for G/M/1 and G/G/1 systems with arbitrary laws distributions of input flow and service time. This approach allows us to calculate the average latency for these systems in mathematical packages for a wide range of traffic parameters. All other characteristics of the systems are derived from the waiting time. In addition to the average waiting time, such an approach makes it possible to determine also moments of higher orders of waiting time. Given the fact that the packet delay variation (jitter) in telecommunications is defined as the spread of the waiting time from its average value, the jitter can be determined through the variance of the waiting time.
Improving the quality of credit activity by using scoring model
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Melnyk, K. V.; Borysova, N. V.; Мельник, К. В.; Борисова, Н. В.
EN: Context. The problem of credit assessment of a client is considered. It is a simultaneous processing of lender’s data of different nature with further definition of the credit rating. The object of this study was the process of lending to individuals by credit institutions. Objective. The purpose of the work is to study the process of improving the quality of lending through the development and use of a scorecard model. Method. An analytical review of the domain area was conducted. A business process model for assessing clients’ creditworthiness in the form of an IDEF0 diagram is developed. Dedicated groups of indicators characterizing a potential lender from different directions. Selected sets of values for each indicator of credit separately. The methods of solving the problem of clients’ creditworthiness are analyzed. Selected Bayesian naive classifier as a method for solving the problem of classification of potential lenders. The existing information systems for assessing the creditworthiness of clients are analyzed. A scoring model for assessing credit ratings by the client in the form of an algorithm is developed. The list of functional requirements of the information system, which is presented in the form of a use case diagram is determined. Three-level architecture for the information system is proposed. A database model has been developed to preserve customer information. An information system was developed for determining the credit rating of a client based on the developed scoring model. Numerous studies have been conducted to determine the class of a potential creditor. The process of determining the quality of credit activity is analyzed. Quality indicators for assessing the creditworthiness of clients are selected. The method of calculating the quality of credit activity is offered. Results. The scoring model was developed, which was used in solving the credit assessment of clients through the help of the proposed information system. The process of improving the quality of credit rating is investigated. Conclusions. The conducted experiments have confirmed the proposed scoring model and allow recommending it for use in practice for assessment process of client creditworthiness. Scientific novelty is to improve the process of credit activity by automating the use of naïve Bayes classifier, which reduces the human factor in decision-making. UK: Актуальність. Розглянуто проблему оцінки кредитоспроможності клієнта. Вона являє собою одночасну обробку даних кредитора різної природи з подальшим визначенням кредитного рейтингу. Об’єктом даного дослідження виступав процес кредитування фізичних осіб кредитними установами. Ціль. Ціль роботи є дослідження процесу підвищення якості кредитної діяльності за рахунок розробки і використання скорингової моделі. Метод. Проведено аналітичний огляд предметної області. Розроблено модель бізнес-процесу оцінювання кредитоспроможності клієнтів у вигляді IDEF0 діаграми. Виділені групи показників, які характеризують потенційного кредитора з різних боків. Обрані набори значень для кожного показника кредитоспроможності окремо. Проаналізовано методи вирішення задачі оцінки кредитоспроможності клієнтів. Обрано наївний класифікатор Байєсу як метод вирішення задачі класифікації потенційних кредиторів. Проаналізовано існуючі інформаційні системи для оцінки кредитоспроможності клієнтів. Розроблено скорингову модель оцінки кредитного рейтингу клієнту у вигляді алгоритму. Визначено перелік функціональних можливостей інформаційної системи, які представлено у вигляді діаграми варіантів використання. Запропоновано трирівневу архітектуру для інформаційної системи. Розроблено модель бази даних для збереження інформації щодо клієнтів. Розроблено інформаційну систему для визначення кредитного рейтингу клієнту на основі використання розробленої скорингової моделі. Проведено чисельні дослідження визначення класу потенційного кредитора. Проаналізовано процес визначення якості кредитної діяльності. Обрано показники якості визначення оцінки кредитоспроможності клієнтів. Запропоновано спосіб розрахунку якості кредитної діяльності. Результати. Розроблено скорингову модель, яка була використана при вирішенні оцінки кредитоспроможності клієнтів за допомогою запропонованої інформаційної системи. Досліджено процес підвищення якості оцінки кредитного рейтингу. Висновки. Проведені експерименти підтвердили значимість запропонованої скорингової моделі та дозволяють рекомендувати її для використання на практиці для аналізу процесу кредитоспроможності клієнтів. Наукова новизна полягає в удосконаленні процесу кредитної діяльності за рахунок автоматизації використання наївного класифікатора Байєсу, що дозволяє зменшити людський фактор при прийнятті рішень.
Исследование множества планов многофакторных экспериментов с минимальным числом переходов уровней факторов
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Кошевой, Н. Д.; Костенко, Е. М.; Павлик, А. В.; Кошевая, И. И.; Рожнова, Т. Г.; Кошовий, М. Д.; Костенко, О. М.; Павлик, Г. В.; Кошова, І. І.; Рожнова, Т. Г.; Kоshevoy, N. D.; Kostenko, E. M.; Pavlyk, A. V.; Koshevaya, I. I.; Rozhnova, T. G.
RU: Актуальность. Решена актуальная задача сокращения множества планов многофакторных экспериментов при поиске оптимального по стоимостным затратам. Цель работы – синтез и исследование множества планов эксперимента с минимальным числом переходов уровней факторов. Метод. Применение методов планирования эксперимента позволяет сократить стоимостные и временные затраты при исследовании различных технологических процессов, приборов и систем. Минимизация количества переходов уровней факторов в плане эксперимента, в свою очередь, приводит к уменьшению стоимости (времени) его реализации. Одним из методов уменьшения количества переходов уровней факторов является применение кода Грея при построении плана эксперимента. Показано, что планы многофакторних экспериментов, построенные с использованием кода Грея, имеют минимальное количество переходов уровней факторов, но не всегда оптимальны по стоимости (времени) реализации эксперимента. Для синтеза множества планов эксперимента с минимальным числом переходов уровней факторов при поиске оптимального плана по стоимостным (временным) затратам предложен метод, в основе которого лежит генерация вариантов двоичных кодов, анализ их характеристик и выбор последовательностей, отвечающих заданным требованиям. Формирование типовых планов эксперимента осуществляется по методу, в основе которого лежит генерация вариантов построения планов, определение классов эквивалентности относительно заданной группы Р преобразований и формирование множества типовых представителей для выделенных классов эквивалентности. Результаты. Разработано программное обеспечение, реализующее предложенные методы, которое использовано при построении множества планов экспериментов для количества факторов k=3 с минимальным числом переходов уровней. Выводы. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенных методов и реализующего их программного обеспечения, которое позволяет сократить множество планов эксперимента для поиска оптимального. Научную новизну работы представляют методы, которые позволяют синтезировать множество планов многофакторных экспериментов, сокращающих поиск оптимальных по стоимостным (временным) затратам планов. Практическая значимость результатов работы в том, что разработанное программное обеспечение, реализующее предложенные методы, может найти широкое применение при исследовании технологических процессов, приборов и систем, на которых возможна реализация активного эксперимента. UK: Актуальність. Вирішено актуальну задачу скорочення множини планів багатофакторних експериментів для пошуку оптимального за вартісними витратами. Мета роботи – синтез та дослідження множини планів експерименту з мінімальним числом переходів рівнів факторів. Методи. Застосування методів планування експерименту дозволяє зменшити вартісні та часові витрати при дослідженні різних технологічних процесів, приладів і систем. Мінімізація кількості переходів рівнів факторів у плані експерименту, в свою чергу, призводить до зменшення вартості (часу) його реалізації. Одним із методів зменшення кількості переходів рівнів факторів є застосування коду Грея для побудови плану експерименту. Підтверджується, що плани багатофакторних експериментів, побудовані з використанням коду Грея, мають мінімальну кількість переходів рівнів факторів, але не завжди оптимальні за вартістю (часом) реалізації експерименту. Для синтезу множини планів експерименту з мінімальним числом переходів рівнів факторів для пошуку оптимального плану за вартісними (часовими) витратами запропоновано метод, в основі якого лежить генерація варіантів двійкових кодів, аналіз їх характеристик та вибір послідовностей, що відповідають заданим вимогам. Формування типових планів експерименту виконується по методу, в основі якого лежить генерація варіантів побудови планів, визначення класів еквівалентності відносно заданої групи Р перетворень та формування множини типових представників для виділених класів еквівалентності. Результати. Розроблено програмне забезпечення, що реалізує запропоновані методи, яке використовується для побудови множини планів експериментів для кількості факторів k=3 з мінімальним числом переходів рівнів. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованих методів та реалізуючого їх програмного забезпечення, які дозволяють скоротити множину планів експерименту для пошуку оптимального. Наукову новизну роботи становлять методи, які дозволяють синтезувати множину планів багатофакторних експериментів, що скорочують пошук оптимальних за вартісними (часовими) витратами планів. Практична значимість результатів роботи в тому, що розроблене програмне забезпечення, яке реалізує запропоновані методи, може знайти широке застосування для дослідження технологічних процесів, приладів та систем, на яких можлива реалізація активного експерименту. EN: Contex. The actual problem of reducing the set of plans for multivariate experiments in searching for the best in price costs has been solved. Objective is the synthesis and study of a variety of experimental plans with a minimum number of transitions of factor levels. Methods. The use of experimental design methods allows reducing the price and time costs in the study of various technological processes, devices and systems. Minimizing the number of transitions of levels of factors in terms of the experiment, in turn, leads to a decrease in the cost (time) of its implementation. One of the methods for reducing the number of transitions of levels of factors is the use of the Gray code when constructing a plan of an experiment. It is shown that multi-factor experiments plans constructed using the Gray code have a minimum number of transitions of factor levels, but are not always optimal in terms of the cost (time) of the experiment. For the synthesis of many experimental plans with a minimum number of transitions of levels of factors in searching for the optimal plan for cost (time) costs, a method based on the generation of binary code variants is proposed. Analysis of their characteristics and the choice of sequences that meet specified requirements were conducted. The formation of test plans for an experiment is carried out according to the method based on the generation of variants for constructing plans, determining equivalence classes with respect to a given group P of transformations and forming a set of typical representatives for the selected equivalence classes. Results. Software that implements the proposed methods, which is used in the construction of a set of experimental plans for the number of factors K = 3 with the minimum number of level transitions was developed. Conclusions. The experiments, which were carried out, confirmed the efficiency of the proposed methods and the software implementing them makes it possible to reduce the set of experiment plans for finding the optimal one. The scientific originality of the research is presented by the methods which allow to synthesize many plans of multifactor experiments to reduce the search for optimal plans in price (time) cost. The practical significance of the research results is in the developed software which implements the proposed methods. It can be widely used in the study of technological processes, devices and systems, on which the implementation of an active experiment is possible.
Polynomial solutions for the Kolmogorov-Wiener filter weight function for fractal processes
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Gorev, V. N.; Gusev, A. Yu.; Korniienko, V. I.; Горєв, В. М.; Гусєв, О. Ю.; Корнієнко, В. І.
EN: Context. We consider a Kolmogorov-Wiener filter for fractal random processes, which, for example, may take place in modern information-telecommunication systems and in control of complex technological processes. The weight function of the considered filter may be applied to data forecast in the corresponding systems. Objective. As is known, in the continuous case the Kolmogorov-Wiener filter weight function obeys the Fredholm integral equation of the first kind. The aim of the work is to obtain the Kolmogorov-Wiener filter weight function as an approximate solution of the corresponding integral equation. Method. The truncated orthogonal polynomial expansion method for approximate solution of the Fredholm integral equation of the first kind is used. A set of orthonormal polynomials is used. Results. We obtained approximate results for the Kolmogorov-Wiener weight function for fractal processes with a power-law structure function. The weight function is found as an approximate solution of the Fredholm integral equation of the first kind the kernel of which is the correlation function of the corresponding fractal random process. Analytical results for the one-, two-, three-, four- and five-polynomial approximations are obtained. A numerical comparison of the left-hand and right-hand sides of the integral equation for the obtained weight functions is given for different values of the parameters. The corresponding numerical investigation is made up to the 18-polynomial approximation on the basis of the Wolfram Mathematica package. The applicability of the obtained solutions is discussed. Conclusions. The Kolmogorov-Wiener weight function for fractal processes is obtained approximately in the form of a truncated orthogonal polynomial series. The validity of the obtained weight functions is discussed. The obtained results may be applied to the data forecast in a wide variety of different systems where fractal random processes take place. UK: Актуальність. Ми розглядаємо фільтр Колмогорова-Вінера для випадкових фрактальних процесів, які, наприклад, можуть мати місце в сучасних інформаційно-телекомунікційних системах та у керуванні складними технологічними процесами. Вагова функція фільтру, що розглядається, може бути застосована до прогнозу даних у відповідних системах. Мета роботи. Як відомо, у неперервному випадку рівняння на вагову функцію фільтра Колмогорова-Вінера є рівнянням Фредгольма першого роду. Метою роботи є отримати вагову функцію фільтра Колмогорова-Вінера як наближений розв’язок відповідного інтегрального рівняння. Метод. Використано метод обірваного розвинення за ортогональними поліномами для наближеного розв’язання інтегрального рівняння Фредгольма першого роду. Використано систему ортонормованих поліномів. Результати. Нами отримано наближені результати для вагової функції фільтру Колмогорова-Вінера для фрактальних процесів з степеневою структурною функцією. Вагову функцію знайдено як наближений розв’язок інтегрального рівняння Фредгольма першого роду, ядром якого є кореляційна функція відповідного випадкового фрактального процесу. Аналітичні результати отримано для наближень одного, двох, трьох, чотирьох та п’яти поліномів. Для різних значень параметрів зроблене чисельне порівняння лівої та правої частин інтегрального рівняння для отриманих вагових функцій. Відповідне чисельне дослідження зроблене у математичному пакеті Wolfram Mathematica до наближення 18 поліномів включно. Обговорюється застосовність отриманих результатів. Висновки. Наближено отримано вагову функцію фільтра Колмогорова-Вінера для фрактальних процесів у вигляді обірваного ряду за ортогональними поліномами. Обговорено застосовність отриманих вагових функцій. Отримані результати можуть бути застосовними до прогнозування данних для багатьох різних систем, де мають місце фрактальні процеси.
Method for predicting the durability of electronic equipment
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Zhadnov, V. V.; Kulygin, V. N.; Zotov, A. N.; Жаднов, В. В.; Кулигін, В. Н.; Зотов, А. Н.
EN: Context. Constant growth of spacecraft operating life requirements leads to creating equipment which fits these requirements.From this point of view, specifically durability prediction allows to evaluate the potential of creating equipment with a long operating life. On early stages of equipment’s development analytical methods of durability prediction are used. Obviously, the more precise the estimation is, the more likely that the practical test will confirm the durability predictions. Therefore, improving the engineering techniques of the durability prediction is a relevant problem. Objective. The objective of this research is to improve the quality of design work by enhancing the engineering techniques of the durability prediction, which raise the authenticity of the evaluations. Method. Life of the equipment are calculated using the statistical modelling method (Monte-Carlo method). This method takes into consideration probabilistic characteristics of constituent elements’ life. Results. As a result, the problem of predicting operating life of electronic equipment using the reference data on early stages of development is solved. An analysis of standardized method of durability prediction was performed which revealed existing limitations for using this method when predicting operating life of electronic equipment. An alternate, statistical method of predicting operating life of electronic equipment was suggested and a software implementation was created. Developed software was tested and verified. Analytical experiments were performed to show the authenticity of the suggested method and to compare it to the standardized one. Conclusions. Thus, results of the performed research show that the standardized method is applicable only for calculating the minimum operating time. Also, it was concluded that the truncation parameter of element’s life distribution, variation coefficient of life and some specific qualities of dependability prediction scheme have to be taken into consideration when predicting durability of electronic equipment. UK: Актуальність. Постійне підвищення вимог до строків активного існування космічних апаратів вимагає створення електронних засобів, що відповідають цим вимогам. З цієї точки зору саме показники довговічності дозволяють оцінити принципову можливість створення електронних засобів тривалого функціонування. На ранніх етапах проектування для оцінки показників довговічності застосовуються розрахункові методи. Очевидно, що чим точніше оцінка, тим більша ймовірність того, що при випробуваннях зразків показники довговічності будуть підтверджені. Тому вдосконалення інженерних методик оцінки показників довговічності електронних засобів є актуальним завданням. Мета роботи. Підвищення якості проектних робіт за рахунок вдосконалення інженерних методик розрахунку ресурсу електронних засобів, що дозволяють підвищити точність і достовірність його оцінки. Метод. Для розрахунку ресурсу електронних засобів застосований метод статистичного моделювання (метод Монте-Карло), що дозволяє враховувати імовірнісні характеристики ресурсу комплектуючих елементів. Результати. Розв’язана задача прогнозування ресурсу електронних засобів на основі довідкових даних про характеристиках довговічності елементів на ранніх етапах проектування. Проведено аналіз стандартизованого методу розрахунку показників довговічності і виявлення істотні u1086 обмеження цього методу при прогнозуванні ресурсу електронних модулів. Запропоновано альтернативний метод прогнозування ресурсу електронних модулів, заснований на статичному моделюванні, і створена його програмна реалізація. Проведено тестування розробленого програмного забезпечення. Проведено обчислювальні експерименти з дослідження достовірності запропонованого методу і його порівняння із стандартизованим методом. Висновки. За результатами проведених експериментів показано, що стандартизований метод можна застосовувати тільки для розрахунку мінімального напрацювання і зроблено висновок про необхідність врахування параметра усічення розподілу ресурсу елементів і коефіцієнта варіації ресурсу, а також особливостей схеми розрахунку надійності при прогнозування показників довговічності електронних засобів. електронний засіб
Investigation of a hybrid redundancy in the faulttolerant systems
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Tyurin, S. F.; Тюрін, С. Ф.
EN: Context. Structural redundancy is one of the main ways to create highly reliable devices and systems for critical applications. The object of the study was hybrid redundancy in the Fault-Tolerant Systems, for example in aerospace hardware exposed to radiation. Objective. The goal of the work is the calculation of the complexity and probability of failure-free operation of digital circuits with hybrid redundancy combining tripling, deep tripling, and quadding. The comparison shows that tripling is not always better than a circuit without redundancy over a sufficiently large time interval. Good results are obtained by tripling with three majority voters and deep tripling, but the latter significantly increases the time delay of the signal. The greatest gain in reliability provides quadding at the transistors level, but it is not always possible due to the restrictions of Mead-Conway, in addition, the delay at least is doubled. The article describes proposed method of the combined redundancy taking into account the necessary hardware costs and time delay. Method. Determining the complexity in the units of the conditional number of transistors and maximum signal path from the input to the output in the number of transistors, as well as using the Weibull distribution to estimate the probability of failure-free operation. Simulation of proposed hybrid redundancy in the system NI Multisim by National Instruments Electronics Workbench Group. The failure-free operation probability estimation in the computer mathematics system MathCad. Results. Expressions are obtained for the estimates of complexity, time delay and probability of failure-free operation of redundant digital circuits; curves are built in the Mathcad. Simulation confirms the performance of the proposed redundancy options. Conclusions. The conducted studies allowed us to establish the effectiveness of hybrid redundancy to improve the reliability and the radiation resistance of the digital circuits. UK: Актуальність. Структурне резервування є одним з основних способів створення високонадійних пристроїв та систем для критично важливих додатків. Об’єктом дослідження була гібридна надмірність в відмовостійких системах, наприклад, в аерокосмічному обладнанні, яке знаходиться під впливом радіації. Завдання. Метою даної роботи є розрахунок складності і ймовірності безвідмовної роботи цифрових схем з гібридним резервуванням, що поєднують троїрування (мажоритування), глибоке мажоритування і розчетверування. Порівняння показує, що троїрування не завжди краще, ніж схема без надмірності в кінці чималого інтервалу часу. Хороші результати досягаються шляхом троїрування з трьома мажоритуваннями і глибоке мажоритування, але останнє значно збільшує часову затримку сигналу. Найбільший виграш в надійності досягається за рахунок розчетверування на рівні транзисторів, але це не завжди можливо через обмеження Міда-Конвей, крім того, затримка як мінімум подвоюється. У статті описаний запропонований метод комбінованого резервування з урахуванням необхідних апаратних витрат і часу затримки. Метод. Визначення складності в одиницях умовного числа транзисторів і максимального шляху проходження сигналу від входу до виходу за кількістю транзисторів, а також використання розподілу Вейбулла для оцінки ймовірності безвідмовної роботи. Моделювання передбачуваної гібридної надмірності в системі NI Multisim від National Instruments Electronics Workbench Group. Оцінка ймовірності безвідмовної роботи в системі комп’ютерної математики MathCad. Результати. Отримані вирази для оцінки складності, з невеликою затримкою і ймовірністю безвідмовної роботи резервованих цифрових схем; графіки будуються в Mathcad. Моделювання підтверджує ефективність запропонованих варіантів резервування. Висновки. Проведені дослідження дозволили встановити ефективність гібридного резервування для підвищення надійності і радіаційної стійкості цифрових схем.
Моделирование ограничения тока в фотоэлектрических системах солнечных батарей с использованием самовосстанавливающихся предохранителей «Polyswitch
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Тонкошкур, А. С.; Накашидзе, Л. В.; Тонкошкур, О. С.; Накашидзе, Л. В.; Tonkoshkur, A. S.; Nakashidze, L. V.
RU: Актуальность. Решение задачи повышения надежности солнечных батарей, включая устранение нештатных (пожароопасных) ситуаций на основе разработки методов и средств предотвращения токовых перегрузок в их фотоэлектрических системах. Цель. Изучение перспективы минимизации токовых перегрузок в фотоэлектрических системах солнечных батарей путем применения недорогостоящих элементов функциональной электроники, в частности, относительно новых и, получивших широкое распространение, самовосстанавливающихся предохранителей типа «Polyswith». Метод. Предложено схемное решение и методом моделирования обоснованы возможности использования предохранителей типа Polyswitch для предотвращения и минимизации токовых перегрузок в фотоэлектрических системах солнечных батарей. Результаты. Проанализировано влияние величины сопротивления в проводящем состоянии и тока срабатывания предохранителей на вольт-амперные и вольт-ваттные характеристики параллельных соединений фотоэлектрических преобразователей и их модулей. Выводы. Показано, что эффективное ограничение тока при наличии короткого замыкания при таком соединении фотоэлектрических компонент может быть реализовано при выполнении следующих условий: – сопротивление предохранителя в проводящем состоянии значительно меньше параллельного соединения последовательных сопротивлений фотоэлектрических компонент; – ток срабатывания предохранителя должен быть больше тока короткого замыкания отдельного фотоэлектрического компонента и меньше тока их параллельного соединения. UK: Актуальність. Рішення завдання підвищення надійності сонячних батарей, включаючи усунення нештатних (пожежонебезпечних) ситуацій, на основі розробки методів і засобів запобігання струмових перевантажень в їх фотоелектричних системах. Мета. Вивчення перспективи мінімізації струмових перевантажень у фотоелектричних системах сонячних батарей шляхом застосування недорогих елементів функціональної електроніки, зокрема відносно нових і тих, що набули широкого поширення, самовідновлюваних запобіжників типу «Polyswith». Метод. Запропоновано схемне рішення і методом моделювання обґрунтовані можливості використання запобіжників типу Polyswitch для запобігання та мінімізації струмових перевантажень у фотоелектричних системах сонячних батарей. Результати. Проаналізовано вплив величини опору в провідному стані та струму спрацьовування запобіжників на вольт-амперні та вольт-ватні характеристики паралельних з’єднань фотоелектричних перетворювачів і їх модулів. Висновки. Показано, що ефективне обмеження струму за наявності короткого замикання при такому з’єднанні фотоелектричних компонент може бути реалізовано при виконанні таких умов: – опір запобіжника в провідному стані значно менше послідовного опору фотоелектричного компонента; – струм спрацьовування запобіжника повинен бути більшим струму короткого замикання окремого фотоелектричного компонента і меншим струму їх паралельного з’єднання. EN: Context. Solving the problem of increasing the reliability of solar cells, including the elimination of abnormal (fire hazardous) situations based on the development of methods and means to prevent current overloads in their photovoltaic systems. Objective. The study of the prospects of minimizing current overloads in photovoltaic systems of solar cells through the use of low-cost elements of functional electronics in particular rather new and widely used self-healing fuses of the type “Polyswith” Method. A circuit design is proposed and the modeling method makes it possible to use Polyswitch-type fuses to prevent and minimize current overloads in photovoltaic solar panels. Results. The influence of the magnitude of the resistance in the conducting state and the current of operation of the fuses on the current-voltage and voltage-watt characteristics of parallel connections of photoelectric converters and their modules is analyzed. Conclusions. It is shown that an effective current limitation in the presence of short-circuits with such a connection of photovoltaic components can be realized under the following conditions: – the resistance of the fuse in the conducting state is much less than the consistent resistance of the photoelectric component; – the current of the fuse should be greater current of short circuit of a separate photoelectric component and less current of their parallel connection.

Browse

Recent Submissions