Статья: Проектирование и разработка прототипа VR-экосистемы как инновационного инструмента модернизации образовательного процесса (2024)

В работе приводятся результаты разработки математического и программного обеспечения для моделирования внутренней и внешней баллистики, а также оптимизации параметров активно-реактивного снаряда. Комплексная математическая модель баллистического расчета активно-реактивного снаряда включает в себя задачу внешней баллистики, задачу внутренней баллистики внутри ствола орудия и задачу внутренней баллистики твердотопливного реактивного двигателя. Задача оптимизации параметров активно-реактивного снаряда заключается в увеличении дальности полета с учетом условия устойчивости движения на всей траектории. На основе математической модели баллистического расчета разработаны алгоритмы решения многокритериальной задачи оптимизации параметров активно-реактивного снаряда. Разработанный программный комплекс включает в себя блок расчетных модулей, реализующих математические модели и вычислительные алгоритмы, базу данных параметров снаряда и результатов моделирования, блок визуализации результатов вычислительного эксперимента в виде графиков и таблиц. Программный комплекс может быть использован при проектировании и оптимизации параметров снарядов артиллерийских систем, использующих активно-реактивный принцип метания. Результаты математического моделирования и оптимизации параметров рассмотрены на примере проектируемого активно-реактивного снаряда для артиллерийской системы калибра 152 мм. Для повышения устойчивости снаряда на траектории во время работы реактивного двигателя на внутренней поверхности сопла предлагается установка ребер под углом к оси снаряда для создания дополнительного вращательного момента. На основе разработанной модели определены оптимальные характеристики стрельбы активно-реактивным снарядом калибра 152 мм. Представлены результаты решения задач внутренней и внешней баллистики активно-реактивного снаряда, полученные с помощью программного комплекса моделирования баллистического процесса. Решена основная задача внутренней баллистики внутри ствола орудия, задача внутренней баллистики твердотопливного реактивного двигателя, прямая задача внешней баллистики активно-реактивного снаряда и исследования устойчивости движения снаряда на траектории. Найдены оптимальные параметры внутренней и внешней баллистики, обеспечивающие максимальную дальность стрельбы активно-реактивным снарядом с учетом устойчивости его движения на всей траектории.

В работе рассматривается теоретико-графовый подход, который применяется для анализа русских народных волшебных сказок. Подобное формальное описание структуры анализируемых фольклорных текстов опирается на закономерности, изложенные В. Я. Проппом в ряде своих работ и, в частности, в его известной книге «Морфология сказки». Это позволяет систематизировать и анализировать ключевые события, происходящие в текстах. Вершины теоретико-графовой модели представляют персонажей сказки, которые классифицируются на определенные фиксированные группы, а ребра обозначают встречи между персонажами, сопровождающиеся значимыми для сказочного сюжета действиями. На примере текста «Терешечка» из сборника А. М. Афанасьева показано, как строится модель и вычисляются числовые характеристики графов. Для этого в том числе используются инструменты информационной системы «Фольклор». С помощью этой программы можно не только хранить тексты коллекции и их теоретико-графовые модели, но также в автоматизированном режиме создавать формальные структуры, выполнять их визуализацию, агрегацию и сравнение. Дискриминантный анализ показал, что по формальным параметрам можно идентифицировать сюжет сказки о молодце-удальце, молодильных яблоках и живой воде. Значение коэффициента Лямбда Уилкса (Wilks’ Lambda) равно 0,0275781 (меньше 0,05), что говорит о хорошем качестве классификатора. Исходя из этого следует заключить, что для систематизации и сравнения сюжетов русских народных сказок можно применять математические модели, основанные на графах. При этом открываются перспективы изучения как вариативности сказок, так и выделения наиболее значимых и типичных для определенной географической местности или временного периода сюжетов.

Для работоспособности установок глубинных насосов в условиях аренды нефтегазопромыслового оборудования требуется планирование необходимых ресурсов. Вышедшее из строя оборудование необходимо заменять новым. При возможности ремонта изделий они направляются в ремонтные пункты обслуживания. Приводится обзор литературных источников по тематике исследования, постановка задачи. Большое количество точек применения оборудования и реальные условия эксплуатации вносят большую неопределенность в планирование замены отказавшего оборудования. Величина интенсивности отказов является случайной величиной. Разработана математическая модель управления процессом замены вышедшего из строя оборудования. Для учета неопределенности применены методы нечеткой логики. На основе имеющейся информации по отказам определены характеристики нечеткого потока отказов. Для проведения вычислительных операций разработаны алгоритмы работы с нечеткими переменными на основе в общем случае несимметричных, параболических функций принадлежности. Операции сложения, вычитания, умножения, деления, возведения в степень нечетких чисел определяются с применением интервальной арифметики и -метода. Величина запаса оборудования определяется нечетким числом. Применение гибридного генетического алгоритма позволило получить оптимальное решение оптимизационной задачи управления процессом замены оборудования. Приводятся результаты расчетов. При решении задачи нечеткой оптимизации в сравнительных операциях рассчитан ранг нечеткого числа. Для определения величины ранга используется понятие центроидной дефаззификации нечеткого числа. Построены график функции принадлежности нечеткого числа, график целевой функции задачи оптимизации: суммарные затраты. По сравнению с четкой постановкой задачи оптимизации суммарные затраты в нечеткой постановке оказались выше и определена величина страховочного запаса.

Описывается математическое обеспечение и алгоритмы реализации спецэффектов активного поведения целей и местных предметов и анализ результатов выполнения сценария упражнения для оптико-электронного стрелкового тренажера «Ингибитор», разработанного в Институте механики УдмФИЦ УрО РАН и на кафедре «Вычислительная техника» ИжГТУ имени М. Т. Калашникова совместно с АО «Концерн «Калашников». Приводится тактико-техническое задание на отображение зависимых от ветра местных предметов и дымов на реалистичность поведения целей (ракурсы движения, поражения, ответный огонь, уклонение от близких промахов, залегание, переползание и т. п.), горение бронетехники. Кроме этого, руководитель должен получить полную информацию о ходе стрельб (время обстрела и поражения от появления мишени, количество выстрелов и ошибок, установки прицела, выбито баллов по мишени № 4 и т. п.) и выставить оценку каждому обучаемому с контролем завершения упражнения (магазина - затвор - предохранитель). Необходимо вычислять точку прицеливания в момент выстрела и накладывать проекцию целика и мушки на мишень для каждого выстрела, чтобы контролировать привитие навыков хвата, удержания, прицеливания и плавного спуска. Проведенные исследования на хроматические аберрации спецэффектов выявили факторы, влияющие на искажения и показали соответствие мишенной обстановки требованиям ТТЗ. Реалистичность целей с фазами движения и ракурсами, поражением (падением или загоранием), уклонением от близких промахов, залеганием и ответным огнем и реакции на ветер местных предметов, а также полнота оперативного информирования руководителя подтверждена военной приемкой. Обзор литературы показал перспективность дальнейших исследований и разработки электронных стрелковых тренажеров благодаря совершенствованию вычислительных средств и развитию программных библиотек с целью повышения точности имитации поведения мишенной обстановки и анализа результатов стрельб. Необходимо постоянно расширять возможности реалистичности спецэффектов целей и снижать себестоимость, а значит, повышать конкурентоспособность электронных стрелковых тренажеров.

Во введении статьи на основе действующих нормативно-правовых актов обосновывается актуальность осуществления экологического мониторинга и экологического контроля загрязнений в целях контроля состояния окружающей среды и ее охраны. Приводятся основные положения этих видов экологической деятельности. В целях обоснования поставленной задачи приводится краткое описание работы химико-аналитических лабораторий (далее ХАЛ) и задачи их информационных систем. Авторы, проанализировав ряд действующих в Российской Федерации информационных систем ХАЛ, пришли к выводу, что они в основном выполняют функции автоматизации процесса сбора, хранения и обработки информации. Наличия в системах функций систем поддержки принятия решений (СППР) не установлено; например, среди них нет систем, позволяющих выдать рекомендации по изменению регламента измерений в случаях превышения допустимых значений. Предлагается информационная система сбора, обработки и анализа данных химико-аналитической лаборатории с выполнением функций СППР (контролем изменения регламента измерений и контролем сроков метрологической поверки приборов). В статье подробно описываются основные функции предлагаемой системы, доступные пользователю и администратору. Приводится пример и описание процесса изменения регламента исходя из превышения ПДК в пробах. Описаны регламенты, основные блоки системы, их функции и возможности. Представлены структура программы и алгоритм работы системы. Все функции системы успешно протестированы. На рисунках показаны действия пользователя и администратора системы при проведении тестирования функции базы данных, функции формирования отчетности по заданным параметрам для получения информации о несоответствии ряда проб и приборов заданным параметрам, функции автоматической выборки и добавления проб из выбранного прибора и функции «Изменение регламента». В заключении подчеркивается, что данная информационная система позволяет не только в автоматизированном режиме осуществлять обработку данных результатов исследований химико-аналитических лабораторий, но и выполнять отдельные функции систем поддержки принятия решений.

Обоснована актуальность математического моделирования состояния процесса ветроэнергетической установки, определяющего объем выработанной электроэнергии для каждого потребителя на основе обеспечения учета динамики изменения требуемого объема электроэнергии для каждого объекта потребления в северных широтах. Определено, что обеспечивается изменение динамика требуемого объема электроэнергии для каждого объекта потребления является непостоянством производства электроэнергии в необходимом количестве, связанном с простыми энергоагрегатами по причине слабого или сильного ветра либо в период планового, либо аварийного ремонта. Установлены режимы работы технологических процессов с включением оборудования (ветротурбина, накопительная система электрической энергии) для решения проблем непостоянства производства электроэнергии в необходимом количестве, связанном с простоями энергоагрегатов по причине слабого или сильного ветра либо в период планового, либо аварийного ремонта. Выполнено описание состояния процесса ветроэнергетической установки, определяющее объем выработанной электроэнергии для каждого потребителя на основе учета изменения динамики требуемой мощности потребления электроэнергии в результате растворения объема выработанной электроэнергии в условиях временного шага, а также установленной режимности работы технологических процессов по производству продукции в результате непостоянного производства электроэнергии в необходимом количестве, вызванных простыми энергоагрегатами, вызванными слабым или сильным ветром либо в период планового, либо аварийного ремонта. Для фиксации времени отклонения приведенного оборудования производится уравнение расчета времени простоя всего оборудования (ветротурбина, накопительная система электроэнергии) по причине перераспределения, ремонта или слабого/сильного ветра. Настоящее уравнение является одним из компонентов уравнения состояния процесса ветроэнергоустановки, определяющим объем вырабатываемой электроэнергии для каждого потребителя на основе учета динамики изменения объема требуемой электроэнергии для каждого объекта потребления. Выполнено описание уравнений изменения значений индексов S i, определяющих загрузку энергоагрегатов, и накопительной системы электроэнергии, характеризующей тот или иной технологический процесс, входящих в состав математической модели состояния процесса ветроэнергоустановки определения объема выработанной электроэнергии для каждого потребителя.

В данной статье проведен обзор IT-инструментов для построения выкроек. Выявлены проблемы и недостатки используемого программного обеспечения и описана разработка программно-информационной системы для автоматизированного построения базовых выкроек женской одежды PIONY, которая имеет ряд преимуществ. К ним относятся бесплатный функционал, три режима работы («Гость», «Закройщик», «Закройщик+»), личный кабинет, возможность сохранять выкройку в необходимом формате и масштабе. Также данная система позволяет неавторизованному пользователю работать в системе, предоставляя ему неполный функционал, но с возможностью построения выкройки одного изделия по стандартному размеру в соответствии с ГОСТ. Основным достоинством программно-информационной системы является возможность построения выкройки пяти изделий (топ, халат, брюки, шорты и юбка) по индивидуальным меркам пользователя с учетом дополнительных параметров (прибавок, вида силуэта) и печати ее в реальном масштабе. Структура программно-информационной системы представлена в виде UML-диаграммы. В ней отражены действия администратора и пользователя. Программная часть функционала разработана с использованием языков программирования Java Script, PHP, встроенной библиотеки GD Library, которая позволяет создавать чертежи с помощью графических примитивов и работать с файлами изображений. Для построения геометрических объектов используются функции библиотеки, рисующие простые фигуры, такие как линии, окружности, которые являются элементами выкройки. Для интерфейсной части был использованы набор гипертекстовой разметки HTML и стилевого оформления CSS. Предложенная программно-информационная система позволит людям, не имеющим профессиональных знаний в области швейного дела, автоматически конструировать выкройки по индивидуальным меркам путем ввода данных и нажатия нескольких кнопок.

В статье рассмотрены математические модели и алгоритмы контроля материальных потоков в производстве. В качестве сфер применения рассмотрены производство хлебобулочных изделий и производство скважинного оборудования. В каждой из сфер описаны ограничения, связанные со спецификой производственных организаций, в частности эффективное использование резервов складов предприятий с целью обеспечения изменения производственных процессов для адаптации плана к вариативности рынка с точки зрения стоимости поставок и уровня цен реализации выпускаемой продукции. Предлагается осуществить автоматизацию деятельности предприятий, связанную с оформлением заказов на доставки для взаимодействия с поставщиками, учитывая изменения различных факторов, а также использование модуля отчетности, который позволит оценивать ситуацию и строить отчеты, на основании которых упрощается работа руководителей предприятий и подразделений, связанная с принятием решений. Рассматривается оперативный контроль материальных потоков при производстве. Вводится понятие контроля материальных потоков производства как сравнение количества сырьевых ресурсов, предназначенных для изготовления продукции, суммы нормативных затрат сырья при производстве продукции в рамках главного производственного плана и имеющихся остатков соответствующих сырьевых запасов. Решается задача контроля материальных ресурсов. Выводы, полученные в ходе исследования, послужат основой для разработки информационной системы, включающей в себя формирование перечня материалов, учет изделий на складе готовой продукции, а также учет неизрасходованных в ходе производства изделий оставшихся на складах ингредиентов, создание реестра израсходованных материалов и учета документов, система позволит вносить данные в режиме реального времени.

Тематическое моделирование - это метод определения темы текстового документа путем анализа семантики и синтаксиса текста. При анализе текста метод определяет внутреннюю структуру документа или набора документов и использует эту информацию для классификации или группировки похожих слов по темам. Это также помогает выявить основные тенденции интересов в текстовом документе. Например, многие люди интересуются онлайн-покупками, политикой, спортом, экономикой, обществом и т. д. Существуют различные онлайн- и офлайн-методы интеллектуального анализа данных и алгоритмы, используемые для определения темы текста. Большинство из них используют определенный механизм, основанный на семантических характеристиках языка и тематике текста. В данном исследовании основная идея заключается в разработке методологии, которую можно эффективно использовать для тематического моделирования текста на разных языках. Модель сначала предварительно обрабатывает текст, который включает в себя токенизацию слов, удаление из него стоп-слова (STOPWORDS), выполнение лемматизации. Предварительная обработка текста и фильтрация несоответствующих элементов уменьшает размер текста и повышает производительность его классификации. Алгоритм предполагает наличие ‘n’ тем в текстовом документе и, основываясь на этом предположении, генерирует матрицы терминов обработанного документа (PDTM) для текстового документа. Матрица терминов обработанного документа (PDTM) представляет собой двумерную матрицу, которая присваивает конкретное числовое значение каждому слову в тексте на основе частоты его появления в документе, а затем соотносит это слово с каждой темой, предполагавшейся ранее. Матрица терминов обработанного документа (PDTM) генерируется для хранения токенизированных слов. Предлагаемая модель и ее результаты подробно описаны в разделах методологии и обсуждения этой статьи.

В статье рассматривается твердотельный волновой гироскоп, описываются принципы его работы. Изучаются ключевые этапы изготовления, анализируются параметры твердотельного волнового гироскопа на различных этапах производства, характеризующие его качество. Поднимаются вопросы создания автоматизированных систем контроля качества. Выбирается набор параметров гироскопических изделий - физические параметры рабочих мод колебаний резонатора. Предложенный набор параметров достаточно полно характеризует качество прибора и может быть рассчитан на каждом из ключевых этапов производства. С целью формирования методики оценки параметров ТВГ анализируется математическая модель ТВГ в виде парциального осциллятора для случая свободных колебаний, связывающая динамику фазовых переменных и физических параметров. Изучается основной параметр качества гироскопического устройства - собственная скорость дрейфа волны в резонаторе. Рассматривается зависимость скорости дрейфа от физических параметров ТВГ. На основе рассмотренных математических моделей разрабатывается схема измерений предложенного набора параметров, предлагается методика, проектируются программные решения для реализации предложенных подходов. Описываются структурная диаграмма и диаграммы состояния предлагаемой системы измерений параметров ТВГ. Предлагаемая система состоит из двух компонент: измерительной и вычислительной. Описываются особенности функционирования каждой из компонент. Рассматриваются различные режимы работы системы оценки параметров ТВГ: режим свободных колебаний, вращение волновой картины, рабочий режим, переходные процессы. Изучается вопрос применимости и эффективности предложенных решений. Приводится пример использования спроектированной системы. Анализируются результаты получения непосредственной оценки скорости дрейфа в рабочем режиме и оценки скорости дрейфа, полученного по математической модели и оцененным физическим параметрам ТВГ. Рассматриваются направления совершенствования методики оценки параметров твердотельного волнового гироскопа.

Целью статьи является проведение анализа условий эффективного применения алгоритмов измерения точностных механических характеристик резонаторов интегрирующих твердотельных волновых гироскопов, к которым отнесены остаточные значения параметров разночастотности и разнодобротности резонаторов. При этом основными режимами измерений выбраны режимы свободных колебаний резонатора неподвижного гироскопа. Рассматриваемые алгоритмы измерения остаточных значений параметров разночастотности и разнодобротности резонаторов реализуются через стандартные вычислительные процедуры идентификации коэффициентов дифференциальных уравнений свободных колебаний резонаторов. В качестве базовой модели идентификации выбраны уравнения колебаний резонатора в осях рабочей и квадратурной стоячих волн, которые записаны для медленно изменяющихся их амплитуд. Исходные сигналы для подготовки первичной информации задач идентификации формируются в измерительном устройстве, аналогичном штатному измерительному устройству интегрирующего твердотельного волнового гироскопа. Обсуждены разные постановки задачи идентификации параметров остаточных разнодобротности и разночастотности резонаторов как по отдельности, так и одновременно. В результате предложены и проанализированы хорошо обусловленные вычислительные схемы, не требующие введения дополнительной регуляризации обратных задач идентификации. Данные схемы обоснованно увязаны с математическими алгоритмами подготовки первичной информации для решаемых задач идентификации, которая формируется в виде массивов промежуточно вычисляемых амплитуд рабочей и квадратурной стоячих волн. Показано влияние ошибок вычисления этих амплитуд на точность идентификации параметров разнодобротности и разночастотности резонаторов. Дополнительно обсуждены возможности повышения точности расчета скоростей изменения этих амплитуд в условиях шумов измерений. Выявленные точностные условия применения алгоритмов идентификации параметров остаточных разнодобротности и разночастотности резонаторов гироскопов через нахождение коэффициентов дифференциальных уравнений их свободных колебаний позволяют повысить эффективность настройки методик производственного контроля.