Ученые записки УлГУ. Серия "Математика и информационные технологии"
№2, 2020 год, дата выпуска: декабрь 2020 года
Булаев А.А., Жидков А.В. / Bulaev A.A., Zhidkov A.V., e-mail: mail@bulalex.ru
Разработка виртуального 3D-тура УлГУ
Аннотация. Статья посвящена разработке виртуального 3D-тура с использованием панорамных снимков и web-технологий для их отображения. Представлены этапы разработки виртуального тура, разработана логическая модель базы данных объектов виртуального тура. Выполнена программная реализация web-приложения для отображения виртуального тура.
Ключевые слова: 3D-панорама, 3D-тур, QR-метки, Web-приложение, векторные карты.
UlSU virtual 3D-tour development
Abstract. The article is devoted to the development of a virtual 3D tour using panoramic shots and web technologies for their display. The stages of development of virtual tour are presented, logical model of databases of objects of a virtual tour is developed. Software implementation of the web application for virtual tour display completed.
Keywords: 3D Panorama, 3D Tour, QR Tags, Web App, Vector Maps.
* * *
Бутов А.А., Лаврова О.А. / Butov A.A., Lavrova O.A., e-mail: olga-lavrova25@yandex.ru
Аппроксимация распределений в моделях многостадийного старения
Аннотация. В работе рассматриваются основные положения теории износа в терминах функции Гомпертца и её обобщения, а также в мартингальных терминах. Представлены модели имитационного компьютерного моделирования, их поведение при использовании различных параметров. Приведены основные формулы, используемые для построения моделей и необходимые для них ограничения.
Ключевые слова: математическое моделирование, имитационное моделирование, мартингал, компенсатор, интенсивность, функция дожития, износ, случайная среда.
Distribution approximation in multi-stage aging models
Abstract. The paper considers the main provisions of the theory of wear in terms of the Gompertz function and its generalization, as well as in martingale terms. Models of simulation computer modeling and their behavior with various parameters are presented. The basic formulas used to build models and the constraints necessary for them are given.
Keywords: mathematical modeling, simulation, martingale, compensator, intensity, survival function, wear, random environment.
* * *
Карпаев С.А., Ларин С.Н., Смагин А.А. / Karpaev S.A., Larin S.N., Smagin A.A., e-mail: larinmars@rambler.ru
Модель производственного процесса на базе сетей Петри
Аннотация. В статье рассматривается организация средств проектирования технологических процессов на основе предложенной модели и, отличающаяся тем, что можно в автоматизированном режиме проводить моделирование оценок получаемых решений по снижению производственных затрат, заполнять технологические карты оптимизированными данными по выбранным показателям качества, что в итоге приводит к повышению эффективности предприятия на этапе технологической подготовки производства.
Ключевые слова: сети Петри, проектное решение, инструментальное средство поддержки, математическая модель, маршрутная карта, производственный процесс.
Production process modeling based on Petri nets
Abstract. The paper deals with the organization of technological process design tools based on some model. The proposed approach is characterized by the fact that it is possible to simulate the estimates of the obtained methods of reducing production costs in an automated mode and to fill in technological maps with optimized data on the selected quality indicators. This ultimately leads to an increase in the efficiency of the enterprise at the stage of technological preparation of production.
Keywords: Petri nets, design technique, support tool, mathematical model, route map, production process.
* * *
Кожевников В.В. / Kozhevnikov V.V., e-mail: vvk28061955@mail.ru
Растровый метод когнитивного управления роботами-манипуляторами
Аннотация. Предлагается подход к решению проблемы когнитивного управления роботами-манипуляторами на основе преобразования информации, поступающей от системы технического зрения, в математическую модель когнитивного цифрового автомата. Когнитивность последнего определяется возможностью обучения траекториям перемещения манипулятора и способам захвата того или иного предмета, а также прогнозирования (генерации) решений в ситуациях не предусмотренных в процессе обучения. Научная новизна метода заключается в формализации понятия когнитивного управления роботами-манипуляторами.
Ключевые слова: метод когнитивного управления, когнитивный автомат, нейронные сети, математическая модель, сети Петри, уравнение состояний, логика, обучение, прогнозирование решений, роботы-манипуляторы.
Raster method of cognitive control of robotic manipulators
Abstract. An approach to solving the problem of cognitive control of robotic manipulators is proposed on the basis of converting information coming from a technical vision system into a mathematical model of a cognitive digital automaton. The cognitiveness of the latter one is determined by the possibility of learning the trajectories of the manipulator's movement and methods of grasping an object, as well as predicting (generating) solutions in situations not provided for in the learning process. The scientific novelty of the method lies in the formalization of the concept of cognitive control of robotic manipulators.
Keywords: cognitive control method, cognitive automata, neural networks, mathematical model, Petri nets, equation of states, logic, learning, decision prediction, robotic manipulator.
* * *
Копылов А.В., Волков М.А. / Kopylov A.V., Volkov M.A., e-mail: alexkopylov123@gmail.com
Мобильное приложение для перевода с языка жестов в режиме реального времени
Аннотация. В работе дано описание программного продукта, позволяющего осуществлять перевод дактильной речи американского жестового языка на буквы английского языка. Многопоточное мобильное приложение на базе ОС Android для распознавания жестов использует натренированную сверточную нейронную сеть с архитектурой ResNet18 с подобранными гиперпараметрами модели сети и выбранными параметрами аугментации. Одним из важных преимуществ данного продукта является возможность работы в режиме реального времени на мобильных устройствах, без использования сети Интернет. Разработанный прототип мобильного приложения является универсальным, что позволяет при смене языка заменить только файл с моделью нейронной сети (при условии схожести их архитектур) и файл с буквами-классами.
Ключевые слова: мобильное приложение, язык жестов, дактильная речь, сверточные нейронные сети, Android, Python, Kotlin.
Mobile application for real-time sign language translation
Abstract. The paper describes a software product that allows translating the dactyl speech of the American sign language into the letters of the English language. A multithreaded mobile application based on Android OS for gesture recognition uses a trained convolutional neural network with the ResNet18 architecture, with selected hyperparameters of the network model and selected augmentation parameters. One of the important advantages of this product is the ability to work in real-time on mobile devices, without using the Internet. The developed prototype of the mobile application is universal, that is, when changing the language, it is enough to replace only the file with the neural network model (provided that their architectures are similar) and the file with the letters classes.
Keywords: mobile app, sign language, fingerprint, convolutional neural networks, Android, Python, Kotlin.
* * *
Мусалина Т.Е., Овечкин А.Е., Блюменштейн А.А. / Musalina T.E., Ovechkin A.E., Blyumenshteyn A.A., e-mail: blyumenshteyn@mail.ru
Автоматизированное проектирование вспомогательных переходов технологических процессов для механической обработки деталей на станках с ЧПУ
Аннотация. В статье представлена методика автоматизированного проектирования вспомогательных переходов технологических процессов для механической обработки деталей на станках с ЧПУ. Разработаны алгоритмы функционирования программного обеспечения. Представлены макеты модуля системы автоматизированного проектирования программных технологических процессов. Проведен расчет экономического эффекта от автоматизации проектирования технологических процессов с применением методики автоматизированного формирования вспомогательных переходов.
Ключевые слова: автоматизированное проектирование, технологический процесс.
Computer-aided design of auxiliary process transitions for machining parts on CNC machines
Abstract. The paper presents a method for computer-aided design of auxiliary transitions of technological processes for machining parts on CNC machines. Algorithms of software functioning have been developed. Layouts of the module for computer-aided design of software technological processes are presented. The calculation of the economic effect of automating the design of technological processes using the method of automated formation of auxiliary transitions.
Keywords: computer-aided design, technological process.
* * *
Петров А.А., Дружинина О.В., Масина О.Н., Щербаков А.В. / Petrov A.A., Druzhinina O.V., Masina O.N., Shcherbakov A.V., e-mail: xeal91@yandex.ru
Задача поиска оптимальных траекторий для управляемой популяционной модели, учитывающей конкуренцию и миграцию
Аннотация. Изучена трехмерная управляемая модель популяционной динамики с учетом конкуренции и миграции. Критерий качества управления для указанной модели рассмотрен в рамках задачи оптимального управления с фазовыми ограничениями. Компьютерное исследование нелинейной модели с конкуренцией и миграцией позволило получить результаты численных экспериментов по поиску законов управления, критерия качества управления и оптимальных траекторий. Для решения задач оптимального управления использованы алгоритмы символьных вычислений. Указанные алгоритмы основаны на использовании эвристических методов численной оптимизации в сочетании с методами генерации функций управления. Проведен сравнительный анализ результатов для различных степеней полиномов, в виде которых осуществляется поиск функций управления. В качестве инструментального средства решения задачи оптимального управления и исследования модели использован программный комплекс, разработанный с помощью библиотек языка Python.
Ключевые слова: математическое моделирование, оптимальное управление, модели популяционной динамики, критерий качества управления, численные методы оптимизации, алгоритмы символьных вычислений, компьютерные эксперименты.
The problem of finding optimal trajectories for a controlled population model that takes into account competition and migration
Abstract. A three-dimensional controlled model of population dynamics taking into account competition and migration is studied. The control quality criterion for this model is considered within the framework of the optimal control problem with phase constraints. Computer research of a nonlinear model with competition and migration made it possible to obtain the results of numerical experiments on the finding for control laws, a criterion for the quality of control, and optimal trajectories. Symbolic computation algorithms are used to solve optimal control problems. These algorithms are based on the use of heuristic methods of numerical optimization in combination with methods for generating control functions. A comparative analysis of the results for various degrees of polynomials, in the form of which the finding for control functions is carried out, is performed. As a tool for solving the problem of optimal control and researching the model, a software package developed with the help of Python libraries is used.
Keywords: mathematical modeling, optimal control, population dynamics models, control quality criterion, numerical optimization methods, algorithms for symbolic computations, computer experiments.
* * *
Рубцов М.А. / Rubtsov M.A., e-mail: mihanr1995@mail.ru
Декодирование осциллограммы сигнала в линии с интерфейсом ARINC 429
Аннотация. В статье рассматривается метод расшифровки сигнала в линии с интерфейсом ARINC 429 с помощью языка программирования Python и последующей обработки полученной информации для наглядного представления и эффективного анализа.
Ключевые слова: ARINC-429, авионика, декодирование сигнала, интерфейс информационного взаимодействия, РТМ 1495-75, язык программирования Python.
Waveform decoding in line with ARINC-429 interface
Abstract. The paper describes a method for decoding a signal in a line with ARINC 429 interface using the Python programming language, as well as the subsequent processing of the information for visual presentation and effective analysis.
Keywords: ARINC-429, avionics, signal decoding, aviation interface, Python.
* * *
Симиргина Н.Д., Ефременков И.В. / Simirgina N.D., Efremenkov I.V., e-mail: agnatalenka@yandex.ru
Моделирование процесса анодирования алюминия в программном пакете COMSOL Multiphysics
Аннотация. В статье рассматривается моделирование процесса анодирования нескольких прессованных алюминиевых профилей в программном вычислительном комплексе COMSOL Multiphysics 5.3а с помощью стационарного исследования, с использованием МКЭ. В результате расчетов были получены картины распределения плотности тока и электродные потенциалы электролита для трёх значений температуры: 15ºC, 20ºC и 25ºC.
Ключевые слова: анодирование, распределение плотности тока, электродный потенциал, математическое моделирование.
Modeling the aluminum anodizing process in the COMSOL Multiphysics software package
Abstract. The article discusses the modeling of the anodizing process of several extruded aluminum profiles in the COMSOL Multiphysics 5.3a software, using a stationary study with FEM. As a result of calculations, the patterns of current density distribution and electrode potentials of the electrolyte were obtained for three temperatures: 15ºC, 20ºC, and 25ºC.
Keywords: anodizing, current density distribution, electrode potential, mathematical modeling.
* * *
Фролов А.Ю. / Frolov A.Yu., e-mail: alexeyfrolov92@yandex.ru
Построение и численный анализ математической модели коммутационных процессов в электротехнических системах
Аннотация. Построена математическая модель электротехнической коммутации, описывающая процесс течения тока в проводнике с переменной электропроводностью. Моделирование коммутации базируется на численном решении обобщенной системы уравнений Максвелла. Получены зависимости электрического поля, плотности тока, плотности зарядка в проводнике от электропроводности в месте коммутации. Проведен численный анализ полученных зависимостей. Предложенная математическая модель посредством сопоставления с экспериментами может использоваться для изучения процессов коммутации как в обычных проводниках, так и в плазме.
Ключевые слова: математическое моделирование, обобщенные уравнения Максвелла, коммутация, переменная электропроводность.
Construction and numerical analysis of a mathematical model of switching processes in electrical systems
Abstract. A mathematical model of electrical switching describing the process of current flow in a conductor with variable electrical conductivity is constructed. Switching modeling is based on the numerical solution of a generalized system of Maxwell's equations. The dependences of the electric field, current density, and charge density in the conductor on the electrical conductivity at the switching point are obtained. A numerical analysis of the obtained dependences is performed. The proposed mathematical model can be used to study switching processes in both conventional conductors and plasma.
Keywords: mathematical modeling, generalized Maxwell equations, commutation, variable electrical conductivity.
* * *
Щенникова Е.В., Навошин Р.Е., Трифонова Д.Ю. / Shchennikova E.V., Navoshin R.E., Trifonova D.U., e-mail: schennikova8000@yandex.ru
Применение машинного обучения для экспресс-тестирования уровня разработчиков
Аннотация. Рассмотрена реализация метода машинного обучения с использованием нейронной сети с прямой связью на основе использования библиотеки Brain.js. Предложено построение искусственной нейронной сети, которая автоматизирует процесс определения уровня опыта соискателя на должность в IT-компании с учетом небольших затрат времени и ресурсов. Результаты могут найти применение при разработке инструментального обеспечения для экспресс-тестирования.
Ключевые слова: машинное обучение, JavaScript, Brain.js, искусственная нейронная сеть, экспресс-тестирование.
Application of machine learning for express testing of developers’ level
Abstract. The implementation of a machine learning method using a neural network with a connection based on the use of the Brain.js library is considered. It is proposed to construct an artificial neural network that automates the process of determining the level of experience of an applicant for a position in an IT company, taking into account a small investment of time and resources. The results can be used in the development of tools for rapid testing.
Keywords: machine learning, JavaScript, Brain.js, artificial neural network, express testing.
* * *