Радіоелектроніка, інформатика, управління - 2018, №2 (45)

Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27989

Browse

Now showing 1 - 20 of 20

Intelligent support of multilevel functional stability of control and navigation systems
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Firsov, S. N.; Pishchukhina, O. A.; Фірсов, С. М.; Піщухіна, О. О.
EN: Ensuring functionally steady operation of dynamic objects’ movement in the presence of abnormal situations is one of the most prospective research problems in the area of technical diagnostics and restoration of system operability. Use of intelligent control methods and algorithms for solving this scientific and technical task can significantly extend the functionality and improve the performance of control systems. The aim is the formation of an approach to determine the control effect that ensures the functional stability of the CNS in the presence of abnormal situations. Method. The concept of ensuring functionally stable control of dynamic objects’ movement has been offered. Well-known diagnostic methods and tools have been systematized and on that basis new models and methods for deep diagnosis of the functional state of the control and navigation systems up to the reason of abnormality have been developed. Models and methods for multi-level parrying of the reason of abnormal situations through control over the diagnosis have been synthesized, they use such redundant resources as signal and parametric adjustment, reconfiguration of algorithms and commutation of equipment. Results. The results of the solution of a number of combined scientific and technical problems aimed at the multilevel ensuring of the functional stability of CNS have been presented. Conclusion. Analyses of tendencies of theoretical investigation and practical achievements in ensuring functionally steady control of CNS at occurrence of abnormal situations has been carried out. The concept of intelligent support of the functionally steady control of CNS has been developed. The concept is based on the principles of multilevel hierarchical diagnosis of CNS to the parried reason of abnormal situation, as well as on the situational approach to eliminate the consequences of failures in accordance with the level of its application. As a result of analysis and synthesis of known approaches to diagnosing the technical state of dynamic objects, the new models and methods for deep diagnosis of the CNS’ functional state have been formed, that makes possible to determine the failure up to the reason of abnormality. Models and methods for multi-level parrying of abnormality through control over the diagnosis with the use of available intelligent on-board resources have been offered. A hardware-software complex for experimental research of theoretical positions have been developed, and conducted experiments have been verified the possibility of extending the functionality of the system to counter abnormal situations. As a result of conducted experiments in real-time scale, diagnosis and restoration of CNS’ functional state during a time not exceeding 42.2%–48.4% of the transient time of the system in normal operation mode have been implemented. UK: Актуальність. Забезпечення функціонально стійкого управління рухом динамічних об’єктів за наявності нештатних ситуацій є однією з найбільш перспективних дослідницьких задач в області технічного діагностування та відновлення працездатності систем. Використання методів і алгоритмів інтелектуального управління для вирішення даної науково-технічної проблеми дозволяє значно розширити функціональні можливості і поліпшити показники якості систем управління. Мета роботи – формування підходу до визначення керуючого впливу, що забезпечує функціональну стійкість систем керування та навігації (СКН) в нештатних ситуаціях. Метод. Запропоновано концепцію забезпечення функціонально стійкого управління рухом динамічних об’єктів. Систематизовано відомі інструментальні засоби діагностування, на підставі яких розроблені нові моделі і методи глибокого діагностування функціонального стану систем управління рухом і навігації з точністю до причини позаштатної ситуації. Синтезовано моделі і методи багаторівневого парирування причин нештатних ситуацій за допомогою управління за діагнозом такими надмірними засобами, як сигнальне і параметричне підстроювання, реконфігурація алгоритмів і комутація апаратури. Результати. Наведено результати вирішення комплексу взаємопов’язаних науково-технічних задач, спрямованих на багаторівневе забезпечення функціональної стійкості систем керування та навігації. Висновки. Проведено аналіз тенденцій теоретичних досліджень та практичних розробок щодо забезпечення функціонально стійкого управління систем керування та навігації за появи нештатних ситуацій. Розроблено концепцію інтелектуального забезпечення функціонально стійкого управління СКН. Концепція базується на принципах багаторівневого ієрархічного діагностування СКН до причини нештатної ситуації, а також ситуаційному підході усунення наслідків відмов відповідно до рівня його застосування. В результаті аналізу і синтезу відомих підходів до діагностування технічного стану динамічних об’єктів сформовано нові моделі і методи глибокого діагностування функціонального стану СКН, що дозволяють визначити відмову з точністю до причини позаштатної ситуації. Запропоновано моделі та методи, що забезпечують багаторівневе парирування нештатних ситуацій СКН в результаті управління за діагнозом з використанням наявних засобів інтелектуалізації бортового обладнання. Розроблено апаратно-програмний комплекс для експериментального дослідження теоретичних положень, що підтвердило можливість розширення функціональних можливостей системи для парирування нештатних ситуацій. В результаті проведення експериментів у реальному масштабі часу забезпечено діагностування та відновлення функціонального стану СКН за час, що не перевищує 42.2%-48.4% часу перехідного процесу системи в штатному режимі функціонування.
Исследование циклического расписания для модели сетевого динамического объекта реального времени
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Святный, В. А.; Иванов, А. Ю.; Иванов, Ю. А.; Святний, В. А.; Іванов, О. Ю.; Іванов, Ю. О.; Svjatnij, V. A.; Ivanov, A. Y.; Ivanov, Y. A.
RU: Актуальность. Рассмотрено создание моделей автоматизированных систем управления проветриванием, предназначенных для предотвращения возникновения аварийных ситуаций в шахтной вентиляционной сети. Решается задача исследования и реализации программных средств моделирования, которые дают возможность выполнения экспериментов с реальными наукоемкими объектами. Цель работы – повышение эффективности цифровой полунатурной модели шахтной вентиляционной сети за счет разработки способа организации вычислительного процесса, учитывающего разночастотные параметры моделей, и его оптимизации. Метод. Исследован, разработанный авторами, алгоритм планирования и реализация циклического расписания для модели динамического объекта реального времени, представленного шахтной вентиляционной сетью. Анализ математической модели аэродинамических процессов позволил отнести ее к классу жестких систем реального времени. Вычисления фазовых переменных, изменяющихся с различной скоростью, выполняется путем расщепления исходного алгоритма на параллельные потоки в программной модели. Численное интегрирование системы дифференциальных уравнений математической модели объекта выполнено в соответствии с алгоритмом статических приоритетов и управлением при помощи временной шкалы теории расписаний. Определена допустимость расписаний для директивных сроков переменных объекта. Алгоритм планирования учитывает временные параметры программных средств как однопроцессорных, так и симметричных мультипроцессорных систем. Результаты. Анализ результатов моделирования предложенной модели с использованием циклических расписаний показывает соответствие получаемых результатов моделирования эталонным. Выводы. Основным достоинством модели является повышение производительности при выполнении обработки данных за счет уменьшения использования процессорного времени. Реализованный алгоритм циклического расписания полунатурной моделирующей платформы используется для последующей разработки системы управления технологическими и аварийными режимами проветривания в шахтах. UK: Актуальність. Розглянуте створення моделей автоматизованих систем управління провітрюванням призначених для запобігання виникненню аварійних ситуацій в шахтній вентиляційній мережі. Вирішується задача дослідження та реалізації програмних засобів моделювання, які дають можливість виконання експериментів з реальними наукомісткими об’єктами. Мета роботи – підвищення ефективності цифрової напівнатурної моделі шахтної вентиляційної мережі за рахунок розробки способу організації обчислювального процесу, що враховує різночастотні параметри моделей, та його оптимізація. Метод. Виконано дослідження розробленого алгоритму планування та реалізація циклічного розкладу для моделі динамічного об’єкту реального часу представленого шахтною вентиляційною мережею. Аналіз математичної моделі аеродинамічних процесів дозволив віднести її до класу жорстких систем реального часу. Обчислення фазових змінних, що змінюються із різною частотою, виконуються шляхом розщеплення початкового алгоритму на паралельні потоки програмної моделі. Чисельне інтегрування системи диференційних рівнянь математичної моделі об’єкта виконано відповідно з алгоритмом статичних пріоритетів та керуванням за допомоги часової шкали теорії розкладів. Визначена допустимість розкладів для директивних строків змінних об’єкту. Алгоритм планування враховує параметри програмних засобів як однопроцесорних, так і симетричних мультипроцесорних систем. Результати. Аналіз результатів моделювання запропонованої моделі з використанням циклічних розкладів показав відповідність отриманих результатів моделювання до еталонних. Висновки. Основною перевагою моделі є підвищення продуктивності при виконані обробки даних за рахунок зменшення використання процесорного часу. Реалізований алгоритм циклічного розкладу напівнатурної моделюючої платформи використовується для наступної розробки систем управління технологічними та аварійними режимами провітрювання у шахтах. EN: Context. Development of models of automated control systems for ventilation, designed to prevent emergencies in the mine ventilation network, is considered in the paper. The task of research and implementation of software modeling tools that allows the execution of experiments with real science-intensive objects is being solved. Objective is to improve effectiveness of the real-time model of a mine ventilation network by developing and optimizing a method for organizing a computational process that considers the different frequency parameters of the models. Method. We proposed and investigated the algorithm of scheduling and implementation of the cyclic schedule for the model of the dynamic real-time object, presented by the mine ventilation network. We analyzed the mathematical model of aerodynamic processes and classified it as a stiff real-time system. Calculations of phase variables with varying velocities are performed by splitting the original algorithm into parallel flows in the program model. Numerical integration of the differential equations system of the mathematical model of the object is performed in accordance with the algorithm of static priorities and controlled using the time scale. The schedules feasibility is determined for the target object limited parameters. The scheduling algorithm considers the time parameters of software tools for both uniprocessor and symmetric multiprocessor systems. Results. Analysis of simulation results of the proposed model with using cyclic schedules shows the correspondence of the obtained modeling results to the reference one. Conclusions. The main advantage of the model is the performance increase when performing data processing due to the reduction of the CPU usage time. Implemented cyclic schedule algorithm for real-time simulation platform can be used for development of control system for technological and emergency modes of ventilation in mines.
Метод формирования объема работ для программ испытаний на основе нечеткого вывода
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Шитикова, Е. В.; Табунщик, С. С.; Табунщик, Галина Владимировна; Шитікова, О. В.; Табунщик, С. С.; Табунщик, Галина Володимирівна; Shytikova, O.; Tabunshchyk, S.; Tabunshchyk, G.
RU: Актуальность. Снижение затрат процесса испытаний может быть достигнуто за счет рационального планирования всех работ и оптимального распределения ресурсов. Одним из основных документов, регламентирующих цель и задачи испытаний, объем, порядок и методы проведения работ, является программа испытаний, процесс создания которой представляется как последовательность взаимосвязанных задач. В виду высоких затрат материальных и нематериальных ресурсов повышение качества проведения испытаний возможно за счет обоснованного выбора объема работ и контролируемых переменных. Объектом исследования является процесс испытаний сложных технических систем. Предметом исследования – методы сбора и анализа параметров работы, контролируемых в процессе испытаний сложной технической системы. Цель работы – разработка метода формирования объема работ для программ испытаний сложных технических систем. Метод. На основе разработанной ранее теоретико-множественной модели программы испытаний получен метод формирования объема работ для программы испытаний сложных технических систем, основанный на комбинации прямого логического вывода для формирования множества контролируемых параметров и нечетком логическом выводе для композиции работ, проведение которых целесообразно за один запуск сложной технической системы. Комбинация различных видов работ позволяет снизить прямые затраты и уменьшить стоимость процесса испытаний. Результаты. Разработанный метод апробирован для испытаний газотурбинных установок наземного применения. В соответствии с классификацией затрат на процесс испытаний, использование метода формирования работ для программы испытаний позволило снизить затраты на ресурсы труда, капитала и альтернативные ресурсы, за счет сокращения количества экспериментов для подтверждения работоспособности газотурбинной электростанции. Выводы. Разработанный метод формирования объема работы для программы испытаний сложных технических систем позволяет комбинировать работы, которые возможно выполнить за один запуск сложной технической системы. Применение разработанного метода позволило снизить затраты процесса испытаний за счет уменьшения времени и трудозатрат на создание программы испытаний, а также снижения количества запусков газотурбинной установки наземного применения при увеличении объема проведенных исследований за один запуск. UK: Актуальність. Зниження витрат процесу випробувань може бути досягнуто за рахунок раціонального планування всіх робіт і оптимального розподілу ресурсів. Одним з основних документів, що регламентує мету і завдання випробувань, обсяг, порядок і методи проведення робіт, є програма випробувань, процес створення якої представляється як послідовність взаємопов’язаних завдань. У зв’язку зі значними матеріальними і нематеріальними витратами ресурсів, підвищення якості проведення випробувань можливо за рахунок обґрунтованого вибору обсягу робіт і контрольованих змінних. Об’єктом дослідження є процес випробувань складних технічних систем. Предметом дослідження – методи збору та аналізу параметрів роботи, що контролюються під час випробувань складних технічних систем. Мета роботи – розробка методу формування обсягу робіт для програм випробувань складних технічних систем. Метод. Розроблено метод формування обсягу робіт для програми випробувань складних технічних систем, заснований на комбінації прямого логічного виведення для формування множени параметрів, що контролюються і нечіткому логічному виведення для композиції робіт, проведення яких доцільно за один запуск складної технічної системи. Комбінація різноманітних видів робіт дозволяє знизити прямі витрати та зменшити вартість процесу випробувань. Результати. Розроблений метод апробований для планування випробувань газотурбінних установок наземного використання. Відповідно до класифікації витрат на процес випробувань, використання метода формування робіт для програми випробувань дозволило знизити витрати на ресурси труда, капіталу та альтернативні ресурси, за рахунок зниження кількості експериментів для підтвердження працездатності газотурбінної електростанції. Висновки. Розроблений метод формування об’єму робіт для програми випробувань складних технічних систем дозволяє комбінувати роботи, що можливо виконати за один запуск складної технічної системи. Застосування розробленого методу дозволило знизити витрати процесу випробувань за рахунок зменшення часу та трудовитрат на створення програми випробувань, а також зниження кількості запусків газотурбінної установки наземного використання при збільшенні обсягу проведених досліджень за один запуск. EN: Actuality. Test process costs can be reduced by rational planning of all works and the optimal allocation of the resources. One of the main documents which regulate the purpose and tasks of the test process, its’ scope, procedure and methods of carrying out the work, is a test program. The process of it creation is represented as a sequence of interrelated tasks. In the view of the high costs of material and non-material resources, the improvement of the testing is possible due to a reasonable choice of scope of work and controlled variables. The object of the research – the test process of the compound technical system. The subject of the research – the method for collection and analysis of controlled parameters within test process of the compound technical system. Goal of the research is to develop a method for forming the scope of testing workflows which will be included in the compound technical system test program. Method. A method for forming of the testing workflows scope for a test program for compound technical systems is developed by the authors. It is based on a combination of direct logical inference for the formation of a set of monitored parameters and a fuzzy logical conclusion for the composition of works that are expedient for one launch of the compound technical systems. Combination of different work types reduces direct costs and reduces the test process cost. Results. Developed method was used for the tests of the gas turbine unit for terrestrial usage. According to the test costs classification, usage of the suggested approach for forming test process workflows reduced labor costs, capital (materials) resources and alternative resources, due to the reducing of experiments number for a gas turbine power station. Conclusions. Method for workflows forming for test program of compound technical systems allows combining working processes, which are possible to run within one launch of the technical system. The application of the method has reduced test process costs by reducing time and man-hour for creation of test program, as well as reducing number of launches of the gas turbine unit, with the increase of work scope for one launch.
Алгоритм побудови графу потоку керування за текстом програми мовою С
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Федасюк, Д. В.; Чопей, Р. С.; Fedasyuk, D. V.; Chopey, R. S.
UK: Актуальність. Робота присвячена проблемі автоматизованої побудови графу потоку керування за текстом програми мовою С, що є важливим етапом структурного тестування вбудованих систем. Мета роботи – створення алгоритму побудови графу потоку керування за текстом програми, що має високу швидкість роботи та дозволяє подальше застосування існуючими засобами автоматизованого тестування. Метод. Запропоновано алгоритм побудови графу потоку керування за текстом програми мовою С, який здійснює попередню обробку вхідного тексту програми шляхом видалення коментарів та порожніх рядків, визначає кількість вершин та ребер графу потоку керування на основі синтаксичного аналізу тексту програм, а також формує, заповнює та зберігає матрицю інцидентності в окремому текстовому файлі, що дозволяє подальше використання засобами тестування, які у якості вхідних даних приймають граф потоку керування, окрім того, текстовий файл може використовуватись засобами для графічного представлення графу потоку керування. Результати. Розроблено програмний модуль, що реалізує запропонований алгоритм, який використано при проведенні експериментів з дослідження залежності часу побудови графу потоку керування від кількості рядків тексту програми. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого алгоритму та розробленого на його основі програмного модуля, довели придатність результатів роботи алгоритму, що дозволяє рекомендувати його для подальшого застосування засобами автоматизованого тестування для зменшення часових витрат на тестування вбудованого програмного забезпечення. EN: Actuality. The work considers the problem of automated construction of the control flow graph using the text of a program written in C. The graph construction is an important step in the structural testing of embedded systems. Objective. The work is aimed at creation of a fast algorithm for constructing the control flow graph from a source code. Such an automatically generated graph can be used by existing tools for automated testing. Method. We propose an algorithm for constructing the control flow graph from the program written in C language, which preprocesses the source code of the program by removing comments and blank lines, determines the number of vertices and edges of the control flow graph by means of program text syntactic analysis, and then formats, fills and stores the incidence matrix in a separate text file. This file can be passed as input data for some existing automated testing tools. Moreover, the content of the text file can be visualized by existing tools for graphic representation of graphs. Results. We’ve developed a software module that implements the proposed algorithm. The module can be used for experiments aimed at studying the dependence of the control flow graph’s time construction on the amount of lines in a source code. Conclusions. The conducted experiments confirmed the operability of the proposed algorithm and the software module developed on its basis. The results have proved the applicability of the algorithm, thus it can be recommended for further use together with automated testing tools to reduce the time required for testing of embedded software.
Factorial code with a given number of inversions
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Faure, E. V.; Shcherba, A. I.; Kharin, A. A.; Фауре, Є. В.; Щерба, А. И.; Харин А. А.
EN: Factorial coding with data recovery by permutation provides complex information protection from unauthorized reading and errors in communication channel and has the property of self-synchronization. At the same time, such coding does not allow to detect all low-weight errors that leads to a relatively small increase of reliability. The purpose of this work is to develop and study the method of factorial coding with a given number of inversions aimed at increasing the reliability of information transmission, by introducing additional redundancy by choosing a class of permutations that satisfy the given criterion. Method. The main idea of the proposed method is to introduce artificial redundancy by reducing the cardinality of used permutations. Such an approach makes it possible to select from a whole set of permutations a class that possesses the necessary, pre-assigned properties. It was suggested to use the correspondence of the number of permutation inversions to a given class of residues as a sign of belonging to the permutation class in use. A theoretical evaluation of code parameters was performed. Results. Signal-code constructions for the factorial code with a given number of inversions under the order of permutations M=8 are constructed. For each of the possible classes, the cardinality, code rate, estimates of the probability of undetected error and the relative transmission rate for systems with decision feedback and independent bit errors were investigated. It is shown that the code parameters are not invariant with respect to the selected class of residues for a given modulus. The structural schemes of encoding and decoding devices are developed. Conclusions. The method of factorial coding with data recovery by permutation has been developed. The use of permutations with a number of inversions that belongs to the selected class of residues allowed increasing the reliability of transmission in exchange for the loss of code rate. UK: Актуальність. Факторіальне кодування з відновленням даних за перестановкою забезпечує комплексний захист інформації від несанкціонованого читання і помилок в каналі зв’язку і має властивість самосинхронізації. У той же час, таке кодування не дозволяє виявити всі помилки малої кратності, що призводить до порівняно невеликого показника підвищення достовірності. Метою цієї роботи є розробка та дослідження методу факторіального кодування з заданим числом інверсій, спрямованого на підвищення достовірності передавання інформації за рахунок введення додаткової надлишковості шляхом вибору класу перестановок, які відповідають заданому критерію. Метод. Основна ідея пропонованого методу полягає в штучному внесенні надлишковості за рахунок зменшення потужності використовуваних перестановок. Такий підхід дозволяє з усієї множини перестановок виділити клас, який володіє необхідними, наперед заданими, властивостями. У якості ознаки приналежності до використовуваного класу перестановок у роботі запропоновано використовувати відповідність числа їх інверсій заданому класу лишків. Виконано теоретичну оцінку параметрів коду. Результати. Побудовано сигнально-кодові конструкції для факторіального коду з заданим числом інверсій для порядку перестановок М=8. Для кожного з можливих класів досліджено потужність, швидкість коду, оцінку ймовірності невиявленої помилки і відносної швидкості передавання для систем з вирішальним зворотним зв’язком і незалежними бітовими помилками. Показано, що параметри коду не є інваріантними по відношенню до вибраного класу лишків для заданого модуля. Розроблено структурні схеми пристроїв кодування та декодування. Висновки. Отримав подальший розвиток метод факторіального кодування з відновленням даних за перестановкою, який за рахунок використання перестановок, число інверсій у яких належить обраному класу лишків, дозволив підвищити достовірність передавання в обмін на втрату швидкості коду.
Development of WFTA based on the hashing array
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Prots’ko, I. O.; Teslyuk, V. M.; Процько, І. О.; Теслюк, В. М.
EN: method of efficient computation of DFT using cyclic convolutions for sizes of integer power of two has been considered. The further development of Winograd Fourier transform algorithm based on a hashing array has been proposed. The research object is the process of the reformulation the basis matrix of DFT into the block-cyclic structures. The research subject lays in the technique of the reformulation the basis matrix of DFT for sizes of integer power of two into the block-cyclic structures. Objective. The purpose of the work is the analysis of the structure specifics the left-circulant submatrices of the basis square matrix WN for sizes of transform N = 2i using the hashing arrays. Method. The article considers a technique for the efficient computation of DFT using cyclic convolutions for sizes of integer power of two, which is based on the cyclic decomposition of substitution. A hashing array has been proposed for the compressed description of the block-cyclic structure of discrete basis matrix and for the efficient computation of DFT for sizes of integer power of two. Results. A generalized block-cyclic structure of discrete basis matrix for the efficient computation of DF using cyclic convolutions for sizes of an integer power of two based on the hashing arrays has been determined. The proposed technique is relevant for concurrent programming of DFT and for its implementation in parallel systems. Conclusions. A general block-cyclic structure of basis matrix of DFT is regularly formed with an increase in the value of the exponent of two and is recommended for use in practice when developing the efficient means of DFT. The prospects for further research will include the formation of block-cyclic structure of basis matrix of DFT for arbitrary sizes. UK: Актуальність. Розглянуто метод ефективного обчислення ДПФ з використанням циклічних згорток для обсягів цілої степені два. Проаналізовано подальший розвиток Алгоритму Вінограда перетворення Фур’є на основі твірного масиву. Об’єктом дослідження є процес реформулювання базисної матриці ДПФ в блочно-циклічні структури. Предмет дослідження полягає в методі реформулювання базисної матриці ДПФ обсягів цілої степені два в блочно-циклічні структури. Мета роботи полягає в проведенні аналізу особливостей розміщення ліво-циркулянтних підматриць в структурі базисної квадратної матриці WN для обсягів перетворення N = 2i на основі використання твірних масивів. Метод. У статті розглядається методика ефективного обчислення ДПФ з використанням циклічних згорток для обсягів рівних цілій степені два, що базується на циклічному розкладі підстановки. Запропоновано застосування твірного масиву для стислого опису і обчислення блочно-циклічної структури дискретної базисної матриці ДПФ обсягів цілої степені два. Результати. Визначено загальну блочно-циклічну структуру дискретної базисної матриці для ефективного обчислення ДПФ з використанням циклічних згорток для обсягів цілої степені два на основі твірних масивів. Запропонована методика актуальна для паралельного програмування ДПФ та реалізації в паралельних обчислювальних системах. Висновки. Загальна блочно-циклічна структура базисної матриці ДПФ регулярно нарощується зі збільшенням значення показника цілої степені два і рекомендується для використання на практиці при розробці ефективних засобів ДПФ. Перспективи подальших досліджень включатимуть формування блочно-циклічних структур базисної матриці ДПФ для довільних розмірів.
Application of the system analysis of implementation of the instrumental method of navigation on inland waterways of Ukraine
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Panin, V. V.; Doronin, V. V.; Aleynikov, V. M.; Панін, В. В.; Доронін, В. В.; Алейніков, В. М.
EN: The task of applying the scientific approach to the introduction of a modern navigation system on inland waterways of Ukraine is considered to solve, first of all, weakly structured problems characterized by the presence of an uncertainty factor and containing both formalized and unformulated elements that are not translated into the language of mathematics. Objective – development of the methodology of system analysis at the stage of introduction of the instrumental method of navigation on inland waterways of Ukraine, which guarantees high quality of modeling in accordance with the exact criteria of navigation and economy. Method. An approach to data processing is proposed, which is based on the study of the properties of the system with her further formalization. A model of the layout of the system based on electronic chart systems is developed, characterizing the fulfillment of the assigned tasks with an increased probability of safe navigation. The features of the state of the system using a mathematical model in the form of an undirected graph are considered. An algorithm for realizing the functional stability of the system is proposed. The results of the experiments make it possible to recommend the proposed method for introducing the instrumental method of navigation on inland waterways of Ukraine. Results. The parameters of experimental research of the functioning of the stages of the functional stability of the coastal infrastructure and ship navigation equipment have been developed. Conclusions. In the process of research a set of procedures that contain elements of scientific novelty are used and are aimed at formulating a problem situation, proposing a set of alternatives that are compared with performance criteria using the system stability factors. UK: Актуальність. Вирішено завдання застосування наукового підходу щодо впровадження сучасної системи навігації на внутрішніх водних шляхах України у вигляді вирішення в першу чергу слабоструктурованих проблем, що характеризуються наявністю фактора невизначеності і містять як формалізовані, так і неформалізовані елементи, що не перекладаються на мову математики. Мета роботи – розробка методики системного аналізу на етапі впровадження інструментального методу навігації на внутрішніх водних шляхах України, яка гарантує високу якість моделювання згідно з точнісними критеріями судноплавства і економічності. Метод. Запропонований підхід до обробки даних, який заснований на вивченні властивостей системи з подальшою її формалізацією. Розроблена модель компонування системи на базі електронно-картографічних систем, що характеризує виконання поставлених завдань з підвищеною ймовірністю безпечного плавання. Розглянуто особливості стану системи з використанням математичної моделі у вигляді неорієнтованого графа. Запропонований алгоритм реалізації функціональної стійкості системи. Результати експериментів дозволяють рекомендувати запропонований метод для впровадження інструментального методу навігації на внутрішніх водних шляхах України. Результати. Відпрацьовані показники експериментальних досліджень процесу функціонування етапів функціональної стійкості берегової інфраструктури і суднового навігаційного обладнання. Висновки. У процесі дослідження використаний комплекс процедур, що мають елементи наукової новизни і спрямовані на формулювання проблемної ситуації, висунення множини альтернатив, які зіставляються з критеріями ефективності із застосуванням коефіцієнтів стійкості системи.
Design automation of easy-tested digital finite state machines
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Mіrosсhnyk, M. A.; Pakhomov, Y. V.; Shkil, A. S.; Kulak, E. N.; Kucherenko, D. Y.; Мірошник, М. А.; Пахомов, Ю. В.; Шкіль, О. С.; Кулак, Е. М.; Кучеренко, Д. Ю.
EN: Context. The relevance of the work is to provide minimal additional hardware costs during design automation of easy-tested digital devices, which are represented by models of control finite state machines on hardware description languages. Objective. To develop procedures of models’ constructing of easy-tested control finite state machines on hardware description languages and estimate hardware costs for different methods of hardware redundancy introduction to HDL-models of finite state machines. Method. The introduction to HDL-models of control finite state machines, which are presented in the form of the FSM template, hardware redundancy (additional fragments of the HDL-code), providing the forcing setting of finite state machine into an arbitrary state without the use of synchronizing sequences. For implementation of this approach, the method of FSM’s state table extending is applied, which ensures the mode of bypassing of all nodes of FSM’ state diagram in the diagnostic mode. Results. Simulation of extended VHDL-models of the control FSM using Active-HDL confirmed the operability of this approach. Synthesis of these models using CAD XILINX ISE confirmed the receipt of testable structures and showed the minimum hardware costs for the method associated with the extension of the state table, in comparison with the organization of the shift register in the Scan Path mode. Conclusions. The task of computer-aided design of testable control finite state machine on the basis of application of FSM’ setting methods into given state is solved in the work. The optimal way of the setting organization into an arbitrary state of the control FSM is to expand the state table, which improves the controllability of FSM’ states and leads to the structure’ transformation of their HDL-models into easy-tested ones. The scientific novelty of the work is the transformation of control FSM’ models on hardware description languages, which is realized by introduction of the additional symbol to the state table, providing the settings of the FSM into an arbitrary state without the use of synchronizing sequences. The practical significance of obtained results is to confirm the optimality, in terms of additional hardware costs, of the setting method of the control FSM into an arbitrary state by introducing the additional symbol into the state table. UK: Актуальність роботи полягає в забезпеченні мінімальних додаткових апаратурних витрат при автоматизованому проектуванні легкотестованих цифрових пристроїв, представлених моделями кінцевих автоматів, що управляють, на мовах опису апаратури. Мета роботи. Розробити процедури побудови моделей легкотестованих автоматів, що управляють, на мовах опису апаратури і оцінити апаратурні витрати для різних способів надання апаратурної надмірності в HDL-моделі автоматів. Метод. Внесення в HDL-моделі кінцевих автоматів, що управляють, представлених у формі автоматного шаблону, апаратурної надмірності (додаткових фрагментів HDL-коду), які забезпечують примусову установку автомата в довільний стан без використання синхронізуючих послідовностей. Для реалізації цього підходу застосований метод розширення таблиці переходів-виходів автомата, який забезпечує режим обходу усіх вершин графа переходів автомата (станів) в режимі діагностування. Результати. Моделювання розширених HDL-моделей автомата, що управляє, засобами Active-HDL підтвердило працездатність цього підходу. Синтез цих моделей інструментальними засобами автоматизованого проектування XILINX ISE підтвердив отримання тестопридатних структур і показав мінімальні апаратурні витрати для методу, пов’язаного з розширенням таблиці переходів-виходів, в порівнянні з організацією зсувного регістра в режимі Scan Path. Висновки. У роботі вирішено завдання автоматизованого проектування тестопридатних автоматів, що управляють, на основі застосування методів установки автоматів в заданий стан. Оптимальним з точки зору апаратурних витрат способом організації установки в довільний стан автоматів, що управляють, є розширення таблиці переходів-виходів, яке підвищує керованість станів автомата і призводить до перетворення структури їх HDL-моделей в легкотестовані. Наукова новизна роботи полягає у подальшому розвитку методів підвищення тестопридатності кінцевих автоматів за рахунок розширення вхідного алфавіту в HDL-моделях у формі автоматного шаблону, що дало можливість автоматизувати процес проектування легкотестованих автоматів з використанням мов опису апаратури. Практична цінність отриманих результатів полягає у розробці процедур внесення надлишковості і розширення вхідного алфавіту в HDL-моделях кінцевих автоматів у формі автоматного шаблону шляхом внесення додаткових умовних операторів у HDL-код, які забезпечують встановлення автомату у довільний стан. Розроблені процедури можуть бути застосовані при розробці додаткового програмного модуля САПР цифрових пристроїв, який буде в автоматизованому режимі формувати HDL-код легкотестованого кінцевого автомату.
Подход к анализу и оптимизации моделей бизнес-процессов в нотации BPMN
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Копп, А. М.; Орловский, Д. Л.; Копп, А. М.; Орловський, Д. Л.; Kopp, A. M.; Orlovskyi, D. L.
RU: Актуальность. В настоящее время все больше организаций представляют знания о своей деятельности с точки зрения бизнес-процессов. В то же время, построение моделей бизнес-процессов носит субъективный характер, что приводит к возникновению ошибок, связанных с компетентностью аналитика, либо, к примеру, с недостаточно подробным описанием предметной области. Таким образом, перед тем, как модели бизнес-процессов будут использованы для сбора, хранения и распространения организационных знаний, они должны быть проанализированы с точки зрения наличия различного рода недостатков. Цель. Целью работы является разработка подхода к анализу и оптимизации моделей бизнес-процессов, используемых для представления организационных знаний. Метод. В работе было рассмотрено и дополнено формальное представление моделей бизнес-процессов на основе ориентированных графов. Были рассмотрены и формализованы правила построения моделей бизнес-процессов. На основе характеристики структурной избыточности графа, а также коэффициента сбалансированности моделей бизнес-процессов, был предложен коэффициент структурного соответствия моделей бизнес-процессов правилам построения. С учетом формализованных правил построения и коэффициента структурного соответствия, был предложен формальный подход, предназначенный для формирования рекомендаций по совершенствованию моделей бизнес-процессов. Результаты. С использованием разработанного программного обеспечения, которое реализует предложенный подход к анализу и оптимизации моделей бизнес-процессов, были выполнены контрольные расчеты для моделей бизнес-процессов закупки и продажи продукции. Для данных моделей были определены ошибки построения и сформированы рекомендации по их устранению. Преобразованные модели лишены ошибок и в дальнейшем могут быть использованы для представления организационных знаний. Выводы. Предложенный подход позволяет определять ошибки, допущенные при построении моделей бизнес-процессов, и формировать рекомендации по их устранению. UK: Актуальність. В даний час все більше організацій представляють знання про свою діяльність з точки зору бізнес-процесів. У той же час, побудова моделей бізнес-процесів має суб’єктивний характер, що призводить до виникнення помилок, пов’язаних з компетентністю аналітика, або, наприклад, з недостатньо докладним описом предметної області. Таким чином, перед тим, як моделі бізнес-процесів будуть використані для збору, зберігання та поширення організаційних знань, вони повинні бути проаналізовані с точки зору наявності різного роду недоліків. Мета. Метою роботи є розробка підходу до аналізу та оптимізації моделей бізнес-процесів, які використовуються для представлення організаційних знань. Метод. У роботі було розглянуто та доповнено формальне представлення моделей бізнес-процесів на основі орієнтованих графів. Були розглянуті та формалізовані правила побудови моделей бізнес-процесів. На основі характеристики структурної надмірності графа, а також коефіцієнта збалансованості моделей бізнес-процесів, був запропонований коефіцієнт структурної відповідності моделей бізнес-процесів правилам побудови. З урахуванням формалізованих правил побудови та коефіцієнта структурної відповідності, було запропоновано формальний підхід, призначений для формування рекомендацій щодо вдосконалення моделей бізнес-процесів. Результати. З використанням розробленого програмного забезпечення, яке реалізує запропонований підхід до аналізу та оптимізації моделей бізнес-процесів, були виконані контрольні розрахунки для моделей бізнес-процесів закупівлі і продажу продукції. Для даних моделей були визначені помилки побудови та сформовано рекомендації щодо їх усунення. Перетворені моделі позбавлені помилок та в подальшому можуть бути використані для представлення організаційних знань. Висновки. Запропонований підхід дозволяє визначати помилки, допущені при побудові моделей бізнес-процесів, та формувати рекомендації щодо їх усунення. EN: Context. Today, most organizations represent knowledge about their activities from a business processes point of view. At the same time, business process modeling is a subjective activity, which leads to errors associated with an analyst competence or i.e. with a poorly detailed subject area description. Thus, business process models should be analyzed for various kinds of shortcomings before they used for collecting, storing, and sharing of the organizational knowledge. Objective. The objective of the study is to develop an approach to the analysis and optimization of business process models used to represent the organizational knowledge. Method. A formal representation of business process models, based on directed graphs, has been considered in this study. Business process models design rules have been considered and formalized. A coefficient of business process models structural conformity to the design rules, which is based on the graphs redundancy characteristic and the business process models balancing coefficient, has been proposed. A formal approach to forming business process models enhancement recommendations has been proposed with considering the formalized design rules and the coefficient of structural conformity. Results. Calculations for models of products purchase and sale business processes, using developed software which is implemented the proposed approach to business process models analysis and optimization, have been performed. The design shortcomings of the considered models have been defined and the enhancement recommendations formed. Transformed models are error free and further can be used to represent organizational knowledge. Conclusions. The proposed approach allows to define the business process models design shortcomings and to develop recommendations for their elimination.
The simulation of p-persistent CSMA algorithm of unequal random multiple access
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Dadenkov, S. A.; Даденков, С. А.
EN: . The relevance of the simulation of p-persistent CSMA algorithm of unequal random multiple access is caused by importance of accounting personal node priorities for execution of adequate assessment of probable and time response characteristics of information transfer in designing widespread fieldbus-networks LonWorks, BacNet, etc. The aim of this work is to obtain analytical expressions for estimating probabilities of successful and failed node access to the channel, the transmission time information in the network with equal and unequal rivalry of nodes based on p-persistent and predictive p-persistent CSMA algorithms of random multiple access. Method. The method of probability theory has been used there to solve problems. The analysis of equal and unequal multiple access p-persistent CSMA nodes in the saturation mode of the channel by the transmission with a constant number of node-rivals has been executed. A method of estimating the time of successful transmission of information by the node through an average number of cycles of rivalry and probabilistic characteristics of the access nodes has been proposed. Expressions to estimate the necessary probabilistic and time characteristics were obtained: the average length of transmission and time of information transmission by the node, the effective bandwidth. The proposed method mainly differs from analogs by the possibility of characteristics estimation of information transmission given the manifold priorities of the network nodes, which improves the accuracy of the performed calculations. Results. The analytical expressions have been received, quantification and analysis of probabilistic and temporal characteristics of information transfer in a network with equal and unequal random multiple p-persistent CSMA access has been performed. Conclusions. The simulation results of equal and unequal rivalry network channel illustrate the importance of taking into account individual priorities of the nodes in the network. The feasibility of using access priorities is the need to transfer important information on the background of universal low-priority data. The significance of the results is to perform an adequate quantitative assessment of the characteristics of information transmission in a channel with equal and unequal parties. UK: Актуальність моделювання алгоритму нерівноправного випадкового множинного доступу p-persistent CSMA викликана важли-вістю обліку індивідуальних пріоритетів вузлів для виконання адекватної оцінки імовірнісних і тимчасових характеристик передачі інформації при проектуванні поширених fieldbus-мереж LonWorks, BacNet і ін. Мета роботи полягає в отриманні аналітичних виразів для оцінки ймовірностей успішного і невдалого доступу вузлів до каналу, часу передачі інформації в мережі з рівноправним і нерівноправним суперництвом вузлів на основі алгоритмів випадкового множинного доступу p-persistent і predictive p-persistent CSMA. Метод. Для розв’язання задачі використано апарат теорії ймовірностей. Виконано аналіз множинного рівноправного і нерівноправного доступу p-persistent CSMA вузлів в режимі насичення каналу передачею інформації постійним числом вузлів-суперників. Запропоновано спосіб оцінки часу успішної передачі інформації вузлом через середня кількість циклів суперництва і імовірнісних характеристик доступу вузлів. Отримані вирази для оцінки необхідних імовірнісних і тимчасових характеристик: середньої тривалості передачі і часу передачі інформації вузлом, ефективної пропускної здатності каналу. Запропонований спосіб переважно відрізняється від аналогів можливістю оцінки характеристик передачі інформації з урахуванням різнорідних пріоритетів вузлів мережі, що підвищує точність виконуваних розрахунків. Результати. Отримано аналітичні вирази і виконана кількісна оцінка і аналіз імовірнісних і тимчасових характеристик передачі інформації в мережі з рівноправним і нерівноправним випадковим множинним доступом p-persistent CSMA. Висновки. Результати моделювання рівноправного і нерівноправного суперництва в мережевому каналі ілюструють важливість врахування індивідуальних пріоритетів вузлів в мережі. Доцільність використання пріоритетів доступу полягає в необхідності передачі важливої інформації на тлі загальнозначущих фонових даних. Значимість результатів полягає у виконанні адекватної кількісної оцінки характеристик передачі інформації в каналі з рівноправними і нерівноправними учасниками.
Методи структурної класифікації зображень на засадах баєсовської теорії прийняття рішень
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Гадецька, С. В.; Гадецька, С. В.; Gadetska, S. V.; Gorokhovatsky, V. A.
UK: . Забезпечення результативності та багатофункціональності сучасних систем комп’ютерного зору вимагає створення різноманіття ефективних методів інтелектуального оброблення візуальної інформації. Розвиток систем структурного розпізнавання безпосередньо пов’язаний як із побудовою нових ефективних методів, так і з необхідністю створення дієвого механізму оцінювання результативності таких методів для довільних прикладних зразків візуальних даних. Одним із засобів, що базуються на статистичних характеристиках структурних даних, є апарат баєсовської теорії прийняття рішень. Обчислення апостеріорних ймовірностей віднесення опису візуального об’єкта до множини еталонів дає можливість як безпосередньо здійснювати розпізнавання на їх підставі, так і попередньо оцінити результативність процедур порівняння чи обчислення релевантності описів стосовно конкретної прикладної бази зображень. Особливу увагу приділяють вивченню структури множини дескрипторів зображень, що безпосередньо впливає на показники функціонування систем розпізнавання. Мета. Вивчення можливості та особливостей застосування статистичної теорії розпізнавання щодо механізму прийняття рішень та оцінювання ефективності у виді ймовірностей віднесення опису об’єкта до класу, а також порівняння отриманих результатів обчислень із експериментальними даними комп’ютерного моделювання. Метод. Запропоновано метод розпізнавання на основі застосування кластерних характеристик бази еталонних зображень із використанням баєсовської теорії прийняття рішень. Підсумком дослідження є створення механізму розпізнавання та оцінювання результативності процедур обчислення релевантності структурних описів. Результати. Головним результатом статті є підтвердження фундаментального зв’язку методів порівняння з еталоном та статистичного підходу у розпізнаванні образів стосовно структурних описів у вигляді множини характерних ознак зображень, які результативно представлено кластерним виглядом. Запропонований у роботі більш простий в аспекті обчислювальних витрат статистичний підхід на підставі баєсовських оцінок може застосовуватися для попередніх розрахунків ефективності розпізнавання без проведення затратних експериментів з програмного моделювання. Засвідчено ефективність розробленого методу обчислення ймовірнісних оцінок розпізнавання для прикладних баз зображень. Результат класифікації продемонстрував універсальність та коректність застосування методу, кожний із тестових об’єктів у декількох розглянутих базах зображень розпізнаний правильно. Здійснено порівняння отриманих кількісних результатів обчислень із експериментальними даними комп’ютерного моделювання. Висновки. У проведеному дослідженні запропоновано метод структурної класифікації зображень на основі кластерного подання опису засобами баєсовської теорії прийняття рішень. Основна ідея застосування належного математичного апарату полягає у віднесенні аналізованого об’єкту до еталону, що має найбільше значення апостеріорної ймовірності. Розроблений метод забезпечує достатній рівень розрізнення зображень, що підтвердили описані розрахунки та результати моделювання. Впроваджено механізм оцінювання результативності аналізованих методів структурного розпізнавання в межах прикладної бази зображень. Наукова новизна дослідження полягає у синтезі нового методу структурного розпізнавання зображень та попереднього оцінювання ефективності шляхом застосування засобів баєсовської теорії прийняття рішень і побудови класифікаційних висновків у просторі кластер-еталон. Практична значущість роботи – отримання прикладних розрахункових моделей для застосування методів структурного розпізнавання і підтвердження їх результативності в конкретних прикладах базах зображень. EN: Relevance. Ensuring the effectiveness and multifunctionality of modern computer vision systems requires the creation of a variety of effective methods for intellectual processing of visual information. The development of systems of structural recognition is directly connected with the construction of new effective methods as well as the need to create a mechanism for assessing the effectiveness of these methods for specific applications of visual data. Bayesian decision theory is one of the tools, based on the statistical characteristics of structural data. The calculation of a posteriori probabilities of assigning a description of a visual object to a set of etalons makes it possible to directly perform the process of recognition as well as preliminary evaluate the effectiveness of procedures for comparing or calculating the relevance of descriptions with respect to a specific application image database. Special attention is paid to the study of the structure of the set of descriptors, which directly affects the functioning of recognition systems. Goal. Investigation of the possibility and peculiarities of the application of the statistical recognition theory in the decision-making mechanism and the evaluation of effectiveness in the form of the probabilities of classifying an object description as class. Comparison of the results of computations with experimental computer modeling data. Method. A method of recognition based on the application of cluster characteristics of the image base using the Bayesian decision theory is proposed. The result of investigation is the creation of a mechanism for evaluating the effectiveness of procedures for calculating the relevance of descriptions with respect to the application image database. Results. The main result of the paper is the confirmation of the fundamental relationship between methods of comparison with etalons and the statistical approach in pattern recognition with respect to structural descriptions in the form of a set of characteristic features of images represented by a cluster description. The statistical approach based on Bayesian estimates, which is simpler in sense of estimated costs, can be used for preliminary calculations of recognition efficiency without costly experiments on software modeling. The effectiveness of the developed method for calculating probabilistic estimates for applied image bases is proved. The result of the classification demonstrated the universality and correctness of the application of the method, each of the test objects in several of the examined image bases was correctly recognized. The obtained numerical results of the computations are compared with the experimental data of computer modeling. Conclusions. In the conducted research the method of structural classification of images on the basis of a cluster representation of the description by means of Bayesian decision theory is proposed. The basic idea of applying the corresponding mathematical approach is in assigning the analyzed object to an etalon that has the greatest value of a posteriori probability. The developed method provides a sufficient level of discrimination of images, which was confirmed by the described calculations and simulation results, is offered. Mechanism for evaluating the effectiveness of the analyzed methods of structural recognition within the framework of the applied image database has been introduced. The scientific novelty of the research consists in the synthesis of a new method of structural recognition of images and preliminary estimation of efficiency by using the means of Bayesian decision theory and constructing classificatory solutions in the space of a cluster-etalon. The practical significance of the work is the obtaining of applied computational models for the application of the methods of structural recognition and confirmation of their effectiveness in specific applied image bases.
Model of investment strategies in cyber security systems of transport situational centers
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Akhmetov, B. B.; Lakhno, V. A.; Malyukov, V. P.; Ахметов, Б. Б.; Лахно, В. А.; Малюков, В. П.
EN: Actuality. The actual task of finding the optimal strategy for control the procedure of mutual financial investments to the situation center for cyber security on transport. The aim of the work – the development of a model for a decision support system on the continuous mutual investment in a cyber security situational center, which differs from the existing ones by solving a bilinear differential quality game with several terminal surfaces. Method. In order to achieve the goal there was used a discrete-approximation method for solving a bilinear differential quality game with dependent motions. Application of this method in the developed decision support system, unlike existing ones, gives concrete recommendations ft choosing control decisions in the investment process. Results – the proposed model gives concrete recommendations at choosing strategies in the investment process at the creation of a protected situational center. In the course of the computational experiment, there was considered a new class of bilinear differential games that allowed adequately to describe the process of investing in cyber security means of situational transport centers in Kazakhstan and Ukraine. Conclusions. For the first time, there was proposed a model describing the process of mutual investment based on the solution of bilinear equations and a differential quality game with several terminal surfaces. Considered the peculiarity of the differential game on the example of mutual investment in the means of cyber security of the situational transport center. In this case, the right-hand side of the system of differential equations is represented in the form of bilinear functions with arbitrary coefficients. The model allows to predict the results of investment and to find strategies for managing the investment process in the protection and cyber security systems of the situational transport center. UK: Актуальність. Реалізована актуальна задача пошуку оптимальної стратегії управління процедурою взаємного фінансового інвестування в ситуаційний центр з кібербезпеки на транспорті. Мета роботи – розробка моделі для системи підтримки рішень по безперервному взаємному інвестуванню в ситуаційний центр з кібербезпеки, яка відрізняється від наявних рішень, застосуванням білінійної диференційної гри з кількома термінальними поверхнями. Метод. Для досягнення мети був застосований дискретний-апроксимаційний метод вирішення білінійної диференціальної гри якості із залежними рухами. Використання даного методу у розробленій системі підтримки рішень, на відміну від наявних, дає конкретні рекомендації при виборі управлінських рішень в інвестиційному процесі. Результати. Запропонована модель дає конкретні рекомендації при виборі стратегії в інвестиційному процесі побудови захищеного ситуаційного центру. В ході обчислювального експерименту розглянуто новий клас білінійних диференційних ігор, що дозволило адекватно описати процес інвестування в засоби кібербезпеки ситуаційних центрів транспорту в Казахстані та Україні. Висновки. Вперше запропонована модель, що описує процес взаємного інвестування, що базується на вирішенні білінійних відношень та диференційній грі з кількома термінальними поверхнями. Розглядається особливість диференціальної гри на прикладі взаємного інвестування в засоби кібербезпеки ситуаційного центру транспорту. При цьому права частина системи диференціальних рівнянь, представлена у вигляді білінійних функцій з будь-якими коефіцієнтами. Модель дозволяє прогнозувати результати інвестицій та пошуку стратегій управління інвестиційним процесом у системах захисту та кібербезпеки ситуаційного центру транспорту.
An improved ensemble approach for DoS attacks detection
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Alguliyev, R. M.; Aliguliyev, R. M.; Imamverdiyev, Y. N.; Sukhostat, L. V.; Алгуліев, Р. М.; Алигуліев, Р. М.; Імамвердієв, Я. Н.; Сухостат, Л. В.
EN: The task of using the ensemble of classifiers to detect DoS attacks in large arrays of network traffic data is solved to withstand attacks on the network. Objective of this paper is to build an ensemble of classifiers that surpasses single classifiers in terms of accuracy. Method. To achieve the formulated goal an algorithm, that indicates the probability of belonging to certain classes, which return a vector of classification scores for each point, is proposed. The peculiarity of the proposed approach is that for each point from the dataset, the predicted class label corresponds to the maximum value among all scores obtained by classification methods for a given point. As classifiers, decision trees, k-nearest neighbors algorithm, support vector machines with various kernel functions, and naпve Bayes are considered. A comparative analysis of the proposed approach with single classifiers is considered using the following metrics: accuracy, precision, recall, and F-measure. Results. The experiments have been performed in R 3.4.1 on the NSL-KDD dataset of network attacks, which was divided into three classes (DoS, normal network behavior and other types of attack). Conclusions. The conducted experiments have confirmed the efficiency of the proposed approach. The most accurate result showed an ensemble of five classifiers. The development of techniques for attacks detection based on an ensemble of classifiers avoids the problems inherent in most approaches since it is capable of detecting both known and new attacks with high accuracy. It can be concluded that the proposed approach for network attacks detection is of practical significance. In order to further study the attacks detection in network traffic, studies will be performed on real Big data sets. UK: Розв’язана задача застосування ансамблю класифікаторів для виявлення DoS атак у великих масивах даних мережевого трафіку, щоб протистояти атакам в мережі. Мета роботи полягає в побудові ансамблю класифікаторів, що перевершує поодинокі класифікатори з точки зору точності. Метод. Для досягнення поставленої мети в роботі запропоновано алгоритм, який вказує на ймовірність приналежності до певних класів, який повертає вектор оцінок класифікаторів для кожної точки. Особливість запропонованого підходу полягає в тому, що для кожної точки з набору даних передбачена мітка класу відповідає максимальному значенню серед всіх оцінок, отриманих методами класифікації для даної точки. Як класифікаторів були розглянуті дерева рішень, алгоритм k-найближчих сусідів, машини опорних векторів з різними ядерними функціями і наївний байесовский класифікатор. Порівняльний аналіз запропонованого підходу з розглянутими одиничними класифікаторами проводиться за наступними метрик: точність, повнота, «влучність» і F-міра. Результати. Експерименти були проведені на мові R 3.4.1 на наборі даних мережевих атак NSL-KDD, який був розбитий на три класи (DoS, «нормальну» поведінку мережі та інші типи атак). Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого підходу. Найбільш точний результат показав ансамбль з п’яти класифікаторів. Розробка техніки виявлення атак, заснованої на застосуванні ансамблю класифікаторів, дозволяє уникнути проблем, характерних для більшості підходів, оскільки він здатний з високою точністю виявити як відомі, так і нові атаки. Можна зробити висновок про практичну значимість запропонованого підходу до виявлення атак в мережі. З метою подальшого вивчення виявлення атак в мережевому трафіку будуть проведені дослідження на реальних наборах даних великої розмірності.
Parallel method of big data reduction based on stochastic programming approach
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Oliinyk, A.; Subbotin, S.; Lovkin, V.; Ilyashenko, M.; Blagodariov, O.; Олійник, Андрій Олександрович; Субботін, Сергій Олександрович; Льовкін, Валерій Миколайович; Ильяшенко, Матвій Борисович; Благодарьов, О. Ю.
EN: The task of automation of big data reduction in diagnostics and pattern recognition problems is solved. The object of the research is the process of big data reduction. The subject of the research are the methods of big data reduction. Objective. The research objective is to develop parallel method of big data reduction based on stochastic calculations. Method. The parallel method of big data reduction is proposed. This method is based on the proposed criteria system, which allows to estimate concentration of control points around local extrema. Calculation of solution concentration estimates in the developed criteria system is based on the spatial location of control points in the current solution set. The proposed criteria system can be used in stochastic search methods to monitor situations of excessive solution concentration in the areas of local optima and, as a consequence, to increase the diversity of the solution set in the current population and to cover the search space by control points in a more uniform way during optimization process. Results. The software which implements the proposed parallel method of big data reduction and allows to select informative features and to reduce the big data for synthesis of recognition models based on the given data samples has been developed. Conclusions. The conducted experiments have confirmed operability of the proposed parallel method of big data reduction and allow to recommend it for processing of data sets for pattern recognition in practice. The prospects for further researches may include the modification of the known feature selection methods and the development of new ones based on the proposed system of criteria for control points concentration estimation. UK: Актуальність. Вирішено задачу автоматизації задача автоматизації процесу редукції великих даних при діагностуванні та роз-пізнаванні образів. Об’єкт дослідження – процес редукції великих даних. Предмет дослідження – методи редукції великих даних. Мета роботи полягає в створенні паралельного методу редукції даних на основі стохастичних обчислень.. Метод. Запропоновано паралельний метод редукції великих даних. Даний метод ґрунтується на запропонованій системі критеріїв, що дозволяють оцінювати концентрованість контрольних точок близько локальних екстремумів. Обчислення оцінок концентрованості рішень в розробленій системі критеріїв засноване на просторовому розташуванні контрольних точок в поточній множині рішень. Запропонована система критеріїв може використовуватися в методах стохастичного пошуку для відстеження ситуацій надмірної концентрації рішень в областях локальних оптимумів, і, як наслідок, для підвищення різноманітності множини рішень в поточній популяції і більш рівномірного покриття простору пошуку контрольними точками в процесі оптимізації. Результати. Розроблено програмне забезпечення, яке реалізує запропонований паралельний метод редукції великих даних і дозволяє виконувати відбір інформативних ознак і скорочення великих вибірок даних при синтезі розпізнавальних моделей. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого паралельного методу редукції великих даних і дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при обробці масивів великих даних для розпізнавання образів. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в модифікації існуючих і розробки нових методів відбору ознак на основі розробленої системи критеріїв оцінювання концентрованості контрольних точок близько локальних екстремумів.
Application of acoustic analysis in control systems of robotic machine tools
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Kovalevska, О. S.; Kovalevskyy, S. V.; Ковалевська, О. С.; Ковалевський, С. В.
EN: . The problem of controlling complex technological machines such as machines with mechanisms based on kinematics with parallel structure is given consideration in the article in order to improve accuracy of positioning of actuators, to ensure their dynamic adjustment and optimization of trajectories of displacement of operating elements of the equipment (cutting tools, assembling or controlling instruments). The object of the study is the model of the operating area of a mobile robotic machine tool. Objective. The goal of the work is to create a concept for controlling a mobile robotic machine tool applying acoustic control on the basis of a reference model based on deep neural networks. Method. A method of identification and control of a mobile robotic machine tool using spectral description of absorption of acoustic wave with further processing of obtained information is offered. This method allows determining accuracy of positioning of actuators, as well as conducting dynamic adjustment and optimization of trajectories of displacement of operating elements of the equipment. A method of acoustic analysis for precision machining on machine tools with parallel kinematics has been developed. Results. A neural network reference model has been constructed, which allows to diagnose current characteristics of the state of objects in different conditions, namely mechanism’s configuration, mechanism’s geometric parameters while running motor-spindle, dynamics of displacement of mechanism’s nodes of the experimental stand with variable velocities and load on the drive, as well as temperature changes of the object. The developed neural network models also were tested for adequacy. Conclusions. The experiments on the study of the dependency between the parameters of the spectrum of the acoustic signal with a given discreteness disturbed by excitatory effect in the form of “white noise” confirmed efficiency of this approach. Prospects for further research may consist in creation of methods for optimal control of complex technological machines to improve accuracy of positioning of actuators and to improve their dynamic settings. UK: Актуальність. Розглянуто задачу управління складними технологічними машинами, такими, як верстати з механізмами на основі кінематики з паралельною структурою для підвищення точності позиціонування виконавчих механізмів, забезпечення їх динамічної настройки і оптимізації траєкторій переміщень робочих органів обладнання (ріжучого інструменту, складального або контролюючого інструменту). Об’єктом дослідження є модель робочої зони мобільного верстата-робота. Мета роботи – створення концепції управління мобільним верстатом-роботом із застосуванням акустичного контролю на основі еталонної моделі на глибоких нейронних мережах. Метод. Запропоновано метод ідентифікації та управління мобільним верстатом - роботом з використанням спектрального опису поглинання акустичної хвилі з подальшою обробкою отриманій інформації. Метод дозволяє визначати точність позиціонування виконавчих механізмів, проводити їх динамічну настройку і оптимізацію траєкторій переміщень робочих органів обладнання. Розроблено методику акустичної діагностики забезпечення точності механічної обробки на верстатах з паралельною кінематикою. Результати. Побудована нейромережева еталонна модель, що дозволяє діагностувати поточну характеристики стану об’єктів в різних умовах, а саме, конфігурацію механізму, геометричні параметри механізму при працюючому мотор-шпинделі, динаміку переміщення вузлів механізму експериментального стенду зі змінною швидкістю і навантаженням на привід, зміни температури об’єкта. Розроблені нейромережні моделі були перевірені на адекватність. Висновки. Проведені експерименти по дослідженню залежності між параметрами спектра акустичного сигналу із заданою дискретністю, порушеної збудливим впливом у вигляді «білого шуму», підтвердили працездатність даного підходу. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в створенні методів оптимального управління складними технологічними машинами для підвищення точності позиціонування виконавчих механізмів, удосконалення їх динамічної настройки.
Optimization of parameters of machine learning of the system of functional diagnostics of the electric drive of a shaft lifting machine
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Dovbysh, A. S.; Velykodnyi, D. V.; Protsenko, O. B.; Zimovets, V. I.; Довбиш, А. С.; Великодний, Д. В.; Проценко, О. Б.; Зимовець, В. І.
EN: . The actual task of increasing the functional efficiency of machine learning of the system of functional diagnosis of the electric drive of a hoisting mine machine is solved. The specific objective of this study was to develop a method for the information synthesis of a learning system for the functional diagnosis of the electric drive of a hoisting mine machine, which allows increasing the reliability and efficiency of diagnostic solutions in accordance with the decisive rules built in the process of machine learning. Method. The method of information-extreme machine learning of the system of functional diagnosis of the electric drive of a mine-hoisting machine is proposed, based on the maximization of the information capacity of the system in the process of its training. Based on the computer-generated optimal learning parameters of the hyperspherical containers of the recognition classes, within the framework of the geometric approach, decisive rules that are practically invariant to the spatiality of the space of diagnostic features are constructed. In addition, increasing the efficiency of machine learning systems is achieved by parallel-sequential optimization of control tolerances for diagnostic features. In this case, the quasi-optimal control tolerances for diagnostic tests obtained during parallel optimization are used as start-ups for their sequential optimization. As a criterion for optimizing the parameters of machine learning, the modified information measure of Kulbak is used, which is a functional of the accuracy characteristics of diagnostic solutions. Results. The algorithmic and software for machine learning of the system for functional diagnosis of the electric drive of a mine hoisting machine has been developed, which makes it possible to build decisive rules for the adoption of highly reliable diagnostic solutions when the system is in operation. Conclusions. The results of physical modeling confirm the operability of the proposed method of machine learning and the developed software of the functional diagnosis system of the electric drive of a hoisting mine machine, which allows them to be recommended for solving practical problems of diagnosing and automatic control of traction machines. UK: Актуальність. Розв’язана актуальна задача підвищення функціональної ефективності машинного навчання системи функціонального діагностування електроприводу шахтної підйомної машини. Мета роботи – розробка методу інформаційного синтезу здатної навчатися системи функціонального діагностування електроприводу шахтної підйомної машини, який дозволяє за побудованими в процесі машинного навчання вирішальними правилами підвищити достовірність та оперативність діагностичних рішень. Метод. Запропоновано метод інформаційно-екстремального машинного навчання системи функціонального діагностування електроприводу шахтної підйомної машини, що ґрунтується на максимізації інформаційної спроможності системи в процесі її навчання. За отриманими в результаті машинного навчання оптимальними в інформаційному розумінні параметрами гіперсферичних контейнерів класів розпізнавання побудовано в рамках геометричного підходу вирішальні правила, практично інваріантні до багатовимірності простору діагностичних ознак. Крім того, підвищення оперативності машинного навчання системи досягається шляхом паралельно-послідовної оптимізації контрольних допусків на діагностичні ознаки. При цьому отримані в процесі паралельної оптимізації квазіоп тимальні контрольні допуски на діагностичні ознаки використовуються як стартові при їх послідовній оптимізації. Як критерій оптимізації параметрів машинного навчання використовується модифікована інформаційна міра Кульбака, яка є функціоналом від точнісних характеристик діагностичних рішень. Результати. Розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення машинного навчання системи функціонального діагностування електроприводу шахтної підйомної машини, яке дозволяє побудувати вирішальні правила для прийняття високо достовірних діагностичних рішень при функціонуванні системи в робочому режимі Висновки. За результатами фізичного моделювання підтверджено працездатність запропонованого методу машинного навчання і розробленого програмного забезпечення системи функціонального діагностування електроприводу шахтної підйомної машини, що дозволяє їх рекомендувати для розв’язання практичних задач діагностування і автоматичного керування тяговими машинами.
Оптимізація класифікатора автоматизованої системи розпізнавання мовця критичного застосування
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Бісікало, О. В.; Грищук, Т. В.; Ковтун, В. В.; Bisikalo, O. V.; Grischuk, T. V.; Kovtun, V. V.
UK: Актуальність. Розглянуто питання адаптації згортального нейромережевого класифікатора для використання у автоматизовані системі розпізнавання мовців критичного застосування (АСРМКЗ). Об’єктом дослідження є індивідуальні особливості мовного процесу людини. Мета роботи. Розроблення заходів по виділенню з мовного сигналу індивідуальних для мовця ознак, підвищення їх інформативності в результаті виконання факторного аналізу, їх візуальне представлення для використання згортального нейромережевого класифікатора та оптимізація його архітектури для потреб АСРМКЗ. Метод. Запропоновано заходи по оптимізації процедури класифікації мовців АСРМКЗ, для чого теоретично обґрунтовано оптимальний спосіб представлення інформативних ознак і метод підвищення їх інформативності, обґрунтовано вид топологію і заходи для підвищення ефективності процесу розпізнавання мовців. Зокрема, обґрунтовано доцільність використання нормалізованих за потужністю кепстральних коефіцієнтів PNCC для опису фонограм, записаних в умовах шумного оточення, запропоновано використовувати фільтри Габора для представлення інформації, що аналізуватиметься згортальною нейромережею, вибрано оптимальний метод факторного аналізу, а саме, розріджений метод аналізу головних компонент, для зменшення розмірності вектору ознак із збереженням його інформативності, запропоновано удосконалену топологію згортальної нейромережі для АСРМКЗ, у якій фільтри Габора інтегровано у згортальний шар, що дозволяє оптимізувати їх параметри при навчанні нейромережі, і на повнозв’язному шарі використано глибоку нейромережу із bottleneck-шаром, ваги якого після навчання використано як вхідні дані для контрольного GMM/HMM-класифікатора. Результати. Методи представлення та оптимізації інформативних для розпізнавання мовця ознак, методи їх візуального представлення та удосконалення топології згортальної нейромережі для прийняття рішень на їх основі. Висновки. Отримані теоретичні результати знайшли емпіричного підтвердження. Зокрема, доведено стійкість удосконаленої згортальної нейромережі до присутності шумів оточення у вхідних фонограмах, яка виявилася вищою за показники звичайної згортальної нейромережі та глибокої нейромережі. При зростанні ВСШ>10 дБ контрольний GMM/HMM-класифікатор виявився ефективнішим за нейромережеві щодо імовірності прального розпізнавання мовців, що можна пояснити ефективністю використаної UBM-моделі, але він є і суттєво ресурсоємнішим. Також емпірично виявлено вікна банку фільтрів Габора, які надавали найбільш варіативну щодо індивідуальних особливостей мовлення, інформацію. EN: The questions of adapting the convolution neural network classifier use in automatic speaker recognition system of critical use (ASRSCU) are considered. The research object is the individual features of the human speech process. Objective. Development of means for separating individual features from the speaker’s speech signal, increasing their informativeness as a result of the factor analysis, their visual representation for the use of the convolution neural network classifier, and optimizing its architecture for the needs of ASRSCU. Method. Measures are proposed to optimize the speaker recognition procedure of the ASRSCU, for which the optimal way of informative features representation and the method of increasing their informativeness are theoretically justified, the topology and measures for increasing of the speaker recognition process efficiency are justified. In particular, it is justified the use of power normalized cepstral coefficients (PNCC) for the description of phonograms recorded in noisy environment conditions. We propose to use Gabor filters to represent information that will be analyzed by a convolution neural network, an optimal method of factor analysis (a sparse main components analyzing method) to reduce of the features vector length while preserving its informativeness, an improved topology of the convolution neural network in which the Gabor filters are integrated in to the convolution layer, which allows them to optimize their parameters during the neural network training process, and in a fully connected layer a deep neural network with a bottleneck layer is used, whose weights after training are uses as inputs for the GMM/HMM control classifier. Results. Methods of representation and optimization of the speaker’s individual features, methods for their visual presentation and improvement of the topology of a convolution neural network for making speaker recognition on their basis. Conclusions. The obtained theoretical results have found empirical confirmation. In particular, the stability of an improved convolution neural network to the noisy input phonograms proved to be higher than the results of an ordinary convolution neural network and a deep neural network. With an SNR increase up to 10 dB, the GMM/HMM classifier is more efficient than the neural network, which can be explained by the efficiency of the used UBM models, but it is much more resource-intensive. Also, the parameters of the Gabor filter bank frames that provide the most variable individual features from the speech signal for speaker recognition are determined empirically.
Method of numerical analysis of the problem of mass transfer of a cylindrical body with the uniform translational flow
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Lamtyugova, S. N.; Sidorov, M. V.; Sytnykova, I. V.; Ламтюгова, С. М.; Сидоров, М. В.; Ситникова, Ю. В.
EN: The problem of mass transfer of a cylindrical body with a uniform translational flow of a viscous incompressible fluid is examined in the paper. Objective. The purpose of this work is to develop a new method for numerical analysis of the problem of mass transfer of a cylindrical body with a uniform translational flow, which based on the joint application of the R-functions structural method and the Galerkin projection method. Method. In general case, the problem of stationary mass transfer of a cylindrical body with a viscous incompressible fluid flow is reduced to the solution of the equation of hydrodynamic flow passing a surface and an equation for concentration with corresponding boundary conditions on the surface of the body and far away from it. The geometry of the area, and also the boundary conditions (including the condition at infinity) may be taken into account precisely by using the constructive apparatus of the R-functions theory by V. L. Rvachev, the Academician of Ukrainian National Academy of Sciences. In this study, a complete structure of the solution of a linear boundary value problem for the concentration that exactly satisfies the boundary conditions on the boundary and condition at infinity is constructed on the basis of the R-functions theory methods, and this made it possible to lead the tasks in the infinite domain to tasks in the finite domain. To solve the linear problem for concentration the numerical algorithm on the basis of Galerkin method is developed. Results. The computational experiment for the problem of the flow past circular and elliptical cylinders at various Reynolds and Peclet numbers was carried out. Conclusions. The conducted experiments have confirmed the efficiency of the proposed method of numerical analysis of the problem of mass transfer of a cylindrical body with a uniform translational flow, based on the joint application of the R-functions structural method and Galerkin projection method. The prospects for the further research may be to use the developed method for the implementation of iterative methods for solving the task of nonlinear mass transfer, semi-discrete and projection methods for solving the non-stationary tasks, as well as in solving the tasks of optimal management of relevant technological processes. flow task UK: статті розглядається задача масообміну циліндричного тіла з рівномірним поступальним потоком в’язкої нестисливої рідини. Мета роботи – розробка нового методу чисельного аналізу задачі масообміну циліндричного тіла з рівномірним поступальним потоком, заснованого на сумісному застосуванні структурного методу R-функцій і проекційного методу Гальоркіна. Метод. У загальному випадку задача про стаціонарний масообмін циліндричного тіла з потоком в’язкої нестисливої рідини зводиться до розв’язання рівняння гідродинамічного обтікання поверхні і рівняння для концентрації з відповідними крайовими умовами на поверхні тіла і далеко від нього. Точно врахувати геометрію області, а також крайові умови (в т.ч. і умову на нескінченності), можна, скориставшись конструктивним апаратом теорії R функцій акад. НАН України В. Л. Рвачова. В роботі на основі методів теорії R-функцій побудована повна структура розв’язку лінійної крайової задачі для концентрації, яка точно задовольняє крайовим умовам на межі тіла і умові на нескінченності, що дозволило звести задачі в нескінченній області до задач в скінченній області. Для розв’язання лінійної задачі для концентрації розроблено чисельний алгоритм на основі методу Гальоркіна. Результати. Обчислювальний експеримент проведений для задачі обтікання кругового і еліптичного циліндрів для різних чисел Рейнольдса і Пекле. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого методу чисельного аналізу задачі масообміну циліндричного тіла з рівномірним поступальним потоком, заснованого на сумісному використанні структурного методу R-функцій і проекційного методу Гальоркіна. Перспективи подальших досліджень можуть полягати у використанні розробленого методу при реалізації ітераційних методів розв’язання задачі нелінійного масообміну, полудіскретних і проекційних методів розв’язання нестаціонарних задач, а також при розв’язанні задач оптимального управління відповідними технологічними процесами.
Алгоритми моделювання процесів технічного обслуговування за станом складних радіоелектронних об’єктів
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Жиров, Г. Б.; Лєнков, Є. С.; Zhyrov, G. В.; Lenkov, E. S.
UK: Актуальність. Розробка складних радіоелектронних об’єктів та проведення їх технічного обслуговування неможлива без розробки моделей та програмних засобів, які б дані процеси оптимізували. Для цього у роботі розроблені відповідні алгоритми, які є частиною програмних засобів, що є актуальною задачею. Мета. Метою даної роботи є розробка підходів щодо підвищення показників надійності об’єкта та зменшення вартості його експлуатації на основі використання імітаційного статистичного моделювання. Метод. Метод дослідження базується на ідеї, що технічний стан об’єкта визначається технічним станом його елементів, а для визначення технічного стану елемента використовується поняття визначального параметра. Значення параметра можна контролювати засобами діагностування. В якості моделей відмов елементів використовується DN-розподіл. Результати. Розроблені алгоритми являють складову частину імітаційної статистичної моделі об’єкта. Проведення моделювання дозволяє визначити оптимальні конструктивні характеристики об’єкта та параметри проведення його технічного обслуговування, а критеріями виступають максимізація показників надійності та мінімізація вартості експлуатації об’єкта. Висновки. Наукова новизна роботи полягає в удосконаленні алгоритмів проведення технічного обслуговування за станом, які на відміну від існуючих використовують прогнозний параметр середньої швидкості деградації визначального параметра елемента на основі моделі трипараметричного експоненціального згладжування. Практичне значення полягає у розробці алгоритмів, що покладені в основу програмного забезпечення, яке реалізує процес визначення показників надійності та вартості експлуатації об’єкта радіоелектронної техніки від конструктивного складу самого об’єкта та від параметрів проведення технічного обслуговування. EN: Context. Development of complex radioelectronic facilities and maintenance is impossible without the development of models and software, to optimize these processes. For this, the corresponding algorithms have been developed in the work, which are part of the software, which is an urgent task. Objective. The purpose of this work is to develop approaches to improve the reliability of the object and reduce the cost of its operation based on the use of simulation statistical modeling. Method. The method of investigation is based on the idea that the technical state of an object is determined by the technical state of its elements, and the concept of a determining parameter is used to determine the technical state of an element. The value of the parameter can be controlled by means of diagnostics. As the models of element failures, a DN-distribution is used. Results. The developed algorithms are an integral part of the simulation statistical model of the object. The simulation allows to determine the optimal design characteristics of the object and the parameters of its maintenance, and the criterion is to maximize reliability indicators and minimize the cost of operating the facility. Conclusions. The scientific novelty of the work is to improve the state maintenance algorithms, which, unlike the existing ones, use the predictive parameter of the average degradation rate of the element’s determining parameter based on the three-parameter exponential smoothing model. Practical value consists in the development of algorithms that form the basis of software that implements the process of determining reliability indicators and the cost of operating an object of radioelectronic equipment from the structural composition of the facility itself and the parameters of maintenance.
Вплив термічної обробки на вольт-амперну характеристику та інжекційні властивості гетеропереходу Ag/n-n+gaas
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2018) Дмитриев, В. С.; Dmitriev, V. S.
UK: . В наш час дослідження та розробку гетеропереходів проводять у напрямках пошуку нових композицій метал-арсенід галію, розробки технологічних режимів, які змогли б забезпечити відтворюваність параметрів НВЧ приладів з бар’єрами Шотткі. Срібло у порівнянні з золотом має більшу тепло- та електропровідність, відносно невеликий коефіцієнт дифузії в арсенід галію, що дозволяє зменшити товщину перехідного шару. Перехід до металізації на основі срібла повинен підвищити технічні характеристики виробів. Розробка технологічних режимів виготовлення покращених гетеропереходів до GaAs на основі срібла є актуальною з наукової та практичної точок зору. Мета роботи – встановлення впливу термічної обробки на реальні вольт-амперні характеристики та величину коефіцієнту інжекції гетеропереходу Ag/n-n+GaAs. Метод. Метод виготовлення гетеропереходів – термічне випаровування у вакуумі. Розрахунок параметрів гетеропереходу за методом вольт-амперних характеристик. Результати. Рекомендований режим хімічної обробки GaAs-підкладки. Досліджено вплив термічної обробки на параметри та характеристики гетеропереходів Ag/n-n+GaAs. Досліджено вплив висоти бар’єру на величину коефіцієнту інжекції. Розглянуті та апробовані різні методи визначення висоти бар’єру Шотткі та фактору неідеальності з вольт-амперних характеристик. Висновки. Встановлено, що підвищення температури відпалу до 803 К дає найбільше значення висоти бар’єру для гетеропереходу Ag/n-n+GaAs з концентрацією донорів в епітаксійному шарі ND=2∙1016 см–3. Встановлено, що найбільш точним методом визначення параметрів гетеропереходу з вольт-амперної характеристики є метод direct approximation, який враховує вплив послідовного опору при визначенні фактору неідеальності та висоти бар’єру Шотткі. Розраховані коефіцієнти інжекції для гетеропереходів з різною висотою бар’єру Шотткі, отриманих при різних температурах відпалу, мають дуже малі значення, тому інжекцією дірок можна знехтувати. EN: Nowadays the research and development of heterojunctions are carried out to search new metal-gallium arsenide compositions, the development of technological regimes which could ensure the microwave devices with Schottky barriers parameters reproducibility. Comparing to gold, silver has a large thermal and electrical conductivity, a relatively small diffusion coefficient to gallium arsenide, which makes it possible to reduce the transition layer thickness. The transition to silver-based metallization should improve the products technical characteristics. The technological regimes development for manufacturing improved silver-based heterojunctions to GaAs is relevant from scientific and practical points of view. Objective. The goal of the work is to determine the heat treatment influence on real current-voltage characteristics and the injection coefficient value of the Ag/n-n+GaAs heterojunction. Method. The heterojunctions manufacturing method is vacuum thermal evaporation. The calculation of the heterojunction parameters was made by the current-voltage characteristics method. Results. The GaAs-substrate chemical treatment regime is recommended. The heat treatment effect on the Ag/n-n+GaAs heterojunctions parameters and characteristics is studied. The barrier height influence on the injection coefficient value was investigated. Various methods for determining the Schottky barrier height and the nonideality factor for the current-voltage characteristics have been examined and tested. Conclusions. It is established that the annealing temperature increase up to 803 K gives the highest barrier height for the Ag/n-n+GaAs heterojunction with a donor density of ND=2∙1016 cm–3 into epitaxial layer. It has been established that the most accurate method for the heterojunction parameters determining using the current-voltage characteristic is the direct approximation method, which takes into account the effect of the series resistance in determining the nonideality factor and the Schottky barrier height. The calculated injection coefficients for heterojunctions with different Schottky barrier heights, obtained at different annealing temperatures, have very small values, therefore, hole injection can be neglected.

Browse

Recent Submissions