Вісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування

Визначення концентрації нітратів у воді методом багатоспектрального УФ-аналізу

2025-06-04T13:25:07+03:00

У роботі представлено результати дослідження з розробки, калібрування та випробування експериментального прототипу портативної системи для визначення концентрації нітратів у воді на основі багатоспектрального ультрафіолетового аналізу в поєднанні з алгоритмами машинного навчання. Актуальність проблеми пов’язана з масштабним поширенням нітратного забруднення природних і питних вод, що виникає через надмірне використання азотних добрив, стоки та природне ґрунтове вимивання. Високі концентрації нітратів у воді викликають серйозні загрози здоров’ю, особливо у дітей, зумовлюючи розвиток метгемоглобінемії та сприяючи виникненню хронічних захворювань. З огляду на це, критично необхідним є створення автономних рішень, здатних забезпечити швидкий і точний аналіз води без використання складних лабораторних процедур та хімічних реагентів. Запропонована система базується на використанні чотирьох світлодіодів з довжинами хвиль 265, 308, 365 і 395 нм. Кожен з каналів виконує окрему функцію: 308 нм — виявлення нітратів, 265 нм — контроль органічних домішок, 365 нм — моніторинг мутності, 395 нм — стабілізація вимірювань. Оптична система побудована на фотодіоді у фотопровідному режимі з трансимпедансним підсилювачем. Було реалізовано алгоритм автоматичного затримання вимірювання у випадку виявлення нестабільного середовища за допомогою каналу 395 нм. Диференційна обробка спектральних даних (A308−A265, A308/A265) у поєднанні з алгоритмом Random Forest забезпечила точне визначення концентрації нітратів у діапазоні до 300 мг/л. Отримано високу кореляцію між прогнозованими та реальними значеннями (R² = 0.9806) при середній абсолютній похибці 0.77 мг/л. Запропонований підхід дозволяє розв’язати проблему впливу спектрального фону та відхилень від закону Бугера–Ламберта–Бера за рахунок використання адаптивної математичної моделі. Система має перспективи впровадження у мобільних польових приладах моніторингу водних ресурсів, станцій спостереження за довкіллям, аграрному секторі та побутовому водокористуванні. Подальші дослідження передбачають розширення кількості каналів, інтеграцію сенсорів pH та електропровідності, а також застосування в складніших багатокомпонентних системах.

МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ТОВЩИНИ КОН'ЮНКТИВИ НА РОЗПОДІЛ НАПРУЖЕННЯ ТА РОЗВИТОК ДИТЯЧОЇ ГЛАУКОМИ

2025-06-04T20:53:44+03:00

Глаукома є офтальмологічним захворюванням, яке виявляють при народженні дитини чи протягом життя, де її розвиток без лікування призводить до важких наслідків - сліпоти. Все частіше виявляють випадки часткової або повної втрати зорових функцій у дітей, внаслідок підвищення внутрішньоочного тиску (ВОТ), і ця цифра у країнах Східної Європи постійно зростає (реєструється 1-2 випадки на 2500 новонароджених). Поява цього захворювання його протікання і ускладнення залежить від внутріочного тиску, який при народженні складає 9-12 мм рт. ст., а пізніше зростає досягаючи максимуму 22-45 мм. рт. ст вже у дорослому віці. Тому необхідно проводити контроль внутрішньоочного тиску навіть на ранніх етапах розвитку дитячого організму. Вчасне виявлення хвороби на ранніх стадіях захворювання ока є надзвичайно важливою проблемою при глаукомі і дозволяє скористатись медикаментозним лікуванням з позитивним ефектом. В дитячому віці під час росту змінюються параметри ока, в тому числі товщина оболонки ока, її пружність, які мають суттєвий вплив на розподіл тиску та можливість появи глаукоми. Автори провели моделювання впливу зміни товщини оболонки ока на розподіл напружень, який може призводити до появи глаукоми. В процесі моделювання визначено, що в межах товщини оболонки ока 0.1-0.3мм та тиску 9-14 мм рт. ст. забезпечується оптимальне напруження менше 100 кПа. Підняття значень внутрішньоочного тиску більше 21 мм рт. ст. призводить до різкого збільшення напруження (˃150 кПа ) та прогресуючий розвиток глаукоми. До рекомендацій слід віднести профілактичний огляд, контроль внутрішньоочного тиску при зміні товщини оболонки ока, можливі етапи медикаментозного і хірургічного лікування.

МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ТРАНСФЕМОРАЛЬНОГО ПРОТЕЗУ НИЖНЬОЇ КІНЦІВКИ ЛЮДИНИ

2025-06-04T23:08:13+03:00

Сучасні світові виклики, які виникли внаслідок проведення військових дій, пов’язані з наявністю важких поранень, зокрема втрати нормального функціонування кінцівок, потребують застосування автоматизованих технічних устроїв та систем, котрі допомагають пацієнтові відновити можливість руху. Окрім того, важкі захворювання інфекційного типу, що супроводжують існуючі умови життєдіяльності людини, деякі типи поранень та загальні обставини існування людини в умовах війни, призводять до важких психологічних навантажень, що призводять до розладів нервової системи з втратою нормального руху.

Окрему досить складну задачу являє створення протезів нижніх кінцівок високого рівня ампутації (трансфеморальних). В цьому випадку критично важливою є наявність системи керування для симуляції рухів, які могли б бути виконані природним чином. Це включає динамічне налаштування на основі даних про навантаження, положення, швидкості та інших фізіологічних показниках.

Моделювання системи контролю автоматизованого трансфеморального протезу нижньої кінцівки є вкрай важливою сучасною проблемою, що фактично може бути виконаною на основі поєднання задач біомеханіки, робототехніки, медицини та інженерії, тобто фактично утворення автоматизованої мехатронної системи. Важливо визначити особливості створення сучасних трансфеморальних протезів, оптимізацію параметрів системи керування, потрібних для ефективного функціонування цих пристроїв.

В роботі проведено аналіз методів забезпечення роботи автоматизованого трансфеморального протезу з метою оптимізації основних характеристик системи контролю. Отже, розглянуто деякі найбільш важливі параметри системи, які призначені для забезпечення покращення надійності та довговічності протезів, підвищення рівня комфортності щоденного використання, використання легких та міцних матеріалів, покращення взаємодії між протезом та користувачем. Таким чином, проведені дослідження ресурсу міцності протезу призначені для оптимізації його ваги за критеріями мінімізації. На підставі проведених досліджень аналізу розподілу навантажень у протезованій трансфеморальній частині нижньої кінцівки, запропоновано параметри мінімізації маси деталі протезу зі збереженням її міцності, наведено результати дослідження каркасів.

Наведені результати моделювання оптимізації автоматизованої системи керування трансфеморальними протезами з врахуванням дефектів ходи за допомогою методу рою частинок з метою вибору параметрів, які покращують роботу таких протезів з огляду на конструктивні та психологічні аспекти їх застосування.

МОДЕЛЬ НЕЙРОМЕРЕЖЕВОГО АВТОЕНКОДЕРА ДЛЯ ФОРМУВАННЯ СКОРОЧЕНИХ ВЕКТОРІВ ОЗНАК ЕКГ СИГНАЛІВ

2025-06-04T23:27:42+03:00

У статті розглянута актуальна проблема вдосконалення моделей нейронних мереж для класифікації серцево-судинних патологій шляхом стиснення інформації, яка міститься в електрокардіографічних (ЕКГ) сигналах. Через активне впровадження штучного інтелекту в медичну діагностику в роботі зосереджено увагу на створенні скороченого вектора ознак ЕКГ сигналів, що дозволяє зменшити обсяг тренувальних даних без втрати важливої інформації. Дослідження присвячено розробці моделі автоенкодера зі спеціалізованою архітектурою, яка поєднує згорткові та повнозв’язні шари, шари уваги, залишкові зв’язки та симетричну структуру зі спільними вагами. Такий підхід дозволяє не лише стискати вхідний багатоканальний сигнал, але й формувати латентний простір, з якого можна відновити сигнал або використовувати його як вектор ознак для класифікації. В архітектурі моделі автоенкодера виконано поєднання латентного представлення та вектору вагових коефіцієнтів шарів у єдиний скорочений вектор, що одночасно містить інформацію як про форму, так і про структуру ознак ЕКГ сигналу. Навчання моделі відбувалося з використанням комбінованої функції втрат, яка дозволяє балансувати між якістю реконструкції сигналу та точністю класифікації. Для тестування моделі було використано низку альтернативних методів скорочення розмірності: зниження частоти дискретизації; перетворення до ортогональних відведень Франка; обчислення результуючого вектора; метод головних компонент (PCA). Усі методи були протестовані на базі даних PTB-XL, яка містить 12-канальні ЕКГ-записи з широким спектром патологій. Для оцінки ефективності скороченого вектора ознак застосовано дві моделі – згорткову нейронну мережу EcgNet і повнозв’язну мережу з двома прихованими шарами. Аналіз результатів показав, що в середньому точність класифікації з використанням скороченого вектора знижується лише на 2% для EcgNet і збільшується на 3–6% для повнозв’язної мережі, що свідчить про збереження діагностичної інформації навіть у разі значного коефіцієнту стиснення сигналу зі значенням 25. Водночас, традиційні методи зменшення розмірності, такі як PCA або переведення в ортогональну систему відведень, демонструють суттєве погіршення якості класифікації (до –16%). Зменшення частоти дискретизації до 75 Гц хоча дозволяє суттєво знизити обсяг даних, однак, також веде до втрати високочастотної інформації, критичної для виявлення ішемій та аритмій. Окрему увагу приділено пізнім потенціалам шлуночків (ППШ) та передсердь (ППП), що мають низькоамплітудну і високочастотну природу. Сформований скорочений вектор ознак забезпечив збереження інформативних характеристик цих класів, що відобразилось у підвищенні точності їх класифікації порівняно з традиційними методами зменшення розмірності. З огляду на це, розроблений скорочений вектор ознак демонструє здатність до збереження діагностичної інформації за умов суттєвого зменшення розмірності даних ЕКГ, що дозволяє досягти балансу між обчислювальною ефективністю, точністю класифікації та універсальністю застосування. Отримані результати свідчать про те, що використання запропонованого скороченого вектора ознак може бути перспективним рішенням для компактних і продуктивних систем автоматизованого аналізу ЕКГ, в мобільних, або обмежених за обчислювальними ресурсами системах, а також дає можливість пришвидшити розробку та тестування нових нейромережевих моделей для діагностики.

СИСТЕМА БАГАТОХВИЛЬОВОЇ ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФІЇ

2025-06-05T13:14:01+03:00

Фотоплетизмографія (ФПГ) є перспективною технологією для оцінки стану серцево-судинної системи завдяки здатності аналізувати зміни об'єму крові в мікросудинному руслі. Окрім стандартних параметрів, таких як частота серцевих скорочень і насичення крові киснем, форма пульсової хвилі сигналу ФПГ містить додаткову цінну інформацію, яку можна використовувати для оцінки варіабельності серцевого ритму, жорсткості артерій і артеріального тиску. Однак успішне використання ФПГ у повсякденній діяльності потребує надійного отримання сигналів, вільних від насичення, артефактів руху та інших завад.

У цій роботі представлено сенсорну систему багатохвильової фотоплетизмографії (БХ-ФПГ), яка забезпечує безперервну реєстрацію сигналів у реальному часі. Розроблено два типи датчиків: трихвильовий пальцевий датчик ФПГ розсіяного назад світла та трихвильовий вушний датчик ФПГ прохідного світла. Система здатна записувати до восьми незалежних сигналів, а її функціонування контролюється мікроконтролером, який керує підсистемами живлення та обробки сигналів. Програмне забезпечення дозволяє задавати параметри роботи, зокрема режими підсилення сигналів та послідовність активації світлодіодів.

Для оцінки якості роботи системи проведено аналіз сигналів за допомогою коефіцієнта кореляції Пірсона (ККП). Середні значення ККП для пальцевого і вушного датчиків становлять від 0,973 до 0,995, що свідчить про високу точність і надійність розробленої системи. Найвищі значення ККП отримано для пари сигналів з довжинами хвиль 660 нм і 940 нм, тоді як нижчі показники зафіксовано для пари 568 нм і 660 нм через сильніше поглинання випромінювання тканинами на хвилі 568 нм. Результати підтверджують ефективність запропонованої системи БХ-ФПГ для вимірювання якісних фізіологічних сигналів.

БІОМЕДИЧНА ВІЗУАЛІЗАЦІЯ ТА СТРУКТУРНА ОЦІНКА КІСТКОВОЇ ТКАНИНИ ПРИ ОСТЕОІНТЕГРАЦІЇ

2025-06-05T19:43:49+03:00

У даній роботі представлено підходи до оцінки змін кісткової тканини до та після остеоінтегративного протезування із застосуванням сучасних інформаційно-вимірювальних технологій. Особлива увага приділена комплексному аналізу стану кісткових структур на різних етапах остеоінтеграції, що дозволяє глибше зрозуміти процеси ремоделювання тканин під впливом імплантації. Одним із ключових інструментів дослідження є використання даних комп'ютерної томографії високої роздільної здатності. На основі отриманих томографічних зрізів проводиться побудова тривимірних (3D) моделей кісткових структур із залученням спеціалізованого програмного забезпечення. Ці моделі забезпечують можливість детальної візуалізації анатомічних особливостей, просторового розташування імпланта та навколишніх тканин, а також дають змогу аналізувати морфологічні зміни, що виникають у результаті процесів остеоінтеграції. Крім морфологічної оцінки, у рамках роботи здійснюються механічні випробування кісткової тканини. Застосовуються методи навантаження для визначення фізико-механічних характеристик, таких як міцність, жорсткість і пружні властивості кістки в ділянці контакту з імплантатом. Це дозволяє не лише виявити структурні зміни, але й оцінити їхній вплив на функціональну спроможність опорно-рухового апарату після протезування. Отримані результати об'єднуються у єдиний масив даних для проведення комплексного аналізу. Такий підхід дозволяє об'єктивно оцінити ефективність процесу остеоінтеграції, виявити потенційні зони ризику порушення стабільності імпланта, а також сформувати рекомендації щодо індивідуалізації планування протезування для кожного пацієнта. Важливою особливістю застосованої методики є можливість раннього виявлення патологічних змін або незадовільної інтеграції імпланта шляхом моніторингу динаміки морфометричних і механічних параметрів у післяопераційний період. Це відкриває перспективи для підвищення загальної успішності остеоінтегративного протезування та зменшення кількості ускладнень, пов’язаних із нестабільністю або відторгненням імплантів. Таким чином, розроблений підхід демонструє високу інформативність і практичну значущість, забезпечуючи багаторівневу оцінку стану кісткової тканини, що є надзвичайно важливою для забезпечення довгострокової стабільності та функціональності протезів у клінічній практиці.

БАГАТОКРИТЕРІАЛЬНА ОПТИМІЗАЦІЯ РОЗМІЩЕННЯ ДЕТАЛЕЙ В УМОВАХ АВТОМАТИЗОВАНОГО СКЛАДУ

2025-06-04T15:44:59+03:00

Проблема ефективного розміщення деталей на автоматизованому складі є ключовою для підвищення продуктивності логістичних процесів і дотримання сучасних вимог до швидкості виконання замовлень у межах індустрії 4.0. Класичні підходи до складування — зокрема ABC‑аналіз і одноцільова оптимізація за критерієм популярності деталей — часто призводять до нерівномірного розподілу найзатребуваніших позицій між зонами, надмірного навантаження окремих ділянок і необґрунтованого підйому важких компонентів на високі яруси. Це знижує гнучкість системи у разі змін попиту та ускладнює підтримку необхідного рівня обслуговування (SLA). Метою дослідження стало створення багатокритеріальної моделі розміщення деталей, що одночасно забезпечує мінімізацію часу доступу до деталей, збалансованість завантаження різних зон складу та уникнення розміщення важких компонентів на високих рівнях стелажів. Запропонований підхід базується на врахуванні трьох взаємопов’язаних критеріїв — час відбору, балансу популярності деталей між зонами та відповідність вагових і габаритних обмежень технічним характеристикам комірок — із можливістю налаштування пріоритетів через вагові коефіцієнти. Для перевірки адекватності моделі використано кілька методів валідації: аналіз залишків виконання структурних обмежень, аналіз чутливості до зміни вагових коефіцієнтів та порівняння результатів із еталонними сценаріями. Запропонована процедура валідації дозволяє переконатися, що рішення відповідають технічним вимогам, уникати порушення вантажопідйомності й об’єму комірок та забезпечувати рівномірне навантаження автоматизованих зон. Отримані результати свідчать про доцільність застосування багатокритеріальної оптимізації як альтернативи традиційним методам складування, що дозволяє гнучко адаптувати стратегії розміщення деталей відповідно до бізнес‑пріоритетів і поточних виробничих обмежень. Запропонована модель може бути інтегрована в інформаційні системи управління складом (ERP/MES) для автоматизованого планування і переналаштування розміщення товарів, що сприятиме підвищенню точності комплектування замовлень, зменшенню експлуатаційних витрат і покращенню загальної ефективності роботи автоматизованих складів.

АНАЛІЗ СУЧАСНИХ ПІДХОДІВ ДО АВТОМАТИЗАЦІЇ ВИТРАТОВИМІРЮВАЛЬНИХ УСТАНОВОК ДЗВОНОВОГО ТИПУ

2025-06-04T14:08:03+03:00

Точне вимірювання витрати та кількості природного газу є одним з визначальних факторів підвищення ефективності технологічних процесів та виробництв. Для метрологічної перевірки та калібрування лічильників газу широко застосовують дзвонові установки, які мають високу точність відтворення одиниці витрати та об’єму газу. Однак процес перевірки лічильника газу на цій установці є трудомістким та потребує автоматизації.

У цій статті виконано аналіз установок різних типів для метрологічної перевірки витратомірів та лічильників газу, виділено їх переваги та недоліки. На основі аналізу наукових джерел та результатів експериментальних досліджень дзвонових еталонних установок встановлено, що ці установки залишаються одним із найточніших засобів калібрування лічильників газу. Проте їх метрологічні характеристики суттєво залежать від умов застосування, зокрема робочого тиску, рівня замкової рідини та температури середовища. Зміна робочого тиску може викликати систематичні похибки до 1,5%, зміна рівня замкової рідини під впливом температури, випаровування або вібрацій може спричинити похибку до 0,7%. Ці похибки можуть бути значно зменшені за допомого автоматизації процесів відтворення одиниці об’єму газу та перевірки лічильника газу. За результатами аналізу дзвонової установки як об’єкта керування пропонується удосконалити системи стабілізації тиску повітря під дзвоном, регулювання рівня замкової рідини для компенсації зміни рівня в динамічних процесах, стабілізації температури повітря під час процедури перевірки лічильників. Додатково авторами планується удосконалити систему керування дзвоновою установкою із застосуванням математичних моделей похибок відтворення об’єму та реалізації коректуючих впливів під час процесу перевірки лічильників та витратомірів газу. Удосконалення системи автоматизації дзвонової установки забезпечить підвищення точності установки, зменшення суб’єктивний впливу оператора, можливість інтеграції з системами збору та аналізу даних.

МЕТОДИ ВДОСКОНАЛЕННЯ ЯКОСТІ ОБЛІКУ ПРИРОДНОГО ГАЗУ

2025-06-04T14:38:36+03:00

Питання достовірного та надійного обліку природного газу є критично важливими в умовах трансформаційних процесів, що відбуваються в газотранспортній та газорозподільній системах нашої країни, які пов'язані зі зменшенням обсягів транспортування газу, занепадом промисловості, переходом споживачів на альтернативні енергоресурси та іншими структурними змінами в енергетичному секторі. Особливо актуальною ця проблема є для промислових підприємств та газорозподільних станцій (ГРС), де спостерігаються значні коливання витрат газу. Зокрема, обладнання газорозподільних станцій ГРС часто працює в режимах, які виходять за межі оптимальних діапазонів роботи традиційних засобів вимірювальної техніки. Тому традиційні вузли обліку газу (побудовані на застосуванні одного приладу вимірювання витрати за робочих умов) не завжди забезпечують необхідні діапазон та точність вимірювань у всьому діапазоні робочих витрат, що призводить до економічних втрат як постачальників, так і споживачів газу. У зв’язку з цим актуальності набувають питання, пов’язані із застосуванням декількох вимірювальних ліній з різними діапазонами вимірювання та системою автоматичного перемикання діапазонів. Авторами запропоновано структурний склад автоматизованого комплексу обліку природного газу, обґрунтовано вимоги до структурних елементів, розроблено алгоритм керування перемиканням діапазонів вимірювання ліній системи обліку природного газу. Впровадження автоматизованих комплексів запропонованої структури на промислових підприємствах та газорозподільних станціях зі змінним характером споживання дозволить значно розширити діапазон вимірювання та забезпечити високу точність вимірювань за рахунок оптимального використання вимірювального приладу кожної лінії та сприятиме зменшенню небалансів у газотранспортній й газорозподільній системах, а також підвищенню ефективності використання природного газу.

АНАЛІЗ ОПТИЧНИХ СИСТЕМ ПОЛЯРИМЕТРИЧНИХ ТЕПЛОВІЗОРІВ

2025-06-03T23:22:47+03:00

Поляриметричні тепловізори є важливими інструментами в сучасних системах виявлення та спостереження, дозволяючи отримувати зображення об'єктів за рахунок вимірювання поляризаційних характеристик інфрачервоного випромінювання. Це відкриває нові можливості для покращення контрастності та роздільної здатності зображень в умовах низької видимості. Постановка проблеми полягає в тому, що оптимізація оптичних систем таких тепловізорів залишається складним завданням через комплексність фізичних процесів, що вимагає додаткового аналізу та моделювання. Аналіз останніх досліджень і публікацій показав, що багато робіт присвячено застосуванню тепловізорів у системах виявлення та розпізнавання, а також методам оцінки їх роздільної здатності. Зокрема, Колобродов В.Г. підкреслює необхідність покращення оптичних характеристик тепловізорів, Холст Г.С. пропонує методи розрахунку модуляційної передаточної функції (MTF). Деякі дослідження акцентують увагу на моделюванні оптичних систем з використанням сучасних програмних засобів. Проте питання оптимізації оптичних систем поляриметричних тепловізорів залишається актуальним. Метою роботи є проведення теоретичного аналізу оптичних систем поляриметричних тепловізорів, аналіз математичних моделей, що описують роботу таких систем, виконання моделювання оптичних систем з використанням програмного середовища Python та надання рекомендацій щодо оптимізації оптичних систем для покращення їх характеристик. Результати дослідження включають розгляд енергетичних та просторових характеристик випромінювання об'єктів та фонів, а також проходження інфрачервоного випромінювання через атмосферу. Викладено математичні моделі, що описують роботу оптичних систем, зокрема формули для розрахунку MTF та мінімальної роздільної різниці температур (MRTD). Проведено моделювання оптичних систем та поляризаційних ефектів за допомогою програмного середовища Python. Результати моделювання представлені у вигляді графіків та таблиць. Висновки свідчать про те, що отримані результати можуть бути використані при розробці нових тепловізійних пристроїв з покращеними характеристиками. Виявлено, що врахування поляризаційних ефектів та оптимізація оптичних компонентів дозволяють підвищити роздільну здатність та чутливість тепловізорів. Перспективи подальших досліджень включають експериментальну перевірку отриманих моделей та розробку алгоритмів обробки зображень з врахуванням поляризаційних характеристик.

ПРОЄКТУВАННЯ ОПТИКО¬-МЕХАНІЧНОЇ СИСТЕМИ «ХОЛОДНОГО» ПРИСТРІЛЮВАННЯ

2025-06-04T11:47:03+03:00

Розвиток озброєння в Україні пов’язаний з використанням дистанційно керованих засобів враження супротивника. До таких засобів відносяться, наприклад, безпілотні літальні апарати та бойові роботи (БР), які використовуються при виконанні розвідувальних, інженерних, бойових і тилових задач. Більшість з цих дистанційно керованих БР оснащене телевізійними і тепловізійними прицілами, телевізійними камерами і лазерними далекомірами для забезпечення заданих показників їхнього призначення. В зв’язку з цим постає питання побудови пристроїв «холодного» пристрілювання, за допомогою яких можна пристрілювати приціли для різних типів БР з різною базою між прицілом і зброєю. В статті розглядаються питання побудови найбільш перспективної системи «холодного» пристрілювання на базі коліматора і дзеркальних пента-відбивачів. Проведено аналіз можливих похибок системи пов’язаних з розфокусуванням і паралактичною похибкою наведення коліматорного вузла. З використанням матричного метода визначено вплив похибки базування пента-відбивача на положення площини зображення імітатора цілі коліматора по відношенню до прицільної марки системи наведення зброї. Отримані аналітичні співвідношення, які дають можливість запропонувати методи усунення цих похибок шляхом юстування системи «холодного» пристрілювання при використанні спеціального обладнання. Розглянута в статті система «холодного» пристрілювання може бути використана для дистанційно керованих БР, що працюють у видимому і інфрачервоному діапазонах завдяки використанню дзеркальної оптики. Важливо і те, що система дозволяє налагоджувати БР з зміною в широких межах відстані між стволом зброї БР і віссю прицілу. Робота може бути корисною для фахівців, що працюють в галузі проєктування і експлуатації БР.

МЕТОДИКА ВРАХУВАННЯ ПОХИБОК ПРИЦІЛУ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЖИВУЧОСТІ БОЙОВОЇ МАШИНИ

2025-06-04T12:07:33+03:00

Стаття присвячена підвищенню надійності та точності прицілювання озброєння, встановленого на борту бойової машини та оснащеного автоматизованими засобами обчислення положення прицільної марки, що формується з використанням колімаційного прицілу. Для забезпечення надійності конструкція прицілу має бути максимально простою і не містити складних об’єктивів. Найкращими варіантами в такій ситуації є використання об’єктивів на базі дублетів або товстої одиночної лінзи. При цьому відомі способи стрільби бойової машини не враховують того факту, що комп'ютерно-інтегрованому колімаційному прицільному пристрою притаманні похибки формування лінії візування, обумовлені остаточними абераціями об’єктиву. Це призводить до того, що при довільному положенні ока в межах вихідної зіниці прицільного пристрою в процесі спостереження прицільної мітки на кутах візування її колімоване зображення змінює кутове положення відносно віддаленої цілі. В типових умовах роботи на дальності 1000 м промах може досягати 10 м.

Метою роботи є розроблення алгоритмів врахування паралактичних похибок, які виникають в коліматорних прицілах на базі об’єктиву-дублету або товстої одиночної лінзи при обчисленні положення лінії візування. Показані особливості формування зображень в прицілі і джерела виникнення паралаксу. На основі теорії формування зображення в таких оптичних системах запропоновано два варіанти виключення похибок прицілювання. Перший варіант передбачає формування в полі зору оператора зображення миттєвого поля зору оптичної системи у вигляді кола діаметром, розрахованим за розробленою методикою. За другим варіантом конструкція прицілу має передбачати примусове розміщення центру зіниці ока оператора в розрахованій безабераційній точці. Обидва рішення дозволяють повністю усунути паралактичну похибку прицілювання.

ПРОГРАМНІ АЛГОРИТМИ ПІДВИЩЕННЯ СТІЙКОСТІ ПРИ ПЕРЕМІЩЕННІ КРОКУЮЧОГО РОБОТА

2025-06-04T16:51:30+03:00

В роботі розроблено і випробувано метод підвищення стійкості крокуючого робота квадропода під час прямолінійного руху за рахунок модернізації програмних алгоритмів керування. Такі роботи знайшли широке застосування у військовій сфері, рятувальних операціях, будівництві, промисловості, дослідженнях та навіть у повсякденному житті. Проблема забезпечення стійкості під час руху актуальна для всіх типів крокуючих роботів, проте особливо гостро вона постає саме у біподах та квадроподах через конструктивні особливості та режими функціонування таких робототехнічних систем.

Досліджуючи питання стійкості робота квадропода було визначено, що стійкість можна умовно поділити на динамічну та статичну, де динамічна стійкість це утримування стійкості при динамічному русі тіла, а статична – при його статичному положенні. Для квадропода частою проблемою є падіння на підняту кінцівку, яка є проблемою статичної стійкості, оскільки це пов’язано через втрату однієї опорної точки при відсутності переміщення тіла.

У статті було проведено огляд досліджень останніх років, зроблено висновок, що запропоновані методи підвищення стійкості крокуючих роботів умовно можна розділити на конструктивні та алгоритмічні. Конструктивні методи є розповсюдженим рішенням для стабілізації робота, але вони не є універсальними і потребують зміни конструкції. Алгоритмічні методи є більш універсальними, але їх використання часто обмежується обчислювальною потужністю робота, параметрами живлення та відсутністю необхідних сенсорів. Оцінивши недоліки розглянутих методів, було запропоновано метод стабілізації, що не потребує конструктивних модифікацій робота та не вимагає від нього великої розрахункової потужності.

Суть методу полягає у зміщенні центру мас від початкового положення у межі опорного трикутника, який утворений кінцівками в фазі переносу. Це досягається шляхом зміщення точок опори кінцівок у бік піднятої. Запропонований метод було імплементовано в алгоритм керування рухом робота та перевірено на моделі робота квадропода, який мав проблему втрати стійкості в момент переносу кінцівки в нове положення. Було сформовано алгоритм випробувань, що включає послідовність рухів для реалізації прямолінійного переміщення, а також поведено дослідження впливу параметру зміщення центру маси робота на час проходження ділянки фіксованої довжини. Проведені дослідження показали працездатність та ефективність запропонованого методу.

АНАЛІЗ СТАНУ ТА ТЕНДЕНЦІЙ РОЗВИТКУ СИСТЕМ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЄКТУВАННЯ ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАННЯ ВИТРАТИ ПЛИННИХ СЕРЕДОВИЩ

2025-06-04T18:18:20+03:00

Стаття є комплексним дослідженням сучасного стану та тенденцій розвитку систем автоматизованого проектування (САПР) для вимірювання параметрів плинних середовищ. Основна увага приділяється аналізу спеціалізованих програмних продуктів для автоматизованого проєктування систем вимірювання витрати та витратомірів. Виконано аналіз функціональних можливостей широко застосовуваних програмних продуктів САПР «Витратомір», Arian Flow CAD, Simcenter FloEFD та виділено їх переваги і недоліки. Як окремий критерій аналізу виділено здатність програмного продукту проєктувати витратоміри змінного перепаду тиску відповідно до вимог міжнародних стандартів ISO 5167. Розглянуто технологічні переваги продуктів, зокрема наявність інтерактивної взаємодії з дослідником та можливість оптимізації характеристик витратоміра. Також виконано аналіз функціональних можливостей програмних пакетів, розроблених на основі CFD-методів, зокрема SolidWorks, Ansys Fluent. Вказано, що ці програмні пакети є ефективним додатковим інструментом для дослідження витратомірів плинних середовищ при нестандартних умовах монтажу вузлів обліку, при розширенні області застосування за межі дії стандартів, зокрема ISO 5167, як за діапазоном числа Рейнольдса, так і за типами витратомірів, при дослідженні потоків в пристроях підготовки потоку та удосконаленні конструкції цих пристроїв. Сформовано порівняльну таблицю переваг і недоліків розглянутих програмних продуктів.

Виконано огляд новітніх технологій, які впроваджують у системи проектування інженерних продуктів, зокрема веб-технологій, хмарних рішень і алгоритмів штучного інтелекту, які сприяють підвищенню ефективності автоматизованого проєктування. Розглянуто переваги застосування цифрових двійників для прогнозування поведінки систем у реальних умовах експлуатації, а також застосування хмарних платформ у забезпеченні доступності, масштабованості та інтеграції САПР із системами управління даними.

Наукова новизна дослідження полягає у виділенні ключових напрямів розвитку САПР засобів вимірювання витрати та кількості плинних середовищ з урахуванням вимог сучасних стандартів, автоматизації процесів проектування та впровадження адаптивних інструментів моделювання.

РОЗРОБКА СИСТЕМИ ГЕНЕРАЦІЇ НА ОСНОВІ АЛГОРИТМУ ШТУЧНОГО ІНТЕЛЕКТУ. ЧАСТИНА 2

2025-06-04T19:59:33+03:00

Під штучним інтелектом часто розуміють певний алгоритм або ансамбль моделей машинного навчання, що надає змогу вирішувати прикладні задачі різного характеру, найчастіше з присутньою характерною нелійнійністю, з урахуванням специфіки області дослідження та можливості застосування нетривіальних підходів. Однією з таких задач є завдання генерації нових об’єктів чи поєднань. В даній роботі розглядається повний цикл розробки системи генерації, починаючи від збору даних, завершуючи готовою моделлю з елементами штучного інтелекту. Зазвичай моделі та алгоритми, що використовуються, потребують набір початкових даних, який забезпечує навчання та пошук певних закономірностей, та в подальшому може бути використаний для інших досліджень. Перша частина статті присвячена вирішенню задачі формування набору даних. Було розглянуто методи захисту інтернет-джерел, розроблено парсер для автоматичного збору даних з електронних джерел та ресурсів, виконано препроцесінг отриманої інформації та виконано композицію датасету комбінацій слів. Це найбільш трудоємкий та важливий етап у розробці системи генерації, адже всі подальші результати, їх якість та достовірність, повністю залежать від повноти, чистоти та правильності сформованих даних. Друга частина присвячена наступним етапам розробки системи генерації, а саме візуалізації даних, налаштуванню параметрів математичної моделі та перевірка згенерованих результатів. На етапі формування датасету інформація представляється у табличному вигляді, тому важливим етапом є візуальний аналіз. В даній роботі для візуалізації використовуються вектори ембедингу, що отримані через просту нейронну мережу Word2Vec, оскільки дані представляються у текстовому вигляді. Ці вектори трансформуються у двовимірний простір за допомогою методу t-SNE. В якості моделі генерації на останньому етапі розробки системи застосовується алгоритм класичного машинного навчання Ланцюг Маркова. Такий підхід надає можливість створювати відносно просту, але ефективну систему, що в повній мірі відповідає процесу моделювання для знаходження нових закономірностей та поєднань.

ІНТЕГРОВАНИЙ ПІДХІД ДО СЕГМЕНТАЦІЇ 3D-ХМАРИ ТОЧОК ДЛЯ КАЛІБРУВАННЯ РЕЗЕРВУАРІВ

2025-06-24T19:15:42+03:00

У статті представлено гібридний метод сегментації 3D-хмар точок для калібрування циліндричних горизонтальних резервуарів, який поєднує алгоритми RANSAC і DBSCAN із подальшим уточненням меж на основі локальних геометричних характеристик.

Аналіз попередніх досліджень показує, що RANSAC ефективний для виявлення циліндричних поверхонь, але чутливий до шуму, тоді як DBSCAN добре виконує кластеризацією зашумлених даних, але потребує оптимізації параметрів. Гібридні методи, які поєднують ці алгоритми, демонструють кращі результати, проте їх стійкість до низькощільних хмар і точність у перехідних зонах залишаються недостатньо дослідженими. Мета роботи – розробити та оцінити гібридний метод сегментації 3D-хмар точок, що поєднує RANSAC, DBSCAN і уточнення меж, для автоматизованого калібрування резервуарів із високою точністю за щільностей від ~1 млн до ~18 млн точок.

Результати досліджень базуються на порівнянні сканованої (18,012,345 точок при максимальній щільності) та ідеальної (17,986,543 точок) моделей резервуара. Гібридний метод дозволив точно оцінити геометричні параметри: радіус (R ≈ 1.5 м, похибка ±0.03 м) і довжину (L ≈ 10.8 м, похибка ±0.05 м). Сегментація виділила переднє днище (372,890 точок, ~2.07 %), заднє днище (411,230 точок, ~2.28 %) та шум (2,181,240 точок, ~12.1 %). Пропорційність зменшення точок для днищ зі зниженням щільності підтверджена лінійною апроксимацією (рис. 1): нахили ~20,700–22,800 точок/млн для сканованої моделі та ~20,900–21,100 для ідеальної, із R² ≈ 0.999. Відносні похибки сегментації становлять 0.1–0.7 % для переднього днища та 8.3–8.9 % для заднього, що вказує на вищу точність для переднього днища та потребу вдосконалення для заднього. Стабільність шуму (~12.1–12.2 %) підтверджує ефективність DBSCAN. Метод зберігав точність навіть при низькій щільності (~1 млн точок), хоча зростання похибки заднього днища (~8.75 %) сигналізує про можливі втрати деталей.

Отже, розроблений гібридний метод є стійким до шуму, масштабованим для щільностей 1–18 млн точок і придатним для автоматизованого калібрування резервуарів. Пропорційність компонентів і стабільний шум підкреслюють надійність методу, а візуалізація (циліндр - червоний, переднє днище - зелений, заднє - синій) ілюструє чітке розмежування. Подальші дослідження можуть зосередитися на оптимізації DBSCAN для низькощільних хмар і зниженні похибки для заднього днища в перехідних зонах.