Dissertations / Theses on the topic '004.94:005.311.2'

Розкрито значення курсу "Комп’ютерні технології в архітектурному проектуванні" при підготовці майбутніх архітекторів як складової іх фахово-інформатичної підготовки. Визначено підходи щодо організації та здійснення їх навчання фахово-орієнтованих комп’ютерних технологій на основі САПР Allplan.

Функціонування сучасних радіомереж в густонаселених районах стикується з різними проблемами, серед яких можуть бути перевантаження, затримки проходження і викривлення інформації, що передається. Отже, оброблення інформації в радіомережах і, пов’язане з ним оцінювання нових технологій, методів та підходів напрямлених на зменшення втрат інформації має певний інтерес серед конструкторів

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 122 "Комп’ютерні науки". – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Об’єктом дослідження є процес синтезу структури та реструктуризації бізнес-процесів складних систем. Предметом дослідження є моделі та інформаційна технологія аналізу та підвищення якості структури бізнес-процесів на основі використання різних нотацій моделювання. Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної задачі – розробці моделей та інформаційної технології аналізу та підвищення якості структури бізнес-процесів складних систем. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, зазначено зв’язок роботи з науковими темами, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено об’єкт, предмет та методи дослідження, показано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведено інформацію про практичне використання, особистий внесок здобувача, апробацію результатів дослідження та їх висвітлення у публікаціях. Приводяться відомості щодо структури та обсягу дисертаційної роботи. У першому розділі проведено аналіз процесу синтезу структури та реструктуризації бізнес-процесів складних систем як об’єкта дослідження. Виділені проблеми, які в даний момент ще не вирішені і є актуальними з точки зору аналізу та підвищення якості структури бізнес-процесів. Детально розглянуті найбільш популярні та поширені нотації опису структури бізнес- процесів (BPMN, EPC, IDEF0 та DFD); сучасні підходи щодо накопичення та аналізу колекцій моделей бізнес-процесів з метою їх повторного використання; формати представлення структури бізнес-процесів (XPDL, AML, BPMN 2.0). Розглянуто існуючі методи та засоби аналізу та підвищення якості структури бізнес-процесів. В результаті здійсненого огляду було визначено, що у розглянутих літературних джерелах не представлені формальні методи, які б дозволили виявити порушення правил побудови структури бізнес-процесів, представлених за допомогою різних нотацій моделювання, та сформувати рекомендації щодо їх усунення. Сформульовано постановку задачі дослідження проблем, які було виявлено під час аналізу процесу синтезу структури та реструктуризації бізнес-процесів складних систем в ролі об’єкта дослідження. Основними з даних проблем є: формалізація правил побудови моделей бізнес-процесів на основі різних нотацій моделювання; розробка узагальненого критерію якості моделей бізнес-процесів; формування методу аналізу та вдосконалення структури бізнес-процесів; розробка моделей, призначених для формування рекомендацій щодо усунення виявлених порушень правил побудови моделей бізнес-процесів; розробка інформаційної технології аналізу та підвищення якості структури бізнес-процесів. У другому розділі сформовано теоретичні основи аналізу та підвищення якості структури бізнес-процесів. На основі рекомендацій щодо побудови моделей бізнес-процесів визначено та формалізовано правила побудови моделей бізнес-процесів з використанням різних нотацій моделювання. Сформовано окремі критерії та розроблено узагальнений критерій якості моделей бізнес-процесів на основі методу адитивної згортки критеріїв. На основі виконаних досліджень отримали подальший розвиток: – метод кількісного аналізу структури бізнес-процесів за рахунок формування коефіцієнтів збалансованості, які, на відміну від існуючого, враховують різні елементи структури бізнес-процесу та особливості їх з’єднання, що дозволяє застосувати сформовані коефіцієнти для аналізу моделей бізнес-процесів у різних нотаціях з метою визначення їх відповідності правилам побудови; – метод оцінки якості моделей бізнес-процесів за рахунок формалізації правил побудови та формування узагальненого критерію якості замість окремих метрик якості моделей бізнес-процесів у певних нотаціях, що дозволяє оцінити якість моделі бізнес-процесу на основі єдиного кількісного показника. Третій розділ присвячено розробці моделей аналізу та підвищення якості структури бізнес-процесів. Було розглянуто метод аналізу та вдосконалення структури бізнес-процесів, який дозволяє виявити та усунути порушення правил побудови моделей бізнес-процесів при використанні різних нотацій моделювання, та відповідні моделі, призначені для формування рекомендацій щодо усунення виявлених порушень правил побудови моделей бізнес-процесів (необхідні зміни у кількості відповідних елементів структури бізнес-процесу та зв’язків між ними), що дозволяє підвищити їхню якість. Оптимізаційні задачі вирішуються на основі використання методу градієнтного спуску. Метод аналізу та вдосконалення структури бізнес-процесів базується на людино- машинній процедурі прийняття рішень, тому було запропоновано процедуру формування зрозумілих людині рекомендацій у вигляді текстових вказівок щодо вдосконалення структури бізнес-процесів на основі результатів вирішення оптимізаційних задач. З метою повторного використання досвіду щодо підвищення якості моделей бізнес-процесів було розроблено процедуру їх групування за подібністю щодо відповідності правилам побудови структури бізнес-процесу. В результаті виконаних досліджень було вперше: – розроблено метод аналізу та вдосконалення структури бізнес-процесів, що дозволяє виявити та усунути порушення правил побудови моделей бізнес-процесів при використанні різних нотацій моделювання; – розроблено моделі, призначені для формування рекомендацій щодо усунення виявлених порушень правил побудови моделей бізнес-процесів, що дозволяє підвищити якість структури бізнес-процесів. У четвертому розділі на основі опису процесу аналізу та підвищення якості структури бізнес-процесів були визначені функціональні можливості та сформульовані вимоги до інформаційної технології. Архітектура інформаційної технології базується на використанні сучасних технологій вилучення, обробки та збереження інформації про структуру бізнес-процесів. Робота користувача з отриманими результатами може здійснюватися як через веб-інтерфейс, так і на основі використання аналітичної приладової панелі, яка демонструє узагальнені результати аналізу та забезпечує підтримку прийняття рішень щодо підвищення якості структури бізнес-процесів. Працездатність розробленої інформаційної технології було перевірено на заздалегідь підготовлених моделях бізнес-процесів у різних нотаціях, в яких було навмисно допущено структурні помилки, які порушують правила побудови структури бізнес-процесів у нотаціях BPMN, EPC, IDEF0 та DFD, а також на повнорозмірній вихідній інформації щодо структури бізнес-процесів у різних нотаціях та різної галузевої приналежності. В результаті було удосконалено інформаційну технологію аналізу та підвищення якості структури бізнес-процесів, яка базується на використанні розроблених методу та моделей замість існуючих рішень, що дозволяє автоматизувати виявлення та усунення порушень правил побудови моделей бізнес-процесів при використанні різних нотацій моделювання. Аналіз отриманих результатів дослідження показав, що розроблений метод та моделі, на яких базується інформаційна технологія, на відміну від існуючих формальних методів та засобів, дозволяють не лише більш точно виявити помилки у структурі бізнес-процесів, поданих у нотаціях BPMN, EPC, IDEF0 та DFD, а й оцінити якість структури бізнес-процесу на основі єдиного кількісного показника та отримати рекомендації щодо її підвищення шляхом внесення необхідних змін у кількості відповідних елементів структури бізнес- процесу та зв’язків між ними. Наведено результати впровадження дисертаційного дослідження у ТОВ "Науковий Парк НТУ "ХПІ" (м. Харків), у Інституті монокристалів НАН України (м. Харків), у науково-дослідних роботах та навчальному процесі кафедри програмної інженерії та інформаційних технологій управління Національного технічного університету "ХПІ".
Thesis for obtaining the philosophy doctor scientific degree on the specialty 122 “Computer sciences”. – National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, 2020. Object of research is the process of synthesis and redesign of the business process structure of complex systems. Subject of research includes models and information technology of analysis and quality improvement of the business process structure based on the using of various modeling notations. The dissertation is devoted to the solution of the scientific and practical problem – development of the models and information technology of analysis and quality improvement of the business process structure of complex systems. The introduction substantiates the relevance of the topic of the dissertation, indicates the relationship with scientific topics, the purpose and objectives of the study are formulated, the object, subject and methods of research are identified, the scientific novelty and practical significance of the obtained results is shown, the information on practical use, personal contribution of the applicant, validation of the research results and their coverage in publications are provided. Information about the structure and scope of the dissertation is given. The first section analyzes the process of synthesis and redesign of the business processes structure of complex systems as a research object. Issues that have not yet been resolved and are relevant in terms of analysis and improvement of the quality of business processes are denoted. The most popular and widely used notations (BPMN, EPC, IDEF0, and DFD) that serve to describe business process structure, modern approaches to storing and analyzing business process model collections for their further reuse, business process structure representation formats (XPDL, AML, BPMN 2.0) are discussed in detail. Existing methods and tools of analysis and improvement of quality of business process structure are considered. As a result of the review, it was determined that the reviewed literature sources are not present formal methods that would allow to identify violations of the rules of structure of business processes, represented by various notations of modeling, and to generate recommendations in order to their elimination. The research problem related to those issues, which were revealed during the analysis of the process of synthesis and restructuring of the structure of business processes of complex systems as a research object, is formulated. The main of these problems are: formalization of rules of business process model design based on different modeling notations; development of the generalized quality criterion for business process models; formation of the method of analysis and improvement of a business process structure; development of the models, which are intended to form recommendations for elimination of revealed violations of business process model design rules; development of the information technology of analysis and quality improvement of the business process structure. The second section describes the theoretical foundations of the analysis and improvement of the quality of the structure of business processes. Based on the recommendations of business process model design, the rules of business process model design using different modeling notations are defined and formalized. Individual criteria have been formed, as well as the generalized quality criterion for business process models has been developed, which is based on the multi-criteria decision making method. The research presented in the second section has allowed elaborating: – the method of quantitative analysis of the business process structure is elaborated through the formation of balance coefficients, which, unlike the existing one, take into account different elements of the business process structure and features of their interrelations, which allows to apply the formed coefficients for the analysis of business process models in different notations in order to determine their compliance with the design rules; – the method of business process model quality assessment is elaborated by formalizing the design rules and generating a generic quality criterion instead of individual business process model metrics for certain notations, which allows to evaluate the business process model quality using a single quantitative metric. The third section is devoted to the development of models of analysis and improvement of the business process structure. There were considered the method of analysis and improvement of the business process structure, which allows detecting and eliminating violations of business process model design rules when using different modeling notations, and the models used to form recommendations for elimination of detected violations of business process model design rules (necessary changes in the number of certain elements of the business process structure and connections between them), which allows to improve the business process structure quality. The corresponding optimization problems are solved using the gradient descent method. The method of analyzing and improving the business process structure is based on the human-machine decision-making process, so it was proposed the procedure for formulating recommendations in the form of understandable text instructions for improving the business process structure based on the results of optimization problem solutions. In order to reuse the experience of improving the business process model quality, the procedure for grouping them by similarity in the context of fulfillment to the rules of business process structure design was developed. As the result of research, for the first time were obtained: – the method of analysis and improvement of the business process structure, which allows identifying and eliminating violations of the rules of building business models when using different modeling notations; – the models designed to formulate recommendations for eliminating identified violations of business process model design rules, which can improve the quality of the business process structure. In the fourth section on the basis of a detailed description of the process of analysis and improvement of the business process structure quality, functional capabilities and requirements for the information technology were defined. The information technology architecture is based on the use of modern technologies for extracting, processing and storing information about the business process structure. User work with the obtained results can be performed either through the web interface or through the analytical dashboard, which demonstrates generalized analysis results and provides decision support for improving the quality of the business process structure. The information technology was validated using prepared business process models provided in various notations, in which structural errors that violate certain business process structure design rules of BPMN, EPC, IDEF0, and DFD notations were intentionally injected; and using the full scale input information on the business process structure provided in different notations and domains. As the result there were improved the information technology of analysis and improvement of quality of business process structure, which is based on the developed method and models instead of existing solutions, which further allows automating detection and elimination of violations of business process models design in various notations. The analysis of the research results has shown that the formed method and the developed models, on which the information technology is based, unlike the existing formal methods and tools, allow not only to more accurately detect errors in the business process structure described using BPMN, EPC, IDEF0, and DFD notations, but also to evaluate the quality of the business process structure on the basis of a single quantitative indicator and obtain recommendations for its improvement by making necessary changes in the number of certain elements of the business process structure and the relations between them. Thesis research results were implemented at the “Scientific Park of NTU “KhPI” LLC (Kharkiv), state scientific institution “Institute for Single Crystals” of National Academy of Science of Ukraine (Kharkiv), in scientific research works and educational process of the Department of Software Engineering and Management Information Technologies of National Technical University “KhPI”.

У дипломній роботі магістра досліджено методи і засоби моделювання комп’ютерних систем із застосуванням апарату мереж Петрі з можливістю трансляції параметрів моделі, виражених природною мовою, у програмний код та візуалізацією архітектури системи. Для того, щоб врахувати особливості структури комп’ютерної системи, потенційні маршрути передачі даних, затримки маршрутизації і забезпечити можливість швидкого встановлення «вузьких» місць системи перед початком її впровадження обгрунтовано та побудовано модель на основі EN-мереж Петрі. У роботі запропоновано метод та процедури аналізу вхідного тексту параметрів мережевих моделей EN, спосіб перетворення одержаних лексем у код програми на мові С++. Розроблено програмний засіб підтримки запропонованих моделі і методу трансляції мережі Петрі у програмний код та візуалізації її структури.
In the master's thesis the methods and tools of modeling computer systems with the use of Petri nets with the possibility of translating the parameters of the model, expressed in natural language, into the program code and visualization of the system architecture are investigated. In order to take into account the structure of the computer system, potential routes of data transmission, routing delays and to ensure the possibility of rapid establishment of "bottlenecks" of the system before its implementation, a model based on EN-Petri nets is justified. The paper proposes a method and procedures for analyzing the input text of the parameters of network models EN, a method of converting the obtained tokens into program code in C ++. A software tool for supporting the proposed models and method of translating the Petri net into program code and visualization of its structure has been developed.
Вступ. 1. Аналіз сучасного стану досліджень у сфері моделювання комп’ютерних систем. 2. Розробка методу трансляції мережі Петрі у програмний код мови С++ 3. Розробка програмного засобу для моделювання комп’ютерних систем на основі мереж Петрі. 4. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях. Висновки

У дипломній роботі магістра досліджено методи і засоби побудови систем інтелектуальної аутентифікації номерних знаків автомобілів при керуванні автоматичним шлагбаумом. Обгрунтовано застосування архітектури нейронної мережі AlexNet та запропоновано використати підхід Transfer Learning для реалізації системи аутентифікації номерних знаків шляхом донавчання та з використанням синаптичних ваг попередньої навченої мережі. Програмно реалізовано згорткову нейронну мережу на основі архітектури AlexNet, що дало змогу забезпечити високу точність розпізнавання номерних знаків і стійкість цих результатів.
In the master's thesis the methods and means of construction of systems of intellectual authentication of license plates of cars at management of an automatic barrier are investigated. The application of AlexNet neural network architecture is substantiated and it is proposed to use the Transfer Learning approach for the implementation of license plate authentication system by additional training and using the synaptic scales of the previously trained network. The program implemented a convolutional neural network based on the AlexNet architecture, which allowed to ensure high accuracy of license plate recognition and stability of these results.
ПЕРЕЛІК ОСНОВНИХ УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ І СКОРОЧЕНЬ 8 ВСТУП ...9 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ СУЧАСНИХ МЕТОДІВ І ЗАСОБІВ РОЗПІЗНАВАННЯ ОБРАЗІВ В КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМАХ ...12 1.1. Аналіз особливостей та функціонування автоматичних шлагбаумів ...12 1.2. Аналіз особливостей процесу аутентифікації та методів розпізнавання об’єктів в області комп’ютерного зору ...19 1.3. Аналіз засобів підтримки та розробки інтелектуальної аутентифікації номерних знаків автомобіля ...23 РОЗДІЛ 2 ОБГРУНТУВАННЯ ТА ПОБУДОВА МОДЕЛІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ ДЛЯ РОЗПІЗНАВАННЯ НОМЕРНИХ ЗНАКІВ АВТОМОБІЛЯ ...27 2.1. Обґрунтування класу моделей згорткових нейронних мереж при розпізнаванні номерних знаків автомобілів ...27 2.2. Параметри згорткових мереж ...31 2.3. Архітектура AlexNet моделі згорткової нейронної мережі ...36 2.4. Висновки до розділу ...43 РОЗДІЛ 3 РОЗРОБКА ПРОГРАМНОЇ РЕАЛІЗАЦІЇ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ АУТЕНТИФІКАЦІЇ НОМЕРНИХ ЗНАКІВ АВТОМОБІЛІВ ...44 3.1. Проектування архітектури та визначення вимог до програмної складової інтелектуальної системи аутентифікації номерних знаків авто ...44 3.2. Розробка схеми бази даних ...50 3.3. Імплементація інтелектуальної складової системи керування автоматичним шлагбаумом .... 55 РОЗДІЛ 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 62 4.1. Охорона праці ...62 4.2. Захист населення у надзвичайних ситуаціях від впливу хімічних речовин 65 ВИСНОВКИ ... 71 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ...73 Додаток A Тези конференцій ...76

Кваліфікаційну роботу магістра присвячено дослідженню технологій та реалізації доповненої реальності. Створено віртуальне середовище у вигляді реалістичних 3D моделей лабораторій кафедри, із елементами взаємодії через маркерний метод. Для покращення зорового сприйняття сцени використано методи динамічного та комбінованого освітлення. Для зменшення навантаження на систему використано декілька окремо взятих сцен, перехід між якими реалізовано за допомогою застосування маркерних тригерів. Елемент при допомозі якого користувач може переноситися із реального світу у віртуальний простір і назад. Тригери переходу із віртуальної лабораторії до курсів які проводяться в цій лабораторії. Створено 3D моделі коридору 6 поверху та лабораторій кафедри комп’ютерних систем та мереж: 1-603,1-605,1-606 як основу для подальшого їх наповнення різними віртуальними навчальними об’єктами.
The master's thesis is devoted to the study of technology and the implementation of augmented reality. A virtual environment in the form of realistic 3D models of the laboratories of the department, with elements of interaction through the marker method. Dynamic and combined lighting methods were used to improve the visual perception of the scene. To reduce the load on the system, several separate scenes were used, the transition between which was realized through the use of marker triggers. An element with which the user can be transferred from the real world to the virtual space and back. Triggers of transition from a virtual laboratory to courses conducted in this laboratory. 3D models of the 6th floor corridor and laboratories of the Department of Computer Systems and Networks were created: 1-603,1-605,1-606 as a basis for their further filling with various virtual educational objects.
1. Аналітична частина. 2. Теоритична частина. 3. Практична частина. 4. Охорона праці та Безпека в надзвичайних ситуаціях. Висновки

В кваліфікаційній роботі здійснено процес оцінювання ефективності мультисервісної мережі засобами комп'ютерного імітаційного моделювання LabView. Розроблено імітаційну модель мультисервісної мережі для моделювання її поведінки при різних сценаріях із використанням технології Riverbed Modeler. Оцінено ефективність мультисервісної мережі із застосуванням засобів імітаційного моделювання з різними параметрами мережі при використанні протоколів IPv4 та IPv6. На підставі отриманих результатів моделювання мережевих сценаріїв здійснено процедуру порівняння ефективності роботи протоколів IРv4 і IРv6. Оцінено ефективність мультисервісної мережі із застосуванням засобів імітаційного моделювання при різних параметрів мережі при використанні VLAN.
In the qualification work the process of evaluating the efficiency of the multiservice network by means of computer simulation modeling LabView is carried out. A simulation model of a multiservice network has been developed to model its behavior in different scenarios using Riverbed Modeler technology. The efficiency of the multiservice network with the use of simulation tools with different network parameters using IPv4 and IPv6 protocols is evaluated. Based on the obtained results of network scenario modeling, the procedure of comparing the efficiency of IPv4 and IPv6 protocols was carried out. The efficiency of the multiservice network with the use of simulation tools at different network parameters when using VLAN is evaluated.
ВСТУП 7 РОЗДІЛ 1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 9 1.1. Протокол IPv4 9 1.2. Протокол IPv6 21 1.3. Мережі VLAN 26 1.4. Висновки до розділу 1 31 РОЗДІЛ 2. ОСНОВНА ЧАСТИНА 32 2.1. Типова схема досліджуваної мультисервісної мережі зв'язку 32 2.2. Технологія Riverbed Modeler 33 2.3. Висновки до розділу 2 36 РОЗДІЛ 3. НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 37 3.1. Порівняння ефективності роботи протоколів IРv4 і IРv6 37 3.2. VLAN-канали по послугах 49 3.3. Висновки до розділу 3 54 РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 56 4.1. Охорона праці 56 4.2. Безпека в надзвичайних ситуаціях 58 4.3. Висновки до розділу 4 60 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 61 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 62 Додаток А. Копія тези конференції 67

Кваліфікаційна робота виконана на кафедрі біотехнічних систем Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя
Наведено результати розробки комп'ютерного засобу тестування методів обробки сигналів дихання як шуму повторного та амплітудо-модульованого методами імітаційного моделювання та програмного засобу Matlab. Імітаційна модель сигналу дихання забезпечує за даними медичних показників (морфопараметрів) імітувати сигнали різних станів органів дихання, що є важливим при тестуванні методів та розроблених їх підґрунті програмних засобів обробки сигналів у комп’ютерних аускультаційних системах. Імітаційна модель сигналу дихання реалізована через відповідне програмне забезпечення (комп’ютерний засіб) в Matlab та є адекватним засобом імітації сигналів дихання різни станів з мінімальними відхиленнями від емпіричних сигналів.
The results of development of a computer tool for testing methods of processing respiratory signals as repeated and amplitude-modulated noise by simulation methods and Matlab software are presented. The simulation model of the respiratory signal provides, according to medical indicators (morphoparameters), to simulate the signals of different respiratory conditions, which is important when testing methods and software based on signal processing in computer auscultation systems. The simulation model of the respiratory signal is implemented through the appropriate software (computer tool) in Matlab and is an adequate means of simulating respiratory signals of different states with minimal deviations from the empirical signals.
ВСТУП 8 РОЗДІЛ 1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 10 1.1. Процес утворення сигналів дихання 10 1.2. Сигнал дихання та його показники 12 1.3. Відомі матмоделі сигналів дихання 17 1.3.1. Стаціонарний випадковий процес 17 1.3.2. Стаціонарна випадкова центрована функція та періодична функція 18 1.3.3. Адитивна суміш шумової та періодичної компонент 19 1.3.4. ПКВП 22 1.4. Висновки до розділу 1 23 РОЗДІЛ 2. ОСНОВНА ЧАСТИНА 24 2.1. Реєстрація сигналів дихання 24 2.2. Оцінювання показників сигналу дихання 26 2.3. Матмодель сигналів дихання 31 2.4. Суть тестування методів обробки сигналів дихання 34 2.5. Імітаційна модель сигналів дихання 36 2.6. Узагальнене подання алгоритму імітування сигналів дихання 45 2.7. Блок-схема імітаційного моделювання дихального шуму 46 2.8. Висновки до розділу 2 48 РОЗДІЛ 3. НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 49 3.1. Блок-схема комп’ютерного засобу тестування методів обробки сигналів дихання 49 3.2. Блок-схема комп’ютерного засобу тестування 50 3.3. Реалізація комп’ютерного засобу тестування 51 3.4. Результати роботи комп’ютерного засобу тестування 55 3.5. Висновки до розділу 3 57 7 РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 58 4.1 Охорона праці 58 4.2 Безпека в надзвичайних ситуаціях 61 4.3 Висновки до розділу 4 65 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 66 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 67 ДОДАТКИ 78 ДОДАТОК А. Програмне забезпечення комп’ютерного засобу тестування методів обробки сигналів дихання 79 ДОДАТОК Б. Копія тези 81 ДОДАТОК В. Копія тези 83

Магістерська дисертація: 116 с., 17 рис., 7 табл., 1 додаток, 53 джерела. Актуальність. Концепція центрів обробки даних або дата-центрів (ЦОД) втілена багатьма великими корпораціями для забезпечення доступу великої кількості користувачів до певних ресурсів. Ефективне управління ЦОД пов’язане з необхідністю розв’язання низки проблем, насамперед створення умов для функціонування інформаційно-обчислювальних потужностей ЦОД, управління віртуалізованими ресурсами, забезпечення надійності та безпеки. Вкладаючи кошти, хостингові компанії сподіваються на прибуток та очікують зменшення витрат на експлуатацію ЦОД, зниження вартості обслуговування користувачів, що дозволить, зрештою, закласти основу для ефективної діяльності, як самої компанії, так і клієнтів. Забезпечення рівня вимог користувачів з мінімізацією витрат становить сутність проблеми управління функціонуванням ЦОД. Зазвичай цю комплексну проблему розбивають на ряд задач менших розмірів, але від того не набагато простіших. Однією з них є задача управління ресурсами і навантаженням ЦОД. У зв’язку з цим актуальною є розробка алгоритму навчання з підкріпленням (НП, англ. reinforcement learning, RL) [1] для управління віртуалізованими ресурсами, який допоможе зменшити споживання електроенергії та час порушення вимог угоди про рівень послуг (англ. Service-level agreement, SLA). Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на кафедрі автоматизованих систем обробки інформації та управління Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського» в рамках теми «Розробка та впровадження системи управління ІТ-інфраструктурою з консолідованими інформаційно-обчислювальними ресурсами» (№ 0115U000322). Метою дослідження є поліпшення якості управління віртуалізованими обчислювальними ресурсами кластеру хмарного ЦОД шляхом розробки алгоритму управління, що дозволяє зменшити споживання електроенергії та час порушення вимог SLA. Для досягнення поставленої мети мають бути виконані наступні завдання:  проаналізувати предметне середовище управління віртуалізованими ресурсами ЦОД;  провести огляд методів управління обчислювальними ресурсами;  обрати середовище моделювання ЦОД;  розробити модель ЦОД в обраному середовищі моделювання;  розробити моделі споживання електроенергії фізичними серверами;  підготувати дані для моделювання динамічного навантаження віртуальних машин в ЦОД;  розробити алгоритм НП для управління віртуалізованими обчислювальними ресурсами ЦОД;  виконати програмну реалізацію алгоритму НП;  провести дослідження ефективності розробленого алгоритму. Об’єктом дослідження є процес управління віртуалізованими обчислювальними ресурсами в центрі обробки даних. Предметом дослідження є методи і алгоритми управління віртуалізованими обчислювальними ресурсами в центрі обробки даних. Методами дослідження є методи машинного навчання, які базуються на НП. Наукова новизна отриманих результатів. Проаналізовано можливість застосування НП для управління віртуалізованими ресурсами хмарних ЦОД. Розроблено метод динамічного розміщення віртуальних машин на основі НП, який при виборі управляючих впливів враховує витрати електроенергії та час порушення вимог угоди про рівень послуг. Розроблений алгоритм агента, який враховує зміни робочого навантаження на ресурси для прийняття рішення щодо включення або переключення в сплячий режим незавантажених фізичних серверів з метою зменшення витрат електроенергії. Запропонований агент навчання з підкріпленням базується на методі Q-навчання (англ. Q-learning) [2], який дозволяє визначати наближену до оптимальної політику управління режимами роботи фізичного сервера без попередньої інформації про навантаження. Публікації. Матеріали роботи опубліковані у тезах 10-ї Всеукраїнської науково-практичної конференції «Комп’ютерні інтелектуальні системи та мережі» [3]; опубліковані у тезах 18-ї Всеукраїнської студентської науково-практичної конференції «Наука та техніка ХХІ століття» [4]; опубліковані у тезах науково-практичної конференції «Інформатика та обчислювальна техніка-ІОТ-2018» [5]; опубліковані в журналі «Наукові вісті Далівського університету» [6]; представлені на 14-ій міжнародній конференції Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering-TCSET-2018, Львів-Славське, Україна та опубліковані в електронній бібліотеці IEEE Xplore Digital Library [7].
Master dissertation: 116 pp., 17 fig., 7 tab., 1 app., 53 sources. Topicality. The concept of data centers is embodied by many large corporations to provide access to a large number of users to certain resources. Effective management of the data center is connected with the need to solve a number of problems, first of all, creation of conditions for functioning of information and computing facilities of data centers, management of virtualized resources, maintenance of reliability and safety. By investing, hosting companies are hoping for profit and expecting a reduction in the cost of operating the data center, reducing the cost of customer service, which will eventually lay the foundation for effective business, both for the company itself and for customers. Ensuring the level of user requirements by minimizing costs is the essence of the problem of managing the functioning of the data center. Typically, this complex problem is divided into a number of smaller tasks, but not so much simpler. One of them is the task of resources and load management in datacenter. In this regard, it is important to develop a reinforcement learning algorithm [1] for managing virtualized resources that will help reduce power consumption and SLA violation time. Relationship of work with scientific programs, plans, themes. The research was carried out at the Department of Computer-Aided Management And Data Processing Systems of the National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute» within the theme «Development and implementation of an IT infrastructure management system with consolidated information and computing resources» (№ 0115U000322). The aim of the research is to improve the quality of virtualized cloud computing resources management by developing a management algorithm that reduces power consumption and SLA violation time. To achieve this goal, the following tasks must be performed:  analyze the object environment of the virtualized data center resources management; review the methods of computing resources management;  choose the simulation environment of data center;  develop a data center model in a selected simulation environment;  develop models of power consumption by physical servers;  prepare data for simulating the dynamic load of virtual machines in data center;  develop a modified reinforcement learning algorithm for managing the virtualized computing resources of data center;  develop the software implementation of the reinforcement learning algorithm;  make a research of developed algorithm effectiveness. The object of research is a process of virtualized computing resources management in data center. The subject of research is a methods and algorithms for virtualized computing resources management in data center. Research methods are methods of machine learning, which based on reinforcement learning. Scientific novelty of the obtained results. The possibility of reinforcement learning usage for of virtualized resources management of cloud data centers is analyzed. The method of dynamic placement of virtual machines on the basis of reinforcement learning is developed, which, when choosing controlling influences, takes into account power consumption and SLA violation time. An agent algorithm is developed which takes into account the changes in the workload on resources for deciding whether to turn on or switch to sleep mode of underutilized physical servers in order to reduce the cost of electricity. The proposed reinforcement learning agent is based on the Q-learning method [2], which allows determining approximation to optimal policy of controlling the modes of the physical server operation without prior load information. Publications. The materials of research are published in theses of the 10th All-Ukrainian Scientific and Practical Conference «Computer Intelligent Systems and Networks» [3]; published in theses of the 18th All-Ukrainian Students' Scientific and Practical Conference «Science and Technology of the XXI Century» [4]; published in theses of the scientific and practical conference «Informatics and Computer Science-ICS-2018» [5]; published in journal «Scientific News of Dahl University» [6]; presented at the 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering – TCSET-2018, Lviv-Slavske, Ukraine and published in IEEE Xplore Digital Library [7].

Робота виконана у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України. Захист відбувся “_28_” вересня 2012 р. о “_1100_” год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.01 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, ауд.79. З дисертацією можна ознайомитися в науково-технічній бібліотеці Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.
Дисертацію присвячено побудові удосконалених методів та засобів моделювання відбору інформації в безпровідних мережах давачів систем електропостачання на підставі способів візуалізації та зважених графів для прогнозування небезпечних станів та прийняття адекватних рішень при збільшенні точності визначення місць розташування джерел інформації чи збурень, зменшення часових та вартісних витрат на проведення модельних експериментів, а також підвищення ефективності функціонування мереж та їх стійкості до зловмисних атак. Розроблено та запатентовано метод моделювання візуального виявлення потенційно небезпечних атак маршрутизації в безпровідних сенсорних мережах, який дає змогу частково автоматизувати та зменшити час на проведення аналізу і прийняття рішення по виявленню з підвищеною точністю та локалізації атак. Cтворено апаратно-програмні засоби моделювання режимів відбору інформації та безпечного доступу в безпровідних сенсорних мережах систем електропостачання.
Диссертация посвящена построению усовершенствованных методов и средств моделирования отбора информации в беспроводных сетях датчиков систем электроснабжения на основании способов визуализации и взвешенных графов для прогнозирования опасных состояний и принятия адекватных решений при увеличении точности определения мест расположения источников информации или возмущений, уменьшения временных и стоимостных затрат на проведение модельных экспериментов, а также повышения эффективности функционирования сетей и их устойчивости к злонамеренным атакам. Разработано и запатентовано метод моделирования визуального обнаружения потенциально опасных атак маршрутизации в беспроводных сенсорных сетях, который позволяет частично автоматизировать и сократить время на проведение анализа и принятие решения по выявлению с повышенной точностью и локализации атак. Создано аппаратно-программные средства моделирования режимов отбора информации и безопасного доступа в беспроводных сенсорных сетях систем электроснабжения.
Thesis is dedicated to the improved modeling tools and methods construction of information removal in wireless sensor networks of power supply systems based on methods of visualisation and weighted graphs to predict dangerous conditions and opportunity of making appropriate decisions while increasing the accuracy of information sources or disturbances location definition, reducing time and cost values of the model experiments, and also enhance efficiency of the networks functioning and persistence to malicious attacks. Relevant scientific and technical task for mathematical modeling of information selection in the "intelligent" power networks was formulated, were demonstrated a close relations with wireless networks that includes the class of homo- and wireless heterogeneous sensor networks. Latest supports, together with the conversion to a high-grade new locally-optimal parametric level of information selection in the power-supply system, noticeable energy savings, increased reliability of electricity supply and reduce environmental loads. Was proved the expediency using of graph model information selection in a distributed wireless sensor networks of "intelligent" power supply systems for the controllability evaluation of sensor nodes on the stages of their design and exploitation. An improved mathematical model of wireless sensor network was developed based on process-event approach using weighted graphs to estimate topology reconstruction and observability. A modified models threats, that cause abnormal modes of wireless sensor network functioning, and resistance modes model against malicious attacks on these networks which differ using the method of weighted graphs to improve the structural and algorithmic system organization of information selection according with the proposed attacks classification by criteria of communications on different levels of the OSI model and the nature of the impact (active and passive) were developed and investigated. Were substantiated structural and algorithmic organization of systems and modeling methods of wireless sensor networks in terms condition of existing threats to the functioning of the network, that allows to increase speed, reliability, resistance against to attacks and to improve other technical and economic parameters of the network functioning. Was developed a convenient tool of modeling for detection routing attack in networks according with integrated security models and methods of visualization. Identifying feature of malicious sensor node was formulated based on collected information about network topology, taking into account the similarity relations between two suspicious neighbor nodes, that clearly identifies and provides an analytical formula component by which attack can be detected automatically. Adequacy of the improved method was confirmed by computer modeling, carried out in two stages. The application of information technologies of visual modeling for monitoring, detection and localization of attacks in wireless sensor networks was substantiated. Modeling method of visual detection of potentially dangerous routing attacks in wireless sensor networks was developed, which includes the executing of such steps and mathematical calculations: measuring the distance between sensors based on the power level of the received signal; reconstructing topological network surface by multidimensional scaling and calculation virtual position of each sensor; smoothing the reconstructed topological network surface using triangulation and kriging-interpolation, visualization of smoothed reconstructed topological network surface and its analysis using attack binary detection of malicious node identifying by the proposed feature. This allows partially automate and reduce time for analysis and making decision for attack identifying with high accuracy and attacks localization. The method is patented. Developed and implemented an effective system for secure communication modeling in wireless sensor networks based on the prototype board, constructed on the basis of the 16-bit microcontroller type PIC24FJ128, encoder and decoder HCS410 HCS500. A computer program for simulation was created in C# language. Carried out a computer modeling experiment on visual detection of worm attacks in designed wireless sensor network based on the patented method. Sensor network formed by the XBee modules by programming the XBee stack at the program level. Foreseen sensors functioning within the ZigBee protocol in accordance with the standard IEEE 802.15.4. Thus used a built-in program ZB20 type, based on the ZigBee PRO Feature Set specification.

Дисертація присвячена математичному моделюванню процесів самоорганізації наночастинок, декорованих рідкокристалічними та фоточутливими групами, у впорядковані морфології залежно від деталей їх молекулярної архітектури та при дії зовнішніх полів. У роботі дослiджено можливiсть формування двох нових морфологiй, uColM та wColM для ФНЧ з бiчним приєднанням мезогенiв. Перша, котра є одновiсною у розумiннi симетрiї впакування ФНЧ і органiзацiї їх мезогенiв. Остання характеризується втратою орієнтаційного порядоку мезогенів, однак гексагональна стовпцева структура при цьому зберігається. Обидвi морфологiї, uColM та wColM, розрiзняються по РК властивостях вiд своїх аналогiв для ФНЧ iз кiнцевим приєднанням мезогенiв. Також, у даній роботі вперше вивчений механiзм впливу опромiнення на процес самоорганiзацiї наночастинок, що мiстять фоточутливi азобензеновi групи та показано можливiсть прискорення формування монодоменної смектичної морфології пiд дiєю неполяризованого свiтла, а перехід з ізотропної у смектичну морфологію (I-SmA) здійснюється, всередньому, у 3 − 4 рази швидше в порівнянні з випадком відсутності опромінення. Крім того, вперше розглянуто поведiнку декорованих наночастинок у порi з модифiкованими стiнками. Шляхом накладання повторювальних циклів імпульсного ультрафіолетового та видимого опромінення, застосування зведених характеристик та вивчення їх еволюції, найвища ймовірність формування перколяційного кластера існує при �EQb = 20 − 40. Досліджено процес гелеутворення у розчинi ФНЧ, декорованих лiгандами, що мiстять рiдкокристалiчнi групи. Виявлений вплив типу просторового розподiлу лiганд ФНЧ на властивостi гелю: із шести вибраних типiв просторового розподiлу лiганд ФНЧ, позначених як ROD, TRI, QTR, DSC, AXI та HDG, лише три: TRI, DSC i AXI здатнi формувати однорiдну перколяцiйну мережу типу стiнка-стiнка. Для ФНЧ із типом просторового розподілу ліганд досліджений процес їх адсорбції на функціональній поверхні, що складається із полімерних молекул з РК групами – полімерних щіток, прикріплених у фіксованих точках нижньої площини пори. Шляхом аналізу профілів густини та кумулятивної щільності ФНЧ вздовж осі за різної кількості молекул @ і * (ефективна висота щітки) та короткочасової динаміки ФНЧ за допомогою оцінки середніх квадратичних зміщень ядер ФНЧ на різних часових інтервалах Δ, встановлено, що серед вибраної сукупності значень @, значення @ = 16 є найоптимальнішим для ефективної адсорбції ФНЧ на щітці. Диссертация посвящена математическому моделированию процессов амоорганизации наночастиц, декорированных жидкокристаллическими и фоточувствительными группами, в упорядоченные морфологии в зависимости от деталей их молекулярной архитектуры и при воздействии внешних полей. В работе исследовано возможность формирования двух новых морфологий, uColM и wColM для ФНЧ с боковым присоединением мезогенов. Первая, которая является одноосной в смысле симметрии упорядочения ФНЧ и организации их мезогенов. Последняя характеризуется потерей ориентационного порядка мезогенов, однако гексагональная столбчатая структура при этом сохраняется. Обе морфологии, uColM и wColM, различаются по РК свойствах от своих аналогов для ФНЧ с конечным присоединением мезогенов. Также, в данной работе впервые изучено механизм влияния облучения на процесс самоорганизации наночастиц, содержащих фоточувствительные азобензеновые группы и показано возможность ускорения формирования монодоменной смектической морфологии под воздействием неполяризованного света, а переход с изотропной в смектическую морфологию (ISmA) осуществляется, в среднем, в 3-4 раза быстрее по сравнению со случаем отсутствия облучения. Кроме того, впервые рассмотрено поведение декорированных наночастиц в поре с модифицированными стенками. Путем наложения повторяющихся циклов импульсного ультрафиолетового и видимого излучения, применения сводных характеристик и изучения их эволюции, самая высокая вероятность формирования перколяционного кластера существует при EQb = 20 − 40. Исследован процесс гелеобразования в растворе ФНЧ, декорированных лигандами, содержащих жидкокристаллические группы. Выявилено влияние типа пространственного распределения лиганд ФНЧ на свойства геля: из шести выбранных типов пространственного распределения лиганд ФНЧ, обозначенных как ROD, TRI, QTR, DSC, AXI и HDG, только три: TRI, DSC и AXI способны формировать однородную перколяционною сеть типа стенка-стенка. Для ФНЧ с HDG типом пространственного распределения лиганд исследован процесс их адсорбции на функциональной поверхности, состоящей из полимерных молекул с ЖК группами - полимерных щеток, прикрепленных в фиксированных точках нижней плоскости поры. Путем анализа профилей плотности и кумулятивной плотности ФНЧ вдоль оси Z при разном количестве молекул @ и * (эффективная высота щетки) и кратковременной динамики ФНЧ с помощью оценки средних квадратичных смещений ядер ФНЧ на разных временных интервалах Δ, установлено, что среди выбранной совокупности значений @, значение @ = 16 является оптимальным для эффективной адсорбции ФНЧ на щетке.This work is dedicated to mathematical modelling of self-assembly of gold nanoparticles, decorated with liquid crystalline and photosensitive groups, into ordered morphologies depending on their molecular architecture details and impact of external fields. Self-assembly of nanoparticles, decorated with polymer ligands liquid crystaline (LC) morphologies, which have unique electronic and opto-electronic properties, was first discovered in this work. Thanks to quasi-one-dimensional migration of energy and charge in such morphologies, they are used as one-dimensional conductors, photoconductors, LEDs, solar batteries, thin-film transistors, gas sensors, etc. We’ve investigated the possibility of formation of two new morphologies: uColM and wColM for FNP with lateral attachment of mesogens. The first one, which is uniaxial in the meaning of the symmetry of the FNP packing and the organization of their mesogens, is obtained as a result of selfassembly with the application of an electric field, is balanced at different temperatures. The latter has an important property: while the orientation of the mesogens is lost, the hexagonal columnar structure still remains. Transition from uColM to wColM is gradual, and the cubic morphology is observed upon further heating of the system. Both morphologies, uColM and wColM, differ in LC properties from their analogues for FNP with terminal attachment of mesogens. The use of chromophores can lead to the interesting effects of reverse FNP self-assembly when alternately irradiated with light with an appropriate wavelength and intensity. In this paper, the mechanism of the influence of irradiation on the process of nanoparticles self-assembly, containing photosensitive azobenzene groups is first studied, and the possibility of acceleration of monodomain smectic morphology formation under the unpolarized light is shown. The transition from isotropic to smectic morphology (ISmA) is, on average, 3 − 4 times faster than in the case of non-irradiation. Also, we were the first who reviewed the behavior of decorated nanoparticles in the pore with modified walls. It is shown that by imposing repetitive cycles of pulsed ultraviolet and visible (UVVIS) irradiation, applying summary characteristics and studying their evolution, the highest probability of forming a percolation cluster exists at EQb = 20 − 40, while for low density EQb =< 20, it is low due to the competition of the cluster with adsorption of the nanoparticles on the walls, and at EQb => 40, the network formation competes with the effect of microphase delamination of the nanoparticles and their self-assembly in the ordered ordered morphologies. The process of gel formation in a solution of functionalized nanoparticles decorated with ligands containing liquid crystal groups was investigated. The influence of the type of spatial distribution of FNP ligands on the properties of the gel was found, keeping the density of the grafting of the ligands the same in all cases. Of the six selected types of spatial distribution of FNP ligands labeled as ROD, TRI, QTR, DSC, AXI, and HDG, only three: TRI, DSC, and AXI are able to form a homogeneous wall-to-wall percolation network under the conditions and dimensions specified by us. For FNP with spatial distribution type of ligands, the process of their adsorption on a functional surface, which consists of polymer molecules with LC groups, so called polymer brushes, attached at fixed points of the lower pore surface, was investigated. By analyzing FNP density profiles along the axis with different number of brush molecules @, cumulative FNP density at different values of @ and * (effective brush height), and short-term FNP dynamics by estimating the mean square displacements of the FNP core beads at different time intervals Δ, it was found that among the selected set of values @, the value of @ = 16 is the most optimal for effective FNP adsorption on the brush.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – «Математичне моделювання та обчислювальні методи». – Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2019. Дисертація присвячена вирішенню проблеми ідентифікації сегментних і ритмічних структур циклічних сигналів, що підвищують точність їх опрацювання та комп’ютерного моделювання в автоматизованих системах цифрової обробки даних. Створено методологію побудови методів сегментації різних циклічних сигналів, моделями яких є циклічні функції. Розроблена на основі створеної методології система методів сегментації циклічних сигналів дозволяє проводити ідентифікацію їх сегментних і дискретних ритмічних структур з підвищеною точністю при їх автоматизованому опрацюванні. Удосконалено метод ідентифікації ритмічної структури за рахунок використання методів інтерполяції квадратичним чи кубічним сплайном у порівнянні з відомим методом ідентифікації ритмічної структури на основі кусково-лінійної інтерполяції. Розроблено метод адаптивної ідентифікації ритмічної структури циклічних сигналів, який містить як складові метод визначення додаткових елементів ритмічної структури та метод визначення оптимального полінома на відповідному сегменті. Розроблено метод верифікації моделей на основі перевірки гіпотези про належність досліджуваного сигналу до класу циклічних. Розроблено математичні засоби ідентифікації сегментних та оцінювання ритмічних структур, які в цілому підвищують точність методів дискретизації, статистичного опрацювання та комп’ютерного моделювання циклічних сигналів, придатні для використання в програмно-апаратних системах цифрової обробки (діагностики чи прогнозування) різних циклічних сигналів.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 01.05.02 – «Математическое моделирование и вычислительные методы». – Тернопольский национальный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2019. Диссертация посвящена решению проблемы идентификации сегментных и ритмических структур циклических сигналов, повышающие точность их обработки, а также компьютерного моделирования в автоматизированных системах цифровой обработки данных. Создано методологию построения методов сегментации разных циклических сигналов, моделями которых есть циклические функции. Разработанная на основании созданной методологии система методов сегментации циклических сигналов позволяет проводить идентификацию их сегментных и дискретных ритмических структур с повышенной точностью при их автоматизированной обработке. Усовершенствован метод идентификации ритмической структуры за счет использования методов интерполяции квадратичным или кубическим сплайном по сравнению с известным методом идентификации ритмической структуры на основании кусочно-линейной интерполяции. Разработанный метод адаптивной идентификации ритмической структуры циклических сигналов, который включает в себя как свои составляющие метод определения дополнительных элементов ритмической структуры и метод определения оптимального полинома на соответствующем сегменте. Разработан метод верификации моделей на основании проверки гипотезы о принадлежности исследуемого сигнала к классу циклических. Разработанные математические средства идентификации сегментных и оценки ритмических структур, которые, в целом, повышают точность методов дискретизации, статистической обработки и компьютерного моделирования циклических сигналов, пригодные для использования в программно-аппаратных системах цифровой обработки (диагностики или прогнозирования) разных циклических сигналов.
The dissertation for a scientific degree of Doctor of Technical Sciences on specialty 01.05.02 – «Mathematical modeling and computation methods». – Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, 2019. The dissertation is dedicated to the solution of the scientific problem which consists in the creation of new methods for identification of segment and rhythm structures of cyclic signals, which provide improved accuracy of cyclic signals processing and computer modeling in automated digital data processing systems. Considering the fact that there is a repetitive structure of cyclic signals, which is due to phase expansion in time or space of cyclic occurrences and processes - a methodology for constructing methods of segmentation (mathematical models of which are cyclic functions with segment structure) of different cyclic signals is created. The system of new methods of segmentation of cyclic signals was developed on the basis of the created methodology. It allows identifying their segment and discrete rhythm structures with increased accuracy at their automated processing within the framework of deterministic and stochastic mathematical models of cyclic functions with a variable or constant rhythm. There were improvements made in the method for identifying the rhythm structure of cyclic signals through the use of methods of interpolation by the means of a quadratic or cubic spline in comparison with the known method of identification of the rhythm structure on the basis of piecewise linear interpolation. The method of adaptive identification of the rhythm structure of cyclic signals was developed, which includes, as its components, the developed method of determining additional elements of the rhythm structure and the developed method of determining the optimal polynomial in the corresponding segment. Considering the greater number of elements of the rhythm structure, this allowed evaluating the type of optimal polynomial among the linear, quadratic and cubic ones in the investigated segment. This also allowed choosing a method of evaluating the rhythm structure in the investigated segment among the known method (based on piecewise linear interpolation) and the developed one in the process of work (based on quadratic and cubic splines). The achieved results gave a possibility to adaptively evaluate the investigated segment and improved accuracy of identifying the rhythm structure of cyclic signals. There was developed a method of verifying the models of the investigated signals which is based on testing the hypothesis of the relation of the investigated signal to the class of cyclic signals for the suitable, correct application of the methods developed in the process of this study (during the processing of cyclic signals). The mathematical model and methods of statistical development of the surface formation process on the metal’s outer layer, caused by the effect of mechanical or laser shock-wave force on it, in a form of a cyclic random process with a segment structure, was delineated. Mathematical tools were developed of identifying the segment and evaluating rhythm structures that increase the overall accuracy of methods of processing of cyclic signals, in particular, sampling methods, statistical processing and computer simulation of cyclic signals. These tools are suitable for use as components of specialized programs in both software and hardware digital processing systems (diagnostics or forecasting) of different cyclic signals: in cardiac diagnostics systems, in systems of technical diagnostics of the state of the surface of metals and in systems of analysis and forecasting of economic cyclic process.
Перелік основних умовних позначень, символів і скорочень...33 Вступ (актуальність теми)...39 Розділ 1. Математичні моделі та методи опрацювання циклічних сигналів у системах їх цифрової обробки (огляд літературних джерел)...49 1.1. Циклічні сигнали в системах цифрової обробки даних та процес ідентифікації їх сегментних структур (об’єкт дослідження)...49 1.1.1. Циклічні кардіосигнали. Комп’ютерні системи діагностики функціонального стану серцево-судинної системи людини...51 1.1.1.1 Електрокардіосигнал. Автоматизовані комп’ютерні електрокардіо-діагностичні системи, існуючі методи дослідження електрокардіосигналів та діагностичні ознаки...51 1.1.1.2 Математичні моделі, які використовуються в автоматизованих, комп’ютерних системах цифрової обробки кардіосигналів…66 1.1.2. Циклічні процеси рельєфних утворень на поверхні металів викликані механічним чи лазерних ударно-хвильовим впливом на неї, їх математичні моделі. Комп’ютерні системи дослідження й технічного діагностування стану поверхні металів...60 1.1.3. Циклічні економічні процеси, їх математичні моделі. Комп’ютерні системи автоматизованого аналізу та прогнозу циклічних економічних процесів...62 1.1.4. Циклічні сигнали електро-, газо-, нафто-, водоспоживання, їх математичні моделі. Комп’ютерні системи аналізу та прогнозу електро-, газо-, нафто-, водоспоживання…65 1.1.5. Узагальнена структурна схема автоматизованих комп’ютерних, систем діагностики та прогнозування за циклічними сигналами...68 1.2. Недоліки (науково-технічні проблеми) в автоматизованих, комп’ютерних, системах цифрової обробки та комп’ютерного моделювання циклічних сигналів...73 1.3. Вимоги висунуті до математичної моделі циклічних сигналів…74 1.4. Відомі математичні моделі циклічних сигналів та можливості їх використання для вирішення проблеми ідентифікації їх сегментної структури…76 1.4.1. Детерміновані математичні моделі циклічних сигналів…77 1.4.2. Стохастичні математичні моделі циклічних сигналів…79 1.5. Постановка проблеми ідентифікації сегментної структури з урахуванням вибраної математичної моделі циклічних сигналів…88 1.6. Вимоги до розробляємих методів сегментації циклічних сигналів…93 1.7. Відомі методи сегментації циклічних сигналів…94 1.7.1. Методи сегментації циклічних сигналів (детермінований підхід)…94 1.7.2. Методи сегментації циклічних сигналів (стохастичний підхід)…102 1.7.3. Методи, які використовуються для розпізнавання (ідентифікації, класифікацїї,) виділених сегментів сегментів циклічного сигналу та методи аналізу його ритму…102 1.8. Висновки до першого розділу...108 Розділ 2. Сегментні структури циклічних сигналів. Постановка завдання сегментації циклічних сигналів...111 2.1. Концептуальна модель циклічних сигналів із сегментною структурою…111 2.2. Узагальнена сегментна структура циклічних сигналів. Основні математичні співвідношення для сегментних структур циклічних сигналів…116 2.2.1. Сегментна циклічна структура циклічних сигналів…118 2.2.2. Сегментна зонна структура циклічних сигналів…120 2.3. Узагальнена ритмічна структура циклічних сигналів. Основні математичні співвідношення для ритмічних структур циклічних сигналів…125 2.4. Таксономія класів моделей циклічних функцій із сегментною структурою…141 2.5. Постановка завдання сегментації циклічних сигналів із сегментною структурою…144 2.6. Висновки до другого розділу...147 Розділ 3. Методологія сегментації циклічних сигналів. Методи ідентифікації сегментних структур циклічних сигналів. Оцінювання точності розроблених методів сегментації...150 3.1. Методологія сегментації циклічних сигналів…150 3.2. Метод сегментації циклічного сигналу, моделлю якого є абстрактна циклічна функція із сегментною структурою…156 3.3. Метод сегментації циклічного сигналу, моделлю якого є детермінована циклічна числова функція дискретного аргументу із відомою (ідентифікованою) сегментною структурою…158 3.3.1. Метод сегментації циклічного сигналу з урахуванням відомої (ідентифікованої) сегментної циклічної структури…159 3.3.2. Метод сегментації циклічного сигналу з урахуванням відомої (ідентифікованої) сегментної зонної структури...163 3.4. Метод сегментації циклічного сигналу, моделлю якого є детермінована циклічна числова функція дискретного аргументу та детермінована циклічна інтервальна функція дискретного аргументу із сегментною структурою...171 3.4.1. Результати застосування методу сегментації циклічних сигналів, моделями якого є детермінована циклічна числова функція дискретного аргументу та детермінована циклічна інтервальна функція дискретного аргументу із сегментною структурою, оцінювання точності методу їх сегментації…180 3.5. Метод сегментації циклічного сигналу, моделлю якого є циклічний випадковий процес дискретного аргументу з сегментною структурою…185 3.5.1. Результати застосування методу сегментації циклічних сигналів, моделями яких є циклічні випадкові процеси із сегментною структурою, оцінювання точності методу їх сегментації…194 3.6. Модифікація блоку оцінювання сегментної структури циклічних сигналів, моделями яких є циклічні випадкові процеси із сегментною структурою, оцінювання похибок методу їх сегментації...199 3.7. Підхід до розпізнавання сегментів-зон, отриманих на основі методів сегментації циклічних сигналів…208 3.8. Приклади результатів застосування розроблених методів сегментації циклічних сигналів у різних галузях…209 3.8.1. Результати сегментації циклічних кардіосигналів (у медицині)…209 3.8.2. Результати сегментації циклічних процесів рельєфних утворень на поверхні металів (у механіці)…211 3.8.3. Результати сегментації циклічних економічних процесів (у економіці)...211 3.9. Висновки до третього розділу…213 Розділ 4. Методи оцінювання ритмічної структури циклічних сигналів. Аналіз точності розроблених методів оцінювання ритмічних структур…215 4.1. Постановка задачі оцінювання ритмічної структури циклічного сигналу….215 4.2. Метод оцінювання ритмічної структури за допомогою змішаної інтерполяції: кусково-квадратичної та кусково-лінійної…217 4.2.1. Оцінювання дискретної ритмічної структури, що відповідає ідентифікованій сегментній циклічній структурі…219 4.2.2. Оцінювання дискретної ритмічної структури, що відповідає ідентифікованій сегментній зонній структурі …223 4.3. Метод оцінювання ритмічної структури за допомогою змішаної інтерполяції квадратичним сплайном та кусково-лінійної…230 4.3.1. Оцінювання дискретної ритмічної структури, що відповідає ідентифікованій сегментній циклічній структурі…230 4.3.2. Оцінювання дискретної ритмічної структури, що відповідає ідентифікованій сегментній зонній структурі…233 4.4. Метод оцінювання ритмічної структури за допомогою змішаної інтерполяції кубічним сплайном та кусково-лінійної…236 4.4.1. Оцінювання дискретної ритмічної структури, що відповідає ідентифікованій сегментній циклічній структурі…236 4.4.2. Оцінювання дискретної ритмічної структури, що відповідає ідентифікованій сегментній зонній структурі…240 4.5. Методом оцінювання ритмічної структури шляхом визначення її додаткових елементів (відліків)…244 4.5.1. Оцінювання ритмічної структури, що відповідає ідентифікованій сегментній циклічній структурі...248 4.5.2. Оцінювання ритмічної структури, що відповідає ідентифікованій сегментній зонній структурі…249 4.6. Метод оцінювання оптимального полінома на сегменті в межах відліків сегментної структури…256 4.6.1. Оцінювання оптимального полінома, що описує ритмічну структуру в межах відліків ідентифікованої сегментної циклічної структури…257 4.6.2. Оцінювання оптимального полінома, що описує ритмічну структуру в межах відліків ідентифікованої сегментної зонної структури…259 4.7. Метод оцінювання ритмічної структури шляхом адаптивної її ідентифікації…265 4.8. Порівняльний аналіз точності відомого та розроблених методів оцінювання ритмічної структури циклічних сигналів…268 4.9. Висновки до четвертого розділу…278 Розділ 5. Методи статистичного опрацювання та комп’ютерного моделювання циклічних сигналів із урахуванням оціненої ритмічної структури...281 5.1. Дискретизація циклічних сигналів у системах цифрового опрацювання з урахуванням їх оціненої ритмічної структури…281 5.1.1. Похибки передискретизації циклічних сигналів з урахуванням оцінених їх ритмічних структур…285 5.2. Методи статистичного опрацювання циклічних сигналів із урахуванням оцінених їх ритмічних структур…289 5.2.1. Оцінки імовірнісних характеристик циклічних сигналів із урахуванням різних ритмічних структур…291 5.3. Методи статистичного опрацювання сумісних ймовірнісних характеристик вектора циклічних ритмічно пов’язаних випадкових процесів із урахуванням різних ритмічних структур…293 5.4. Результати застосування методів статистичного опрацювання циклічних сигналів з урахуванням оцінених ритмічних структур у різних галузях…295 5.4.1. Результати статистичного опрацювання циклічних кардіосигналів (у медицині)...295 5.4.2. Результати статистичного опрацювання циклічних процесів рельєфних утворень на поверхні металів (у механіці)…297 5.4.3. Результати статистичного опрацювання циклічних економічних процесів (в економіці)…300 5.5. Комп’ютерне моделювання циклічних сигналів із урахуванням їх оцінених ритмічних структур…302 5.5.1. Результати комп’ютерного моделювання циклічних кардіосигналів (у медицині)…306 5.5.2. Результати комп’ютерного моделювання циклічних процесів рельєфних утворень на поверхні металів (у механіці)…307 5.5.3. Результати комп’ютерного моделювання циклічних економічних процесів (в економіці)…309 5.5.4. Оцінювання точності методу комп’ютерного моделювання циклічних сигналів із урахуванням різних ритмічних структур. Похибки комп’ютерного моделювання циклічних сигналів…310 5.6. Метод перевірки статистичної гіпотези про належність досліджуваного сигналу до класу циклічних (метод верифікації циклічності)…312 5.7. Висновки до п’ятого розділу…324 Розділ 6. Діагностичні та прогностичні ознаки в системах цифрової обробки даних. Комплекс комп’ютерних програм для опрацювання й комп’ютерного моделювання циклічних сигналів…326 6.1. Інформативні ознаки в системах обробки циклічних сигналів...326 6.1.1. Діагностичні ознаки в системах цифрової діагностики стану серця людини за електрокардіосигналами (у медицині)…332 6.1.1.1. Діагностичні ознаки у вигляді перших двох коефіцієнтів розкладу оцінки математичного сподівання електрокардіосигналу у ряд Чебишева…333 6.1.1.2. Діагностичні ознаки у вигляді перших п’ятидесяти коефіцієнтів розкладу сумісних імовірнісних характеристик кореляційної функції та коваріаційної функції електрокардіосигналу у тригонометричні ряди...337 6.1.2. Діагностичні ознаки в системах цифрової діагностики стану поверхні металу за процесами рельєфних утворень, що виникають під силовим чи енергетичним впливом на неї (у механіці)…340 6.1.3. Прогностичні ознаки в системах опрацювання циклічних економічних процесів (в економіці)...344 6.2. Комплекс комп’ютерних програм для опрацювання та комп’ютерного моделювання циклічних сигналів…354 6.3. Висновки до шостого розділу...362 Висновки...365 Список використаних джерел...368 Додаток А. Системи відбору (системи відведень) та діагностичні зони електрокардіосигналу. Фрагменти електрокардіосигналів, які відповідають певним патологіям. Відомості про циклічні кардіосигнали, зокрема, магнітокардіосигнал, реокардіосигнал, фонокардіосигнал, синхронно зареєстровані кардіосигнали (полікардіосигнали) в автоматизованих комп’ютерних магнітокардіодіагностичних системах, існуючі методи їх дослідження та діагностичні ознаки…416 Додаток Б. Технологія дослідження стану поверхні металів…431 Додаток В. Відомі математичні моделі циклічних сигналів та явищ. Таблиця порівняння властивостей математичних моделей циклічних сигналів…438 Додаток Д. Відомі методи сегментації циклічних сигналів. Таблиця порівняння методів сегментації в системах цифрового опрацювання циклічних сигналів…479 Додаток Е. Аналіз науково-технічної області моделювання та опрацювання циклічних сигналів з позиції вживаних термінів та понять...532 Додаток Ж. Абстрактні циклічні функції з сегментною структурою як моделі циклічних сигналів…540 Додаток З. Деякі відомі підкласи випадкових процесів із циклічними ймовірнісними характеристиками…562 Додаток И. Приклади результатів сегментації різних циклічних сигналів розробленими методами…567 Додаток К. Аналітичні залежності для визначення коефіцієнтів у методі квадратичної інтерполяції на сегментах…571 Додаток Л. Основні відомості про передискретизацію циклічних сигналів…574 Додаток М. Основні відомості про статистичне опрацювання циклічних сигналів…580 Додаток Н. Застосування коефіцієнтів розкладу в різних базисах, як діагностичних ознак. Відомості про поліноми дискретного аргументу Чебишева, Кравчука та Лагера ...590 Додаток П. Розклади одновимірних та двовимірних оцінок статистичних характеристик циклічних сигналів…596 Додаток Р. Фрагмент програми для сегментації детермінованих циклічних сигналів…613 Додаток С. Фрагмент програми для сегментації стохастичних циклічних сигналів…618 Додаток Т. Фрагмент програми для оцінювання ритмічної структури циклічного сигналу...624 Додаток У. Фрагмент програми для статистичного опрацювання та комп’ютерного моделювання циклічних сигналів…630 Додаток Ф. Список публікацій здобувача за темою дисертації…635 Додаток Х. Свідоцтва про реєстрацію авторського права на комп’ютерні програми...650 Додаток Ц. Акти впроваджень…657

Dissertação de Mestrado em Informática
Muitos centros de formação militar, como o Centro de Formação Militar e Técnica da Força Aérea Portuguesa (CFMTFA), utilizam meios tradicionais para treinar e controlar a prática de tráfego aéreo, tais como a simulação através de modelos físicos de um aeródromo e de aeronaves. Estes centros de formação militar utilizam frequentemente Learning Management Systems (LMS) para a gestão de conteúdos online dos cursos. Este trabalho apresenta uma proposta de arquitectura que integra um simulador virtual de controlo de tráfego aéreo com os conteúdos de uma determinada unidade curricular disponíveis num LMS. Esta integração permite ao formando praticar exercícios num simulador que estão disponíveis no LMS, actualizando o seu progresso e acções de forma a que um formador possa acompanhar o seu estudo. Esta dissertação apresenta também os detalhes de uma primeira abordagem à implementação desta arquitectura, através do desenvolvimento de um protótipo.
Many military training centers, as the Center for Military and Technical Training of Portuguese Air Force (CFMTFA), use traditional means to train and practice air traffic control, such as the use of physical models of an aerodrome and aircrafts. These military training centers often use Learning Management Systems (LMS) to manage online content of courses. This work presents a technical architecture that integrates a virtual simulator for air traffic control with the contents of a particular course available in LMS. This integration allows the trainee to practice in a simulator exercices that are available in the LMS by updating its progress and actions so that a trainer can keep track of his study. This dissertation also presents the details of a first approach to the implementation of this architecture through the development of a prototype.

У дисертації теоретично обґрунтовано та розроблено методику розвитку інтелектуальних здібностей старшокласників у профільному навчанні фізики засобами комп’ютерного моделювання. Виділено теоретичні основи профільного навчання фізики засобами комп’ютерного моделювання, спрямованого на розвиток інтелектуальних здібностей учнів. Запропоновано методичні рекомендації з розвитку інтелектуальних здібностей старшокласників на заняттях з фізики засобами комп’ютерного моделювання. Проведено експериментальне впровадження розробленої методики в навчальний процес з фізики. Наведено результати педагогічного експерименту, що підтверджують гіпотезу про те, що методично обґрунтоване і цілеспрямоване використання засобів комп’ютерного моделювання у процесі навчання фізики сприяє розвитку інтелектуальних здібностей учнів
In thesis is theoretically grounded and created methodic of development of intellectual abilities of pupils in profile learning of physics by means of computer simulation tools. The profile learning physics by means of computer simulation aimed to the development of intellectual abilities was grounded. Proposed methodical guidelines for the development of intellectual abilities in school physics by means of computer simulation. The experimental learning by the developed methodic was implemented. The results of pedagogical experiment, confirming the hypothesis that methodically grounded and systematically using of computer simulation tools in learning physics facilitates the development of intellectual abilities of high school pupils

Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica
A tecnologia associada à energia solar térmica concentrada (CSP, Concentrated Solar Power) tem vindo a ser desenvolvida num contexto de aposta em energias renováveis que contribuam para a minimização das alterações climáticas globais. Focou-se o trabalho no estudo do funcionamento dos concentradores solares cilíndricos parabólicos por se tratar de uma forma de captação/conversão de energia de forma inovadora. De seguida estudou-se qual o permutador mais adequado à obtenção do objetivo principal, que foi analisar diferentes tipos de fluidos térmicos e discutir qual a melhor opção a utilizar nos coletores solares cilíndricos parabólicos. Para isso utilizou-se a Dinâmica Computacional de Fluídos (CFD) para a simulação tridimensional dos vários fluídos térmicos considerados. Considerando o permutador de tubos concêntricos foi idealizado um protótipo, com comprimento de 1 m e diâmetros exterior e interior de 20 e 10 mm, respectivamente. Recorrendo ao pacote de software ANSYS Workbench, desenvolveu-se um modelo CFD, utilizando uma geometria tridimensional, com malha híbrida, de dois tubos concêntricos. No interior de cada tubo escoa o fluido térmico em estudo, um fluido vai emitir calor e outro receber. Após a validação do modelo definiram-se diversas simulações em duas situações de escoamento: em co corrente e em contra corrente. Selecionaram-se diversos fluidos para a análise do fluido mais eficaz para a transferência de energia. Na primeira fase do trabalho fez-se um estudo de sensibilidade ao caudal mássico a utilizar nas simulações. Os resultados mostraram que o caudal do fluido a aquecer deveria tomar o valor de metade do caudal associado ao fluido térmico, tanto no caso de escoamento em co corrente como em contra corrente. No que se refere ao tipo de fluido, o fluido sódio alcançou os melhores resultados nas duas orientações estudadas. Importa salientar que apesar de se ter considerado neste estudo o fluido térmico Dowtherm_A, comummente utilizado, este não alcança no nosso estudo resultados comparáveis com o Sódio. Assim considera-se que o fluido Dowtherm_A foi concretizado para coletores com maiores dimensões não tendo capacidade para mostrar as suas capacidades num concentrador de dimensões menores.
The technology associated with concentrated solar thermal power (CSP Concentrated Solar Power) has been developed in a betting context in renewable energy that contributes to minimizing global climate change. This work focused on the study of the cylindrical parabolic solar concentrators operative because of the innovatively way they capture / convert energy. Then the most appropriate heat exchanger was studied to achieve the main objective, which was to analyze different types of thermal fluids and discuss what the best option to be used in cylindrical parabolic solar collectors. For this we used the Computational Fluid Dynamics (CFD ) for three-dimensional simulation of the various thermal fluid considered. Considering the exchanger concentric tubes prototype was designed, with a length of 1 m and outer and inner diameters 20 and 10 mm, respectively. Using the ANSYS Workbench software package a CFD model was developed using a three-dimensional geometry with hybrid fabric of two concentric tubes. Within each tube the flowing thermal fluid under study, a fluid will emit heat and the other receive it. After validation of the model several simulations were defined in two flow situations: co current and counter current. Various fluids were selected for the analysis of the most effective energy transfer fluid. In the first phase of work a sensitivity study was made using mass flow in the simulations. The results showed that the flow rate of fluid to be heated should take the half value of the flow associated with the thermal fluid, in both cases of co current and counter current flow. As regards for the type of fluid, the fluid Sodium achieved the best results in the two orientations studied. It should be noted that although it was considered in this study the thermal fluid Dowtherm_A, commonly used, this does not reach in our study results comparable with Sodium. Thus it is considered that the Dowtherm_A fluid was produced to collectors with larger dimensions and does not have the capacity to display their capabilities in a smaller hub.

У дисертації обґрунтовано можливість розвитку творчого мислення школярів засобами комп’ютерного моделювання. Показано доцільність уведення відповідного факультативного курсу з метою формування наукового світогляду і, зокрема, основ інформаційної культури. Експериментально підтверджено позитивний вплив такого курсу на рівень особистих творчих досягнень школярів. Відповідно до положень загальної дидактики розроблено методичну систему навчання основ комп’ютерного моделювання. Середовищем, придатним для початкового вивчення моделювання, взято вже знайомі учням на цей час електронні таблиці, що не вимагає від них зусиль і часу на створення інтерфейсу користувача. Це дає можливість розпочати вивчення курсу значно раніше, ніж основ програмування.
В диссертации выполнен психолого-педагогический анализ проблемы исследования творческих способностей и на этой основе показана возможность развития творческого мышления школьников средствами компьютерного моделирования. Доказано, что систематическая и целенаправленная педагогическая деятельность, связанная с компьютерным моделированием, актуализирует и совершенствует операциональные структуры мышления, развивает его творческие компоненты, формирует стойкий познавательный интерес школьников к исследовательской деятельности в учении. В соответствии с положениями общей дидактики разработана целостная и непротиворечивая методическая система обучения основам компьютерного моделирования, построенная на концепциях теории проблемного обучения и теории поэтапного формирования умственных действий. Последняя открывает пути к управлению учебной деятельностью и созданию ориентировочной основы умственных действий. И хотя, по признанию специалистов, эта теория является неразработанной относительно именно творческого аспекта процесса обучения, мы убедились, что предлагая в качестве ориентировочной основы образцы творческого мышления, можно рассчитывать на развитие творческих способностей через механизм подражания образцу. Предлагаемая методическая система имеет целью раскрытие содержания всего школьного образования через введение понятий “модель” и “моделирование”, которые сложились как в конкретных науках, так и в методологии науки вообще. Постепенное овладение учениками философского содержания понятия “модель” при систематическом и целенаправленном изучении курса способствует формированию их научного мировоззрения и основ информационной культуры. В соответствии с методологией моделирования более общая модель должна содержать в себе более простую как частный случай при переходе к предшествующим условиям. Поэтому разработанный курс не только знакомит с многочисленными примерами моделирования, но и реализует методологию такой работы: практически каждая модель имеет 3-4 версии с постепенным усложнением в соответствии с дидактическими принципами последовательности и преемственности в обучении. Учитывая принцип наглядности, рекомендуется при минимальной возможности вместе со знаковой вводить наглядно-образную модель, так, чтобы в сознания учеников создавались соответствующие чувственные образы. В диссертации обоснована целесообразность введения соответствующего факультативного курса для старшеклассников. Экспериментально подтверждено положительное влияние изучения курса на уровень творческих способностей и личных творческих достижений учащихся. Обучение основам компьютерного моделирования осуществляется в уже знакомой школьникам к этому времени среде – электронных таблицах. Это не требует от учащихся усилий и времени на создание интерфейса пользователя и не отвлекает их от главной задачи – исследования модели. Одновременно такой подход дает возможность начать изучение курса моделирования значительно раньше основ программирования и независимо от него. Понятие “модель” рассматривается в нескольких аспектах: как центральное понятие теории познания; как способ отображения наукой познаваемой действительности; как конкретное средство человеческой деятельности; как объект изучения. Вместе с тем, выполненное исследование не охватывает всех аспектов, связанных с внедрением изучения основ компьютерного моделирования в практику работы школ. Главная проблема состоит в том, что вынесение курса в старшие классы фактически не оставляет времени для использования приобретенных школьниками знаний при изучении других базовых предметов. Поэтому необходимы дальнейшие исследования с целью поиска путей смещения начала изучения моделирования в 8-9 классы (например, на основе Лого-проектов) пусть и с некоторыми существенными, однако временными потерями в научности. Материалы исследования имеют самостоятельное значение и могут быть использованы для изучения курса компьютерного моделирования с учащимися гимназий и лицеев естественно-математического профиля, в учебном процессе педагогического вуза, а также в системе последипломного педагогического образования.
The possibility of development of pupils’ creative thinking by means of computer simulation is substantiated. The expediency of introduction of the applicable optional course with the purpose of formation of the fundamentals of information culture is shown. Positive influence of such course on a level of personal creative achievements of pupils is affirmed experimentally. Methodical system of teaching fundamentals of computer simulation in accordance with positions of general didactics is worked out. Spreadsheets which do not demand efforts and time of pupils for creation of interface are taken as mean for initial studying of simulation. This allows to begin teaching the course much earlier than fundamentals of programming.

У дисертації обґрунтовано можливість розвитку творчого мислення школярів засобами комп’ютерного моделювання. Показано доцільність уведення відповідного факультативного курсу з метою формування наукового світогляду і, зокрема, основ інформаційної культури. Експериментально підтверджено позитивний вплив такого курсу на рівень особистих творчих досягнень школярів. Відповідно до положень загальної дидактики розроблено методичну систему навчання основ комп’ютерного моделювання. Середовищем, придатним для початкового вивчення моделювання, взято вже знайомі учням на цей час електронні таблиці, що не вимагає від них зусиль і часу на створення інтерфейсу користувача. Це дає можливість розпочати вивчення курсу значно раніше, ніж основ програмування.
В диссертации выполнен психолого-педагогический анализ проблемы исследования творческих способностей и на этой основе показана возможность развития творческого мышления школьников средствами компьютерного моделирования. Доказано, что систематическая и целенаправленная педагогическая деятельность, связанная с компьютерным моделированием, актуализирует и совершенствует операциональные структуры мышления, развивает его творческие компоненты, формирует стойкий познавательный интерес школьников к исследовательской деятельности в учении. В соответствии с положениями общей дидактики разработана целостная и непротиворечивая методическая система обучения основам компьютерного моделирования, построенная на концепциях теории проблемного обучения и теории поэтапного формирования умственных действий. Последняя открывает пути к управлению учебной деятельностью и созданию ориентировочной основы умственных действий. И хотя, по признанию специалистов, эта теория является неразработанной относительно именно творческого аспекта процесса обучения, мы убедились, что предлагая в качестве ориентировочной основы образцы творческого мышления, можно рассчитывать на развитие творческих способностей через механизм подражания образцу. Предлагаемая методическая система имеет целью раскрытие содержания всего школьного образования через введение понятий “модель” и “моделирование”, которые сложились как в конкретных науках, так и в методологии науки вообще. Постепенное овладение учениками философского содержания понятия “модель” при систематическом и целенаправленном изучении курса способствует формированию их научного мировоззрения и основ информационной культуры. В соответствии с методологией моделирования более общая модель должна содержать в себе более простую как частный случай при переходе к предшествующим условиям. Поэтому разработанный курс не только знакомит с многочисленными примерами моделирования, но и реализует методологию такой работы: практически каждая модель имеет 3-4 версии с постепенным усложнением в соответствии с дидактическими принципами последовательности и преемственности в обучении. Учитывая принцип наглядности, рекомендуется при минимальной возможности вместе со знаковой вводить наглядно-образную модель, так, чтобы в сознания учеников создавались соответствующие чувственные образы. В диссертации обоснована целесообразность введения соответствующего факультативного курса для старшеклассников. Экспериментально подтверждено положительное влияние изучения курса на уровень творческих способностей и личных творческих достижений учащихся. Обучение основам компьютерного моделирования осуществляется в уже знакомой школьникам к этому времени среде – электронных таблицах. Это не требует от учащихся усилий и времени на создание интерфейса пользователя и не отвлекает их от главной задачи – исследования модели. Одновременно такой подход дает возможность начать изучение курса моделирования значительно раньше основ программирования и независимо от него. Понятие “модель” рассматривается в нескольких аспектах: как центральное понятие теории познания; как способ отображения наукой познаваемой действительности; как конкретное средство человеческой деятельности; как объект изучения. Вместе с тем, выполненное исследование не охватывает всех аспектов, связанных с внедрением изучения основ компьютерного моделирования в практику работы школ. Главная проблема состоит в том, что вынесение курса в старшие классы фактически не оставляет времени для использования приобретенных школьниками знаний при изучении других базовых предметов. Поэтому необходимы дальнейшие исследования с целью поиска путей смещения начала изучения моделирования в 8-9 классы (например, на основе Лого-проектов) пусть и с некоторыми существенными, однако временными потерями в научности. Материалы исследования имеют самостоятельное значение и могут быть использованы для изучения курса компьютерного моделирования с учащимися гимназий и лицеев естественно-математического профиля, в учебном процессе педагогического вуза, а также в системе последипломного педагогического образования.
The possibility of development of pupils’ creative thinking by means of computer simulation is substantiated. The expediency of introduction of the applicable optional course with the purpose of formation of the fundamentals of information culture is shown. Positive influence of such course on a level of personal creative achievements of pupils is affirmed experimentally. Methodical system of teaching fundamentals of computer simulation in accordance with positions of general didactics is worked out. Spreadsheets which do not demand efforts and time of pupils for creation of interface are taken as mean for initial studying of simulation. This allows to begin teaching the course much earlier than fundamentals of programming.

Tese de Doutoramento em Didática de Ciências e Tecnologia, Especialização em Didática das Ciências Físicas
Apesar dos conceitos de peso e de massa serem considerados fundamentais no ensino da Física, estes continuam a não ser bem compreendidos pelos alunos. A evidência com base em estudos experimentais sugere que se pode melhorar a aprendizagem integrando simulações computacionais no ensino de tópicos que os alunos consideram concetualmente difíceis. Para tentar colmatar este problema foi construída uma simulação computacional (“Peso e Massa”), usando o software Modellus, para promover a aprendizagem dos alunos sobre estes dois conceitos, e comparada com outras estratégias de ensino. Neste sentido, o presente trabalho teve por finalidade avaliar os progressos dos alunos, quando estes usam a simulação computacional, sozinha ou integrada com atividades “Hands-on”, na aprendizagem dos conceitos de peso e de massa, e apontar algumas características da mediação do professor quando os alunos usam simulações computacionais, que possam contribuir para promover a aprendizagem destes dois conceitos no Ensino Básico. O estudo seguiu os aspetos metodológicos de uma investigação do tipo quasi-experimental, envolvendo cinco professores de Ciências Físico – Químicas, e 216 alunos do 7º ano de escolaridade, de três escolas da região norte de Portugal. A administração de testes concetuais e a entrevista semiestruturada foram as principais técnicas utilizadas, cujos dados foram tratados e analisados através de uma análise quantitativa e de uma análise de conteúdo. Da análise a que os dados foram submetidos e da interpretação efetuada, o estudo vem revelar que (i) a simulação computacional, sozinha ou integrada com atividades experimentais “Hands-on”, pode ajudar os alunos a compreender os conceitos de peso e de massa, (ii) as características do papel mediador do professor são de maior relevância para a promoção da aprendizagem dos alunos sobre os conceitos de peso e de massa, quando estes usam simulações computacionais, e as características da mediação se prenderam com um equilíbrio existente entre a autonomia dada aos alunos na realização das tarefas propostas, através da exploração da simulação computacional, e o apoio dado pelo professor na realização dessas tarefas.
Although the concepts of weight and mass are considered fundamental in physics teaching, they are still not well understood by students. The evidence based on experimental studies suggests that we can improve learning by integrating computer simulations on topics that students find conceptually difficult. To address this problem a computer simulation (“Weight and mass”) was designed, using the software Modellus, to improve students‟ learning of these two concepts and compared it with other teaching strategies. In this sense, the present study aims to evalutate progresses in students‟ understanding about the concepts of weight and mass when using the computer simulation, alone or integrated in “Hands-on” activities. Besides that, it was intended to point out some characteristics of the teachers‟ mediation when students use the computer simulation, that may promote students‟ learning about these two concepts. The study followed the methodology of a quasi experimental investigation, envolving five Physics and Chemistry teachers and 216 students of 7th grade of basic school. Conceptual tests and semi structured interview were the main technics used, whose data was analysed through a quantitative and qualittive analysis. From this analysis, the study reveals that: (i) using a computer simulation, carefully designed to address specific conceptual difficulties, will help the students understand the concepts of weight and mass; (ii) the features that are most likely to contribute to improve students‟ learning, about the concepts of weight and mass, are related to the balance between support and autonomy given by the teacher to the students during the use of the computer simulation, therefore empahsising the relevance of the mediating character´stics of the teaching process.

Dissertação de Mestrado em Engenharia do Ambiente
Tendo em conta os esforços a nível mundial para o desenvolvimento de métodos sustentáveis de produção de energia, tem-se verificado um crescente desenvolvimento das tecnologias associadas a uma produção através de fontes renováveis, com especial destaque para a energia eólica. Apesar dos claros benefícios ambientais associados a este tipo de tecnologia, diversos estudos têm vindo a confirmar a mortalidade de morcegos em parques eólicos, o que levanta preocupações sobre os efeitos a longo prazo, da presença destas estruturas, sobre as suas populações. Nyctalus leisleri é uma espécie migradora particularmente afetada pela presença de parques eólicos. Neste estudo desenvolveu-se um Modelo Baseado em Agentes, que constitui uma ferramenta preditiva de carácter conservacionista, com enfoque nos padrões de uso do espaço em período de alimentação, bem como no possível impacte de um parque eólico sobre esta espécie. O modelo desenvolvido foi aplicado a uma área centrada no parque eólico de Negrelo e Guilhado, localizado no noroeste de Trás-os-Montes. Identificou-se uma clara predominância de uso do espaço em zonas identificadas como propícias à alimentação e uma elevada mobilidade evidenciada pelos resultados ao nível da distância máxima percorrida em relação ao abrigo (média = 8,63 km) e das dimensões da área vital (média = 3,59 km2). A área usada de florestas de resinosas, florestas de folhosas e outros usos constituíram os fatores mais relevantes para o incremento das dimensões da área vital. Foi possível constatar que velocidades do vento elevadas (≥ 4 m/s) levam à diminuição do número de fatalidades devido às limitações que estas impõem ao nível da atividade. Observou-se uma clara relação entre o aumento da frequência dos eventos de mortalidade e a proximidade do abrigo ao aerogerador mais próximo. Os aerogeradores instalados em usos do solo identificados como habitats de alimentação apresentam maiores índices de mortalidade, tendo-se constatado uma correlação positiva, entre os índices de atividade próxima dos aerogeradores e a ocorrência de mortalidade.
Given the worldwide efforts to develop sustainable methods of energy production, there has been an increasing development of technologies associated with energy production from renewable sources, with special emphasis on wind energy. Despite the clear environmental benefits associated with this type of technology, many studies have confirmed bat fatalities at wind farms, which raise concerns about the long-term effects of these structures on bat populations. Nyctalus leisleri is a migratory species particularly affected by the presence of wind farms. For this study I developed an Agent-Based Model, which constitutes a predictive tool of conservative nature, with focus on space use patterns, as well as the possible impact of a wind farm on this species. The model was applied to an area centered on the Negrelo and Guilhado wind farm located in the northwest of Trás-os-Montes. A clear predominance in the selection of foraging areas and high mobility was evidenced by the results of maximum distance to roosts (mean = 8.63 km) and home range size (mean = 3.59 km2). The use of coniferous woodland, deciduous woodland and other land cover were the most important factors for increasing the home range size. It was found that high wind speeds (≥ 4 m/s) lead to a decrease in the number of fatalities due to the limitations they impose in bat activity. There was a clear relationship between increased frequency of mortality events and the proximity between roosts and turbines. The wind turbines installed on areas identified as foraging habitats have higher rates of mortality, and there is a positive correlation between the activity levels near the wind turbines and the occurrence of fatalities.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil
O facto de grande percentagem da energia consumida derivar de recursos naturais não renováveis, cuja exploração e produção tem grandes impactos económicos e ambientais, despertou a consciência global da necessidade de procurar soluções que permitam um uso racional da energia, a optimização da eficiência dos processos de conversão energética e mesmo soluções que incorporem fontes alternativas de energia mais ecológicas, como são exemplos a energia solar e a eólica. O balanço energético nacional diz-nos que os edifícios, tanto os residenciais como os de serviços, são responsáveis por mais de 60% do consumo de energia eléctrica, 29% do consumo de energia final, da qual as habitações residenciais são responsáveis por 13%. Os vão envidraçados revelam-se de enorme importância no comportamento térmico dos edifícios, uma vez que contribuem de forma muito significativa no balanço energético, tanto para as perdas por transmissão de calor como para os ganhos solares. O presente trabalho reúne informação sobre a metodologia de cálculo das necessidades energéticas dos edifícios, de acordo com a legislação nacional em vigor, da influência das perdas e dos ganhos através dos vãos envidraçados no desempenho global dos edifícios, assim como sobre os materiais constituintes, a localização e orientação, o sombreamento, a área de envidraçado e as pontes térmicas, e sua importância no comportamento térmico dos vãos envidraçados. O estudo avalia ainda distintos métodos para a obtenção do coeficiente de transmissão térmica dos vãos envidraçados tendo por base, quer uma análise experimental, quer uma análise numérica, com software adequado. Através da comparação entre os resultados obtidos e os dados dos fabricantes do vão estudado concluir-se sobre a validade dos modelos e métodos implementados.
The fact that a large percentage of energy consumed is produced from non-renewable resources, whose exploration and production has major economic and environmental impacts, has raised global awareness of the need to seek solutions that allow a rational use of energy, optimization of efficient energy conversion processes and solutions that can incorporate alternative energy sources, as solar energy and wind power, for example. The national energy balance tells us that buildings, residential and services buildings are responsible for more than 60% of electricity consumption, 29% of final energy consumption, which residential buildings are responsible for 13%. The glazing systems have enormous importance in the thermal performance of buildings, since they contribute very significantly to the energy balance, in the heat transfer loss and in solar gain. This work get together information on the methodology of calculation of the energy needs of buildings, accordance with the actual national legislation, the influence of losses and gains through the glazing on the overall performance of buildings as well as on the constituent materials, the location and orientation, shading systems, glazing area and thermal bridges, and their importance in the thermal performance of glazing systems. The study also evaluates different methods to obtain the thermal coefficient of glazing systems, with basis on experimental analysis and numerical analysis, with appropriate software. By comparing the results and information from manufacturers of the glazing system can conclude about the validity of the models and methods implemented.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.10 – Інформаційно-комунікаційні технології в освіті – Житомирський державний університет імені Івана Франка, Житомир, Інститут інформаційних технологій і засобів навчання НАПН України, Київ, 2018. Дисертаційна робота є теоретико-експериментальним дослідженням проблеми використання програмно-імітаційних комплексів як засобу формування економічних компетентностей студентів технічних спеціальностей. У дослідженні подано узагальнюючу теоретичну характеристику використання програмно-імітаційних комплексів як засобів формування економічних компетентностей студентів технічних спеціальностей. Теоретично обґрунтовано структурні компоненти моделі використання програмноімітаційних комплексів як засобів формування економічних компетентностей студентів технічних спеціальностей. Розроблено методику використання програмно-імітаційних комплексів як засобів формування економічних компетентностей студентів технічних спеціальностей. Ефективність авторської методики перевірена експериментально. Основні результати дослідження впроваджено в освітній процес закладів вищої освіти.
Диссертация на соискание учёной степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.10 – “Информационно-коммуникационные технологии в образовании”. – Житомирский государственный университет имени Ивана Франка, Житомир, Институт информационных технологий и средств обучения НАПН Украины, Киев, 2018. Диссертационная работа является теоретико-экспериментальным исследованием проблемы использования программно-иммитационных комплексов как средств формирования економических компетентностей студентов технических специальностей. В исследовании подано обобщающую теоретическую характеристику использования программно-иммитационных комплексов как средств формирования економических компетентностей студентов технических специальностей. Теоретически обосновано структурные компоненты модели использования программно-имитационных комплексов как средств формирования экономических компетентностей студентов технических специальностей. Разработана методика использования программно-имитационных комплексов как средств формирования экономических компетентностей студентов технических специальностей. Эффективность авторской методики проверена экспериментально. Основные результаты исследования внедрены в образовательный процесс высших учебных заведений.
The thesis for a Candidate Degree in Pedagogical Sciences specialty 13.00.10. “Information and communication technology in education”. – Zhytomyr Ivan Franko State University, Zhytomyr, Institute of Information Technologies and Learning Tools of the NAES of Ukraine, Kyiv, 2018. The thesis is the theoretical-experimental research of the use of business simulations as a means of formation of economic competence of technical specialties students. The research contains generalized theoretical characteristic of the use of business simulations as a means of formation of economic competence of technical specialties students. The structural components of the model of use of business simulations as a means of formation of economic competence of technical specialties students were theoretically justified. The method of use of business simulations as a means of formation of economic competence of technical specialties students has been developed. The essence of the “economic competence of the future technical specialty professionals” was clarified as the ability to conduct professional activity in the area of technics and technologies and also private activities consciously and efficiently, based on the grounded economic knowledge,abilities, skills, attitudes, opinions, personal qualities and experience. Motivational, cognitive, operational and personalcomponents were defined as the main components of the economic competence of the future technical specialty professionals. The classification of the business simulations in education was introduced by the author based on the next characteristics: the scale of the phenomenon or the concept that is being imitated (conceptual, thematic); the purpose of usage (educational, scientific); the type of the hosting in the network (local, server-based, cloud-based); the possibility of modification or editing (static; with dynamic parameters, with dynamic content); the presence of the built-in tools for business simulations creation (without built-in tools for business simulations creation, with built-in tools for business simulations creation). The next criteria and indicators of the business simulations selection were synthesized: design-didactical criterion (coverage of the wide range of the sub-sets of economic science and affiliated areas of knowledge; correspondence of the business simulations to the educational tasks; scale of the phenomenon that is being imitated; presence of communicational functionality; the possibility to combine different 22 imitations and additional functional modules within one playlist; presence of the built-in development tools(user interface correction, functionality correction); modification possibilities (static, parameters modification, content modification)); technological criterion (availability; adaptability; reliability; meaningful middle – or long - term gaming potential; easiness of use); organizational criterion (target audience; prevalence; customer support). The MobLab business simulation was defined as the most suitable to use as a means of formation of economic competence of technical specialties students. Economic Games may be also used as a means of formation of economic competence of technical specialties students in case of some developments implemented. The model of use of business simulations as a means of formation of economic competence of technical specialties students was substantiated and developed. It consists of four blocks: targeting, organizational-process, content-technological, diagnostic-results. The goal of the model presumes the use of business simulations for formation of economic competence of technical specialties students. The general structure of the method of business simulations use as a means of formation of economic competence of technical specialties students was introduced; different forms and methods of the use of business simulations in the process of formation of economic competence of technical specialties students were analyzed. The materials and the results of the research might be used at the higher education institutions and scientific organizations for the educational purposes of the technical specialties students, for the development of the economic courses materials, for the informal educational activities of adults and children, for the implementation of modern education technologies and education forms at the higher educational establishments, and also for the competitions in the areas of economics, finance and game theory.

The thesis for the degree of Candidate of Pedagogical Science, in specialty 13.00.10 – Information and Communication Technologies in Education (01 – Education/Pedagogics). – State Institution „Taras Shevchenko National University of Luhansk”. – Starobilsk, 2019. The thesis is devoted to the problem of using development and implementation of methodic of using mobile Internet devices in learning bachelors of electromechanics in modeling of technical objects. Based on the analysis of scientific literature, the content of the bachelor of electromechanics competency in modeling of technical objects, the criteria for its formation and the model of using mobile Internet devices in learning bachelors of electromechanics in modeling of technical objects are theoretically substantiated and developed. The methodic of using mobile Internet devices in learning bachelors of electromechanics in modeling of technical objects was developed and experimentally tested; the concept of a mobile Internet device is clarified; the system of mobile ICT for learning bachelors of electromechanics has been improved; the methodic of learning bachelors of electromechanics to computer modeling was further developed.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.10 – информационно-коммуникационные технологии в образовании (01 – Образование/Педагогика). – Государственное учреждение „Луганский национальный университет имени Тараса Шевченко”. – Старобельск, 2019. Диссертационная работа посвящена проблеме разработки и внедрения методики использования мобильных интернет-устройств в обучении бакалавров электромеханики моделированию технических объектов. На основании анализа научной литературы теоретически обоснованы и разработаны содержание компетентности бакалавра электромеханики в моделировании технических объектов, критерии ее сформированности и модель использования мобильных интернет-устройств в обучении бакалавров электромеханики моделированию технических объектов. Разработана и экспериментально проверена методика использования мобильных интернет-устройств в обучении бакалавров электромеханики моделированию технических объектов; уточнено понятие мобильного интернет-устройства; усовершенствована система средств мобильных ИКТ обучения бакалавров электромеханики; получила дальнейшее развитие методика обучения бакалавров электромеханики компьютерному моделированию.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.10 – інформаційно-комунікаційні технології в освіті (01 – Освіта/Педагогіка). – Державний заклад „Луганський національний університет імені Тараса Шевченка”. – Старобільськ, 2019. Дисертаційну роботу присвячено проблемі розробки та впровадження методики використання мобільних інтернет-пристроїв у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об’єктів. На підставі аналізу наукової літератури теоретично обґрунтовано та розроблено зміст компетентності бакалавра електромеханіки в моделюванні технічних об’єктів, критерії її сформованості та модель процесу використання мобільних інтернет-пристроїв у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об’єктів. Розроблено та експериментально перевірено методику використання мобільних інтернет-пристроїв у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об’єктів; уточнено поняття мобільного інтернет-пристрою; удосконалено систему засобів мобільних ІКТ навчання бакалаврів електромеханіки; дістала подальшого розвитку методика навчання бакалаврів електромеханіки комп’ютерного моделювання.

The thesis for the degree of Candidate of Pedagogical Science, in specialty 13.00.10 – Information and Communication Technologies in Education (01 – Education/Pedagogics). – State Institution „Taras Shevchenko National University of Luhansk”. – Starobilsk, 2019. The thesis is devoted to the problem of using development and implementation of methodic of using mobile Internet devices in learning bachelors of electromechanics in modeling of technical objects. Based on the analysis of scientific literature, the content of the bachelor of electromechanics competency in modeling of technical objects, the criteria for its formation and the model of using mobile Internet devices in learning bachelors of electromechanics in modeling of technical objects are theoretically substantiated and developed. The methodic of using mobile Internet devices in learning bachelors of electromechanics in modeling of technical objects was developed and experimentally tested; the concept of a mobile Internet device is clarified; the system of mobile ICT for learning bachelors of electromechanics has been improved; the methodic of learning bachelors of electromechanics to computer modeling was further developed.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.10 – информационно-коммуникационные технологии в образовании (01 – Образование/Педагогика). – Государственное учреждение „Луганский национальный университет имени Тараса Шевченко”. – Старобельск, 2019. Диссертационная работа посвящена проблеме разработки и внедрения методики использования мобильных интернет-устройств в обучении бакалавров электромеханики моделированию технических объектов. На основании анализа научной литературы теоретически обоснованы и разработаны содержание компетентности бакалавра электромеханики в моделировании технических объектов, критерии ее сформированности и модель использования мобильных интернет-устройств в обучении бакалавров электромеханики моделированию технических объектов. Разработана и экспериментально проверена методика использования мобильных интернет-устройств в обучении бакалавров электромеханики моделированию технических объектов; уточнено понятие мобильного интернет-устройства; усовершенствована система средств мобильных ИКТ обучения бакалавров электромеханики; получила дальнейшее развитие методика обучения бакалавров электромеханики компьютерному моделированию.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.10 – інформаційно-комунікаційні технології в освіті (01 – Освіта/Педагогіка). – Державний заклад „Луганський національний університет імені Тараса Шевченка”. – Старобільськ, 2019. Дисертаційну роботу присвячено проблемі розробки та впровадження методики використання мобільних інтернет-пристроїв у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об’єктів. На підставі аналізу наукової літератури теоретично обґрунтовано та розроблено зміст компетентності бакалавра електромеханіки в моделюванні технічних об’єктів, критерії її сформованості та модель процесу використання мобільних інтернет-пристроїв у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об’єктів. Розроблено та експериментально перевірено методику використання мобільних інтернет-пристроїв у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об’єктів; уточнено поняття мобільного інтернет-пристрою; удосконалено систему засобів мобільних ІКТ навчання бакалаврів електромеханіки; дістала подальшого розвитку методика навчання бакалаврів електромеханіки комп’ютерного моделювання.

Tese de Doutoramento em Ciências Físicas, Ramo Didática das Ciências Físicas
Este trabalho tem como objetivo estudar o papel que a representação visual desempenha no contexto das práticas de ensino com relevância na aprendizagem epistémica dos alunos. Pretende contribuir para o avanço do conhecimento na área da didática das ciências físicas e para o desenvolvimento profissional dos professores, na medida em que se foca nas práticas de ensino que promovem e sustentam o trabalho epistémico dos alunos, tirando partido das potencialidades da representação visual enquanto artefacto mediador da construção do conhecimento. Com esta investigação pretendemos colmatar a falta de trabalhos baseados em evidências empíricas focados em estudar, não só as características ou o conteúdo das representações visuais, mas antes o modo como são usadas e mediadas na sala de aula. Ao estudarmos as práticas de ensino que potenciam, ou inibem, o uso da representação visual com estatuto de mediador epistémico, pretendemos contribuir para a melhoria da mediação dos professores, de modo a desenvolver as competências epistémicas dos alunos e tornar as suas aprendizagens mais significativas. O uso da representação visual, em si mesma, é uma importante prática do contexto da produção científica, mas, simultaneamente é também ela potenciadora do desenvolvimento de outras práticas de construção do conhecimento, com forte impacto na aprendizagem dos alunos. A nossa investigação adotou uma abordagem qualitativa, iminentemente interpretativa e compreensiva, centrada num estudo de casos múltiplos para responder às seguintes questões de investigação: 1) Com que estatuto são usadas as representações visuais na sala de aula de ciências físicas? 2) De que modo as práticas de mediação do professor influenciam o estatuto com que são usadas as representações visuais na sala de aula? 3) De que modo as práticas de mediação usando representações visuais promovem o trabalho epistémico dos alunos? A fase de recolha de dados desenrolou-se entre os anos letivos 2007/2008 e 2011/2012 e envolveu cinco professores dos ensinos básico e secundário, que lecionavam a disciplina de ciências físico-químicas em escolas públicas dos distritos de Braga, Bragança, Porto e Vila Real. Com base nos dados recolhidos com recurso a múltiplas técnicas (e.g., gravações áudio, diários do professor, cadernos dos alunos, materiais fornecidos aos alunos ou registos fotográficos) foram elaboradas narrações multimodais. A análise e tratamento de dados baseou-se na análise de conteúdo (i.e., análise categorial) das narrações multimodais, com recurso ao software NVivo8®, seguida de tratamento por análise de clusters, tendo em vista a identificação de padrões relativamente ao modo como as mais variadas representações visuais, incluído as veiculadas pelas simulações computacionais, foram usadas nas aulas lecionadas por cinco professores com diferentes experiências profissionais e académicas, em diferentes níveis de escolaridade, em diferentes tópicos de física e de química, com variados recursos e com diferentes intencionalidades didáticas. Os principais contributos na nossa investigação são: 1) O estatuto com que se usam as representações visuais na sala de aula não é unicamente determinado pelo seu tipo, formato, meio de veiculação ou grau de abstração; 2) O estatuto que as representações visuais assumem na sala de aula advém do modo como são usadas por professores e alunos, podendo este ser, ou não, um estatuto epistémico; 3) O número de representações visuais introduzidas pelo próprio professor e a extensão em que são usadas ao longo de uma tarefa varia em função da sua experiência profissional; 4) O estatuto de mediador epistémico que uma representação visual pode assumir é bastante influenciado por aquilo que é feito desde o início da tarefa; 5) As ações adotadas pelo professor no âmbito da sua mediação têm influência no estatuto com que se usam as representações visuais na sala de aula; 6) As ações que o professor adota no sentido de sustentar o estatuto epistémico com que as representações visuais são usadas pelos alunos ou para oferecer novas possibilidades de uso para além apenas da dimensão de mediador simbólico dependem da experiência profissional dos professores e do tipo de atividade desenvolvida na sala de aula; 7) Há ações da mediação, associadas ao uso da representação visual com estatuto de mediador epistémico, que surgem associadas à ocorrência de mais práticas epistémicas dos alunos e mais diversificadas; 8) As práticas de mediação do professor dependem da sua experiência profissional e, ainda que de modo menos evidente, do tipo de atividade desenvolvida na sala de aula. Como trabalho futuro será necessário recolher mais evidências empíricas que nos permitam compreender em que medida o tipo de atividade desenvolvida influencia o estatuto com que se usam as representações visuais e também as práticas de mediação do professor. A experiência profissional dos professores é determinante no modo como usam as representações visuais nas suas aulas. Seria importante investigar os fatores que possibilitam aos professores evoluir de um estádio de competências e desenvolvimento profissional onde demonstram dificuldades em adotar ações que permitem sustentar o uso de representações visuais com estatuto de mediador epistémico, para outro onde as suas práticas de mediação permitem fazer delas um uso mais efetivo com esse mesmo estatuto.
The main goal of this research work is to study the epistemic role played by visual representations in the context of teaching practices, significant to students' epistemic learning. In this study, we intend to contribute to knowledge enlargement in the field of science education, and simultaneously, for professional development of teachers. This work focuses its attention on teaching practices that promote and support students' epistemic work, taking advantage of visual representation potentialities as a mediator artefact to promote epistemic practices in the classroom. With this research work, we also intend to contribute to the improvement of teachers' meditation practices when using visual representations in the classroom, so that students can develop epistemic competencies and turn their learning more meaningful. The role played by visual representation as a mediator of knowledge construction isn't well-known by this research field, both on international and national contexts. This research field also needs more empirical data, collected in the natural environment of the classroom, which enlarges the understanding about the teacher's mediation actions that can foster and support activities where students handle different types of visual representation. The use of visual representation, by itself, is an important practice in the context of scientific production that can trigger the development of other practices of knowledge construction, with a strong impact on students' epistemic learning. The visual representations can be faced as mediating artefacts for knowledge construction in the classroom, which plays an important role in promoting and sustaining students' epistemic work. This research work adopted a qualitative approach based on multiple case studies orientated by the following research questions: 1) What is the statute assumed by visual representations when they are used in the classroom? 2) How teacher's mediation actions influence the statute assumed by visual representations used in the classroom 3) How can teacher mediation actions promote and sustain students' epistemic work in the classroom? The data collection took place between school years 2007/2008 and 2011/2012 and involved five physics and chemistry teachers, at secondary school level, from Braga, Bragança, Porto, and Vila Real. Based on the data collected with several instruments and techniques (e.g., Audio recordings, teacher's diaries students' notebooks, materials provided to students, or photographic records, among others), we constructed multimodal narratives and used them as research tools. The data analysis was based on content analysis (i.e., categorical analysis) of multimodal narratives, using NVivo software, followed by treatment with cluster analysis, in order to find patterns about the way visual representations, including those displayed by computer simulations, were used in the lessons taught by five teachers with different professional and academic experiences, at different school levels, in different topics of physics and chemistry, and with different didactic intentionality. The main contributions of our research are: 1) The statute assumed by visual representations when they are used in the classroom is not exclusively determined by its type, format, support or abstraction degree; 2) The statute that the visual representations assume in the classroom depends on their use in the classroom and that could be an epistemic statute, or not; 3) The number of visual representations introduced by the teacher and the extent to which they are used during the task alters in function of his professional experience; 4) The statute of epistemic mediator that visual representation can assume is largely influenced by all the actions adopted from the beginning of the task; 5) The actions adopted by the teacher in the context of his mediation, influences the statute assumed by visual representations used in the classroom; 6) The actions adopted by the teacher that support the epistemic statute of visual representations when they are used by pupils or the actions that allow new possibilities of use besides the dimension of symbolic mediator, depends on the professional experience of the teachers and on the type of activity developed in the classroom; 7) There are teacher mediation actions, connected with the visual representation as epistemic mediator, related to the occurrence of a large and more diverse number of students' epistemic practices; 8) The teachers' meditation practices depend on his professional experience and, in a less obvious way, on the type of activity developed in the classroom. As future work, we need to gather more empirical evidences that could allow a better understanding about the influence that the type of activity developed in the classroom have on teacher's mediation actions and also on the use of visual representation as epistemic mediator. Teacher professional experience is a key feature to ensure that visual representations are used as epistemic mediators. It is important to investigate the factors related to teachers´ professional development, changing from a stage where his mediation practices allows a more effective use of visual representations.

У роботі теоретично обґрунтовані та експериментально перевірені педагогічні умови професійної підготовки майбутніх учителів природничо-математичних дисциплін засобами комп’ютерного моделювання. Розроблено структурно-функційну модель підготовки, що на рівні складників містить конкретизовані компоненти системи професійної підготовки: цілі, принципи, зміст, методи, засоби й форми організації навчання. Проведено експериментальне впровадження системи педагогічних умов у навчальний процес кількох вищих навчальних закладів України та підтверджено наукове припущення про те, що підготовка майбутніх учителів природничо-математичних дисциплін засобами комп’ютерного моделювання на засадах об’єктного й соціально-конструктивістського підходів сприяє розвиткові зацікавленості, спостережливості та інтересу до професійної діяльності, формуванню навичок організації й проведення індивідуальних і колективних навчальних досліджень, фундаменталізації професійної підготовки, міжпредметній інтеграції природничо-математичних дисциплін.
В диссертации приведены теоретическое обобщение и новое решение научной проблемы разработки педагогических условий подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования и проверки их эффективности в процессе обучения спецкурсу объектно-ориентированного моделирования. Научная новизна результатов исследования состоит в том, что: – впервые разработаны, теоретически обоснованы и экспериментально проверены педагогические условия профессиональной подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования: 1) применение педагогической технологии социального конструктивизма в процессе подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин, 2) введение объектно-ориентированного моделирования в процесс обучения информатическим дисциплинам; 3) использование социально-конструктивистских средств ИКТ обучения объектно-ориентированному моделированию; на основе учета выделенных педагогических условий, воздействия внешней, профессиональной и образовательной сред создана модель подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования, направленная на разработку инновационных методических систем обучения естественно-математическим дисциплинам в высшей школе; определены структура, уровни и показатели сформированности компетентности в области компьютерного моделирования будущих учителей естественно-математических дисциплин; – усовершенствована методика применения средств компьютерного моделирования в процессе профессиональной подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин; – получил дальнейшее развитие социально-конструктивистский подход к подготовке будущих учителей: уточнено понятие «социально-конструктивистская форма организации обучения», обоснован выбор средств «Web 2.0» для поддержки социально-конструктивистской учебной деятельности. Практическое значение результатов исследования состоит в том, что: – разработаны компоненты методики профессиональной подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования, определяющие цели, содержание, методы, формы организации и методы обучения по спецкурсу «Объектно-ориентированное моделирование» и программно-методический комплекс по спецкурсу в виде учебного пособия, видеоуроков, компьютерных моделей и сред моделирования; – локализованы система компьютерного моделирования «VPNBody» и среда объектно-ориентированного моделирования «Alice»; – основные положения и выводы исследования могут быть использованы: в дальнейших исследованиях по совершенствованию теоретических и методических основ подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования; для разработки учебных пособий, методических рекомендаций и т. п. Введение спецкурса влияет также на методику обучения естественно-математическим дисциплинам на всех уровнях: на уровне целей обучения – появляется цель изучения естественно-математических дисциплин как моделей информационных процессов и объектов окружающего мира; на уровне содержания обучения – создаются условия для фундаментализации обучения, усиления межпредметных связей и интеграции различных технологий обучения; на уровне методов обучения – возникает необходимость широкого применения педагогической технологии социального конструктивизма; на уровне средств обучения – возникает необходимость применения сред объектно-ориентированного моделирования, систем поддержки обучения и средств «Web 2.0»; на уровне форм организации обучения – появляются условия для реализации комбинированного обучения и обучения в малых группах. Проведенное исследование педагогических условий подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования не исчерпывает возможностей технологий моделирования и социального конструктивизма. Это позволяет указать возможные направления дальнейших исследований: 1) разработка теоретико-методических основ подготовки будущих учителей на основе исследовательских подходов в обучении; 2) тенденции развития социально-конструктивистского обучения в высшем образовании США и стран Европейского Союза; 3) компьютерное моделирование как интеграционная основа обучения информатическим дисциплинам в профессиональной подготовке будущих учителей.
In the research theoretically substantiated and experimentally verified pedagogical conditions of training future teachers in natural sciences and mathematics by means of computer simulation. The model of training was developed; the main components of model is objectives, principles, content, methods, tools and forms of learning. An experimental implementation of developed pedagogical conditions in the educational process of different universities in Ukraine confirms the hypothesis that the training future teachers in natural and mathematical sciences by means of computer simulation based on the object-oriented and socio-constructivist approach promotes the development of activity, attentiveness and interest to profession, the skills in organization the individual and collective learning researches, the fundamentalization of teachers’ training, the interdisciplinary integration of natural and mathematical sciences.

У роботі теоретично обґрунтовані та експериментально перевірені педагогічні умови професійної підготовки майбутніх учителів природничо-математичних дисциплін засобами комп’ютерного моделювання. Розроблено структурно-функційну модель підготовки, що на рівні складників містить конкретизовані компоненти системи професійної підготовки: цілі, принципи, зміст, методи, засоби й форми організації навчання. Проведено експериментальне впровадження системи педагогічних умов у навчальний процес кількох вищих навчальних закладів України та підтверджено наукове припущення про те, що підготовка майбутніх учителів природничо-математичних дисциплін засобами комп’ютерного моделювання на засадах об’єктного й соціально-конструктивістського підходів сприяє розвиткові зацікавленості, спостережливості та інтересу до професійної діяльності, формуванню навичок організації й проведення індивідуальних і колективних навчальних досліджень, фундаменталізації професійної підготовки, міжпредметній інтеграції природничо-математичних дисциплін.
В диссертации приведены теоретическое обобщение и новое решение научной проблемы разработки педагогических условий подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования и проверки их эффективности в процессе обучения спецкурсу объектно-ориентированного моделирования. Научная новизна результатов исследования состоит в том, что: – впервые разработаны, теоретически обоснованы и экспериментально проверены педагогические условия профессиональной подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования: 1) применение педагогической технологии социального конструктивизма в процессе подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин, 2) введение объектно-ориентированного моделирования в процесс обучения информатическим дисциплинам; 3) использование социально-конструктивистских средств ИКТ обучения объектно-ориентированному моделированию; на основе учета выделенных педагогических условий, воздействия внешней, профессиональной и образовательной сред создана модель подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования, направленная на разработку инновационных методических систем обучения естественно-математическим дисциплинам в высшей школе; определены структура, уровни и показатели сформированности компетентности в области компьютерного моделирования будущих учителей естественно-математических дисциплин; – усовершенствована методика применения средств компьютерного моделирования в процессе профессиональной подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин; – получил дальнейшее развитие социально-конструктивистский подход к подготовке будущих учителей: уточнено понятие «социально-конструктивистская форма организации обучения», обоснован выбор средств «Web 2.0» для поддержки социально-конструктивистской учебной деятельности. Практическое значение результатов исследования состоит в том, что: – разработаны компоненты методики профессиональной подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования, определяющие цели, содержание, методы, формы организации и методы обучения по спецкурсу «Объектно-ориентированное моделирование» и программно-методический комплекс по спецкурсу в виде учебного пособия, видеоуроков, компьютерных моделей и сред моделирования; – локализованы система компьютерного моделирования «VPNBody» и среда объектно-ориентированного моделирования «Alice»; – основные положения и выводы исследования могут быть использованы: в дальнейших исследованиях по совершенствованию теоретических и методических основ подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования; для разработки учебных пособий, методических рекомендаций и т. п. Введение спецкурса влияет также на методику обучения естественно-математическим дисциплинам на всех уровнях: на уровне целей обучения – появляется цель изучения естественно-математических дисциплин как моделей информационных процессов и объектов окружающего мира; на уровне содержания обучения – создаются условия для фундаментализации обучения, усиления межпредметных связей и интеграции различных технологий обучения; на уровне методов обучения – возникает необходимость широкого применения педагогической технологии социального конструктивизма; на уровне средств обучения – возникает необходимость применения сред объектно-ориентированного моделирования, систем поддержки обучения и средств «Web 2.0»; на уровне форм организации обучения – появляются условия для реализации комбинированного обучения и обучения в малых группах. Проведенное исследование педагогических условий подготовки будущих учителей естественно-математических дисциплин средствами компьютерного моделирования не исчерпывает возможностей технологий моделирования и социального конструктивизма. Это позволяет указать возможные направления дальнейших исследований: 1) разработка теоретико-методических основ подготовки будущих учителей на основе исследовательских подходов в обучении; 2) тенденции развития социально-конструктивистского обучения в высшем образовании США и стран Европейского Союза; 3) компьютерное моделирование как интеграционная основа обучения информатическим дисциплинам в профессиональной подготовке будущих учителей.
In the research theoretically substantiated and experimentally verified pedagogical conditions of training future teachers in natural sciences and mathematics by means of computer simulation. The model of training was developed; the main components of model is objectives, principles, content, methods, tools and forms of learning. An experimental implementation of developed pedagogical conditions in the educational process of different universities in Ukraine confirms the hypothesis that the training future teachers in natural and mathematical sciences by means of computer simulation based on the object-oriented and socio-constructivist approach promotes the development of activity, attentiveness and interest to profession, the skills in organization the individual and collective learning researches, the fundamentalization of teachers’ training, the interdisciplinary integration of natural and mathematical sciences.