Academic literature on the topic '620.179.1:004.032.26'

Дисертаційна робота присвячена розробці фотонної інтегральної схеми для нейронної мережі. Інтегральні схеми являє собою невід'ємну частину сучасних технологій. Більша частина функціональних одиниць можливо замінити фотонним компоненнтом (діоди, хвилеводи, фільтри та підсилювач) для створення фотонної інтегральної схеми. Фотонні інтегральні схеми мають декілька переваг: мають більшу швидкість обробки та передачі інформації, велику зону пропускання та мають менші втрати енергії. Найбільш розповюдженим є використання гібридних схем, тобто частина елементів інтегральної системи інтегрується фотонними елементами. Перший розділ присвячений дослідженню сучасному розвитку нейронних мереж. Розглянуто апаратні реалізації нейрону та нейронних мереж. Також був проведений патентний пошук моделювання нейрону. У другому розділі розглянуті сучасні архітектури фотонно інтегрльної схеми. Була запропонована нова структура інтегральної схеми, та її технологія виготовлення. Для цього була запропонована структура літографічної установки та сформульоване технічне завдання. Третій розділ присвячений проектуванню літографічної системи. Були проведенні габаритні розрахунки, розрахунок структури оптичної системи. Після проектування провели аналіз системи, а саме проведена оптимізація розрахованої системи, енергетичний розрахунок, та абераційний аналіз. У четвертому розділі оглянуто нейрона мережа Хопфілда, її математична модель. На основі якої була розроблена програма для моделювання мережи Хопфілда та розрахунку вагових коефіцієнтів. П’ятий розділ присвячений експериментальним дослідженням. Був розроблений прототип фотонної інтегральної системи. Були проведені експерименти: дослідження хвилеводів системи для їх подальшого впровадження та дослідження діючого прототипу. Шостий розділ присвячений розробці стартап проекту.
The dissertation is devoted to the development of a photonic integrated circuit for a neural network. Integrated circuits are an integral part of modern technology. Most of the functional units can be replaced by a photonic component (diodes, waveguides, filters and amplifier) to create a photonic integrated circuit. Photonic integrated circuits have several advantages: they have a higher speed of processing and transmission of information, a larger bandwidth and less energy loss. The most common is the use of hybrid circuits, namely part of the elements of the integrated system is integrated by photonic elements. The first section is devoted to the study of modern development of neural networks. Hardware implementations of neurons and neural networks are considered. A patent search for neuronal modeling was also performed. The second section considers modern architectures of the photon integrated circuit. A new structure of the integrated circuit and its manufacturing technology were proposed. For this purpose, the structure of the lithographic installation was proposed and the technical task was formulated. The third section is devoted to the design of the lithographic system. Dimensional calculations, calculation of structure of optical system were carried out. After the design, the system was analyzed, namely the optimization of the calculated system, energy calculation, and aberration analysis. The fourth section examines the Hopfield neural network, its mathematical model. Based on which a program was developed to model the Hopfield network and calculate weights. The fifth section is devoted to experimental research. A prototype of a photonic integrated system was developed. Experiments were performed: the study of the waveguides of the system for their further implementation and the study of the current prototype. The sixth section is devoted to the development of a startup project.

В дисертації вперше отримані такі нові наукові результати: 1. Запропоновано метод автоматизованої обробки послідовності термограм, отриманих у результаті активного теплового контролю багатошарових матеріалів, який використовує нейромережеві технології для аналізу температурних профілів у кожній точці об’єкту та дозволяє одночасно проводити класифікацію знайдених дефектів, вимірювати їх глибину залягання та розкрив. 2. Набув подальшого розвитку метод синтезу нейронної мережі прямого розповсюдження зі зворотним поширенням помилки, який враховує залежності достовірності контролю та точності дефектометрії від архітектури та алгоритмів навчання нейронної мережі, що дозволило обґрунтувати вибір кількості прихованих прошарків нейронної мережі, кількості нейронів у цих прошарках та оптимального за показником середньоквадратичної помилки мережі алгоритму навчання. 3. Удосконалено метод формування навчального набору даних, який враховує залежності достовірності класифікації дефектів у багатошарових матеріалах, похибок визначення їх глибини залягання і розкриву від параметрів вибірки навчальних сигналів, що дозволило мінімізувати час навчання нейронної мережі без погіршення достовірності автоматизованої класифікації дефектів та точності дефектометрії. Практичне значення одержаних в дисертаційній роботі результатів полягає в тому, що було розроблено алгоритмічне і програмне забезпечення реалізації підсистеми визначення характеристик дефектів за результатами активного ТНК із використанням вдосконаленого методу на базі нейромережевих технологій, що дозволило автоматизувати класифікацію дефектів і побудову теплових томограм, підвищити точність теплової дефектометрії і достовірність контролю у порівнянні з існуючими методами. Розроблено віртуальний інтерфейс користувача, який містить інструменти для проведення дефектометрії та аналізу теплових томограм, що дало змогу покращити ефективність аналізу результатів контролю. Для розробленої системи експериментально визначено архітектуру та параметри навчання нейромереж, за яких досягається найвища достовірність класифікації дефектів та точність вимірювання їх характеристик. Розроблено та виготовлено експериментальний стенд та дослідні зразки для проведення активного теплового контролю і аналізу результатів із використанням удосконаленого методу визначення характеристик дефектів на основі нейронних мереж, що дозволило відпрацювати програмні алгоритми та підтвердити ефективність даного методу. У дисертаційній роботі описано особливості та проблеми теплового контролю виробів із багатошарових матеріалів. Показано, що на сучасному етапі розвитку методів теплового неруйнівного контролю важливим завданням є не лише виявлення та визначення координат і поперечних розмірів дефектів багатошарових матеріалів, але і вимірювання їх глибини залягання та розкриву. Проведено аналіз факторів, які впливають на результати теплового контролю та описано характер взаємозв’язків між інформативними параметрами. Розглянуто традиційні математичні та статистичні методи теплової дефектометрії та встановлено їх недоліки. Описано, що аналітичний розв’язок обернених задач теплового контролю в ряді випадків є неоднозначним. Особливо низьку ефективність традиційні методи та побудовані на їх основі системи теплової дефектометрії мають у випадку контролю багатошарових матеріалів. В роботі проведено порівняльний аналіз стандартних та спеціальних методів цифрової обробки термограм. Розглянуто методи Фур’є-аналізу, вейвлет-аналізу, аналізу головних компонент та динамічної теплової томографії. Показано, що дані методи мають низьку завадостійкість, сильну залежність результатів від вибору опорної точки та рівномірності нагріву об’єкту контролю. Окрім того, розглянуті традиційні методи обробки термограм не дозволяють проводити автоматичну класифікацію дефектів за типом та визначати їх розкрив. У дисертаційній роботі описано можливості використання штучних нейронних мереж для удосконалення методів визначення характеристик дефектів. Розглянуто особливості побудови нейромережевих систем для вирішення задач класифікації дефектів та визначення їх глибини залягання і розкриву. Проведено порівняння ефективності роботи нейронних мереж та традиційних методів обробки термограм. Показано переваги нейронних мереж над традиційними алгоритмами. Розглянуто найбільш перспективні області застосування нейромережевих систем аналізу результатів активного теплового неруйнівного контролю. Проведено аналіз існуючих робіт за напрямом теплового контролю композитів. Показано, що у відомій літературі не вирішуються завдання одночасної класифікації дефектів за типом та визначення їх глибини залягання і розкриву; не досліджено способи визначення глибини залягання дефектів або їх розкриву шляхом вирішення задачі регресії за допомогою нейронних мереж; не вирішується завдання побудови теплових зображень внутрішньої структури об’єкту контролю. Сформовано мету дослідження у вигляді автоматизації процесу активної теплової дефектоскопії та дефектометрії із застосуванням нейромережевих технологій, що забезпечуватиме підвищення інформативності, достовірності та ефективності контролю виробів із багатошарових матеріалів. З метою удосконалення методів активної теплової дефектоскопії і дефектометрії та автоматизації обробки даних в дисертації обґрунтовано та розроблено підсистему цифрової обробки термограм, що складається з трьох нейромережевих модулів. Описано можливість використання багатошарових нейронних мереж прямого розповсюдження зі зворотним поширенням помилки з повнозв’язними прошарками у складі модуля виявлення та класифікації дефектів та модулів визначення глибини залягання і розкриву дефектів. Сформовано алгоритми формування навчальних множин для задач класифікації дефектів та визначення їх глибини залягання і розкриву. Описано процедуру навчання нейромережевих модулів та розроблено відповідне програмне забезпечення в середовищі MATLAB. Виконано програмну реалізацію віртуальних приладів в середовищі NI LabVIEW, в яких втілено алгоритми роботи нейромережевих модулів та пост-обробки результатів. Створено графічний інтерфейс користувача, який містить елементи керування, інструменти для проведення дефектометрії та блоки графічного відображення інформації щодо положення дефектів та внутрішньої структури об’єкту контролю. На основі проведеного комп’ютерного моделювання процесу активного теплового контролю алюмінієвої пластини зі штучними внутрішніми дефектами отримано послідовності термограм. Встановлено, що внаслідок впливу високого рівня теплової дифузії та нерівномірності нагріву обробка отриманих послідовностей термограм традиційними методами є ускладненою та малоефективною. В результаті досліджень доведено, що розроблена автоматизована нейромережева система має покращені якісні та кількісні показники ефективності у порівнянні з традиційними методами. У роботі проведено комп’ютерне моделювання процесу активного теплового контролю зразка із багатошарового вуглепластику зі штучними внутрішніми дефектами. За результатами досліджень ефективності обробки отриманих послідовностей термограм різними методами встановлено, що розроблена нейромережева система забезпечує найвищі показники якості класифікації дефектів та точності дефектометрії серед розглянутих методів. Досліджено вплив архітектури нейронних мереж на результати роботи нейромережевих модулів розробленої системи у випадку обробки даних комп’ютерного моделювання. Дослідження показали, що найбільш оптимальним є використання двох прихованих прошарків з 12 нейронами в першому та 4 нейронами в другому прошарках. Встановлено, що із доступних алгоритмів навчання найбільш ефективним за показником середньоквадратичної помилки мережі є оптимізатор Левенберга-Маркарда. Проведено дослідження впливу обсягу та якості навчальної вибірки на результати роботи нейромережевих модулів. Встановлено кількісні значення погіршення показників ефективності роботи системи. У випадку зменшення кількості навчальних зразків в чотири рази, на 7,55 % знижується значення критерію Танімото та на 14,74 % зростає відносна похибка визначення глибини залягання дефектів. Водночас, в чотири рази зменшується час навчання. Аналогічні результати отримано і для випадку зменшення репрезентативності вибірки. Розроблено та виготовлено 2 тестових та 5 навчальних зразків у вигляді пластин із багатошарових композиційних матеріалів, які містять штучні внутрішні дефекти з відомими параметрами. Зразки використовувались для проведення експериментальних досліджень ефективності роботи розробленої автоматизованої системи. Для проведення експериментів було виготовлено стенд для проведення активного теплового контролю за схемою з двостороннім доступом до об’єкту. За результатами експериментальних досліджень встановлено, що в реальних умовах архітектура нейронних мереж відповідних модулів має бути ускладнена до 35 нейронів в першому та 15 нейронів в другому прихованому прошарках. Дослідження показали, що розроблена система дозволяє проводити безпомилкове виявлення та класифікацію дефектів за типом. Оцінка глибини залягання та розкриву дефектів із використанням розробленої системи відбувається з максимальною похибкою ±3,19 % та 3,50 % відповідно. Доведено, що розроблена система має підвищену достовірність контролю та точність дефектометрії у порівнянні з традиційними алгоритмами навіть в умовах нерівномірного нагріву. На основі результатів досліджень сформульовано рекомендації щодо методики контролю із використанням розробленої автоматизованої системи. Ключові слова: неруйнівний контроль, тепловий контроль, теплова дефектометрія, теплова томографія, теплове поле, композиційні матеріали, нейронні мережі, нейромережевий класифікатор, мережа прямого розповсюдження, зворотне поширення помилки, машинне навчання.

Магістерська дисертація: 81 с., 35 рис., 20 табл., 1 дод., 10 джерел. . Об’єкт дослідження – є створення комп’ютерного засобу, що дозволяє автоматично генерувати реалістичні музичні композиції. В ході роботи було проведено аналіз існуючих методів та підходів до рішення цієї задачі. З усіх проаналізованих були обрані ті, що дають найбільш реалістичні результати та можуть бути реалізовані з використанням доступних обчислювальних ресурсів. Предмет дослідження – нейромережева система, що дозволяє генерувати нову музику на основі поданих композицій, враховуючи тривалість звучання нот та паузи між ними. Мета роботи – генерувати мелодії певного жанру та стилю для подальшого їх використання в любительских проектах, де розробники не мають можливості чи фінансів для створення власних чи покупки існуючих Для демонстрації було згенеровано декілька композицій. Вони дозволяють оцінити переваги та недоліки використаного методу. У ході роботи було проаналізовано існуючі рішення даної задачі, що дало нам змогу обрати найкращий метод та спробувати вдосконалити його.
Master’s thesis explanatory note: 81 p., 35 fig., 20 tables, 1 appendixes, 10 sources. The object of the research is to create a computer tool that allows you to automatically generate realistic music compositions. In the course of the work an analysis of existing methods and approaches to solve this problem was carried out. Out of all analyzed were selected the most realistic results and can be implemented using available computing resources. The subject of the research is a neural network system that allows to generate new music based on submitted compositions, taking into account the duration of the sound of the notes and the pauses between them. The purpose of the work is to generate tunes of a certain genre and style for further use in amateur projects, where developers do not have the ability or finances to create their own or buy existing ones. Several compositions were generated for demonstration purposes. They allow you to evaluate the advantages and disadvantages of the method used. In the course of the work, existing solutions to this problem were analyzed, which allowed us to choose the best method and try to improve it.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 «Електричні станції, мережі і системи» (141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка). – Таврійський державний агротехнологічний університет МОН України, Мелітополь. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» МОН України, Харків, 2017. Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково- прикладної задачі розроблення сучасного науково- методичного апарату прогнозу споживання електричної енергії в умовах невизначеності, що враховує можливості інформаційного забезпечення автоматизованих систем комерційного обліку електроенергії та особливості окремих споживачів і має на меті підвищення ефективності використання та збереження електричної енергії. Вдосконалено метод нечіткого регресійного аналізу для побудови довгострокових прогнозних моделей електричних навантажень в розподільчих мережах. Враховано паритетну участь двох критеріїв ефективності нечітких моделей: ступіня сумісності та ступіня нечіткості при побудові прогнозних моделей. Розроблено метод корекції довгострокових прогнозних моделей для короткострокового прогнозу. Запропоновано підхід до побудови виду прогнозних моделей при будь-яких типах навантажень. Аналітично встановлено зв'язок нечітких показників точності прогнозу з відносною середньомодульною похибкою. Розроблену методику апробовано при розробці прогнозних моделей електричного навантаження ряду споживачів з різними типами графіків навантаження. Основні результати дисертації знайшли практичне застосування у вигляді програмно-апаратного комплексу для автоматизації процесу довгострокового та II оперативного прогнозування електричних навантажень електроспоживачів, що може інтегруватись інформаційно в автоматизовану систему обліку електроенергії, а також при оперативному керуванні режимами розподільчих мереж. Внаслідок проведення дослідження за темою дисертаційної роботи одержані такі наукові результати: – удосконалено метод отримання прогнозних моделей електричних навантажень, який відрізняється шляхом побудови критерію ступеню сумісності нечіткої регресії на основі перетину нечітких чисел, який дає можливість розкрити невизначеність вихідних даних та підвищити якість прогнозу електричних навантажень. – вперше запропоновано метод уніфікації виду прогнозних моделей, який відрізняється тим, що в добовому графіку електроспоживання виділено функціональні ділянки, з роздільним використанням для них нечіткого регресійного аналізу, завдяки чому можна отримати вид прогнозних моделей при будь-яких навантаженнях. – вперше запропоновано метод підвищення адекватності моделей, отриманих на базі нечіткого регресійного аналізу, який відрізняється паритетним врахуванням ступеню сумісності та ступеню нечіткості опису, що дозволить зробити прогноз електричних навантажень більш якісним. – вперше аналітично визначено метод визначення ефективності прогнозу електроспоживання в електричних мережах, який дозволяє виконувати порівняльний аналіз нечітких регресійних моделей прогнозу з моделями, отриманими іншими методами. Практичне значення одержаних результатів для електроенергетичної галузі полягає в розробленій методики прогнозування електроспоживання на базі нечіткого регресійного аналізу, що включає принципи побудови прогнозних моделей, алгоритмічне забезпечення, а також програмне забезпечення, реалізоване у зручній для інтегрування в АСКОЕ формі. Результати досліджень впроваджені та підтверджені відповідними актами: III – ПП «Молокозавод-ОЛКОМ» щодо аналізу електроспоживання та оперативного керування з метою зменшення втрат енергії в мережі внутрішньозаводського електропостачання . – у навчальному процесі основні результати роботи включені у відповідні дисципліни – «Практична інженерна підготовка» та «Інженерна діяльність» за спеціальністю: 8.10010101 – Енергетика сільськогосподарського виробництва. – Приазовським РЕМ ВАТ «Запоріжжяобленерго» використаний апаратно-програмний комплекс для процесу довгострокового та короткострокового прогнозування електричних навантажень та оперативного керування режимами розподільчих мереж. Основні наукові положення за матеріалами дисертаційної роботи опубліковані у 15 друкованих працях, з них: 9 статей у наукових фахових виданнях України (5 – у виданнях, включених до міжнародних наукометричних баз, 1 ¬– у виданні з індексом SCORUS), 6 – у матеріалах конференцій та семінарів. Дисертаційна робота складається зі вступу, анотації, чотирьох розділів,ї висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг дисертації складає 190 стор., серед них: 18 рисунки по тексту, 20 таблиць по тексту, список використаних джерел містить 115 найменувань на 12 сторінках, додатки на 19 сторінках.
The thesis for getting scientific degree of the Candidate of technical science on the specialty 05.14.02 «Electric power stations, network and system» (141 Electrical energetics, electrical engineering and electromechanics). – Tavricheskiy State Agrotechnology University, Melitopol, Ukraine National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute» MES of Ukraine, Kharkiv, 2017. The dissertation devoted to solving actual scientific and technical problem of development of modern science and analytical tools forecast electricity consumption in the face of uncertainty, taking into account the possibility of information support automated systems of commercial accounting of electric power and features of individual consumers and aims to increase efficiency and save electricity. Improved method of fuzzy regression analysis to build long–term forecasting models of electric loads in distribution networks. Included balanced participation of two performance criteria fuzzy models: the degree of combination and degree of fuzziness when building predictive models. The method of correction term predictive models for short–term forecast. An approach to building the type of predictive models in any type of stress. Analytical contacted fuzzy indicators forecast accuracy Mean absolute percentage error. The technique was tested in the development of predictive models of electric load number of consumers with different types of load charts. The main results of the dissertation found practical application in the form of hardware and software to automate the process of long–term and operational forecasting electricity consumers of electrical loads that can integrate information into an automated accounting system of electricity, as well as operational management mode of distribution networks. VII As a result of the research on the theme of the thesis, the following scientific results were obtained: - the method for obtaining predictive models of electrical loads is improved, which is distinguished by constructing a fuzzy regression compatibility criterion based on the intersection of fuzzy numbers, which makes it possible to uncover the uncertainty of the output data and improve the quality of the prediction of electrical loads. - for the first time the method of unification of the type of forecasting models is proposed, which differs in the fact that in the daily schedule of electricity consumption allocated functional areas, with the separate use for them of fuzzy regression analysis, which allows you to get the kind of forecast models at all loads. - for the first time the method of increasing the adequacy of models obtained on the basis of fuzzy regression analysis, which differs from the parity considering the degree of compatibility and the degree of fuzzy description, which will make prediction of electrical loads more qualitative. - for the first time an analytical method for determining the efficiency of the forecast of electricity consumption in electric networks is determined, which allows to perform a comparative analysis of fuzzy regression models of the forecast with models obtained by other methods. The practical significance of the obtained results of work for the electric power industrylies in the developed method of forecasting electricity consumption based on fuzzy regression analysis, which includes the principles of constructing predictive models, algorithmic support, as well as software implemented in a convenient for integration in AMSCA form. The research results are implemented and confirmed by the relevant acts: - PE "Molokozavod-OLKOM" for the analysis of electricity consumption and operational control in order to reduce energy losses in the network of intra-electric power supply. VIII - in the educational process, the main results of the work are included in the relevant disciplines - "Practical engineering training" and "Engineering activities" in the specialty: 8.10010101 - Power engineering of agricultural production. - Azov REM OJSC "Zaporizhiaoblenergo" used a hardware and software complex for the process of long-term and short-term prediction of electrical loads and operational control of the modes of distribution networks. The basic scientific positions on the materials of the dissertation work are published in 15 printed works, including 9 articles in the scientific professional editions of Ukraine (5 in the publications included in the international science-computer bases, 1 ¬ in the edition with the index SCORUS), 6 in the materials of the conferences and workshops. Thesis consists of introduction, abstract, four sections, conclusions, list of used sources and applications. The total volume of the dissertation is 190 pages, among them: 18 figures in the text, 20 tables in the text, the list of used sources contains 115 titles in 12 pages, applications in 19 pages.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 – електричні станції, системи та мережі. – Таврійський державний агротехнологічний університет, Мелітополь, 2017. Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково-прикладної задачі розроблення сучасного науково-методичного апарату прогнозу споживання електричної енергії в умовах невизначеності, що враховує можливості інформаційного забезпечення автоматизованих систем комерційного обліку електроенергії та особливості окремих споживачів і має на меті підвищення ефективності використання та збереженняелектричної енергії. Вдосконалено метод нечіткого регресійного аналізу для побудови довгострокових прогнозних моделей електричних навантажень в розподільчих мережах. Враховано паритетну участь двох критеріїв ефективності нечітких моделей: степені суміщення та степені нечіткості при побудові прогнозних моделей. Розроблено метод корекції довгострокових прогнозних моделей для короткострокового прогнозу. Запропоновано підхід до побудови виду прогнозних моделей при будь-яких типах навантажень. Аналітично встановлено зв'язок нечітких показників точності прогнозу з відносною середньомодульною похибкою. Розроблену методику апробовано при розробці прогнозних моделей електричного навантаження ряду споживачів з різними типами графіків навантаження. Основні результати дисертації знайшли практичне застосування у вигляді програмно-апаратного комплексу для автоматизації процесу довгострокового та оперативного прогнозування електричних навантажень електроспоживачів, що може інтегруватись інформаційно в автоматизовану систему обліку електроенергії, а також при оперативному керуванні режимами розподільчих мереж.
Dissertation for scientific degree of candidate of technical sciences, specialty 05.14.02 – electric power stations, networks and systems. – Tavricheskiy State Agrotechnology University, Melitopol, 2017. The dissertation devoted to solving actual scientific and technical problem of development of modern science and analytical tools forecast electricity consumption in the face of uncertainty, taking into account the possibility of information support automated systems of commercial accounting of electric power and features of individual consumers and aims to increase efficiency and save electricity. Improved method of fuzzy regression analysis to build long–term forecasting models of electric loads in distribution networks. Included balanced participation of two performance criteria fuzzy models: the degree of combination and degree of fuzziness when building predictive models. The method of correction term predictive models for short–term forecast. An approach to building the type of predictive models in any type of stress. Analytical contacted fuzzy indicators forecast accuracy Mean absolute percentage error. The technique was tested in the development of predictive models of electric load number of consumers with different types of load charts. The main results of the dissertation found practical application in the form of hardware and software to automate the process of long–term and operational forecasting electricity consumers of electrical loads that can integrate information into an automated accounting system of electricity, as well as operational management mode of distribution networks.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 152 – Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка (15 – автоматизація та приладобудування). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків, 2019. Об’єктом дослідження є процес проведення аналізу в первинних і вторинних системних перетвореннях інформації, що породжує проблемну ситуацію з удосконалення апаратурних, алгоритмічних та програмних засобів контролю та діагностування складних промислових об’єктів. Предметом дослідження є пристрій контролю та діагностування стану динамічних промислових об’єктів. У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення ефективності пристроїв контролю та діагностування стану складних промислових об’єктів з невизначеними динамічними властивостями. Вирішення здійснене за допомогою як класичних, так і принципово нових сучасних методів теорії ймовірності, випадкових процесів, багатомірного статистичного аналізу, інформаційної теорії вимірювань і контролю. У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наведена наукова новизна та сформульоване практичне значення отриманих результатів. В першому розділі здійснений аналітичний огляд та оцінка питань в області контролю і діагностування стану промислових об’єктів. Обраний об’єкт діагностування, розглянута його структура, технічні характеристики, область використання. Виконаний аналіз методичних, алгоритмічних та апаратурних засобів вимірювання температури і механічної вібрації. Виконаний огляд існуючих засобів контролю та діагностування стану складних промислових об’єктів, проаналізовані їх техніко-економічні характеристики, обрана оптимальна структура контрольно-діагностичної системи. Висвітлені аспекти з апаратурного, алгоритмічного і програмного забезпечення при створенні пристрою контролю та діагностування стану складних промислових об’єктів. Обрані напрями досліджень, поставлені основні задачі дисертаційної роботи. У другому розділі досліджені імовірнісні моделі параметризації спектральних змін стаціонарних вимірювальних сигналів. Здійснена формалізація імовірнісних властивостей нестаціонарних випадкових сигналів, досліджені кореляційні моделі спектральної нестаціонарності цих сигналів, проведений дисперсійний аналіз частотної та часової моделей автокогерентності, оцінена чутливість кореляційно-спектральної моделі показника автокогерентності багатовимірного термодинамічного процесу, оцінені дискримінуючі властивості показників автокогерентності при класифікації вібраційних процесів, досліджені діагностичні властивості складових показника автокогерентності, проведений вибір показників контролю нестаціонарності динамічних процесів. Результати досліджень дозволили отримати ряд наукових результатів: - отримала розвиток теорія автокогерентності спектрально нестаціонарних вимірювальних сигналів. Визначені умови вибору числа масштабів та зсувів при оцінці коефіцієнтів автокогерентності для задачі контролю порушень стаціонарності вимірювального сигналу; - отримані умови калібрування показника автокогерентності, що відповідають відсутності порушення стаціонарності, розроблена імовірнісна модель показника автокогерентності, що враховує мінімальне значення (масштабу) спектрального вейвлет-перетворення; - показана можливість дисперсійного розкладання базового показника автокогерентності на парні незалежні складові, які дозволяють отримати незалежну інформацію про порушення стаціонарності з урахуванням функціональних та випадкових змін спектру; - на прикладі теплових динамічних процесів показана ефективність розробленого показника автокогерентності для задач контролю динамічних властивостей інерційних багатомірних промислових об’єктів. Також показана можливість автоматичної корекції похибки вимірювання температури, якщо контролювати весь тепловий процес, а не його окремі значення; - на прикладі вібросигналів показана можливість якісної класифікації технічних станів, а також кількісної класифікації окремих частотно-часових складових показника автокогерентності; доведено, що найкращими діагностичними властивостями характеризуються випадкові (шумові) складові показника автокогерентності. В третьому розділі представлені дослідження з діагностичних властивостей показників автокогерентності при обмеженнях на обсяги вимірювальної інформації. Сформульована загальна задача функціонального діагностування динамічних промислових об’єктів, вибрана модель параметричної дискримінації, досліджено вплив обсягу навчальної вибірки на середній ризик діагностування, створені математичні та комп’ютерні моделі оптимізації простору інформативних ознак за критерієм максимуму вірогідності та проведено їх дослідження. Дослідження даного розділу дозволили одержати наступні результати: - експериментальні дослідження показників автокогерентності вібраційних сигналів показують, що для контролю та діагностування технічного стану вібраційних об’єктів можливо використовувати лінійну вирішувальну функцію, для якої можливо використати таблиці дисперсії показників автокогерентності та нормовану коваріаційну матрицю, які дозволяють сформувати, шляхом перемноження, сумарну коваріаційну матрицю; - одержані рівняння для середнього ризику та вірогідності діагностування, які дозволяють моделювати вплив обсягу навчальної вибірки та кількості інформативних ознак на показники ефективності контролю технічного стану; - доведено існування мінімальних екстремальних значень середнього ризику для теплових та вібраційних об’єктів, що дозволило використати, в якості цільової функції оптимізації простору інформативних ознак, середній ризик; - досліджено комплексний вплив трьох параметрів (геометричної відстані між діагностованими станами, кількості інформативних параметрів, обсягу навчальної вибірки) на величину вірогідності контролю та діагностування технічного стану як теплових так і вібраційних об’єктів; таке дослідження довело спроможність формувати оптимальну, за максимумом вірогідності контролю, систему інформативних ознак. Четвертий розділ присвячений розробці алгоритмічного та програмного забезпечення пристрою контролю та діагностування стану промислових об’єктів. Розглянуті методи первинного і вторинного статистичного перетворень, які базуються на регресійному, спектральному, дисперсійному і коваріаційному аналізах пристрою контролю та діагностування, дозволили сформувати структуру і принцип функціонування алгоритмічного забезпечення при обмеженні обсягів вимірювальної інформації за діагностованими функціональними станами. В розділі обране програмне середовище для реалізації розроблених алгоритмів, розроблені фрагменти програм пристрою контролю та діагностування стану промислових об’єктів на платформі LabView. За дослідженнями даного розділу отримані наступні результати: - розроблена структура алгоритмічного забезпечення пристроїв контролю та діагностування динамічних об’єктів, яка складається з первинного і вторинного статистичного перетворення і містить реалізацію процесів дискретизації вимірювальних сигналів, дискретизованого аналогового вейвлет-перетворення, процедур диференціювання та інтегрування; - реалізована процедура адаптивного вейвлет-перетворення із гнучким вибором гаусівського материнського вейвлета, що дозволяє мінімізувати похибки контролю та діагностування. - сформовані комп’ютерні компоненти алгоритмічних і програмних процедур первинного і вторинного статистичного перетворення при синтезі комп’ютеризованих діагностичних систем, проведенні імітаційного моделювання, аналізу впливів дестабілізуючих факторів при здійснені контролю параметрів вузлів динамічних об’єктів та діагностуванні їх стану; - розроблене програмне забезпечення пристрою контролю та діагностування стану промислових об’єктів на платформі LabView з використанням об’єктно орієнтованої мови програмування, що дозволяє в пакетному режимі та в режимі реального часу здійснювати необхідні контрольні процедури. В п’ятому розділі представлені інженерні додатки для контролю і діагностування складних промислових агрегатів. Наведені дослідження при розробці та патентуванні первинних перетворювачів, виборі і патентуванні структури вимірювальних каналів первинних перетворювачів, розробці і створенні електронних блоків первинного і вторинного перетворення інформації. Запропонована методика калібрування вібровипробувальних стендів для метрологічного забезпечення первинних перетворювачів вібрації, розглянута перевірка кваліфікації калібрувальних лабораторій в Україні та вплив метрологічного забезпечення на створення систем контролю та діагностування складних промислових об’єктів. За виконанням даного розділу отримані наступні результати: - розроблені та запатентовані первинні перетворювачі температури для моніторингу інфранизькочастотних процесів в досліджуваному промисловому об’єкті при оцінці теплових режимів, а також первинні перетворювачі механічної вібрації для моніторингу високочастотних процесів при оцінці стану підшипників кочення редукторів-розгалужувачів; - на базі мікроконтролера Arduino створений пристрій контролю та діагностування стану зон нагрівання екструдера для виготовлення термопластів та стану підшипників кочення в редукторах-розгалужувачах; - виконані метрологічні дослідження апаратури для вимірювання інфранизькочастотних і високочастотних вимірювальних сигналів, запроваджені до використання вібровипробувальні установки, сформовані методики калібрування цих установок. - представлені перспективи розвитку теорії і практики контролю та діагностування процесів, що характеризуються різними частотними показниками, в спеціалізованих метрологічних лабораторіях.
The thesis is submitted to obtain a scientific degree of Doctor of Philosophy, specialty 152 – Metrology and information-measuring technique (15 – Automation and instrument-making). – National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, 2019. The object of research is the process of conducting analysis in primary and secondary system transformations of information, which creates a problem situation with the improvement of hardware, algorithmic and software devices for control and diagnostics of complex industrial objects. The subject of research is a device for control and diagnostics of the state industrial dynamic objects. The scientific and practical task of increasing the efficiency of devices for control and diagnostics of the state of complex industrial objects with uncertain dynamic properties is solved in the dissertation. The solution is found using both classical and fundamentally new modern methods of probability theory, random processes, multivariate statistical analysis, information theory of measurement and control. The introduction substantiates the relevance of research tasks showing connection between the work and scientific programs, plans, themes, the scientific novelty is stated and practical value of the obtained results is formulated. The first chapter deals with analytical review and evaluation of questions in the field of control and diagnostics of the state of industrial objects. The object of diagnostics is selected; its structure, technical characteristics and area of use are considered. The analysis of methodical, algorithmic and equipment-specific devices for measuring temperature and mechanical vibration is carried out. A review of the existing devices for control and diagnostics of the state of complex industrial objects is made, their technical and economic characteristics are analyzed, and the optimal structure of the control and diagnostic system is selected. Some aspects of hardware, software and algorithmic programming when creating devices for control and diagnostics of the state of complex industrial objects are emphasized. The areas of research are selected; the main tasks of the dissertation are stated. The second chapter studies probabilistic models of parametrization of spectral changes of stationary measurement signals. The formalization of the probabilistic properties of non-stationary random signals is made, the correlation models of the spectral non-stationary of these signals are investigated, the dispersion analysis of frequency and time models of auto-coherence is carried out, the sensitivity of the correlation spectral model for the auto-coherence indicator of the multidimensional thermodynamic process is estimated, the discriminating properties of the indicators of auto-coherence are assessed regarding the classification of vibrational processes, diagnostic properties of components of the auto-coherence index are investigated, the choice of indicators for non-stationary control of dynamic processes is conducted. The research results have allowed obtaining a number of scientific results: - the theory of auto-coherence for spectrally non-stationary measurement signals has been developed. The conditions of the choice of the number of scales and displacements are determined regarding the estimation of the auto-coherence coefficients for monitoring the stationary disturbances of the measuring signal; - the conditions of calibration of auto-coherence index, which correspond to the absence of stationary violation, are obtained. A probabilistic model of the autocoherence index taking into account the minimum value (scale) of the spectral wavelet transform is developed; - the possibility of dispersion expansion of the basic auto-coherence index in paired independent components is shown, allowing to receive independent information on stationary violation, taking into account functional and random changes of the spectrum; - the example of thermal dynamic processes shows the efficiency of the developed autocorrelation index for controlling the dynamic properties of inertial multidimensional industrial objects. Also the possibility of automatic correction of the measurement error of temperature, if you control the whole heat process, and not its individual values, is shown; - the example of vibration signals shows the possibility of a qualitative classification of technical states, as well as quantitative classification of individual frequency-time components of the auto-coherence index is shown. It is proved that the best diagnostic properties are characterized by random (noise) components of the auto-coherence index. The third chapter presents studies on the diagnostic properties of autocoherence indices with restrictions on the measurement information volume. The general task of functional diagnostics of dynamic industrial objects is formulated, the model of parametric discrimination is chosen, the influence of the study sample size on the average risk of diagnosing is investigated, and mathematical and computer models of optimization of the space of informative signs by the criterion of maximum likelihood were created and their research was conducted. The researches in this chapter have allowed obtaining the following results: - experimental studies of the auto-coherence indices of vibration signals show that it is possible to use a linear solving function for controlling and diagnosing the technical state of vibrational objects, for which it is possible to use dispersion tables of auto-coherence indices and a normalized covariance matrix, which allow to generate, by multiplication, a total covariance matrix; - equations for the average risk and diagnostics probability are obtained allowing to model the influence of the training sample volume and informative features number on the performance indicators of the technical condition; - the existence of minimal extreme values of average risk for thermal and vibrational objects has been proved, allowing to use average risk as a target function for optimizing informative features space; - the complex influence of three parameters (geometric distance between diagnosed states, number of informative parameters, training sample volume) on the probability of control and diagnostics of the technical state of both thermal and vibration objects is studied. Such research has proven the ability to form an optimal, maximum control probability, system of informational features. The fourth chapter is devoted to the development of algorithmic and software device for monitoring and diagnosing the state of industrial objects. The methods of primary and secondary statistical transformations based on regression, spectral, dispersion and covariance analyses of the control and diagnostic device, have allowed to form the structure and the principle of algorithmic support functioning while limiting the volumes of measuring information by the diagnosed functional states. In this chapter the software aimed at implementation of the developed algorithms is chosen, programs fragments of devices for control and diagnostics of the state of industrial objects on the platform LabView are developed. According to researches of this chapter the following results are obtained: - the algorithmic structure of control devices and diagnostics of dynamic objects is developed, which consists of primary and secondary statistical transformation and contains the implementation of sampling processes of measurement signals, discrete analog wavelet transformation, differentiation and integration procedures; - an adaptive wavelet transform process with a flexible choice of the Gaussian parent wavelet is implemented, which minimizes the errors of control and diagnostics. - computer components of algorithmic and software procedures of primary and secondary statistical transformation in the synthesis of computerized diagnostic systems are formed, simulation modeling is conducted, the effects of destabilizing factors when controlling parameters of dynamic objects nodes are analyzed and their states are diagnosed; - the device software for controlling and diagnosing the state of industrial objects on the LabView platform with the use of object-oriented programming language, which allows to carry out the necessary control procedures in batch mode and in real-time, is developed.The fifth chapter presents engineering applications for the control and diagnostics of complex industrial objects. The research is provided for the development and patenting of primary transformers, selecting and patenting the structure of measuring channels of primary transformers, the development and creation of electronic blocks of primary and secondary transformation of information. The method of calibration of vibration test stands for metrological provision of primary vibration transducers is proposed, the verification of qualification of calibration laboratories in Ukraine and the influence of metrological support on the creation of systems of control and diagnosis of complex industrial objects are considered. According to researches of this chapter the following results are obtained: - primary temperature transducers for monitoring infra-low frequency processes in the investigated industrial object when evaluating thermal regimes, as well as primary transducers of mechanical vibration for monitoring high-frequency processes when evaluating rolling bearings condition of gear reducers are developed and patented; - on the basis of the Arduino microcontroller, a device for monitoring and diagnosing the condition of the extruder heating zones for manufacturing thermoplastics and the rolling bearings condition of gear reducers is created; - metrological researches of devices for measurement of infra-low frequency and high-frequency measuring signals are conducted, the vibration testing devices are implemented, and calibration methods of these devices are developed. - prospects for development of the theory and practice of control and diagnostics of processes characterized by different frequency indices in the specialized metrological laboratories are presented.

СОДЕРЖАНИЕ ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ РАЗДЕЛ 1. ПРОБЛЕМА МНОГООЧАГОВОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Проблема многоочагового повреждения стареющего парка самолётов 1.2. Методы и модели для определения ресурсных характеристик авиационных конструкций при многоочаговом повреждении 1.3. Подходы к прогнозированию наработки до образования усталостных трещин в авиационных конструкциях с множественными отверстиями 1.4. Рост усталостных трещин при многоочаговом повреждении авиационных конструкций 1.5. Цель и задачи настоящего исследования РАЗДЕЛ 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБРАЗЦОВ ИЗ СПЛАВА Д16АТ 2.1. Лабораторные образцы и модельные элементы конструкции с множественными концентраторами напряжений 2.1.1. Материалы и образцы для исследования многоочагового усталостного повреждения 2.1.2. Методика подготовки образцов для исследования 2.2. Оборудование для испытаний на усталость 2.3. Программа экспериментальных исследований 2.4. Методика регистрации и измерения длины усталостных трещин 2.5. Методика представления экспериментальных данных по кинетике роста усталостных трещин Выводы по Разделу 2 РАЗДЕЛ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МНОГООЧАГОВОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ И МОДЕЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ 3.1. Статистические показатели циклической наработки до образования начальных усталостных трещин 3.2. Стадии многоочагового повреждения лабораторных и модельных образцов 3.3. Кинетические диаграммы усталостного разрушения при многоочаговом повреждении сплава Д16АТ Выводы по Разделу 3 РАЗДЕЛ 4. МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕСУРСА АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ МНОГООЧАГОВОМ ПОВРЕЖДЕНИИ НА ОСНОВАНИИ ЧИСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 4.1. Эмпирическая модель кинетики роста усталостных трещин для алюминиевых сплавов 4.1.1. Обобщённая зависимость между коэффициентами С и m уравнения Пэриса для авиационных алюминиевых сплавов 4.1.2. Точка фокуса для кинетических диаграмм усталостного разрушения. Модифицированное уравнение Пэриса 4.1.3. Статистическое распределение параметра m кинетической диаграммы усталостного разрушения алюминиевых сплавов 4.2. Исходные предпосылки для построения математической модели многоочагового повреждения на основании метода Монте-Карло 4.3. Интерфейс программы и методика проведения численного эксперимента 4.4. Результаты численного моделирования множественного повреждения и их трактовка Выводы по Разделу 4 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРИЛОЖЕНИЕ
Каран Е.В. «Прогнозирование ресурса авиационных конструкций с многоочаговым повреждением» – Рукопись. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.07.02 – проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов. – Национальный авиационный университет, г. Киев, 2016. Диссертация посвящена разработке метода прогнозирования ресурса авиационных конструкций с многоочаговым повреждением на основе численного моделирования методом Монте-Карло. Многоочаговое повреждение авиационных конструкций проявляется, как правило, в рядах заклёпочных соединений и характеризуется образованием усталостных трещин у отверстий под заклёпки, их распространением вдоль соединения, а также объединением трещин, растущих навстречу друг другу из соседних отверстий. Проблема многоочагового повреждения особенно актуальна при оценке работоспособности, назначении периодичности осмотров и прогнозировании остаточной прочности стареющего парка самолётов. Случайная природа многоочагового повреждения обусловлена стохастическим рассеянием времени до образования трещин в заклёпочном соединении, случайным характером их распространения и объединения. Большинство из этих факторов учитывается при численном моделировании данного вида повреждения методом Монте-Карло. Для реализации численного эксперимента необходимо располагать математическими моделями процессов образования и роста усталостных трещин, числовые характеристики которых можно получить только экспериментальным путём. Результатом численного эксперимента являются статистические оценки ресурсных показателей конструкции. Разработана методика циклических испытаний плоских образцов с множественными концентраторами напряжения в виде отверстий и методика непрерывной регистрации и измерения размеров усталостных трещин на образце в процессе его нагружения. Проведены экспериментальные исследования на усталость образцов с множественными концентраторами и модельных образцов с заклёпочным соединением внахлёст, получено данные о сопротивлении алюминиевого сплава Д16АТ многоочаговому повреждению. На основании экспериментальных исследований определены статистическое распределение и числовые характеристики циклической наработки до образования усталостных трещин в испытуемых образцах в зависимости от действующего напряжения. Определено влияние заклёпочных соединения на усталостную прочность образцов с множественными концентраторами. На основании экспериментальных исследований получены обобщённые кинетические диаграммы усталостного разрушения алюминиевого сплава Д16АТ для образцов с отверстиями и с заклёпочным соединением. Определены коэффициенты С и m уравнения Пэриса для усталостных трещин в испытуемых образцах и установлена взаимосвязь между данными коэффициентами. Определены статистические показатели для распределения значений коэффициента m. Разработана эмпирическая модель кинетики роста усталостных трещин, которая базируется на модифицированном уравнении Пэриса и с использованием которой можно моделировать случайный рост трещины в алюминиевых сплавах. На основании полученных экспериментальных данных разработано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение для численного моделирования многоочагового повреждения заклёпочных соединений авиационных конструкций из алюминиевых сплавов. Проведена проверка работоспособности и оценка точности разработанного метода прогнозирования ресурса при многоочаговом повреждении авиационных конструкций.