Авторитетность издания
ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
№3
Ожидается:
13 Сентября 2024
Статьи журнала №2 2023
11. Информационно-программное обеспечение автоматизированной системы научных исследований живучести объектов добычи газа [№2 за 2023 год]Авторы: Валеев А.Ф. (vafw@yandex.ru ) - Оренбургский государственный университет (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: Работа посвящена автоматизации информационных процессов научных исследований живучести объектов добычи газа в условиях обводнения скважин. Предложена структура автоматизированной системы научных исследований живучести объектов добычи газа, которая включает математический аппарат для моделирования объектов «пласт–скважина», процессов обводнения и средств обеспечения живучести – различных технологий борьбы с обводнением. Существующее на рынке прикладное ПО для выполнения гидродинамического моделирования или гидравлических расчетов не позволяет исследовать живучесть объектов добычи газа, поэтому разработано новое информационное и программное обеспечение автоматизированной системы научных исследований. Оно дает возможность оценивать показатели живучести объектов добычи газа в условиях обводнения и помогает специалисту принимать решения по ее повышению за счет применения технологий борьбы с обводнением на скважинах. Компоненты автоматизированной системы создавались на основе системного анализа, теории гидравлики и нефтегазовой механики, методов объектно-ориентированного программирования, статистического анализа, теорий графов, моделирования и управления, метода узлового анализа и др. В результате прогностического моделирования рассчитывается коэффициент живучести объектов добычи газа с учетом свойств результативности, ресурсоемкости при использовании средств обеспечения живучести. На основе заданного критерия ПО системы предлагает наилучшую технологию борьбы с обводнением объекта добычи газа.
Abstract: The article is devoted to the automation of information processes of scientific research on the survivability of gas production facilities under the conditions of well flooding. The author proposes the structure of an automated system for scientific research of the survivability of gas production facilities, which includes a mathematical apparatus for modeling reservoir-well objects, watering processes and survival aids – various technologies for combating watering. The existing application software on the market for performing hydrodynamic modeling or hydraulic calculations does not allow studying the survivability of gas production objects. Therefore, a newly developed information and software for an automated system of scientific research that will allow assessing the survivability of gas production facilities under conditions of flooding, as well as helping a specialist to make decisions to improve it using technologies to combat flooding in wells. The automated system components are based on system analysis, the theory of hydraulics and oil and gas mechanics, object-oriented programming methods, statistical analysis, graph theory, modeling theory, control theory, nodal analysis method, etc. As a result of predictive modeling, the coefficient of survivability of gas production facilities is calculated taking into account the properties of efficiency, resource intensity when using means of ensuring survivability. Based on the given criterion, the system software offers the best technology to combat the watering of a gas production facility.
Ключевые слова: живучесть, обводнение, добыча газа, информационное и программное обеспечение, автоматизированная система научных исследованийKeywords: survivability, watering, gas production, information and software, automated system of scientific research
Просмотров: 1356
12. Абсолютная устойчивость явных разностных схем для уравнения теплопроводности при регуляризации по Фурье–Тихонову [№2 за 2023 год]
Авторы: Бахмутский М.Л. (mbakhmut@mail.ru; ) - НИИСИ РАН, г. Москва (старший научный сотрудник), кандидат физико-математических наук;
Аннотация: В статье рассматривается возможность построения простой и абсолютно устойчивой явной разностной схемы для уравнения теплопроводности. Явные схемы для уравнения теплопроводности были фактически вытеснены из практики программирования абсолютно устойчивыми неявными схемами. Однако неявные схемы плохо распараллеливаются, поэтому программы для решения задач теплопроводности, диффузии, подземной гидродинамики и т.п. на громадных пространственных сетках с использованием многопроцессорных вычислительных систем требуют использования явных разностных схем. Это особенно справедливо для многопроцессорных систем терафлопной и выше производительности, объединяющих сотни процессоров. При этом явные схемы должны быть абсолютно устойчивыми или, по крайней мере, их условие устойчивости должно быть не жестче такого же для гиперболических уравнений. В работе предложены модификации явных разностных схем, аппроксимирующих параболическое уравнение и обладающих свойством абсолютной счетной устойчивости. Счетная устойчивость решения, получаемого на каждом временном шаге классической явной схемой, достигается быстрым преобразованием Фурье и последующим синтезом Фурье с регуляризацией по А.Н. Тихонову. При вычислении прямого и обратного преобразований Фурье использован алгоритм Кули–Тьюки быстрого преобразования Фурье. Приведены результаты сопоставления численных расчетов модельных задач с аналитическими решениями. Абсолютная устойчивость предлагаемых явных схем для уравнения теплопроводности позволяет широко использовать их для параллельных вычислений.
Abstract: The paper considers the possibility of constructing a simple and absolutely stable explicit difference scheme for the heat equation. Due to the too rigid stability condition, the invention of the sweep method for solving SLAE with three diagonal matrices, and splitting schemes, absolutely stable implicit schemes forced out explicit schemes for the heat equation of programming practice. However, implicit schemes are poorly parallelized. Therefore, programs for solving problems of heat conduction, diffusion, underground hydrodynamics, etc. on huge spatial grids using multiprocessor computing systems require using explicit difference schemes. This is especially true for multiprocessor systems of teraflop and higher performance that combine hundreds of processors. In this case, explicit schemes must be absolutely stable or, in the extreme case, their stability condition must be no more stringent than the same for hyperbolic equations. The paper proposes modifications of explicit difference schemes that approximate a parabolic equation and have absolute countable stability. Countable stability of a solution obtained at each time step by the classical explicit scheme is achieved by the fast Fourier transform and the subsequent Fourier synthesis with Tikhonov regularization. When calculating the direct and inverse Fourier transforms, the author used the Cooley–Tukey algorithm of the fast Fourier transform. There are the results of comparing numerical calculations of model problems with analytical solutions. The absolute stability of the proposed explicit schemes for the heat equation allows their wide use for parallel computations.
Ключевые слова: преобразования фурье, регуляризация, уравнение теплопроводности, явные схемыKeywords: Fourier transform, regularization, heat conduction equation, explicit schemes
Просмотров: 1855
13. Способ синтеза интерактивных образовательных ресурсов формата PDF с применением LuaLaTeX [№2 за 2023 год]
Авторы: Полищук Ю.В. (youra_polishuk@bk.ru) - Московский технический университет связи и информатики (профессор кафедры системного программирования), доктор технических наук;
Аннотация: Работа посвящена синтезу интерактивных образовательных ресурсов, которые могут применяться для организации самостоятельной или дистанционной работы в высших учебных заведениях. В качестве формата образовательных ресурсов предлагается PDF. Для их генерации применяется свободно распространяемая настольная издательская система LuaLaTeX. Она может использоваться и как программа, установленная на компьютере, и как удаленный веб-сервис. Для достижения цели работы применены методы процедурного программирования трех языков программирования. Скриптовый язык Lua использован для определения заданий, их перемешивания и формирования карты ответов. Язык TeX в составе системы LuaLaTeX – для оформления заданий и добавления в документ интерактивных элементов. Мультипарадигменный язык Java Script – для обеспечения возможности реализации интерактивности при работе с документами формата PDF, включая получение результатов и демонстрацию правильных ответов. Предложенный в работе способ синтеза образовательных ресурсов реализует перемешивание заданий и вариантов ответов в случайном порядке, использование для оформления любых шрифтов, установленных в системе, и всех возможностей оформления контента, предоставляемых LuaLaTeX. Практическая значимость предлагаемого решения заключается в повышении эффективности процессов самостоятельной работы обучающихся за счет использования интерактивных образовательных ресурсов, синтезированных предложенным в работе способом, который базируется на применении LuaLaTeX. Система реализует весь потенциал возможностей по оформлению контента любой сложности аналогично системе LaTeX.
Abstract: The work is devoted to the synthesis of interactive educational resources for organizing independent or remote work in higher educational institutions. The author offers PDF as the format of educational resources. Their generation involves using the desktop publishing system LuaLaTeX, which is freely distributed and can be used both as a program installed on a computer and as a remote web service. To achieve the goal of the work, the author applies the methods of procedural programming of three programming languages. The Lua scripting programming language was used to define tasks for mixing them and forming a response map. The TeX language as a part of the LuaLaTeX desktop publishing system was used to complete tasks and add interactive elements to the document. The multiparadigm Java Script program-ming language provided the possibility of interactivity when working with a PDF document, including obtaining results and demonstrating correct answers. The method of synthesis of educational resources proposed in the paper implements the possibility of mixing tasks and answer options in random order, using any fonts installed in the system for formatting and all the content design features provided by the LuaLaTeX desktop publishing system. The practical significance of the proposed solution is to increase the efficiency of the processes of students’ independent work using interactive educational resources synthesized by the method proposed in the work based on the desktop publishing system LuaLaTeX. This system implements the full potential of the possibilities for designing content of any complexity, similar to the LaTeX system.
Ключевые слова: интерактивное обучение, LuaLaTex, обучающие тесты, образовательный ресурсKeywords: interactive learning, LuaLaTex, training tests, educational resource
Просмотров: 1027
14. Подсистема воспроизведения иммерсивных виртуальных тренажеров с биологической обратной связью [№2 за 2023 год]
Авторы: Стрекалев В.О. (strekalev@dvo.ru) - Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН (младший научный сотрудник); Грибова В.В. (gribova@iacp.dvo.ru) - Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН (зам. директора), доктор технических наук;
Аннотация: В статье показаны проектирование и разработка подсистемы воспроизведения виртуальных тренажеров с биологической обратной связью в рамках построения инструментального комплекса для создания, воспроизведения и сопровождения иммерсивных виртуальных тренажеров с биологической обратной связью. Данная подсистема позволяет осуществлять запуск и функционирование разработанных тренажеров с возможностью погружения в виртуальную реальность. Кроме того, в системе предусмотрено взаимодействие с оборудованием биологической обратной связи, в рамках которого оператору доступны необходимые для работы инструменты запуска, управления и внесения изменений. Предлагаемая подсистема является частью большого программно-аппаратного комплекса. В рамках проектирования и разработки рассмотрено взаимодействие между тренажером, оборудованием и подсистемой воспроизведения с указанием используемых технических средств. Показан набор средств реализации с учетом прикладных систем и подсистем, которые в значительной степени могут определять рабочую нагрузку всей системы в целом и обеспечивать существенно новый уровень воспроизведения виртуальных тренажеров. Такой уровень потенциально способствует повышению комфорта и эффективности как для оператора, так и для пользователя. Разработанный программный комплекс можно использовать на всем промежутке функционирования тренажера в рамках его жизненного цикла. С использованием данного решения реализован виртуальный тренажер для выполнения работ на высоте, с помощью которого можно провести тестирование на акрофобию и профилактику тревожных расстройств с возможностью изменения параметров виртуальной среды в зависимости от состояния пользователя.
Abstract: The paper shows the process of designing and developing a subsystem for reproducing virtual simulators with biofeedback as a part of an instrumental complex for creating, reproducing and maintaining immersive virtual simulators with biofeedback (IVT with BFB). The playback subsystem of IWT with biofeedback allows launching and functioning of the developed simulators allowing virtual reality immersion and interaction with biofeedback equipment, within which the operator has access to the necessary tools for launching, managing and making changes. The proposed subsystem is part of a large software and hardware complex. Within the framework of design and development, the authors consider the interaction between the simulator, equipment and the playback subsystem while indicating the technical means used. The paper shows a set of implementation tools, taking into account applied systems and subsystems, which largely can deter-mine the workload of the entire system as a whole and provide a significantly new level of virtual simulator reproduction, which potentially contributes to increased comfort and efficiency for both the operator and the user. The developed software package can be used throughout the entire simulator operation period within its life cycle. Using this solution, a virtual simulator has been implemented to perform work at height, which helps testing a person for acrophobia (fear of heights) and preventing anxiety disorders, with the ability to change the parameters of the virtual environment depending on the user’s state.
Ключевые слова: онтологии, инструментальный комплекс, биологическая обратная связь, виртуальные тренажеры, vr, виртуальная реальностьKeywords: ontology, instrumental complex, biofeedback, virtual simulators, vr, virtual reality
Просмотров: 1471
15. Внешняя калибровка всенаправленной системы компьютерного зрения и метод реконструкции внутренней среды помещения [№2 за 2023 год]
Автор: Холодилин И.Ю. (kholodilin.ivan@yandex.ru ) - Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (аспирант);
Аннотация: Автономная навигация мобильных роботов внутри помещения привлекает внимание исследователей компьютерного зрения уже многие годы. Для решения данной задачи предложены разнообразные подходы и алгоритмы. Для выполнения заложенных в роботах алгоритмов они должны уметь оценивать трехмерную структуру окружающей среды. Однако визуальные датчики, такие как обычные камеры, не позволяют получать достаточное количество информации из-за ограниченного угла обзора. Авторы данного исследования предлагают комплексный подход для трехмерного моделирования внутренней среды. Система компьютерного зрения, рассматриваемая в работе, состоит из всенаправленной камеры и источника структурированного света. Всенаправленная камера обеспечивает широкий спектр информации, в то время как лазерный луч легко обнаружить и извлечь для дальнейшего анализа. Для получения достоверных результатов измерений система должна быть откалибрована. С этой целью предлагается усовершенствованный метод внешней калибровки. Рассматривается реконструкция внутренней среды помещения на базе аналогичной системы компьютерного зрения, а также алгоритма, включающего в свой состав нейронную сеть семантической сегментации. Для выполнения алгоритмов методов калибровки и трехмерного моделирования требуется одно входное изображение. Предложенные методы в значительной степени ускоряют процесс обработки данных без потери точности в измерениях. Их экспериментальная оценка осуществлялась с помощью данных, генерируемых посредством разработанного авторами ранее симулятора.
Abstract: Autonomous navigation of mobile robots indoors has attracted the attention of many computer vision researchers over the years. A wide variety of approaches and algorithms were proposed to solve this problem. The proper perception of the environment becomes an important part for such robots. Robots must be able to evaluate the three-dimensional structure of the environment in order to perform their algorithms. However, visual sensors, such as conventional cameras, do not allow processing enough information due to the limited viewing angle. This article presents a comprehensive approach for three-dimensional modeling of an indoor environment. The vision system considered in this paper consists of an omnidirectional camera and a structured light. The omnidirectional camera captures a wide range of information, while the laser beam is easy to detect and extract for further analysis. To obtain reliable measurement results, the vision system must be calibrated. For this purpose, the paper considers an improved method of external calibration. The paper also considers the 3D reconstruction algorithm of an indoor environment that includes a semantic segmentation neural network.
A single input image is required to perform the calibration method as well as the 3D modeling method. These methods significantly speed up the data processing process, without losing accuracy in measurements. In turn, recent advances in neural networks require a large amount of training data in environments with different conditions. Thus, developing and testing navigation algorithms can be expensive and time-consuming. This article evaluates the proposed methods experimentally using data generated by a previously developed simulator.
Ключевые слова: реконструкция помещения, внешняя калибровка, семантические данные, структурированный свет, всенаправленная камера, виртуальная средаKeywords: 3D reconstruction, extrinsic calibration, semantic data, structured light, omnidirectional camera, virtual environment
Просмотров: 1312
16. Программный комплекс для идентификации личности по характеристикам цикла шага [№2 за 2023 год]
Авторы: Леонов С.В. (f-elena2008@yandex.ru) - Московский государственный медико-стоматологический университет (профессор), Профессор медицинских наук; Фомина Е.Е. (f-elena2008@yandex.ru) - Тверской государственный технический университет (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: Активное использование систем видеонаблюдения обусловило повышение интереса к методам идентификации индивида по признакам походки. Существенным преимуществом данного способа является то, что проведение экспертиз может быть бесконтактным и удобным с точки зрения сбора материала. В настоящее время активно разрабатываются различные методики идентификации индивида по особенностям походки, однако из-за большого количества условий, влияющих на манеру движения, задача идентификации человека по походке до сих пор не имеет достаточно точного решения, поэтому актуальна разработка новых методов. В статье описывается метод идентификации индивида на кадрах видеосъемки по такому кинематическому показателю, как цикл шага. Сущность его заключается в оцифровке и количественном описании следующих параметров цикла шага: продолжительность периодов двойной опоры и переноса, частота шага и темп ходьбы. Их анализ в автоматическом режиме позволит сделать экспертный вывод о сходстве или различии двух индивидов на видеозаписях. Для реализации предложенного метода разработан программный комплекс для расчета характеристик цикла шага. Он включает в себя модуль ввода первичной информации, модуль для расчета основных характеристик цикла шага и модуль формирования отче-та. Основным преимуществом данной методики и программного комплекса является возможность обработки видеоинформации с различных ракурсов, а также в случае фиксации объекта на удаленном расстоянии. Программный комплекс может быть использован при разработке компьютерной системы гибридной идентификации личности, включающей модули считывания и анализа биометрической информации, модули анализа походки при различных особенностях съемки.
Abstract: Recently, methods of identifying an individual by gait signs have gained particular interest due to active using of video surveillance systems. A significant advantage of this method is the fact that conducting examinations can be contactless and convenient from the point of view of collecting material. Nowadays, various methods of identifying an individual by gait characteristics are being actively developed. However, due to the large number of conditions affecting the movement manner, the task of identifying a person by gait still does not have a sufficiently accurate solution, so the problem of developing new methods is relevant. The article describes the method of identifying an individual in video shooting frames by such a kinematic indicator as a step cycle. The essence of the method consists in digitizing and quantifying the following step cycle parameters: the duration of double support and transfer periods, the step frequency and the pace of walking. The analysis of the listed indicators will make it possible to draw an expert conclusion about the similarity or difference of two individuals in the videos. To implement the proposed method, the authors have developed a software package for calculating step cycle characteristics. The software package includes the following modules: a module for entering primary information, a module for calculating the main step cycle characteristics, a module for generating a report. The main advantage of this technique and the software package is the ability to process video information from various angles, as well as in the case of fixing an object at a remote distance. The software package can be used in the development of a computer system for hybrid identity identification that includes modules for reading and analyzing biometric information, gait analysis modules for various shooting features.
Ключевые слова: цикл шага, особенности походки, походка, идентификация личности, программное обеспечениеKeywords: step cycle, gait features, gait, personal identification, the software
Просмотров: 1792
17. Агрегация и анализ сведений логистических компаний для построения сложного маршрута перевозки груза [№2 за 2023 год]
Автор: Есин М.С. (mse@dscs.pro) - Санкт-Петербургский государственный университет (студент); Корепанова А.А. (aak@dscs.pro) - СПб ФИЦ РАН (младший научный сотрудник лаборатории теоретических и междисциплинарных проблем информатики); Сабреков А.А. (aas@dscs.pro) - СПб ФИЦ РАН (младший научный сотрудник лаборатории теоретических и междисциплинарных проблем информатики);
Аннотация: Работа посвящена оптимизации построения маршрутов перевозки в сфере логистики грузов. Существуют случаи, когда перевозка груза между двумя городами одной транспортной компанией оказывается дороже, чем перевозка разными компаниями с перевалкой груза в промежуточных точках. В информации о таких сложных маршрутах за-интересованы как транспортные компании, которые могут найти пути удешевления маршрутов, так и простые пользователи, ищущие варианты более дешевой доставки груза. Предмет данного исследования – автоматизация построения наиболее выгодного сложного маршрута перевозки груза, исполняемого несколькими автомобильными и железнодорожными перевозчиками и проходящего через промежуточные пункты, в которых осуществляется перевалка (передача груза). Отличительной особенностью метода исследования является то, что он основан на анализе данных с сайтов калькуляторов компаний-перевозчиков, из которых информация о стоимости перевозки извлекается в процессе запроса динамически, и на эвристических подходах к построению сложного маршрута. Были сформулированы критерии для выбора потенциальных точек перевалки и их числа. Предложенный подход к оценке стоимости маршрута протестирован на открытых данных 40 логистических компаний, 9 кон-фигурациях груза и маршрутах между 171 городом. В результате предложена и протестирована новая процедура поиска сложного маршрута перевозки груза и разработан программный модуль. Тестирование показало эффективность процедуры: с помощью предложенных эвристик в 10 % случаев возможно построить сложный маршрут между городами, стоимость которого будет существенно меньше простого. Теоретическая значимость работы заключается в создании новой процедуры для решения задачи построения сложного маршрута по перевозке груза, практическая – в реализации нового модуля, который будет внедрен в действующий логистический сервис Cargotime.ru.
Abstract: The work is devoted to optimizing the construction of transportation routes in the field of cargo logistics. There are cases when cargo transportation between two cities by one transport company is more expensive than transportation by different companies with cargo transshipment at intermediate points. Information about such complex routes is of interest to both transport companies, which can find ways to reduce the cost of routes, and ordinary users looking for options for cheaper cargo delivery. The subject of the study is the automation of building the most profitable complex route for cargo transportation performed by several road and rail carriers and passing through intermediate points for transshipment (transfer of cargo). A distinctive feature of the research method used in this work is that it is based on the analysis of data from the calculator websites of carrier companies, which enable dynamical extraction of the transportation cost information is during a query process, as well as on heuristic approaches to building a complex route. The authors formulated the criteria for selecting potential transshipment points and their number. The proposed route cost estimation approach was tested on open data of 40 logistics companies, 9 cargo configurations and routes between 171 cities. As a result of the work, the authors proposed and tested a new heuristic algorithm for constructing a complex cargo transportation route and developed a software module. The test results have shown the effectiveness of the algorithm: using the proposed heuristics, in 10% of cases it is possible to build a complex route between cities, the cost of which might be significantly less than a simple one. The theoretical significance of the work lies in the development of a new algorithm for solving the problem of constructing a complex route for the transportation of goods, the practical significance lies in the implementation of a new module that will be implemented in the existing logistics service Cargotime.ru.
Ключевые слова: разработка программного обеспечения, мультимодальные маршруты, агрегатор цен перевозок, калькулятор доставки груза, эвристические методы, автоматизация логистики, оптимизация стоимости маршрутаKeywords: software development, multimodal routes, transportation price aggregator, cargo delivery calculator, heuristic methods, logistics automation, route cost optimization
Просмотров: 1047
18. Алгоритм и программная реализация синтеза модели объекта испытаний на основе решения уравнения непараметрической идентификации [№2 за 2023 год]
Авторы: Гусеница Я.Н. (yaromir226@gmail.com ) - Военный инновационный технополис «ЭРА» (начальник испытательной лаборатории информатики и вычислительной техники), кандидат технических наук; Мингачев Э.Р. (era_otd1@mil.ru) - Военный инновационный технополис «ЭРА» (старший оператор научной роты); Исхаков Н.У. (era_otd1@mil.ru) - Военный инновационный технополис «ЭРА» (старший оператор научной роты); Колоколов М.И. (era_otd1@mil.ru) - Военный инновационный технополис «ЭРА» (оператор научной роты);
Аннотация: Настоящая работа посвящена развитию теории испытаний в целом и опытно-теоретического метода в частности. Авторами разработан алгоритм синтеза модели объекта испытаний, основанный на решении уравнения непараметрической идентификации динамической системы с использованием гипердельтной аппроксимации и преобразования Лапласа. В отличие от существующих данный алгоритм применим для входных и выходных сигналов произвольной формы и физических величин. Кроме того, он не требует больших вычислительных ресурсов. Алгоритм позволяет формализовать многомерную зависимость между факторами и тактико-техническими характеристиками объекта испытаний. С помощью языков программирования C++ и Python реализованы математическая библиотека идентификации модели объекта испытаний и приложение с графическим пользовательским интерфейсом для автоматизации расчетов. Представленное программное решение выполнено по аналогии с классическими моделями машинного обучения. Для обоснования возможности применения разработанного алгоритма проведен вычислительный эксперимент на различных типах входных и выходных сигналов (периодических, непериодических и случайных) с разной точностью гипердельтной аппроксимации. По результатам вычислительного эксперимента получены рекомендации по использованию алгоритма, в частности, при высоких амплитудах выходного сигнала следует увеличить количество начальных моментов гипердельтной апроксимации.
Abstract: The paper considers the development of the theory of testing in general and the experimental-theoretical method in particular. In the aspect of this issue, the authors have developed an algorithm for synthesizing a model of a test object based on solving the equation of nonparametric identification of a dynamic system using hyperdelta approximation and the Laplace transform. Unlike the existing ones, the algorithm is applicable to input and output signals of arbitrary shape and physical quantities. In addition, it does not require large computing resources. Taking into account these features, the algorithm enables formalizing a multidimensional relationship between factors and performance characteristics of the test object through repeated use for different input and output signals. The authors have implemented a mathematical library for identifying a test object model and an application with a graphical user interface for automating calculations using the C++ and Python programming languages. The presented software solution is made similar to classical machine learning models.
To substantiate the possibility of using the developed algorithm, the authors carried out a computational experiment that involved various types of input and output signals (periodic, non-periodic and random) with different hyperdelta approximation accuracy. Based on the results of the computational experiment, the authors have made recommendations on using the algorithm. In particular, they recommended to increase the number of initial moments of the hyperdelta approximation at high amplitudes of the output signal.
Ключевые слова: случайные процессы, динамическая система, непараметрическая идентификация, математическая модель, объект испытанийKeywords: stochastic processes, dynamic system modeling, non-parametric identification, mathematical model, test object
Просмотров: 1399
19. Разработка программного обеспечения для системы автоматического управления по выравниванию полуфабрикатов [№2 за 2023 год]
Авторы: Тарачков М.В. (mishklgpmi@mail.ru) - Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта, Институт физико-математических наук и информационных технологий (аспирант); Толстель О.В. (tolstel.oleg@mail.ru) - Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта, Институт физико-математических наук и информационных технологий (доцент), кандидат технических наук; Калабин А.Л. (alex.ka.86@gmail.com) - Тверской государственный технический университет, доктор физико-математических наук;
Аннотация: Для выравнивания полуфабрикатов на скоростной конвейерной линии разработана система автоматического управления, ключевое место в которой занимают робот-манипулятор ДР-1 и рабочий орган, осуществляющий надавливание и оказывающий вибрационное воздействие. Система создана для повышения эффективности линии и снижения доли брака. В ее состав входят бортовой микроконтроллер STM32F407VG (тактовая частота 168 МГц, 192 Кб ОЗУ, 1 Мб ПЗУ) и управляющий компьютер на базе процессора Intel Atom (4 Гб ОЗУ, 32 Гб ПЗУ). Для микроконтроллера разработано ПО на языке программирования С++14 в среде CubeIDE. Операционная система реального времени FreeRTOS используется для обработки микроконтроллером нескольких задач в псевдопараллельном режиме: управление электродвигателями, обработка данных с датчиков, взаимодействие с управляющим компьютером. Для управляющего компьютера реализовано ПО на языке программирования С++11, используется операционная система Linux Ubuntu 18.04 LTS, программная платформа ROS. Управляющий компьютер предоставляет оператору системы автоматического управления интерфейс, написанный на языке программирования Python с использованием библиотеки KivyMD. Однако наиболее интересная часть ПО – решение задач прямой и обратной кинематики для дельта-манипулятора и алгоритм выравнивания полуфабрикатов. Задачи прямой и обратной кинематики являются решенными в общем виде. Приводятся особенности их реализации для робота-манипулятора ДР-1. Для формализации алгоритма выравнивания полуфабрикатов проводились эксперименты. Было необходимо выполнить около 110 выравниваний в минуту, а это требовало поиска наиболее эффективной траектории перемещения рабочего органа. В статье приводятся результаты испытаний ПО системы автоматического управления. Рассматриваются различные случаи расположения коробок с полуфабрикатами. Оцениваются сохранность полуфабрикатов и упаковки и эффективность рассматриваемого алгоритма. Применение предложенного ПО системы автоматического управления позволило повысить производительность линии и сократить долю брака.
Abstract: There is a developed automatic control system (ACS) to align semi-finished products on a high-speed conveyor line. It has a DR-1 robot manipulator and a working body that pressures and exerts a vibration impact. The system was created to in-crease the line efficiency and reduce the reject rate. The ACS includes an on-board microcontroller STM32F407VG (clock frequency 168 MHz, 192 KB RAM, 1 MB ROM) and a control computer based on an Intel Atom processor, 4 GB RAM, 32 GB ROM. The microcontroller software was developed in the C++14 programming language in the CubeIDE development platform. The FreeRTOS real-time operating system is used to process several tasks in a pseudo-parallel mode by a microcontroller: electric motor control, processing data from sensors, interaction with the control computer. The control computer has an implemented software in the C++11 programming language, the Linux Ubuntu 18.04 LTS operating system, the Robot Operating System (ROS) software platform. The control computer provides the ACS operator with an interface written in the Python programming language using the KivyMD library. However, the most interesting part of the software is solving the problems of direct and inverse kinematics for the delta manipulator and the algorithm for aligning semi-finished products. The problems of direct and inverse kinematics are solved in general terms. The paper gives the features of their implementation for the robotic manipulator DR-1. The authors carried out experiments to formalize the alignment algorithm for semi-finished products. It was necessary to perform about 110 alignments per minute, and this required finding the most efficient trajectory for moving a working body. The paper gives the results of testing the ACS software; considers various cases of arrangement of boxes with semi-finished products; assesses the safety of semi-finished products and packaging. The efficiency of the considered algorithm is also estimated.
The use of the proposed ACS software made it possible to increase the line productivity and reduce the reject rate.
Ключевые слова: планирование движений, по, промышленный робот, робот-манипулятор, система автоматического управленияKeywords: motion planning, software, industrial robot, robotic arm, the system of automatic control
Просмотров: 1300
20. Построение системы технического зрения для выравнивания содержимого упаковок дельта-манипулятором на пищевом производстве [№2 за 2023 год]
Авторы: Толстель О.В. (tolstel.oleg@mail.ru) - Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта, Институт физико-математических наук и информационных технологий (доцент), кандидат технических наук; Ширкин А.Е. (shirkin39@mail.ru) - Балтийский федеральный университет им. И. Канта, Институт физико-математических наук и информационных технологий (аспирант); Калабин А.Л. (alex.ka.86@gmail.com) - Тверской государственный технический университет, доктор физико-математических наук;
Аннотация: Cтатья посвящена использованию компьютерного зрения для автоматизации процесса выравнивания на конвейер-ной линии упаковок с пищевым содержимым в картонных коробках. Данный процесс необходим для предотвращения появления неплотно закрытых коробок вследствие неравномерного распределения их содержимого. Объектом исследования является комбинация стереосистемы и алгоритмов искусственного интеллекта, решающих задачу детектирования и позиционирования объекта по 2D-изображению для выравнивания дельта-манипулятором. Такой манипулятор создан специально для автоматизации процесса выравнивания содержимого упаковок. Для задачи позиционирования был реализован алгоритм детектирования объектов на изображении, работающий в режиме реального времени. Обнаруженные 2D-участки изображения транслируются на стереосистему, формируя частичные карты глубин. Результатом является быстрый и точный алгоритм получения 3D-координаты объекта. Для определения текущего состояния содержимого упаковки и оптимизации количества операций выравнивания был реализован бинарный классификатор, который сообщает системе два типа статуса: объект выровнен, объект не выровнен. Для решения задачи собран специальный набор данных, состоящий из последовательности изображений частотой 30 кадров в секунду и протяженностью 1 час. В этом наборе на каждом изображении были размечены прямоугольными рамками упаковки с пищевым содержимым и отмечено их состояние – упаковка выровнена или нет. Для разметки использовалась программа с открытым исходным кодом LabelImg, предоставляющая графический интерфейс для разметки изображений, которая используется в дальнейшем обучении. Кроме того, создана программа, реализующая предложенный алгоритм на языке Python 3.6 с использованием интегрированной среды Jupyter Lab для операционной системы Ubuntu 18.04. Приведены результаты эксперимента по использованию предложенного алгоритма для оценки 2D-позиции объекта и текущего состояния детектируемого объекта. Для оценки качества алгоритма использованы метрика общей средней точности обнаружения объектов, а также метрики классификации – точность и полнота для задачи определения статуса содержимого упаковки.
Abstract: Thу article focuses on using computer vision to automate the process of aligning the contents of food packages in cartons on a conveyor line. This process is necessary to prevent the appearance of loosely closed packages due to uneven distribution of the contents inside the package. The research object is a combination of a stereo vision system and artificial intelligence algorithms that solve the problem of detecting and positioning an object in a 2D image for alignment with a delta manipulator designed specifically for the task of automating the process of aligning the package contents. The authors have obtained the following results: 1) For the positioning problem, a real-time object detection algorithm was implemented in the image; it broadcasts the detected 2D image sections to the stereo system forming partial depth maps. As a result, a fast and accurate algorithm for obtaining the 3D coordinates of an object was obtained. 2) To determine the current state of the package contents and optimize the number of alignment operations, the authors have implemented a binary classifier that informs the system by two types of statuses: “an object is aligned”, “an object is not aligned”. 3) For this task, the authors have collected a special data set consisting of a sequence of images with a frequency of 30 frames per second during 1 hour. Food contents were marked with rectangular boxes in each image and their state was noted, whether the package was aligned or not. Labeling was done using the open source LabelImg program, which provides a graphical interface for labeling images used in further training. 4) There was a program developed that implements the proposed algorithm in Python 3.6 using the Jupyter Lab integrated environment in Ubuntu 18.04 operating system. The paper presents the results of an experiment on using the proposed algorithm for estimating the 2D position of an object and the current state of the detected object. To evaluate the algorithm quality, the authors used the metric of the mean average precision (mAP) of object detection, as well as classification metrics - accuracy and recall for the task of determining the status of the package contents.
Ключевые слова: робототехническая манипуляция, захват, оценка 3d-позиции объекта, контроль качества, бинарная классификация, детектирование объектов, искусственные нейронные сетиKeywords: robotic manipulators, grasping, 3D pose estimation, quality control, binary text classification, object detection, artificial neural networks
Просмотров: 1380
◄ ← Предыдущая | 1 | 2
