Том 4 Номер 2

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Гибридные расчеты на компьютере

В. Ф. Очков, А. В. Бобряков, С. Н. Хорьков
Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Аннотация. Сделан ретроспективный взгляд на процесс информатизации инженерного образования, в частности на способы решения задач на аналоговых, цифровых и гибридных компьютерах. Упомянуты двоичные, троичные, восьмеричные, десятиричные и шестнадцатиричные форматы вывода числовой информации «на печать», а также парадоксы, возникающие при этом. Рассмотрены преимущества и недостатки аналоговых, цифровых и гибридных компьютеров. Рассмотрены простейшие цифровые, аналоговые и гибридные компьютеры в связке с обыденными вещами (автомобили, часы и др.). Представлена ретроспектива использования в МЭИ вычислительной техники для решения учебных, научных и административных задач, а также основные достижения в этой области: создание одной из самых крупных вузовских компьютерных сетей, ввод в эксплуатацию 300 виртуальных серверов, разработка ряда ведомственных систем автоматизации и информационной поддержки процессов планирования и финансирования финансово-экономической деятельности образовательных учреждений, подведомственных Минобрнауки России, а также крупных информационных систем университетского уровня. Описан человеческий фактор, влияющий на внедрение вычислительной техники в бухгалтерии МЭИ. Описано взаимодействие с аналоговыми вычислительными машинами как некий симбиоз науки и искусства. Дан анализ особенностей архитектуры и принципов работы легендарной советской АВМ МН-7. Проанализированы причины отказа от аналоговых компьютеров и перехода к цифровой технике. Даны примеры использования гибридных компьютеров в настоящее время, а также ренессанса аналоговых устройств и методов в наши дни. Введено понятие гибридного решения задачи на современном цифровом компьютере, включающего в себя элементы символьного (аналитического) и численного (приближенного) подходов. На примере решения задачи оптимизации (минимизация поверхности геометрических тел при фиксированном объеме) проанализированы инструменты систем компьютерной математики Mathcad (инженерный калькулятор) и Maple: решение алгебраических уравнений и систем, упрощение выражений, взятие производной и др. Сделан вывод о том, что современные математические программы дают нам новые возможности решения задач гибридным.

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

Разработка технологии диетического мармелада и оценка его потребительских свойств методом квалиметрического моделирования

И. А. Никитин*, М. А. Никитина**, Н. М. Аллилуева*, В. А. Богатырев*
*ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского (Первый казачий университет)»
**ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности имени В. М. Горбатова»
Аннотация. Разработке продуктов лечебно-профилактического питания сегодня отводится значительная роль. Увеличившееся потребление рафинированных продуктов питания, в том числе кондитерских изделий, является причиной множества таких заболеваний, как ожирение, сахарный диабет, атеросклероз и др. Необходимы научные и практические исследования по созданию технологий, позволяющих получить кондитерские изделия с показателями качества, удовлетворяющими потребителя и в то же время обладающих высокой пищевой и биологической ценностью. В статье представлена разработанная технология получения фруктово-желейного мармелада на основе натурального растительного сырья — пюре калины обыкновенной и апельсина. Определены показатели качества, а также антиоксидантная емкость полученных образцов. На данных, полученных в результате дегустации, проведено исследование оценки удовлетворения потребителей методом квалиметрического моделирования.

Метод построения логических правил для прогнозирования и диагностики развития многофакторных заболеваний

А. Ю. Конкин*, М. В. Сергиевский*,**
*Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
**Московский технологический институт
Аннотация. В настоящее время объем накопленных генетических данных и знаний о процессе передачи наследственной информации позволяют предупредить возникновение болезней, связанных с генетическими модификациями (полиморфизмами). При этом наиболее актуальным направлением исследований является прогнозирование многофакторных заболеваниях, зависящих как от значений различных генов, так и от фенотипических признаков (факторов окружающей среды). В статье рассматривается метод выделения решающих правил и расчета вероятности заболевания на основе всех типов факторов риска. Формально задача заключается в построении классификатора, относящего объект к тому или иному классу с некоторой вероятностной оценкой. Для выделения решающих правил применяется модификация технологии конструирования логических моделей в виде деревьев решений. Полученные правила используются для построения гиперграфа заболевания, который представляет собой байесовскую сеть доверия. Расчет вероятностной оценки выполняется по параметрам сети. Показано, что результаты предложенного метода прогнозирования имеют более точные результаты в сравнении с методом множественной регрессии и классического алгоритма построения деревьев решений (C4.5).

Последовательная и параллельная реализации гибридной жидкостной модели информационных потоков в компьютерных сетях со сложной топологией

Д. А. Басавин*, С. В. Поршнев**
*Белгородский государственный аграрный университет имени В. Я. Горина
**Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина
Аннотация. В статье обсуждаются результаты моделирования информационных потоков в компьютерных сетях (КС) со сложной топологией, полученные с помощью последовательной (написанной на языке пакета MATLAB) и параллельной (на основе технологии GPGPU) программных реализаций гибридной жидкостной модели (ГЖМ) интернет-трафика. Получены оценки скорости вычислений обеих программных реализаций, подтверждающие более высокую производительность параллельной программной реализации ГЖМ. Предложены направления дальнейших исследований с целью развития параллельной программной реализации ГЖМ.

ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Классификация режимов движения четырехногого плоского внутритрубного робота

С. И. Савин, Л. Ю. Ворочаева, А. В. Ворочаев
Юго-Западный государственный университет
Аннотация. В статье предложены классификации режимов движения четырехногого шагающего робота для перемещения по трубам, основанные на алгоритмах переноса передних (задних) ног, в том числе взаимного переноса ног, очередности их переноса и др. В качестве основных параметров, характеризующих каждый из рассматриваемых режимов движения, используются интервалы времени от начала цикла движения устройства до моментов отрыва каждой из ног, а также длительность шагов — интервалы времени реализации переноса каждой ноги. Для всех режимов движения построены циклограммы последовательностей шагов и сформулированы характеризующие их условия.

Синтез параметров электроприводов БПЛА типа «конвертоплан — трикоптер»

О. В. Емельянова, Г. К. Казарян, А. С. Мартинез Леон, С. Ф. Яцун
Юго-Западный государственный университет
Аннотация. В статье рассматривается управляемое движение беспилотного летательного аппарата (БПЛА) вертикального взлета и посадки, типа конвертоплан, с тремя управляемыми приводами, причем поворотными являются все винты с двигателями. БПЛА оснащен стреловидным крылом, расчет аэродинамических параметров которого осуществлялся в программном пакете XFLR5 с учетом массогабаритных требований. Определены коэффициенты подъемной силы и сопротивления БПЛА в зависимости от угла атаки на основании вихревого метода, выполнен анализ влияния профиля крыла на расчетные аэродинамические характеристики. Предложена методика синтеза энергоэффективных параметров тяговых усилий винтов электроприводов, обеспечивающих снижение энергопотребления, повышая точность системы автоматического управления.

Программно-аппаратные средства промышленной автоматизации в управлении дистанционным контролем герметичности изделий

А. А. Косач, Е. Е. Ковшов
Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии — Атомстрой
Аннотация. Рассматривается архитектура и концепция построения автоматизированной системы дистанционного контроля герметичности, в частности — сбора и обработки информации. Как показывает практика, разработка подобных систем является длительным и трудоемким процессом, включающим в себя управление разнородным оборудованием и анализ большого количества данных. Для реализации задачи предлагается использовать промышленный стандарт SCADA, универсальные протоколы обмена данными, а для обработки данных — системы управления базами данных с открытым кодом и алгоритмы кластерного анализа. Рассмотрен характер течения газа через сквозные дефекты и его связь с чувствительностью контроля. Приведен универсальный подход, позволяющий разработать масштабируемую проблемно-ориентированную систему. Данный подход учитывает особенности информации, получаемой и обрабатываемой в процессе контроля герметичности.

О возможности исследования процесса деградации лазерных диодов путем измерений показателя преломления волновода

В. В. Близнюк, А. Е. Тарасов
Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Аннотация. Показана возможность контроля деградации лазерной гетероструктуры путем анализа диаграммы направленности лазерного диода с использованием экспериментально определенного значения показателя преломления волноводного слоя.

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Всеобщая информатизация образования: внутри и вне процесса

В. В. Миронов, С. Н. Латыпов
Рязанский государственный радиотехнический университет
Аннотация. Статья посвящена философскому осмыслению проблемы внедрения информационных технологий в процесс обучения. Рассмотрены различные направления, достижения, проблемы и постулаты современного образования, в том числе и не подлежащие компьютеризации.

Физика vs информатика: веревочный многоугольник в статике, кинематике и динамике, или Ньютон vs Лагранж

В. Ф. Очков*, Ф. Ленер**, Ю. В. Чудова***, В. К. Капитонец***, Д. Ю.Тараканова***
*Национальный исследовательский университет «МЭИ»
**Инженерный центр
***ГБОУ Лицей № 1502 при МЭИ
Аннотация. В статье рассказано, как можно провести реальную лабораторную работу по физике (механике) с привлечением современных математических пакетов, в частности пакета Mathcad. Рассматриваются методы решения задач статики, кинематики и динамики с использованием анализа сил, действующих на материальные точки (ньютоновский подход), и с минимизацией энергии (метод Лагранжа). Описаны методы визуализации решений с помощью статической графики и динамической анимации с отображением траекторий движущихся материальных точек.