Academic literature on the topic 'Імітаційне комп’ютерне моделювання'

На основі створених динамічних моделей пателофеморального суглоба з дисплазією виростків стегнової кістки (тип А та В) проведено визначення кутових та лінійних переміщень надколінка, а також еквівалентних за Мізесом напружень у хрящі надколінка при згинанні колінного суглоба від 0° до 30° у нормі, при нестабільності надколінка та латеральному релізі при нестабільності, що супроводжується дисплазією виростків стегнової кістки типу А та В. Встановлено, що при нестабільності надколінка концентратори напруження розташовуються лише на латеральній фасетці незалежно від типу дисплазії. Тип дисплазії впливає на кутові та лінійні переміщення надколінка, а також розподіл еквівалентних за Мізесом напружень у хрящі надколінка в нормі та при нестабільності. Латеральний реліз зменшує напруження на латеральній фасетці надколінка, проте не нормалізує кутові та лінійні переміщення. Тип дисплазії виростків стегнової кістки впливає на розподіл напруження та кутові та лінійні переміщення надколінка при латеральному релізі.

Актуальність теми дослідження. Перколяційні методи показують високу ефективність під час дослідження речовини, генезису й еволюції зв'язкових областей у матеріалах. У таких задачах вивчається і кластерна система фізичного тіла, і її вплив на об’єкт загалом. Вивчення структури та властивостей перколяційних кластерів дозволить досліджувати і прогнозувати поведінку об’єктів (твердих тіл) у різних умовах зовнішнього середовища, генезис їх утворень у часі. Постановка проблеми. Практичне дослідження кластерних систем у твердих тілах пов’язано зі складністю і трудомісткістю експериментів. Основні проблеми полягають у тому, що для отримання достовірної інформації про структуру і властивості необхідно синтезувати кластери із широким діапазоном параметрів і створити надійну систему їх діагностики. Аналіз останніх досліджень і публікацій. У статті наведено огляд останніх публікацій в українських і закордонних журналах, включаючи експериментальні й теоретичні роботи, що містять дослідження самоорганізованої критичності. Виділення недосліджених частин загальної проблеми. У наведених дослідженнях розширюються можливості опису процесів генерації та еволюції кластерних систем у твердих тілах; міститься гіпотеза, що дозволяє істотно збільшити кількість варіантів кластероутворення. Постановка завдання. Провести імітаційне моделювання кластероутворення із взаємодіючими елементами за допомогою методу Монте-Карло. Визначити залежності параметрів перколяційних систем, що самоорганізуються, від ступеня самоорганізації, довжини кореляції, швидкості генерації системи та інших параметрів. Отримати аналітичні вирази залежностей та значення відносної похибки. Виклад основного матеріалу. Для вирішення задач, пов’язаних із практичним дослідженням кластерних систем, розроблено програмний комплекс моделювання кластероутворення, у якому імітується взаємодія кластеркластер і кластер-частка. У моделі вирішується багатовимірна перколяційна задача. Як алгоритм зростання кластерів використовується шлях послідовного нарощування заданої кількості часток. Висновки відповідно до статті. Комп'ютерні розрахунки, проведені, зокрема, методом Монте-Карло, дають найбільш надійні передбачення властивостей перколяційних систем. У роботі отримані аналітичні вирази для залежностей потужності нескінченного кластера, радіус-вектора центра мас, ступеня анізотропії та фрактальної розмірності від відстані агрегації, від кількості часток, генерованих на кожній ітерації, та від кількості актів взаємодії між елементами кластерної системи.

Розглянуті основні підходи до розробки імітаційних моделей, освітлені їх недоліки та переваги. Розглянута імітаційна модель процесу глибокої утилізації тепла пароповітряних сумішей з використанням парокомпресійного теплового насосу, до складу якої входять імітаційні моделі компресора, конденсатора, електронного розширювального вентиля, випарника, переохолоджувача та контактного теплообмінника – утилізатора тепла пароповітряних сумішей. Імітаційні моделі цих складових побудовані з використанням експериментальних даних, отриманих авторами в результаті виконання фізичних натурних експериментів на лабораторній дослідній установці. В імітаційній моделі випарника теплового насосу реалізовано функцію розрахунку «баластної» та «ефективної» витрати холодоагенту. «Баластна» витрата виникає за рахунок переохолодження холодоагенту до температури кипіння і супроводжується випаровуванням його частки, яка не приймає участі у відборі тепла випарником. Для цього до імітаційної моделі випарника була додана підсистема розрахунку перепаду температур кипіння (тиску) по довжині випарника в залежності від витрати холодоагенту та температурного напору у випарнику, що враховує довжину ділянки випарника на якій відбувається кипіння рідкої фази. Залежність перепаду тиску по довжині випарника від витрат холодоагенту через нього є не монотонно зростаючою функцією а має екстремум і спадає при рівнях перегріва холодоагенту від 15 до 0 °С. Тиск на виході випарника розраховується в моделі з використанням нелінійної функції двох змінних – положення електронного розширювального вентиля та частоти обертання компресора. Динамічні властивості каналів моделюються ланками, передатні функції яких були отримані в результаті фізичних експериментів. Проведена перевірка розробленої імітаційної моделі на адекватність, для чого було організовано ряд комп’ютерних експериментів з умовами, аналогічними умовам проведення натурних фізичних експериментів. Порівняння результатів моделювання та фізичного експерименту показало високу ступінь їх схожості.

Розроблено імітаційну модель управління поведінкою транспортного засобу при заносах з використанням системи курсової стійкості (ESP). Створено динамічну імітацію роботи контуру гальмівної системи, яка дозволяє ознайомитись з роботою контуру в динаміці, що значно покращує розуміння процесу гальмування; розроблено інтерактивну схеми роботи ESP та АВS. Зона виводу інформації під час роботи моделі дозволяє візуалізувати проходження автомобілем тестової траси та отримувати індикацію швидкості автомобіля та повороту керма та індикацію втручання ESP. Таким чином, отримана комп’ютерна модель управління автомобілем при заносах з врахуванням роботи ESP. яка дозволяє спостерігати в динаміці роботу ESP та прослідковувати зв’язки, які виникають при роботі системи ESP та ABS. Застосування такого підходу дозволяє проводити імітаційне моделювання за різними сценаріями, залежно від формування різноманітних ситуацій, практично необмеженої складності.Ключові слова: імітаційна модель, заноси, керування транспортним засобом, ESP, АВS, контур гальмівної системи, швидкість, поворот керма.

Управління нестаціонарними системами являється нетривіальною задачею. Однією з умов ефективного управління являється необхідність зміни та налаштування алгоритмів управління при динамічних умовах функціонування автоматизованих систем. В роботі розглядаються питання побудови системи управління на основі моделей теорії графів. В якості об’єктів дослідження виступають підходи та методи управління складними нестаціонарними системами. Розглядається підхід, заснований на класифікації факторів впливу на об’єкти управління. Розглядається управління при значних динамічних факторах зовнішнього середовища. В якості методів досліджень використовувалось імітаційне і комп’ютерне моделювання, які дозволили оцінити ефективність запропонованих підходів і методів управління. Також застосовувались методи системного аналізу та сучасні алгоритми на графах. Представлений підхід надає змогу проаналізувати динамічну поведінку нестаціонарного об’єкта управління, коли відомо, що деякі характеристики та фактори зовнішнього середовища, можуть впливати на управління об’єктами. Механізм кінцевого автомата дозволяє здійснювати автоматичне переключення алгоритмів управління в залежності від ситуації. Дослідження показали доцільність використання пропонованого підходу для управління складними нестаціонарними системами автоматизації. В роботі розглядаються основні принципи, по яким правила та алгоритми можуть та повинні змінюватися: зміна цілей управління та обмежень, зміна структури та характеристик технологічного об’єкта управління в процесі експлуатації сушарки зерна та брагоректифікаційної колони, зношення та руйнування технологічних вузлів об’єкта управління, модернізація, реконструкція та ремонт технологічного об’єкта управління, зміна властивостей та якості перероблюваних технологічними об’єктами матеріалів, зміна властивостей сигналів вимірювальної інформації та даних, які формуються людьми. В роботі розглядаються умови, в яких алгоритм управління повинен переключатись, підлаштовуватися під зміни в умовах функціонування об’єктів, якщо відома інформація або прогнози експертів, коли ці зміни відбуваються. Автори статті являються прибічниками еволюційного підходу, який заснований на додатковому дослідженні об’єктів в процесі експлуатації, та нестаціонарних нелінійних динамічних умов.

Стаття присвячена розробці комп’ютерної імітаційної моделі технологічного процесу реалізації газодинамічного тиску на розплав при самогерметизації виливка. Описаний процес розроблення імітаційної моделі технологічного процесу на прикладі сталевого злитка. Значну увагу приділено етапу оцінки параметрів здійснення технології, який включає математичне моделювання процесу затвердіння сталевого виливка, аналіз температурних полів для визначення часу герметизації та темпу по-дачі регульованого газового тиску під час затвердіння виливка. Інформаційна модель технологічного процесу газодинамічного впливу на розплав в ливарній формі для сталевого злитка представлена у вигляді таблиці, що містить опис порядку проведення даного технологічного процесу, зміст етапів та їхню тривалість. Описано процедуру реалізації розробленої імітаційної моделі у вигляді комп’ютерної моделі – ігрового екшен додатку «Virtual Foundry». Представлений універсальний ігровий pipeline, який було реалізовано засобами графічного 3D моделювання з врахуванням сценарію взаємодії гравця з ігровим оточенням. Представлений інтерфейс графічного симулятора «Virtual Foundry», ігрові сцена та кадри 2D анімації. Відзначено наукову новизну розробленої інформаційної моделі технологічного процесу газодинамічного впливу на розплав в ливарній формі, реалізованої комп’ютерної імітаційної моделі у вигляді графічного симулятора «Virtual Foundry».

Представлений алгоритм дій при створенні тривимірних комп‘ютерних динамічних моделей для дослідження репозиційних можливостей апаратів зовнішньої фіксації (АЗФ). З використанням запропонованого алгоритму в програмі Autodesk Inventor 11 створені три моделі біомеханічних систем: I – «кістка – компонування апарата Ілізарова для корекції кутових зміщень»; IІ – «кістка – компонування апарата Ілізарова для корекції багатокомпонентних зміщень»; ІII – «кістка – апарат для корекції деформації кісток і суглобів». Встановлено, що тривимірні комп’ютерні моделі систем для черезкісткового остеосинтезу (ЧО) найбільш доцільно будувати з застосуванням способу шаблонів, що дозволяє здійснювати корекцію геометричних параметрів деталей в зборці моделі та забезпечує можливість швидкої зміни компонування АЗФ. Застосування розроблених тривимірних динамічних моделей забезпечує можливість моделювання репозиції кісткових фрагментів за різних типів переломів та будь-якої площини зламу; моделювання корекції деформації кісток; визначення оптимальної траєкторії переміщення фрагментів; вибору оптимального типу репозиційних елементів та компонування АЗФ.

Метою даної роботи є розробка комп’ютерно-інтегрованої системи як основи процесів підтримки прийняття ефективних управлінських рішень на основі аналізу ключових техніко-економічних показників окремого гірничого підприємства. Розроблена модель процесу видобування вугілля у вибії з використанням програмного забезпечення IBM WebSphere Business Modeler версії 7.0, а також задіяно імітаційне моделювання для прогнозування добового навантаження (продуктивності) на очисний вибій у залежності від реального стану обладнання механізованого комплексу з вуглевидобутку та із врахуванням гірничо-геологічних умов. Запропонована автоматизована система прийняття ефективних управлінських рішення на відміну від відомих базується на сучасних унікальних експертних даних конкретного гірничого підприємства.

За аналізом якості обслуговування абонентів у реалізованих проектах мереж 5G в світі встановлено, що заявлені вимоги до мереж п’ятого покоління не досягаються в жодній із реалізованих мереж, а фактична якість обслуговування абонентів перебуває на не досить високому рівні, що свідчить про низьку ефективність наявних методів керування мережами стільникового оператора та розподіленої обробки даних у них. Тому було розроблено метод оптимізації розміщення масштабованих послуг на розподілених обчислювальних ресурсах мережі стільникового оператора. Також було проведено імітаційне моделювання для оцінювання ефективності розробленого у роботі методу, результати якого підтвердили його ефективність.

Показано, що моделювання небезпечних ситуацій на виробництві у вигляді структурної схеми (дерева) передбачає виявлення поєднань зв’язків між базовими та проміжними подіями, що формують головну подію з певним ризиком травмування працівників чи аварій. У роботі проаналізовано причини виробничого травматизму і професійної захворюваності у тваринництві, виокремивши їх на групи: організаційні, технічні, санітарно-гігієнічні, психофізіологічні. Визначальні чинники безпеки праці під час виконання механізованих робіт у тваринництві узагальнено у вигляді блок-схеми. Як приклад використання розроблених логіко-імітаційних моделей небезпечних ситуацій представлено розрахунки ймовірності настання травмонебезпечних ситуацій на механізованих роботах у тваринництві – під час механізованого роздавання кормів. Дослідження стосувалися не так абсолютних величин ймовірності настання травмонебезпечних ситуацій, як оцінення кількісного (відносного) впливу окремих виробничих чинників на професійний ризик. Для аналізу логіко-імітаційної моделі настання травмонебезпечної ситуації та визначення ризику травмування працівників, які перебувають у зоні рухомих елементів машин, використано комп’ютерну програму SAPHIRE. Для розрахунку показників ймовірності базових подій та подальшого розрахунку ризику травмування було аналітично опрацьовано та використано узагальнені дані за попередні 10 років щодо причин виробничого травматизму в сільському господарстві. Результати розрахунку відносної та абсолютної значущості базових подій за критеріями відповідно Фусела-Весели та Бірнбаума дозволили виявити найбільший вплив окремих подій на перебіг травмонебезпечної ситуації. Визначено зміни величин професійного ризику після усунення технічних недоліків на мобільній техніці та в разі покращання діяльності служби охорони праці на аграрних підприємствах.

Роботу виконано у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України. Захист відбувся у 2013 р. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.01 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя (46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, ауд. 79). З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя, 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.
У дисертації розв’язано актуальну наукову задачу обґрунтування вибору математичної моделі та методів опрацювання шумів дихання для виявлення функціональних змін діяльності дихальної системи людини в задачах медичної діагностики. Обґрунтовано нове застосування періодично корельованого випадкового процесу як математичної моделі дихального шуму, яка враховує у своїй структурі поєднання властивостей періодичності із стохастичністю. На базі обґрунтованої моделі розроблено методи дослідження дихальних шумів з використанням формалізованої і автоматизованої процедури, що дало змогу оцінити стан органів дихальної системи на ранніх етапах розвитку їх захворювання. Установлено, що отримані кореляційні компоненти є інформативними ознаками дихального шуму та чутливими до змін у функціональному стані органів дихальної системи людини. Розроблено метод імітаційного моделювання дихального шуму на основі періодично корельованої випадкової послідовності. Створено пакет комп’ютерних програм для автоматизованого опрацювання дихальних шумів та проведення імітаційних експериментів для автоматизованих аускультативних діагностичних систем.
В диссертации решена актуальная научная задача обоснования математической модели и методов обработки дыхательного шума, для выявления функциональных изменений деятельности респираторной системы человека в задачах медицинской диагностики. Учитывая сложность и механизм формирования дыхательного шума проанализированы его характеристики в рамках детерминированного подхода и из позиций стохастического подхода (методами теории стационарных случайных процессов). Полученные результаты анализа методами гармонического анализа в рамках детерминированного подхода подтверждают, что получены амплитудные спектры дыхательного шума являются переменчивыми, то-есть содержат определенную случайность. Случайная стационарная модель отображает сложность дыхательного шума в спектральном распределении мощности, однако не отображает его фазово-часовой структуры, которая является важным показателем при выявлении часовых изменений в сигнале. Из анализа свойств вероятностных характеристик дыхательного шума и свойств периодически коррелируемых случайных процессов выплывает, что математическая модель процесса такого класса дает возможность адекватно описать сигнал, а именно учесть в своей структуре сочетание свойств периодичности из стохастичностью, что является важным при исследовании фазово-часовых отклонений с целью выявления момента проявления ранних изменений в функционировании дыхательной системы. На базе математической модели дыхательного шума в виде периодически коррелируемого случайного процесса разработаны методы исследования дыхательных шумов с использованием формализованной и автоматизированной процедуры, позволяющей оценить состояние органов респираторной системы на ранних этапах развития их заболевания. Установлено, что полученные кореляционные компоненты являются информативными признаками дыхательного шума и чувствительны к изменениям в функциональном состоянии органов респираторной системы человека. Применены методы статистической теории принятия решения для определения достоверности результатов оценивания корреляционных компонент дыхательного шума. В частности для оценивания достоверности корреляционных компонент дыхательного шума использован статистический критерий принятия решения Неймана-Пирсона. Результаты оценивания достоверности подтвердили актуальность использования корреляционных компонент дыхательного шума как информативных признаков, с помощью которых можно с высокой достоверностью (0,973-0,999) оценить состояние дыхательной системы. Разработан метод имитационного моделирования дыхательного шума на основе периодически коррелированных случайной последовательности. Создан пакет компьютерных программ для автоматизированной обработки дыхательных шумов и проведения имитационных экспериментов для автоматизированных аускультативных диагностических систем.
In dissertation the important scientific task of improving the mathematical model of respiratory noise and development the method of analysis of him for the problems of detection of changes in the human respiratory system functions for the tasks of medical diagnostics is solved. New application of the periodically correlated random process as a mathematical model of respiratory noise is reasonable and depends on its structure combining the properties of periodicity and stochasticity. The methods of analysis of respiratory noise are developed on the basis of reasonable model using formalized and automated procedure. The obtained correlation components are informative signs of respiratory noise and sensitive to changes in the functional state of the respiratory system is established. The method simulation based on the respiratory noise periodically correlated random sequences. A package of computer programs for automated processing of respiratory sounds and conduct simulation experiments for the automated auscultatory diagnostic systems.

Роботу виконано у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України. Захист відбувся у 2013 р. у на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.01 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя (46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, ауд. 79). З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя, 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.
У дисертаційній роботі розв’язано важливе наукове завдання – обґрунтування адекватної математичної моделі та методу статистичного опрацювання електрокардіосиґналу при фізичних навантаженнях для підвищення точності кардіодіаґностичних систем. Обґрунтовано нове застосування періодично корельованого випадкового процесу як математичної моделі електрокардіосиґналу при фізичному навантаженні, яка враховує у своїй структурі поєднання властивостей періодичності зі стохастичністю. Математична модель враховує як нестаціонарний (перехідний) характер, так і стохастичність електрокардіосиґналу при фізичних навантаженнях. На базі обґрунтованої моделі розроблено метод статистичного опрацювання електрокардіосиґналу при фізичному навантаженні. Використовуючи метод статистичної теорії вибору рішень, запропоновано нові діагностичні ознаки для діагностики адаптивно-регулятивних можливостей організму людини: потужність відхилень ЕКС у вигляді кореляційних компонент усереднених по часових зсувах, що свідчить про чіткі прояви змін, які відбуваються в серці при фізичному навантаженні. Розроблено метод імітаційного моделювання. Створено пакет комп’ютерних програм для автоматизованого опрацювання електрокардіосиґналу та проведення імітаційних експериментів тестування кардіодіагностичних систем.
В диссертационной работе решено важное научное задание – обоснование адекватной математической модели и метода статистической обработки электрокардиосигнала при физической нагрузке для определения адаптивно-регулятивных возможностей сердечно-сосудистой системы. Обосновано представление электрокардиосигнала в виде скользящих окон, что обеспечило возможность учесть взаимно-корреляционные связи между различными состояниями сердечно-сосудистой системы (состояние покоя, физической нагрузки, восстановления). Учитывая сложность формирования электрокардиосигнала, проанализированы его характеристики в рамках детерминированного подхода и с позиций стохастического подхода (методами теории стационарных случайных процессов). Полученные результаты анализа методами гармонического анализа в рамках детерминированного подхода подтверждают, что найденные амплитудные спектры электрокардиосигнала являются переменчивыми, то-есть содержат определенную случайность. Случайная стационарная модель отображает сложность электрокардиосигнала в спектральном распределении мощности, однако не отображает его фазово-часовой структуры, которая является важным показателем при выявлении часовых изменений в сигнале. Из анализа свойств вероятностных характеристик электрокардиосигнала и свойств периодически коррелируемых случайных процессов вытекает, что математическая модель процесса такого класса дает возможность адекватно описать сигнал, а именно, учесть наличие в его структуре сочетание свойств периодичности из стохастичностью, что является важным при исследовании фазово-часовых отклонений с целью выявления момента проявления изменений в функционировании сердечно-сосудистой системы. На базе математической модели электрокардиосигнала в виде периодически коррелируемого случайного процесса обоснованно использование спектрально-корреляционного метода для получения информативных признаков электрокардиосигнала путем применения синфазного метода анализа. Разработанный метод компьютерной обработки электрокардиосигнала, который дал возможность увеличить точность диагностики путем внедрения в область кардиологии нового класса информативно-достоверных признаков – стационарные компоненты, которые характеризируют изменения фазово-часовой структуры сигнала, и этим дают возможность обнаружить нарушение в работе сердца человека. Применены методы статистической теории принятия решений для определения достоверности результатов оценивания корреляционних компонент электрокардиосигнала, в частности для оценивания времени восстановления сердечно-сосудистой системы после физической нагрузки. Результаты оценивания достоверности подтвердили актуальность использования корреляционних компонент электрокардиосигнала как инвариантно информативных признаков, с помощью которых можно оценить состояние сердечно-сосудистой системы. Разработан метод компьютерного имитационного моделирования электрокардиосигнала на основе периодически коррелируемой случайной последовательности для потребностей тестирования разработанных алгоритмов его обработки. Проведено исследование вероятностных характеристик имитированных реализаций электрокардиосигнала, что дало возможность подтвердить соответствие статистического метода обработки электрокардиосигнала при физической нагрузке. Создан пакет компьютерных программ для автоматизированной обработки электрокардиосигнала при физической нагрузке и проведения имитационных экспериментов для автоматизированных кардиодиагностических систем.
In dissertation work an important scientific task - ground of adequate mathematical model and method of the statistical working of electrocardiosignal is untied at the physical loading for the increase of exactness of the kardiosystems. Grounded new application of the periodically correlated random process as tu the mathematical model of electrocardiosignal at physical loaded, what takes into account in the structure combination of properties of periodicity with a stochastic. A mathematical model takes into account both non-stationary (transitional) character and stochastic of electrocardiosignal at the physical loading On the base of reasonable model the method of the statistical working of електрокардіосигналу is worked out at the physical loading. Using the method of statistical theory of choice of decisions, new diagnostic signs are offered for diagnostics of adaptive-regulatory possibilities of organism of man: power of rejections EKS as spectral component average on sentinel changes, that testifies to the clear displays of changes which take place in a heart at the physical loading. A simulation technique is worked out. The package of computer softwares is created for the automated working of electrocardiosignal and realization of imitation experiments for diagnostic of the kardiosystems.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи. – Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2019 р. У дисертаційній роботі розв’язано актуальне наукове завдання –удосконалення математичної моделі та методів аналізу фонокардіосиґналу одночасно зареєстрованого з електрокардіосиґналом із врахуванням механізму породження його для підвищення достовірності ранньої діагностики стану серцево-судинної системи людини в автоматизованих діагностичних системах. Обґрунтовано нове застосування періодично корельованого випадкового процесу як математичної моделі фонокардіосиґналу одночасно зареєстрованого з електрокардіосиґналом, яка, на відміну від відомих, відображає механізм породження його (генезу), що дає змогу визначення характеристик моделі за результатами експериментів і враховує поєднання стохастичності із повторністю сигналу. Базуючись на обґрунтованій математичній моделі та на концепції «шунтування», модифіковано синфазний метод статистичного опрацювання фонокардіосиґналу одночасно зареєстрованого з електрокардіосиґналом у системах автоматизованої діагностики, з урахуванням механізму ґенезу фонокардіосиґналу. У результаті опрацювання отримано значення спектральних компонент фонокардіосиґналу, які є його інформативно-інваріантними ознаками та із визначеною достовірністю характеризують функціональний стан серцево-судинної системи людини. Розроблено метод імітаційного моделювання фонокардіосиґналу на основі періодично корельованої випадкової послідовності для верифікації результатів досліджень. Створено пакет комп’ютерних програм для автоматизованого опрацювання фонокардіосиґналу та проведення імітаційних експериментів для автоматизованих діагностичних систем.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук за специальностью 01.05.02 – математическое моделирование и вычислительные методы. – Тернопольский национальный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2019 г. В диссертационной работе решена актуальная научная задача – совершенствование математической модели и методов анализа фонокардиосигналапараллельно зарегистрированного с электрокардиосигналом с учетом механизма порождения его для повышения достоверности ранней диагностики состояния сердечно-сосудистой системы человека в автоматизированных диагностических системах. Обоснованно новое применение периодически коррелированного случайного процесса как математической модели фонокардиосигналапараллельно зарегистрированного в электрокардиосигналом, которая, в отличие от известных, отражает механизм порождения его (генеза), что дает возможность определения характеристик модели по результатам экспериментов и учитывает сочетание стохастичности с повторяемостью сигнала. Базируясь на обоснованной математической модели и на концепции «шунтирования», модифицировано синфазный метод статистической обработки фонокардиосигналапараллельно зарегистрированного в электрокардиосигналом в системах автоматизированной диагностики, с учетом механизма генеза фонокардиосигналу. В результате обработки получено значение спектральных компонент фонокардиосигнала, которые являются его информационно-инвариантными признаками и с определенной достоверностью характеризующих функциональное состояние сердечно-сосудистой системы человека. Разработан метод имитационного моделирования фонокардиосигнала на основе периодически коррелированных случайной последовательности для верификации результатов исследований. Создан пакет компьютерных программ для автоматизированной обработки фонокардиосигнала и проведения имитационных экспериментов для автоматизированных диагностических систем.
Dissertation on the receipt of scientific degree of candidate of engineering sciences after speciality 01.05.02 – mathematical design and calculable methods. – Ternopil Ivan Puluj national technical university, Ternopil, 2019. In dissertation the important scientific task is solved – the phonocardial signal synchronously registered with electrocardiosignal mathematical model and analyzing methods improvement taking into account the mechanism of its generation for the human SSS state early diagnosis in automated diagnostic systems reliability increasing. Modern diagnostic systems widely use the polycardiogram method based on the synchronously recorded electrocardio- (ECG) and phonocardiogram (PCG). Complete information about the cardiovascular system state (CVS) can be obtained only in case when several of pathologies diagnosing methods are used simultaneously. The advantages of a comprehensive approach were indicated in a number of scientific works, by: M. A. Kurshakov, P. E. Lukomsky, S. A. Lupenko, A. A. Selidovkina. The heart rate (HR) is determined by the sinus node automatism, which is modulated by feedback through the influence of vegetative, humoral, and local factors. Therefore, the heart work can be described as «modulation»– each of the action potential impulses sequence causes the response in the form of series of consecutive time-varying heart contractions/relaxation. The shape, duration and phase shifts of these impulses may vary, depending on the physical loadings, the emotional state and a whole set of other exogenous and endogenous influences. The responses wouldn’t have constant parameters depend on the factors such as: the conducting system state: the Gis beam right leg blockade, the effort of the blood flow through the heart structures (prolapse, stenosis, aneurysms), postinfarctional scarring, and many other factors, which has a great diagnostic value. Based on the considerations set in R. M. Baevsky, A. A. Talakov «Balistocardiography» work, the person`s cardiovascular system should be regarded as a closed hemodynamic one, where the primary information carrier about it is, among other things, is a phonocardiosignal generated by mechanical and acoustic processes in the system. It is used for obtaining additional (often critical) data to increase the researched object`s evaluation parameters reliability and the bimedia principle as the separation of the signal energy generated by one source, in space-time into two «flows» of different physical nature and (electric and mechanical) introduced the concept of «shunting». By shunting we understand the principle of obtaining complementary information about the object through «bypass»«short» way, in particular, getting of the certain informative parameters from the signal of another physical process nature (electrical, in contrast to the acoustic) of the same genesis in terms of the signal-system concept. Preprocessing was carried out according to the algorithm: signal detrending, smoothing, finding the repeatability period for the P-wave interval. A new application of the periodically correlated random process as a mathematical model of a phonocardiosignal synchronously registered with electrocardiosignal is obtained, which, unlike known ones, represents the mechanism of its genesis. Based on a previously grounded mathematical model and on the concept of «shunting», the synphase method of statistical processing of a phonocardiosignal synchronously registered with an electrocardiosignal in automated diagnostic systems was modified, taking into account a phonocardiosignal genesis mechanism. As the processing result, the value of the phonocardiosignal spectral components were obtained, which are its information-invariant features and with certain certainty characterizing the functional state of the human SSS. Since the synphase method is insensitive to the coherent components presented in the signal, therefore no need to use alien crosstalk effects minimization procedure. Since the developed algorithm is focused on its application in the patient’s СVS state remote monitoring systems, so in order to trend minimization, it is proposed to use the hardware implementation the high-pass Bessel filter (Sallen-Key topology) implementation, which has uniform (flat) amplitude–frequency response characteristics (AFR) (minimal equiripple in passband), linear phase-frequency characteristic (PFR), and the constant group delay, parameter variation resistance. Bessel Discrete Filters do not have this property. Therefore, to process the signal at the software level, the FIR-filtering (which provides linearity of the PFR) is applied by the overlap-add method (OLA), which gives significant advantage in using hardware and software resources, in comparison with time-domain filtering (convolution) As a result of processing, the phonocardiosignal spectral components, which are its informatively invariant features and with definite reliability characterize the functional state of the human cardiovascular system, is obtained.A method for simulating a phonocardiac signal based on periodically correlated random sequences has been developed to verify the results of studies. A package of computer programs has been created for the automated processing of phonocardiac signals and for carrying out simulation experiments for automated diagnostic systems.Key words: phonocardio-signal, electrocardiogram, genesis of phonocardial signal, periodically correlated random process, spectral components, reliability, verification, computer simulation.
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ …22 ВСТУП…24 РОЗДІЛ 1. СПЕЦИФІКА ЗАДАЧІ ТА СУЧАСНИЙ СТАН ПРОБЛЕМИ ДІАГНОСТИКИ СЕРЦЕВО-СУДИННОЇ СИСТЕМИ ЛЮДИНИ ЗА ДОПОМОГОЮ ФОНОКАРДІОГРАФІЇ...29 1.1. Сучасний стан проблеми та захворюваність серцевими недугами. Динаміка ситуації…29 1.2. Механізм породження серцевих скорочень…32 1.3. Способи реєстрації акустичних показників роботи серця…34 1.4. Обґрунтування необхідності використання фонокардіосиґналу з врахуванням механізму породження серцевих скорочень для своєчасного виявлення патологій…43 1.5. Висновки до розділу 1...46 РОЗДІЛ 2. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ФОНОКАРДІОСИҐНАЛУ …48 2.1. Принципи ґенезу фонокардіосиґналу. Принципи бімедійності та шунтування…48 2.2. Методи аналізу фонокардіосигналу…61 2.3. Енергетична теорія стохастичних сиґналів та її засоби опрацювання кардіосигналів…64 2.4. Статистичне оцінювання станів серцево-судинної системи як стохастичної вібраційної системи. Принципи бімедійності та шунтування …75 2.5. Висновки до розділу 2...83 РОЗДІЛ 3. ОБҐРУНТУВАННЯ МЕТОДУ АНАЛІЗУ ФОНОКАРДІОСИҐНАЛУ …85 3.1. Обґрунтування способу виділення моментів прояву дії водія ритму для визначення інтервалу повторюваності фонокардіосиґналу …85 3.2. Опрацювання фонокардіосиґналу синфазним методом…99 3.3. Обгрунтування структури системи відбору фонокардіосигналу...102 3.4. Висновки до розділу 3...106 РОЗДІЛ 4. ВЕРИФІКАЦІЯ МОДЕЛІ ФОНОКАРДІОСИГНАЛУ У ВИГЛЯДІ ПЕРІОДИЧНО КОРЕЛЬОВАНОГО ВИПАДКОВОГО ПРОЦЕСУ ТА КОМП’ЮТЕРНЕ ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ …107 4.1. Програмна реалізація алгоритму опрацювання фонокардіосигналу…107 4.2 Комп’ютерне імітаційне моделювання фонокардіосиґналу…111 4.3 Експериментальна верифікація математичної моделі фонокарідосиґналу …127 4.4. Розроблення програмного забезпечення опрацювання фонокардіосигналу…135 4.5. Висновки до розділу 4...137 ВИСНОВКИ…138 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…140 ДОДАТКИ…150

Робота виконана у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України. Захист відбулася ” ” 2010 р. о ” ” год. ” ” хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.01 в Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя (46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, ауд. 79). З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя, 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56
У дисертаційній роботі розв’язано важливе наукове завдання - удосконалено математичну модель та методи аналізу електроретиносигналу із врахуванням його макромеханізму формування для підвищення достовірності ранньої діагностики стану сітківки ока людини в офтальмодіагностичних системах. Обґрунтовано нове застосування періодично корельованого випадкового процесу як математичної моделі електроретиносигналу, яка враховує у своїй структурі поєднання властивостей періодичності із стохастичністю. На базі обґрунтованої моделі розроблено методи дослідження електроретиносигналу сітківки ока людини у системах офтальмодіагностики, з використанням формалізованої і автоматизованої процедури, яка дає змогу із підвищеною достовірністю оцінити стан сітківки ока людини на ранній стадії її захворювання. Установлено, що отримані спектральні компоненти є інформативно-достовірними ознаками електроретиносигналу і відповідають функціональному стану сітківки ока людини. Використовуючи методи статистичної теорії вибору рішень визначено достовірність оцінок спектральних компонент електроретиносигналу. Розроблено метод (програма і алгоритм) імітаційного моделювання електроретиносигналу на основі періодично корельованої випадкової послідовності. Створено пакет комп’ютерних програм для автоматизованого опрацювання електроретиносигналу та проведення імітаційних експериментів для автоматизованих систем офтальмодіагностики.
В диссертационной работе развязано важное научное задание - усовершенствовано математическую модель и методы анализа электроретиносигнала с учетом его макромеханизма формирования для повышения достоверности ранней диагностики состояния сетчатки глаза человека в офтальмодиагностических системах. Обосновано представление электроретиносигнала в виде ансамбля как периодическое продолжение его (макромеханизм формирования), что обеспечило возможность учесть взаимнокорреляционные связи между различными реакциями сетчатки глаза для одной и той же серии наблюдений. Учитывая сложность и макромеханизма формирования электроретиносигнала проанализированы его характеристики в рамках детерминированного подхода и из позиций стохастического подхода (методами теории стационарных случайных процессов). Полученные результаты анализа методами гармонического анализа в рамках детерминированного подхода подтверждают, что получены амплитудные спектры отзывов электроретиносигнала является переменчивыми, то есть содержат определенную случайность. Случайная стационарная модель отображает сложность электроретиносигнала в спектральном распределении мощности, однако не отображает его фазово-часовой структуры, которая является важным показателем при выявлении часовых изменений сигнале. Из анализа свойств вероятностных характеристик электроретиносигнала и свойств периодически коррелируемых случайных процессов выплывает, что математическая модель процесса такого класса дает возможность адекватно описать сигнал, а именно учесть в своей структуре сочетание свойств периодичности из стохастичностью, что является важным при исследовании фазово-часовых отклонений с целью выявления момента проявления ранних изменений в функционировании сетчатки глаза. На базе математической модели электроретиносигнала в виде периодически коррелируемого случайного процесса обоснованно использование спектрально- корреляционного метода для получения информативных признаков электроретиносигнала путем применения синфазного и компонентного методов анализа. Установлено, что синфазный метод анализа имеет два способа реализации, а именно с учетом и без учета взаимнокорреляционных связей между компонентами, что дало возможность развить этот метод. Разработаны методы компьютерной обработки электроретиносигнала, которые дали возможность расширить возможность ранней диагностики состояния сетчатки глаза человека путем внедрения в область офтальмодиагностики нового класса информативно- достоверных признаков – спектральные компоненты, которые характеризируют изменения фазово-часовой структуры сигнала, и этим дают возможность обнаружить на ранней стадии нарушение в работе сетчатки глаза человека. Применены методы статистической теории принятия решения для определения достоверности результатов оценивания спектральных компонент электроретиносигнала. В частности для оценивания достоверности спектральных компонент электроретиносигнала использован статистический критерий принятия решения Неймана-Пирсона. Результаты оценивания достоверности подтвердили актуальность использования спектральных компонент электроретиносигнала как инвариантно информативных признаков, с помощью которых можно с высокой достоверностью (0,989-0,999) оценить состояние зрительной системы, в частности его сетчатку.Разработан метод (программа и алгоритм) компьютерного имитационного моделирования электроретиносигнала на основе периодически коррелируемой случайной последовательности для потребностей тестирования разработанных алгоритмов его прорабатывания. Проведено исследование вероятностных характеристик имитированных реализаций электроретиносигнала, что дало возможность подтвердить соответствие компьютерной имитационной модели обоснованной математической модели электроретиносигнала с точностью для нормы 0.1-2.7% и патологии 0.1-5.6% при заданной вероятности ошибки 0,001. Создан пакет компьютерных программ для автоматизированного прорабатывания электроретиносигнала и проведения имитационных экспериментов для автоматизированных офтальмодиагностических систем.
Grounded new application of the periodically correlated casual process as a mathematical model of electroretinosignal, which takes into account in the structure combination of properties of periodicity from stohastic. On the base of the grounded model the methods of research of electroretinosignal retina of eye of man are developed in the systems of oftalmodiagnostic, with the use of the formalized and automated procedure which enables to estimate being of retina of eye of man in the early stage of its disease with the promoted authenticity. Set, that spectral components are got is descriptions by the informing reliable signs of electroretinosignal and answer the functional state of retina of eye of man. Utillizing the methods of statistic theory of choice of decisions certainly authenticity of estimations spectral component of electroretinosignal. A simulation of electroretinosignal technique (program and algorithm) is developed on the basis of the periodically correlated casual sequence. The package of computer softwares is created for the automated working of electroretinosignal and conducting of imitation experiments for the automated systems of oftalmodiagnostic.

Кваліфікаційну роботу виконано на кафедрі біотехнічних систем Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя
У кваліфікаційній роботі удосконалено комп’ютерну систему генерування тестових сигналів серцевих. Розроблено імітаційну модель тестових сигналів серцевих у вигляді імпульсного ПКПВ, а саме в межах циклу сигнали подано у вигляді суми подовжених в часовому просторі хвиль (складових) сигналів серця (електрокардіосигналу), а із врахуванням циклічності – у вигляді суми подовжених в усьому часовому просторі k-их циклів сигналів серця з елементами стохастичності. Розроблена комп’ютерна система із використанням засобу MATLAB дає змогу по відомих медичних параметрах генерувати тестові сигнали серця людини сигнали патологій і норм із високою точністю їх відтворення і врахуванням у собі стохастичної циклічності.
The computer system for generating heart test signals has been improved in the qualification work. A simulation model of cardiac test signals in the form of pulsed PCPV was developed, namely within the cycle the signals are presented in the form of the sum of elongated in time space waves (components) of heart signals (electrocardiographic signal), and taking into account cyclicity - in the form of elongated in all time space k. their cycles of heart signals with elements of stochasticity. The developed computer system with the use of MATLAB tool allows to generate test signals of pathologies and norms with high accuracy of their reproduction and taking into account stochastic cyclicity according to known medical parameters.
ВСТУП 8 РОЗДІЛ 1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 10 1.1. Електрокардіографія та сигнали серця людини 10 1.2. Математичні моделі сигналів серцевих 14 1.2.1. Моделі детерміновані 15 1.2.2. Моделі стохастичні 16 1.3. Висновки до розділу 1 18 2. ОСНОВНА ЧАСТИНА 19 2.1. Принцип реєстрації сигналів серцевих 19 2.2. Математичне моделювання 20 2.2.1. Механізм породження сигналів серцевих 20 2.2.2. Математична модель сигналів серцевих як імпульсний ПКПВ 23 2.3. Імітаційне моделювання сигналів серцевих 25 2.4. Алгоритм генерування сигналів серцевих 30 2.5. Тестування алгоритму генерування сигналів серцевих 34 2.6. Висновки до розділу 3 42 РОЗДІЛ 3. НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 44 3.1. Блок-схема програмного забезпечення генерування сигналів серцевих 44 3.2. Програмне забезпечення генератора сигналів серцевих 46 3.2.1. Програмне забезпечення функції генерування сигналів серцевих 47 3.2.2. Програмне забезпечення генератора тестових сигналів серцевих 50 3.3. Верифікація генератора тестових сигналів серцевих 60 3.4. Висновки до розділу 4 64 РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 65 4.1. Охорона праці 65 4.2. Безпека в надзвичайних ситуаціях 67 4.3. Висновки до розділу 4 69 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 70 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 71 Додаток А. Програмне забезпечення функції генерування тестових сигналів серця 75 Додаток Б. Програмне забезпечення із інтерфейсом генератора тестових сигналів серця людини 77 Додаток В. Копія тези конференції 84

в кваліфікаційній роботі магістра досліджено методи та засоби структурнопараметричного моделювання цифрових каналів зв’язку, які уможливлюють імітаційне моделювання та визначення критеріїв ефективності цифрових каналів зв’язку, які використовуються у вбудованих комп’ютерних системах. Визначено структурні та функціональні елементи цифрових каналів зв’язку, наведено їх математичні описи та методи їх моделювання. Таке розбиття на елементи уможливлює коректну побудову їх математичних моделей та вибір засобів моделювання. Визначено засоби за допомогою яких можливе моделювання структурних та функціональних елементів цифрових каналів зв’язку та їх параметри, шляхом їх ідентифікації із відповідними інструментами Matlab Simulink. Проведено імітаційне моделювання цифрових каналів зв’язку та визначено їх параметри на практичному прикладі цифрового модему V.32bis який використовується у комп’ютерних та вбудованих системах. Отримані результати свідчать про адекватність моделювання та можливість застосування методів та засобів структурно-параметричного моделювання цифрових каналів зв’язку у практичних задачах побудови вбудованих систем.
in the qualification work of the master the methods and means of structure-parameter modeling of digital communication channels are investigated, which enable simulation modeling and determination of efficiency criteria of digital communication channels used in embedded computer systems. The structural and functional elements of digital communication channels are determined, their mathematical descriptions and methods of their modeling are given. This division into elements allows the correct construction of their mathematical models and the choice of modeling tools. The means by which it is possible to model the structural and functional elements of digital communication channels and their parameters by identifying them with the appropriate Matlab Simulink tools are identified. Simulation of digital communication channels is carried out and their parameters are determined on a practical example of digital modem V.32bis used in computer and embedded systems. The obtained results testify to the adequacy of modeling and the possibility of applying methods and means of structure-parameter modeling of digital communication channels in the practical problems of building embedded systems.
ВСТУП...8 РОЗДІЛ 1 ОСНОВИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ ....11 1.1. Призначення та особливості системи Matlab ...11 1.2. Особливості проектування систем зв’язку в середовищі Matlab...12 1.3. Пакет Communications Toolbox ...14 1.4. Поняття моделі ...16 1.5. Співвідношення між системою та моделлю ...19 1.6. Структурно-параметричне моделювання ...20 1.6.1. Двовимірне та тривимірне параметричне моделювання ...20 1.6.2. Типи параметризації ...22 1.6.3. Метод багатовимірного параметричного моделювання ...23 РОЗДІЛ 2 МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ...26 2.1. Функції моделювання й аналізу сигналів ...26 2.2. Функції кодування/декодування джерела...27 2.2.1. Нерівномірне квантування...27 2.2.2. Логарифмічне й експонентне перетворення...27 2.3. Функції завадостійкого кодування/декодування ...28 2.3.1. Блокові коди..29 2.3.2. Згорткові коди ...30 2.4. Модуляція і демодуляція ...32 2.4.1. Поняття та види модуляції та демодуляції ...32 2.4.2. Фазова модуляція ...33 2.4.3. Частотна модуляція ...34 2.4.4. Амплітудна модуляція ...35 2.5. Моделювання каналів зв'язку ...36 2.6. Спеціальні фільтри...36 2.7. Функції обчислень у полях Галуа ...37 2.8. Допоміжні функції ...38 РОЗДІЛ 3 МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМИ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ МОДЕМУ V.32BIS...39 3.1. Моделювання модему V.32bis використовуючи пакет Communications ...39 3.1.1. Функція моделювання передавача модему V.32bis...41 3.1.2. Функція моделювання приймача модему V.32bis...45 3.2. Моделювання системи зв’язку використовуючи набір блоків Communications Blockset ...50 3.2.1. Comm Sources (джерела повідомлень)...51 3.2.2. Comm Sinks (одержувачі повідомлень)... 51 3.2.3. Source Coding (кодування й декодування джерела).... 51 3.2.4. Channel Coding (завадостійке кодування/декодування)....51 3.2.5. Modulation (модуляція/демодуляція) ...51 РОЗДІЛ 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ...55 4.1. Охорона праці.... 55 4.2. Оцінка стійкості роботи об’єкту економіки до впливу вражаючих факторів ядерної зброї...57 ВИСНОВКИ .... 62 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ...63 Додаток А ...65 Додаток Б ...69

Робота виконана у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України Захист відбувся у 2012 р. на засіданні спеціалізованої вченої ради К58.052.01 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м.Тернопіль, вул. Руська, 56, ауд. 79 З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56
За результатами аналізу деградації зварних ферм під дією циклічних навантажень зроблено висновки, що їх залишковий ресурс формується при комплексному впливі багатьох стохастичних чинників. Для визначення залишкового ресурсу типової зварної ферми запропоновано статистичну модель. При формуванні вхідних інформаційних масивів для цієї моделі виявлено суттєві розбіжності характеристик механічних властивостей сталі ВСт3пс, отриманих за державними стандартами, сертифікатами якості виробника та натурними дослідженнями суцільних та зварних зразків. Розроблено фізичну модель типової зварної ферми, залишковий ресурс якої за циклічних навантажень досліджено як натурним експериментом, так і комп’ютерним імітаційним моделюванням за методом Монте-Карло з використанням запропонованої статистичної моделі. Внаслідок верифікації результатів моделювання отримано високий рівень їх вірогідності (0,91...0,94), що свідчить про адекватний підбір аналітичної основи статистичної моделі у вигляді залежності для опису кінетики втомного пошкодження та використання вхідних інформаційних масивів моделі, отриманих за результатами натурних досліджень.
На основании анализа деградации сварных ферм под действием циклических нагрузок сделаны выводы о формирования их остаточного ресурса под комплексным влиянием многочисленных стохастических факторов. Существующие инженерные методики не учитывают этот факт и потому не обеспечивают необходимой точности расчета остаточного ресурса. На основании этого принято решение о целесообразности разработки статистической модели усталостной деградации сварной фермы и определения ее остаточного ресурса компьютерным имитационным моделированием. Для расчета остаточного ресурса типовой сварной фермы предложена статистическая модель усталостной повреждаемости конструкции, в основу которой положено одно из известных уравнений скорости роста усталостной трещины в элементах сварных конструкций при двухчастотных циклических нагрузках. Именно такой режим характерный для большинства сварных ферм, когда кроме эксплуатационных нагрузок конструкция испытывает собственные колебания, температурное, ветровое влияние и т.д. Использование предложенной статистической модели для имитационного моделирования усталостного повреждения методом Монте-Карло обеспечивает учет комплексного влияния стохастических параметров, однако точность результатов зависит от адекватности исходных информационных массивов, характеризующих эти параметры модели. В работе рассмотрено комплексное влияние таких стохастических факторов: предел текучести материала, амплитудные напряжения в цикле, критический коэффициент интенсивности напряжений, начальная длина трещины. Выполнена серия натурных исследований и сформирован массив предела текучести для стали ВСт3пс, которая используется при изготовления сварных ферм. Исследования выполнены как на стандартных образцах статическим растяжением, так и неразрушающим методом по твердости материала методом Бринелля с последующим пересчетом результатов в значения предела текучести. Определены вероятностные законы и статистические характеристики для этих массивов. При сравнении массивов оказалось, что предел текучести, определен натурным экспериментом, имеет низкий уровень соответствия с информацией из государственного стандарта и сертификатов качества завода-производителя металлопроката. Это одна из причин несоответствия расчетных и фактических значений остаточного ресурса. Сделан вывод, что для получения высокой точности расчетов имитационным моделированием целесообразно использовать информационные массивы, сформированные по результатам натурных испытаний. Разработана физическая модель типовой сварной фермы. Определены константы физического моделирования. Учтены основные положения статистической теории подобия усталостного разрушения. Под действием циклических нагрузок испытано 15 образцов физической модели, что соответствует разработанным статистическим планами исследований для получения относительной погрешности до 10% при доверительной вероятности не менее 90%. Зафиксированы моменты появления усталостных повреждений и разрушения конструкций. Определены статистические показатели и вероятностные законы распределений экспериментально полученных информационных массивов остаточного ресурса. Достоверность результатов, полученных натурным экспериментом, обеспечена использованием испытательного оборудования, прошедшим государственную метрологическую поверку, и применением стандартизированных методик испытаний. Выполнен расчет остаточного ресурса (количества циклов от момента появления начальной трещины до момента разрушения конструкции) под действием циклических нагрузок компьютерным имитационным моделирова¬нием методом Монте-Карло с использованием предложенной статистической модели и полученных исходных информационных массивов. В качестве исходной информации для статистической модели использованы опи¬саны выше результаты собственных исследований, а также и результаты других авторов. Приняты такие вероятностные законы распределения исходных параметров: начальная длина трещины – по закону Вейбулла, предел текуче¬сти материала и критический коэффициент интенсивности напряжений – по нормальному закону, амплитудные напряжения в цикле – по закону Релея. Компьютерное имитационное моделирование реализовано с помощью разработанного алгоритма и программного обеспечения для расчета. Выполнена верификация результатов имитационного моделирования. Точность определения количества циклов до наступления предельного состояния (остаточный ресурс), полученных имитационным моделированием, по сравнению с результатами натурных исследований составила 0,91...0,94. Предложена инженерная методика определения остаточного ресурса эксплуатируемых сварных фермовых конструкций по кривой живучести и приведен пример ее практического использования для сварных опор магистральных линий электропередач. Результаты работы могут быть использованы как при проектировании новых сварных фермовых конструкций, так и для проверки остаточного ресурса эксплуатируемых ферм.
The analysis of degradation of a weld-fabricated farms under cyclic loads allows to conclude that their residual resource is formed at the complex influence of many stochastic factors. To determine the residual resource of the typical weld-fabricated farm a statistical model is offered. At forming of input information arrays for this model the significant differences of characteristics of mechanical properties of the steel VSt3ps obtained according to the state standards, quality certificates of a manufacturer and full-scale researches of solid and welded samples are revealed. A physical model of the typical weld-fabricated farm, residual resource of which under cyclic loads is investigated as a full-scale experiment as well as a computer simulation by the Monte Carlo method with the use of the offered statistical model is developed. As a result of verification of modeling results a high level of their probability (0,91...0,94) is obtained, indicating an adequate selection of an analytical basis of the statistical model in the form of dependence to describe the kinetics of fatigue damage and the use of the input information arrays of the model obtained from the results of full-scale researches.

Робота виконана у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.Захист відбувся в лютому 2012 р. на засіданні спеціалізованої вченої ради К58.052.01 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м.Тернопіль, вул. Руська, 56, ауд. 79 З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56
За результатами аналізу деградації зварних ферм під дією циклічних навантажень зроблено висновки, що їх залишковий ресурс формується при комплексному впливі багатьох стохастичних чинників. Для визначення залишкового ресурсу типової зварної ферми запропоновано статистичну модель. При формуванні вхідних інформаційних масивів для цієї моделі виявлено суттєві розбіжності характеристик механічних властивостей сталі ВСт3пс, отриманих за державними стандартами, сертифікатами якості виробника та натурними дослідженнями суцільних та зварних зразків. Розроблено фізичну модель типової зварної ферми, залишковий ресурс якої за циклічних навантажень досліджено як натурним експериментом, так і комп’ютерним імітаційним моделюванням за методом Монте-Карло з використанням запропонованої статистичної моделі. Внаслідок верифікації результатів моделювання отримано високий рівень їх вірогідності (0,91...0,94), що свідчить про адекватний підбір аналітичної основи статистичної моделі у вигляді залежності для опису кінетики втомного пошкодження та використання вхідних інформаційних масивів моделі, отриманих за результатами натурних досліджень.
На основании анализа деградации сварных ферм под действием циклических нагрузок сделаны выводы о формирования их остаточного ресурса под комплексным влиянием многочисленных стохастических факторов. Существующие инженерные методики не учитывают этот факт и потому не обеспечивают необходимой точности расчета остаточного ресурса. На основании этого принято решение о целесообразности разработки статистической модели усталостной деградации сварной фермы и определения ее остаточного ресурса компьютерным имитационным моделированием. Для расчета остаточного ресурса типовой сварной фермы предложена статистическая модель усталостной повреждаемости конструкции, в основу которой положено одно из известных уравнений скорости роста усталостной трещины в элементах сварных конструкций при двухчастотных циклических нагрузках. Именно такой режим характерный для большинства сварных ферм, когда кроме эксплуатационных нагрузок конструкция испытывает собственные колебания, температурное, ветровое влияние и т.д. Использование предложенной статистической модели для имитационного моделирования усталостного повреждения методом Монте-Карло обеспечивает учет комплексного влияния стохастических параметров, однако точность результатов зависит от адекватности исходных информационных массивов, характеризующих эти параметры модели. В работе рассмотрено комплексное влияние таких стохастических факторов: предел текучести материала, амплитудные напряжения в цикле, критический коэффициент интенсивности напряжений, начальная длина трещины. Выполнена серия натурных исследований и сформирован массив предела текучести для стали ВСт3пс, которая используется при изготовления сварных ферм. Исследования выполнены как на стандартных образцах статическим растяжением, так и неразрушающим методом по твердости материала методом Бринелля с последующим пересчетом результатов в значения предела текучести. Определены вероятностные законы и статистические характеристики для этих массивов. При сравнении массивов оказалось, что предел текучести, определен натурным экспериментом, имеет низкий уровень соответствия с информацией из государственного стандарта и сертификатов качества завода-производителя металлопроката. Это одна из причин несоответствия расчетных и фактических значений остаточного ресурса. Сделан вывод, что для получения высокой точности расчетов имитационным моделированием целесообразно использовать информационные массивы, сформированные по результатам натурных испытаний. Разработана физическая модель типовой сварной фермы. Определены константы физического моделирования. Учтены основные положения статистической теории подобия усталостного разрушения. Под действием циклических нагрузок испытано 15 образцов физической модели, что соответствует разработанным статистическим планами исследований для получения относительной погрешности до 10% при доверительной вероятности не менее 90%. Зафиксированы моменты появления усталостных повреждений и разрушения конструкций. Определены статистические показатели и вероятностные законы распределений экспериментально полученных информационных массивов остаточного ресурса. Достоверность результатов, полученных натурным экспериментом, обеспечена использованием испытательного оборудования, прошедшим государственную метрологическую поверку, и применением стандартизированных методик испытаний. Выполнен расчет остаточного ресурса (количества циклов от момента появления начальной трещины до момента разрушения конструкции) под действием циклических нагрузок компьютерным имитационным моделирова¬нием методом Монте-Карло с использованием предложенной статистической модели и полученных исходных информационных массивов. В качестве исходной информации для статистической модели использованы опи¬саны выше результаты собственных исследований, а также и результаты других авторов. Приняты такие вероятностные законы распределения исходных параметров: начальная длина трещины – по закону Вейбулла, предел текуче¬сти материала и критический коэффициент интенсивности напряжений – по нормальному закону, амплитудные напряжения в цикле – по закону Релея. Компьютерное имитационное моделирование реализовано с помощью разработанного алгоритма и программного обеспечения для расчета. Выполнена верификация результатов имитационного моделирования. Точность определения количества циклов до наступления предельного состояния (остаточный ресурс), полученных имитационным моделированием, по сравнению с результатами натурных исследований составила 0,91...0,94. Предложена инженерная методика определения остаточного ресурса эксплуатируемых сварных фермовых конструкций по кривой живучести и приведен пример ее практического использования для сварных опор магистральных линий электропередач. Результаты работы могут быть использованы как при проектировании новых сварных фермовых конструкций, так и для проверки остаточного ресурса эксплуатируемых ферм.
The analysis of degradation of a weld-fabricated farms under cyclic loads allows to conclude that their residual resource is formed at the complex influence of many stochastic factors. To determine the residual resource of the typical weld-fabricated farm a statistical model is offered. At forming of input information arrays for this model the significant differences of characteristics of mechanical properties of the steel VSt3ps obtained according to the state standards, quality certificates of a manufacturer and full-scale researches of solid and welded samples are revealed. A physical model of the typical weld-fabricated farm, residual resource of which under cyclic loads is investigated as a full-scale experiment as well as a computer simulation by the Monte Carlo method with the use of the offered statistical model is developed. As a result of verification of modeling results a high level of their probability (0,91...0,94) is obtained, indicating an adequate selection of an analytical basis of the statistical model in the form of dependence to describe the kinetics of fatigue damage and the use of the input information arrays of the model obtained from the results of full-scale researches.

Робота виконана у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, м. Тернопіль Захист відбув у 2011 р. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.01 в Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя (46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, ауд. 79). З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя, 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56
У дисертаційній роботі розв’язано актуальне наукове завдання – удосконалено математичну модель електрокардіосиґналу та розроблено метод аналізу його,сформованого на базі цієї моделі, для підвищення інформативності систем голтерівського моніторинґу.Обґрунто ано нове застосування кускового періодично корельованого випадкового процесу як математичної моделі електрокардіосиґналу, зареєстрованого впродовж доби, яка враховує у своїй структурі поєднання властивостей періодичності і стохастичності з добови ходом. На азі цієї моделірозроблено метод дослідження електрокардіосиґналу серця людини у системах голтерівського моніторинґу. Установлено, що отримані спектральні компоненти є інформативно-достовірними ознаками електрокардіосиґналу і відповідають функціональному стану серцево-судинної системи людини. Використовуючи методи статистичної теорії вибору рішень, визначено достовірність оцінок спектральних компонент електрокардіосиґналу з використанням фо малізованої і автоматизованої процеду и, яка дає змог із підвищеною остовірністю та оперативно оцінити тан серцево-судинної системи людини на початковому сеґменті її захворювання. Розроблено метод (програма і алгоритм) імітаційного моделювання електрокардіосиґналу на основі кускової періодично корельованої випадкової послідовності. Створено пакет комп’ютерних програм для автоматизованого опрацювання електрокардіосиґналу та проведення імітаційних експериментів для автоматизованих систем голтерівського моніторинґу.
В диссертационной работе решено актуальное научное задание - усовершенствована математическая модель электрокардиосигнала и разработан метод анализа его, сформированного на базе этой модели, для повышения информативности систем холтеровского мониторинга. Учитывая сложность и структуру электрокардиосигнала в системах холтеровского мониторинга проанализированы его характеристики в рамках детерминированного подхода и с позиций стохастического подхода (методами теории стационарных случайных процессов). Полученные результаты анализа методами гармонического анализа в рамках детерминированного подхода подтверждают, что получены амплитудные спектры отдельных циклов электрокардиосигнала является переменчивыми, то есть содержат определенную случайность. Рассматривая сигнал в рамках стационарной модели, замечено, что дисперсия трансформируются во времени, а корреляционная функция электрокардиосигнала, как сплошной реализации, является периодической. Из анализа свойств вероятностных характеристик электрокардиосигнала и описанных войств кусковой-периодически коррелируемых случайных роцессов выплывает, что математическая модель процесса такого класса дает возможность адекватно описать сигнал, а именно учесть сочетание случайности и периодичности сигнала, и также учесть в своей структуре взаимосвязи между разными стадиями электрокардиосигнала зарегистрированного на протяжении суток, а потому и разработать методы определения инвариантных информационных признаков его, выходя из статистики таких сигналов для задач своевременной диагностики. На базе математической модели электрокардиосигнала в виде кускового периодически коррелируемого случайного процесса обоснованно использование спектрально-корреляционного метода для получения информативных признаков єлектрокардиосигнала путем применения синфазного метода анализ. Разработан метод компьютерной обработки электрокардиосигнала в системах в системах холтеровского мониторинга, который дал возможность расширить возможность своевременной диагностики состояния сердца человека путем внедрения в область кардиологии нового класса информативно-достоверных признаков - спектральные компоненты, которые характеризируют изменения фазово-часовой структуры сигнала, и этим дают возможность обнаружить на анней стадии нарушение в работе сердца человека. Применены методы статистической теории принятия решения для определения достоверности результатов оценивания спектральных компонент электрокардиосигнала. В частности для оценивания достоверности спектральных компонент электрокардиосигнала использован статисти еский критерий принятия решения Ней ана-Пирсона. езультаты оценивания достоверности подтвердили актуальность использования спектральных компонент электрокардиосигнала как инвариантно информативных признаков, с помощью которых можно с высокой достоверностью 0,9785-0,9861 оценить состояние сердечно-сосудистой системы, в частности сердце. Разработан метод (программа и алгоритм) компьютерного имитационного моделирования электрокардиосигнала на основе кускового периодически коррелируемой случайной последовательности для потребностей тестирования разработаных алгоритмов его прорабатывания. Проведено исследование вероятностных х рактеристик разработанной к мпьюте ой имитационной модели, что дало возможность подтвердить соответствие компьютерной имитационной модели усовершенствованной математической модели электрокардиосигнала с максимальным значением модуля разницы вероятностей экспериментального и имитируемого сигнала для нормы представляет 6.5⋅10−6 .
New application of the piecemeal periodically correlated random process is reasonable as a mathematical model of electrocardiosignal registered for a day long, which takes into account in the structure combination of properties of periodicity with a stochastic. On the base of reasonable model the method of research of electrocardiosignal heart of man is worked out in the systems of the holter monitoring, with the use of the formalized and automated procedure which enables with the increased authenticity and operatively to estimate the state of the cardiovascular system of man on the initial stage of her disease. Set, that spectral component is got are the informing-reliable signs of electrocardiosignal and answer the functional state of the cardiovascular system of man. Using the methods of statistical theory of choice of decisions authenticity of estimations of spectral component of electrocardiosignal is certain. An of of simulation of electrocardiosignal technique (program and algorithm) is worked out on the basis of the lump periodically correlated casual sequence. The of package of computer softwares is created for the automated working of electrocardiosignal and realization of imitation experiments for automated systemsof the holter monitoring.

Розглянуто методику початкового ознайомлення студентів та старших школярів з уявленнями про фрактальні об’єкти. На основі досвіду роботи авторів з комп’ютерного моделювання пропонується набір алгоритмів для створення моделей фрактальних об’єктів і вивчення їх властивостей. Матеріал складається з трьох частин, якi об’єднано головною метою – проiлюструвати приклади адекватного застосування комп’ютерного моделювання у сучасних природничо-наукових дослiдженнях.

Мета роботи полягає у розробці імітаційних комп’ютерних моделей різних геометричних об’єктів, які б дозволили обчислювати фрактальну розмірність при різних параметрах моделі, накопичувати статистику та порівнювати розмірності передфракталів різних порядків.