Наукові праці Вінницького національного технічного університету

ПРО ВПЛИВ РОЗМІЩЕННЯ ДОДАТКОВОГО УСТАТКУВАННЯ НА ЗМІНУ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ВЕЖІ СТІЛЬНИКОВОГО ЗВ'ЯЗКУ

Віктор Васильович Воробйов — 2025-03-27

На сучасному етапі розвитку цивілізації одним з найважливіших завдань є забезпечення населення надійним мобільним радіозв'язком, що функціонує в умовах великої кількості перешкод від інших радіозасобів і абонентів, які можуть розміщуватися на суші, на морі, в повітрі, в космосі. Галузь мобільного зв'язку і телекомунікацій є нині однією з галузей науки і техніки, що нестримно розвиваються. Її ефективна робота багато в чому залежить від кількості базових станцій (БС) - фіксованих антен, розташованих на вежах або щоглах, що передають інформацію на комутаційні центри за допомогою радіочастотних сигналів.

В роботі проведений аналіз сучасних тенденцій розвитку телекомунікаційної галузі. Показано, що в сучасних економічних умовах розвиток інформаційного простору і, зокрема, телекомунікаційної галузі є визначальним фактором прискорення економічного зростання. З розвитком мобільного зв’язку в Україні і, як наслідок, збільшенням кількості базових станцій з різними типами опор (вежі, щогли, комбіновані опори), кількість аварій на цих об’єктах неминуче зростає. Важливим для таких конструкцій стає прогнозування і забезпечення міцності та надійності, оскільки вони піддаються як статичним, так і динамічним навантаженням (вітер, власна вага, землетрус тощо).

Розглянуто методи оцінки фактичного стану веж стільникового зв'язку за результатами обстеження та наявні рекомендації щодо підвищення надійності їх експлуатації. Застосування чисельних методів, реалізованих в обчислювальному комплексі скінченних елементів Ansys, дозволило провести моделювання напруженого стану вежі стільникового зв'язку з урахуванням вітрового навантаження та несимметричного розташування пристроїв зв’язку.

В роботі виконаний аналіз точності застосування програмного комплексу ANSYS для задач цього типу. Виконані розрахунки прогину вертикальної циліндричної труби, для якого відома аналітична формула показали, що невелика кількість скінчених елементів (СЕ) дозволяє з високою точністю отримати результат, що майже співпадає з аналітичним (похибка лежить в межах 3 %, а для оптимальних розмірів СЕ складає всього 0,37 %).

Встановлено, що розташування зміщеної відносно осі вежі антени істотно впливає на її напружено-деформований стан. Виконані розрахунки показали, що за рахунок цього еквівалентна напругу може зрости до 13 %, а максимальна деформація – до 14 %.

ВПЛИВ ТРИВАЛОСТІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ РОБОЧОЇ РІДИНИ В ОБ’ЄМНИХ ГІДРОПРИВОДАХ НА КОНЦЕНТРАЦІЮ ЗАБРУДНЕНЬ

Олег Володимирович Березюк — 2025-03-27

Під час експлуатації гідравлічних приводів здійснюють регулярний контроль таких параметрів робочої рідини: в’язкість, наявність забруднень (механічних домішок) і води. Тому визначення регресійної залежності концентрації забруднень робочої рідини від тривалості експлуатації об’ємних гідроприводів, яка може бути використана під час розробки методики інженерних розрахунків технічного обслуговування об’ємних гідроприводів, є актуальною науково-технічною задачею. Метою дослідження є побудова за допомогою регресійного аналізу регресійної залежності концентрації забруднень робочої рідини від тривалості експлуатації об’ємних гідроприводів, яка може бути використана під час розробки методики інженерних розрахунків технічного обслуговування об’ємних гідроприводів. Під час проведення дослідження використано метод регресійного аналізу результатів однофакторних експериментів та інших парних залежностей із вибором найбільш адекватного виду функції із шістнадцяти найпоширеніших варіантів за критерієм максимального значення коефіцієнта кореляції. Регресія проводилась на основі лінеаризувальних перетворень, які дозволяють звести нелінійну залежність до лінійної. Визначення коефіцієнтів рівнянь регресії здійснювалась методом найменших квадратів за допомогою розробленої комп’ютерної програми "RegAnaliz". Отримано регресійну залежність концентрації забруднень робочої рідини від тривалості експлуатації об’ємних гідроприводів, яка може бути використана під час розробки методики інженерних розрахунків технічного обслуговування об’ємних гідроприводів. Побудовано графічну залежність концентрації забруднень робочої рідини від тривалості експлуатації об’ємних гідроприводів, яка дозволяє наочно проілюструвати цю залежність та показати достатню збіжність теоретичних результатів з фактичними. Встановлено, що концентрація забруднень робочої рідини при збільшенні тривалості експлуатації об’ємних гідроприводів зростає за степеневою залежністю.

УДОСКОНАЛЕНА МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ РОБОТИ ГІДРОПРИВОДУ МЕХАНІЗМУ ЗАВАНТАЖЕННЯ ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ У СМІТТЄВОЗ ІЗ УРАХУВАННЯМ ЗНОСУ ПАР ТЕРТЯ

Олег Володимирович Березюк — 2025-03-27

Стаття присвячена побудові та дослідженню удосконаленої нелінійної математичної моделі роботи гідроприводу механізму завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз, яка враховує знос пар тертя. Запропонована математична модель дозволила чисельно дослідити динаміку цього приводу під час пуску та визначити, що врахування зносу пар тертя суттєво впливає на основні параметри гідроприводу перевертання контейнера під час завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз. Побудовано графічні залежності для порівняння зміни основних параметрів гідроприводу перевертання контейнера під час завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз без урахування зносу пар тертя та з урахуванням зносу. Також визначено регресійну залежність тривалості перевертання контейнера під час завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз від зносу гідроциліндра. Під час визначення регресійної залежності тривалості перевертання контейнера під час завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз від зносу гідроциліндра використано метод регресійного аналізу результатів однофакторних експериментів та інших парних залежностей із вибором більш раціонального виду функції із 16-ти найпоширеніших варіантів за критерієм максимального коефіцієнту кореляції. Регресія проводилась на основі лінеаризувальних перетворень, які дозволяють звести нелінійну залежність до лінійної. Визначення коефіцієнтів рівняння регресії здійснювалось методом найменших квадратів за допомогою розробленої комп’ютерної програми "RegAnaliz", яка захищена свідоцтвом про реєстрацію авторського права на твір. Отримано адекватну регресійну залежність, що описує тривалість перевертання контейнера під час завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз від зносу гідроциліндра. Побудовано графічну залежність, що описує тривалість перевертання контейнера під час завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз від зносу гідроциліндра та дозволяє наочно проілюструвати цю залежність, показати достатню збіжність теоретичних та фактичних результатів на рівні 0,99. Встановлено, що тривалість перевертання контейнера під час завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз при збільшенні зносу гідроциліндра зростає за степеневою залежністю.

ЗАСТОСУВАННЯ CAD/CAE-СИСТЕМИ AUTODESK INVENTOR ДЛЯ УДОСКОНАЛЕННЯ ФРЕЗЕРНО-ГРАВІРУВАЛЬНОГО ВЕРСТАТА З ЧПК

Олег Володимирович Піонткевич — 2025-03-27

Сучасні фрезерно-гравірувальні верстати з числовим програмним керуванням (ЧПК) бюджетного рівня є типовим рішенням для дрібного та середнього виробництва в Україні та у світі. Вони дешевші за аналогічні промислові зразки фрезерних верстатів з ЧПК, проте можуть забезпечувати досить якісні характеристики точності для обробки нескладних виробів з кольорових металів, неметалів та інших матеріалів невисокої твердості. Фрезерно-гравірувальні верстати з ЧПК зазвичай досить компактні, мають зручну систему керування та можуть виконувати широкий ряд технологічних операцій: торцювання, утворення лисок і уступів, відрізання, гравірування і маркування, нарізання різі, зубів та шліців, фрезерування шпонкових та Т-подібних пазів тощо. Суттєвим недоліком верстатів є обмеженість в номенклатурі оброблюваних матеріалів, невисокі параметри жорсткості системи верстат-пристосування-інструмент-деталь та порівняно низькі значення параметрів режимів різання.

В статті наведено результати аналізу конструкцій фрезерно-гравірувальних верстатів з числовим програмним управлінням. Розглянуто тривимірну модель прототипу
фрезерно-гравірувального верстата з ЧПК, розроблену в CAD/CAE-системі Autodesk Inventor. Проаналізовано сили різання для фрезерно-гравірувального верстата та запропоновано рішення для підвищення потужності.

Методом скінченних елементів виконано аналіз елементів конструкції фрезерно-гравірувального верстата. Знайдено напруження по Мізесу та величину деформації елементів корпусу
фрезерно-гравірувального верстата для матеріалів: алюмінієвий сплав 6061 і текстоліт (на основі фенол-формальдегідної смоли). Отримані результати дозволяють удосконалити
фрезерно-гравірувальний верстат з ЧПК за рахунок підвищення його потужності та забезпечити необхідні параметри жорсткості його корпусу.

ЕКСПЕРТНЕ ОЦІНЮВАННЯ ЯКОСТІ ГРАФІЧНИХ ЗОБРАЖЕНЬ

Євген Костянтинович Завальнюк — 2025-03-27

У статті проаналізовано особливості застосування експертних метрик і методів для оцінювання якості зображень. Розглянуто основні аналітичні метрики, що базуються на обробці зображень, і недоліки їх використання для оцінювання якості візуалізації тривимірних сцен. Обґрунтовано необхідність застосування експертних метрик і методів для повноцінного тестування алгоритмів і моделей тривимірного рендерингу. Наведено числові та якісні вимоги до процесу підбору експертів. Проаналізовано методологію збору вхідних даних і особливості розрахунку експертних метрик якості зображень Mean Opinion Score, Difference Mean Opinion Score, Single-Stimulus Continuous Quality Evaluation, Double Stimulus Impairment Scale, Double-Stimulus Continuous Quality Score. Охарактеризовано переваги й недоліки використання експертних методів анкетування, до яких належать метод ранжування, метод нормування, метод попарного порівняння, методи на основі використання шкал Лайкерта, семантичного диференціалу. Продемонстровано використання методу ранжування для визначення ваг характеристик якості зображення, а також для упорядкування тривимірних зображень за рівнем якості рендерингу. Додатково, розглянуто обчислення коефіцієнта конкордації Кендалла для встановлення рівня узгодженості між експертами. Наведено приклад використання шкали Лайкерта для експертного оцінювання окремих аспектів якості рендерингу. Досліджено застосування дисперсійного аналізу для порівняння варіативності наборів оцінок якості графічних сцен. Розглянуто можливість здійснення групової експертизи, зокрема, на основі методу Дельфі, для оцінювання результатів застосування особливо складних алгоритмів тривимірної візуалізації. Наведені у статті методи й метрики призначені для оцінювання якості формування зображень у високопродуктивних і фотореалістичних системах рендерингу.

МОДЕЛЮВАННЯ ЗАГРОЗ І РОЗРОБКА СТРАТЕГІЙ БЕЗПЕКИ ДЛЯ ЗАХИСТУ ЗАЛІЗНИЧНИХ МЕРЕЖ IOT

Сергій Олександрович Євдокимов — 2025-03-27

У статті досліджуються вразливості та загрози в залізничних мережах IoT (Інтернет речей), які відіграють ключову роль у забезпеченні кібербезпеки в кіберфізичних системах. Залізничні мережі IoT, що складаються з взаємопов’язаних пристроїв, таких як датчики, виконавчі механізми, комунікаційні вузли, хмарні системи та системи керування, забезпечують моніторинг і контроль операцій у реальному часі. Підвищуючи операційну ефективність і безпеку, інтеграція IoT також створює виклики кібербезпеці, включаючи порушення даних, несанкціонований доступ, збої в системі та потенційні ризики для безпеки пасажирів та інфраструктури.

Дослідження висвітлює ключові вразливості в залізничних мережах IoT. Датчики, які відстежують стан колії, швидкість і фактори навколишнього середовища, схильні до відхилень, якщо вони не закріплені належним чином. Приводи, відповідальні за команди керування, можуть невірно відображати дії, що призведе до системних збоїв. Комунікаційні пристрої, такі як маршрутизатори та комутатори, є критичними точками збою, особливо якщо вони неправильно налаштовані або оновлені. Ресурси та системи наглядового контролю, які обробляють конфіденційні дані, також піддаються ризику несанкціонованого доступу та кібервторгнення.

Для захисту від нових загроз наголошується на постійному моніторингу та регулярній оцінці вразливості. Системи виявлення аномалій на основі штучного інтелекту та машинного навчання особливо ефективні для раннього виявлення загроз і проактивного пом’якшення, тоді як адаптивні захисні механізми, що самовідновлюються, підвищують стійкість до нових кіберзагроз.

У статті наголошується на співпраці між транспортними операторами, експертами з кібербезпеки та регуляторами для встановлення єдиних стандартів і скоординованих стратегій. Щоб підвищити безпеку Інтернету речей на залізниці, рекомендовано нормативно-правові рамки для окремих галузей, що передбачають сучасні технології безпеки та гібридні моделі, що поєднують традиційний захист та захист на основі штучного інтелекту. Ці рекомендації спрямовані на забезпечення безпеки пасажирів та захисту від фінансової та репутаційної шкоди. Результати дослідження сприяють вдосконаленню стратегій кібербезпеки для залізничних мереж IoT, сприяючи стійкості до мінливого середовища загроз.

ВПЛИВ КОМБІНОВАНИХ ВЕКТОРНИХ ПРЕДСТАВЛЕНЬ НА ТОЧНІСТЬ ПОШУКУ НЕЧІТКИХ ДУБЛІКАТІВ

Назарій Вікторович Козинець — 2025-03-27

У статті запропоновано новий підхід до виявлення нечітких у текстових даних, що базується на інтеграції класичних та сучасних методів векторизації. Зокрема, традиційне TF-IDF-векторизування поєднано з контекстуальними ембедингами (BERT), які враховують не лише окремі слова, а й їхній контекст у межах усього документа. Це дозволяє отримати багатовимірне представлення тексту, яке краще відображає його семантичне значення. Така комбінована методологія дає змогу підвищити точність пошуку схожих за змістом, але по-різному сформульованих текстів, що є важливим у таких сферах, як інформаційний пошук, аналіз дублікатів у базах даних та верифікація унікальності контенту. Окрему увагу приділено врахуванню синонімів та антонімів у процесі порівняння текстових фрагментів, що дає змогу не лише ідентифікувати прямі збіги, а й аналізувати схожість на глибшому семантичному рівні. Це, у свою чергу, сприяє зменшенню кількості хибних спрацьовувань, оскільки метод здатен краще розпізнавати контекстуальні відмінності та схожості між словами, що особливо актуально для текстів, написаних природною мовою. Водночас такий підхід підвищує ефективність виявлення прихованих дублікатів, які могли б залишитися непоміченими при використанні традиційних методів аналізу, орієнтованих лише на лексичну подібність. Експериментальні результати підтвердили переваги запропонованого рішення порівняно з базовим методом косинусної схожості, оскільки воно забезпечує більшу точність та повноту, що є критично важливим для задач автоматичної обробки текстових даних. У підсумку окреслено подальші напрями досліджень, зокрема можливості оптимізації обчислювальної складності запропонованого методу, його адаптацію до специфічних предметних областей, а також дослідження впливу додаткових семантичних ознак на якість виявлення нечітких дублікатів.

ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ СТАТИСТИЧНИХ ПІДХОДІВ І НЕЙРО-НЕЧІТКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ПРОГНОЗУВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ЗЕРНА

Андрій Романович Ліщук — 2025-03-27

Забезпечення оптимальних умов зберігання зерна є важливою задачею аграрного сектору, оскільки відхилення температурного режиму може спричинити значні економічні втрати через псування зернової маси. У статті досліджено ефективність статистичних та нейро-нечітких методів прогнозування температури зерна у зерносховищах. Розглянуто основні статистичні підходи, зокрема лінійну та поліноміальну регресію, методи ARIMA та експоненційного згладжування, які широко використовуються для аналізу часових рядів. Також проаналізовано можливості нейро-нечітких моделей, таких як ANFIS, що базується на нечіткій моделі Sugeno, та Mamdani. Ці моделі поєднують переваги штучних нейронних мереж та нечіткої логіки, дозволяючи адаптивно враховувати складні нелінійні взаємозв’язки між параметрами.

Для порівняння точності прогнозування різними підходами використано реальні та симуляційні дані температурних змін у зерносховищах. Прогнозування здійснювалося для температури в кожній із 200 вимірювальних точок. Використано методику ковзного вікна (14 днів) для побудови часових рядів. Оцінка ефективності моделей здійснювалася за допомогою середньоквадратичної похибки (MSE), середньої абсолютної похибки (MAE) та кореня середньоквадратичної похибки (RMSE), з урахуванням діапазону змін температури у сховищі.

Результати експериментального дослідження показали, що статистичні методи, особливо ARIMA та експоненційне згладжування, є ефективними для короткострокового прогнозування (до 7 днів), тоді як їхня точність суттєво знижується на довших горизонтах. Нейро-нечіткі моделі, особливо ANFIS, продемонстрували високу точність прогнозування навіть у довгостроковій перспективі, що підтверджує їхню перевагу в умовах складної та динамічної зміни факторів, що впливають на температуру зерна.

Крім того, виконано аналіз обчислювальної складності методів. Встановлено, що статистичні підходи є менш ресурсозатратними, що робить їх придатними для вбудованих систем моніторингу, тоді як нейро-нечіткі моделі потребують значних обчислювальних потужностей, але забезпечують вищу точність прогнозів. На основі отриманих результатів сформульовано рекомендації щодо вибору оптимального методу прогнозування залежно від специфіки застосування, доступних обчислювальних ресурсів та вимог до точності прогнозів.

МОДЕЛІ РОЗРОБКИ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ ВІРТУАЛЬНОГО СУПРОВОДУ В ЗАКЛАДАХ ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я

Максим Сергійович Лисенко — 2025-03-27

Сучасний стан розвитку інформаційних технологій та цифровізації суспільства створюють передумови для удосконалення процесів надання послуг, зокрема в галузі охорони здоров’я. Враховуючи глобальні виклики, демографічні зміни та тенденції зростання кількості осіб з особливими потребами, актуальності набуває питання модернізації процесів надання медичних послуг. Важливим напрямком такого удосконалення є розробка моделей, методів та технологій створення програмного забезпечення для віртуального супроводу пацієнтів у медичних закладах. Це передбачає врахування індивідуальних потреб користувачів, адаптивність системи до зміни умов навколишнього середовища та можливість інтеграції з наявними медичними інформаційними системами. У статті проведено аналіз наукових досліджень, спрямованих на удосконалення медичних інформаційних систем шляхом розробки нових методів діагностики, інтелектуалізації процесів обробки медичної інформації та автоматизації процесів прийняття рішень у закладах охорони здоров’я. Особливу увагу приділено дослідженню навігаційних систем у медичних установах та їх адаптації для потреб маломобільних груп населення. Проведений аналіз наукових розробок, спрямованих на створення сучасних програмних продуктів та навігаційних систем, дозволив визначити основні етапи їх побудови, інтеграційні технології, функціональні можливості та потенційні напрями подальшого розвитку. На основі отриманих результатів розроблено концептуальні моделі створення програмного забезпечення для віртуального супроводу пацієнтів у закладах охорони здоров’я. Для формалізації процесу розробки використано методологію функціонального моделювання IDEF0, яка дозволяє описати структуру системи, взаємозв’язки між її компонентами та основні етапи функціонування. Також застосовано уніфіковану мову моделювання UML, що дало змогу деталізувати архітектуру системи, сценарії взаємодії користувача з програмним забезпеченням та механізми адаптації маршруту до потреб конкретного пацієнта. Запропоновані підходи сприяють підвищенню рівня інклюзивності медичних послуг, зменшенню часу навігації пацієнтів у складних архітектурних середовищах та оптимізації роботи медичних закладів шляхом використання інтелектуальних інформаційних систем.

ОСОБЛИВОСТІ ПРОЦЕСУ КЛАСИФІКАЦІЇ У КОНТЕКСТІ МЕДИЧНОГО ДІАГНОСТУВАННЯ

Тетяна Борисівна Мартинюк — 2025-03-27

Для підсистеми підтримки прийняття рішень у складі експертних систем різного призначення актуальною задачею є можливість формування рангів стосовно отриманих результатів. Цю можливість можна реалізувати, якщо використовувати результати попередньої класифікації об’єктів. У цій роботі розглядається варіант реалізації процедури класифікації об’єктів із ранжуванням у контексті медичного діагностування захворювань. В якості базового задіяно метод класифікації з використанням лінійних дискримінантних функцій. Показано, що двома базовими операціями класифікації в цьому випадку є сформування лінійних дискримінантних функцій
векторно-матричним помножувачем та вибірка максимальної з них максимізатором типу “1 з N”. Враховуючи те, що ранжування результатів класифікації виконується після застосування до лінійних дискримінантних функцій механізму конкуренції через максимізатор, у роботі розглянуто варіанти реалізації такої функції максимізатора.

В результаті особливий інтерес з точки зору часових та апаратних витрат становить альтернативний метод числового сортування із застосуванням швидкісної операції декремента паралельно до всіх елементів числового масиву. Це, у свою чергу, дозволяє для формування рангів елементів задіяти швидкісну операцію інкремента. Обидві ці операції декремента/інкремента можна ефективно реалізувати на реверсивних лічильниках, що збільшить регулярність структури класифікатора. Отже, для цього класичну структуру класифікатора необхідно доповнити ранжувальником після максимізатора.

Результати імітаційного моделювання підтвердили слушність процесу медичного діагностування з ранжуванням визначених діагнозів захворювань. Важливо підкреслити, що актуальність ранжування результатів класифікації об’єктів під час медичного діагностування захворювань полягає в тому, що існує можливість розглядати не тільки діагноз з найбільшим рангом, але й найближчі до нього. Все це свідчить про наочність та зручність такого процесу медичного діагностування.

ОПТИМІЗАЦІЯ СИСТЕМИ ВИЯВЛЕННЯ МЕРЕЖЕВИХ ВТОРГНЕНЬ НА ОСНОВІ ГЛИБОКОГО НАВЧАННЯ ІЗ ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДУ ЗМЕНШЕННЯ РОЗМІРНОСТІ ТА МЕТАЕВРИСТИЧНИХ АЛГОРИТМІВ

Андрій Олександрович Нікітенко — 2025-03-27

Системи виявлення мережевих вторгнень (NIDS) є невід’ємною складовою сучасної кібербезпеки, оскільки забезпечують моніторинг, аналіз та ідентифікацію загроз у режимі реального часу. Зі зростанням складності кібератак та мережевого трафіку потреба в ефективних механізмах виявлення аномалій стає критичною. У статті проаналізовано підходи до оптимізації NIDS, спрямовані на досягнення оптимального балансу між точністю класифікації та обчислювальною ефективністю шляхом усунення надлишкових ознак без втрати критично важливої інформації. Розглянуто методи зменшення розмірності та метаевристичні алгоритми, зокрема метод головних компонент (PCA), генетичний алгоритм (GA), оптимізацію рою частинок (PSO) та багатоцільову воронкову оптимізацію (MVO). Проведено експериментальне дослідження на наборі даних
CSE-CIC-IDS-2018, який містить широкий спектр сучасних атак і нормального трафіку. Оцінено вплив різних алгоритмів на точність класифікації, час тренування моделей та вимоги до обчислювальних ресурсів. Виконано порівняльний аналіз ефективності GA, PSO та MVO у контексті оптимізації ознак для NIDS. Виявлено, що GA демонструє найкращий баланс між швидкістю обчислень і точністю класифікації, тоді як PSO та MVO є ефективними альтернативами для задач реального часу. Запропонований підхід дозволяє значно скоротити час тренування моделі, забезпечуючи оптимальний баланс між продуктивністю та результативністю. Використання метаевристичних алгоритмів та методів зменшення розмірності є перспективним напрямом для підвищення ефективності NIDS, що дозволяє забезпечити швидке та точне виявлення кібератак із мінімальними витратами ресурсів. Отримані результати сприяють подальшому розвитку адаптивних NIDS, здатних ефективно функціонувати в умовах реальних мереж із високою варіативністю трафіку.

АНАЛІЗ СТАТИЧНИХ ТА ДИНАМІЧНИХ ПОХИБОК АНАЛОГО-ЦИФРОВИХ СИСТЕМ ПОБУДОВИ МІКРОЕЛЕКТРОННИХ ТЕРМОДАТЧИКІВ ДЛЯ БІОМЕДИЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ

Олександр Володимирович Осадчук — 2025-03-27

Однією з найважливіших вимог до нового покоління мікроелектронних сенсорних пристроїв є зниження енергоспоживання та перехід до однополюсних джерел живлення низької напруги. Можливість розробки сенсорних пристроїв, які б відповідали цій вимозі, з'явилася зовсім недавно. Причиною такого повільного переходу на джерела живлення низької напруги була відсутність високоточних аналогових інтегральних схем, які забезпечували б можливість роботи в повному діапазоні напруг.

У цій роботі розглянуто підходи до побудови перетворювачів сигналів мікроелектронних термодатчиків потоку, які відповідають вимогам низьковольтної енергоефективної електроніки. Проблема полягає в тому, що при переході на низьковольтні джерела живлення зменшуються опори первинних перетворювачів термодатчиків. Якщо використовуються схеми, побудовані на функціонально інтегрованих елементах, які здійснюють контрольований нагрів потоку і за допомогою яких визначається градієнт температури в потоці, то виникає проблема впливу блукаючих опорів впливу сигнальних ліній. Проаналізовано принципові схемотехнічні рішення, які частково допомогли вирішити цю проблему. Однак досі не вирішені такі проблеми, як вплив сигнальних ліній, розташованих між функціонально інтегрованими елементами термодатчиків потоку, та енергетичні витрати (включаючи блукаючий розігрів) вихідних кіл підсилювачів керування. Ці проблеми, а також проблеми практичної реалізації режиму струмопостачання функціонально інтегрованих елементів, що забезпечує високу ефективність перетворення сигналу, є предметом схемотехнічних досліджень.

Загалом, перетворювачі сигналів, представлені в цій роботі, є результатом комплексного підходу до вирішення проблеми, пов’язаної з удосконаленням технічних характеристик термодатчиків потоку, і ці перетворювачі придатні як для реалізації датчиків мікропотоків (одиниці мілілітрів рідини за хвилину), так і датчиків потоку з великим масообміном (до сотень літрів за хвилину), і відповідають вимогам сучасної енергозберігаючої низьковольтної електроніки в біомедичних дослідженнях.

БІОМЕТРИЧНА ІДЕНТИФІКАЦІЯ ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФІЧНИХ СИГНАЛІВ В КЛІНІЦІ ЩЕЛЕПНО-ЛИЦЕВОЇ ХІРУРГІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕХНОЛОГІЙ ГЛИБОКОГО НАВЧАННЯ

Володимир Сергійович Павлов — 2025-03-27

Це дослідження направлене на підвищення ефективності оброблення сигналів фотоплетизмографії (ФПГ), які мають низку переваг перед традиційними біометричними методами. Було створено комплексну методику для реєстрації ФПГ сигналів від 95 пацієнтів за допомогою оптико-електронної системи оцінювання тканинної мікроциркуляції Фотоплетизмографічні сигнали були перетворені в двовимірні вигляд за допомогою матриці Грама. Для аналізу та автентифікації використовувалася модель EfficientNetV2 B0, яка інтегрована з мережею довготривалої короткочасної пам'яті (ДКП), що дозволило досягти точності інтерпретації 99 %. Удосконалена модель була додатково перевірена для ідентифікації в реальному часі, що підкреслює її ефективність і надійність для систем біометричного розпізнавання. Загалом це дослідження вирішує ключові проблеми біометричної автентифікації шляхом використання переваг ФПГ сигналів і сучасних методологій глибокого навчання, дозволяючи підвищити ефективність застосування біомедичних систем. Значною перевагою підходу є його застосовність під час обробки сигналів в реальному часі. Розроблена оптико-електронна система, яка включає в себе збір, попередню обробку та класифікацію сигналів ФПГ в режимі реального часу, демонструє практичну доцільність біометричних систем на основі ФПГ. Оптико-електронна система для оцінювання тканинної мікроцикуляції дозволяє реєструвати та обробляти ФПГ сигнали частини тіла. що додає системі універсальності. Це дослідження вирішує ключові проблеми біометричної автентифікації шляхом використання переваг ФПГ сигналів і сучасних методологій глибокого навчання, дозволяючи підвищити ефективність застосування біомедичних систем. Значною перевагою підходу є його застосовність при обробці сигналів в реальному часі. Розроблена оптико-електронна система, яка включає в себе збір, попередню обробку та класифікацію сигналів ФПГ в режимі реального часу, демонструє практичну доцільність біометричних систем на основі ФПГ.

ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДУ СУСІДНЬОГО СПУСКУ ДЛЯ ПОШУКУ ВЕКТОРІВ У КОДОВИХ КНИГАХ

Олександр Миколайович Ткаченко — 2025-03-27

Для ефективного використання пропускної здатності каналів у сучасних системах цифрового зв’язку широко використовується ущільнення мовленнєвих сигналів. Найбільшого поширення набули методи ущільнення на основі векторного квантування із застосуванням кодових книг, оскільки вони, завдяки урахуванню кореляції між компонентами вектора, здатні забезпечити передачу інформації меншою кількістю бітів. Проте практичне застосування цих методів обмежується через необхідність використання великих обчислювальних ресурсів для їх реалізації.

У статті пропонується вдосконалений метод швидкого пошуку найближчого вектора у кодовій книзі. Основна ідея методу полягає у тому, щоб за рахунок попередньої структуризації кодової книги скоротити час пошуку в ній вектора, найближчого до вхідного. Структуризація кодової книги виконується на основі відношення мажорування між векторами. Вводиться поняття рівнів мажоризації, за якими виконується структуризація. Безпосередній пошук найближчого вектора виконується за допомогою діаграм Вороного.

Розроблено математичну модель та структуру даних, на основі яких відбувається процес пошуку в кодовій книзі. Розглянуто кілька модифікацій метода швидкого спуску, що використовується у процесі пошуку найближчого вектора. На тестовому прикладі здійснено порівняння ефективності вказаних методів за показником середньої кількості вимірювань відстані. Показано, що найкращі результати забезпечує метод спрямованого пошуку на основі мажоризації. Проаналізовано негативні фактори, які здатні вплинути на ефективність квантування. Розглянуто можливість подальшого зниження складності обчислень за рахунок зменшення розмірів часового вікна, відведеного на пошук, яке досягається без суттєвої втрати продуктивності, що оцінювалася за спектральним спотворенням. Експериментальна перевірка підтвердила ефективність запропонованих методів.

ФРЕЙМВОРК ДЛЯ ЕФЕКТИВНОЇ ПАРАЛЕЛЬНОЇ ПОПЕРЕДНЬОЇ ОБРОБКИ ДАНИХ ПОВНОФОРМАТНИХ ГІСТОПАТОЛОГІЧНИХ ЗОБРАЖЕНЬ

Чжао Цайфен — 2025-03-27

Швидке поширення зображень цілих слайдів (WSI) у цифровій патології збільшило попит на вдосконалені, високопродуктивні структури попередньої обробки, здатні керувати величезними обсягами гістопатологічних даних, створених у сучасній діагностиці. У цьому дослідженні ми представляємо інноваційну структуру паралельної попередньої обробки даних, розроблену для оптимізації обробки WSI. Наш підхід інтегрує динамічне балансування навантаження, гібридну обчислювальну архітектуру CPU–GPU та методи адаптивної мультимодальної фільтрації для пом’якшення обчислювальної неефективності, притаманної традиційним конвеєрам послідовної обробки. Експериментальні оцінки демонструють, що запропонована структура досягає вражаючого прискорення в 22,61 разу порівняно зі звичайними послідовними методами, підкреслюючи її здатність обробляти великомасштабні дані з надзвичайною ефективністю. Крім того, система фіксує середню квадратичну помилку (MSE) 0,032 у задачах нормалізації плям, що відображає її точність у підтримці узгодженості кольорів у WSI. При оцінці за допомогою моделі глибокого навчання ResNet-50 вона підтримує точність класифікації 85,7 %, підтверджуючи її надійність у збереженні цілісності діагностики. Ці результати в сукупності підкреслюють потенціал інфраструктури для революції в ефективності обробки, зберігаючи аналітичну точність, позиціонуючи її як масштабоване рішення для програм цифрової патології в реальному часі та багатообіцяючий інструмент для бездоганної інтеграції в клінічні гістопатологічні робочі процеси. З точки зору клінічного розгортання, скорочення часу обробки на 78,6 % означає трансформаційний потенціал для високопродуктивних робочих процесів патології, особливо в умовах обмежених ресурсів, де швидке відновлення є критичним. Відповідність системи стандартам ISO15189 підтверджує її придатність для медичного використання, пропонуючи надійну основу для інтеграції обчислювальної патології в рутинну діагностику. У сукупності ці досягнення позиціонують наш підхід як значний крок до перегляду критеріїв ефективності цифрової аналітики патології в реальному часі.

РОЗРОБЛЕННЯ АДАПТИВНОГО АЛГОРИТМУ КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСОМ ДОЗУВАННЯ ІНФУЗІЙНИХ РОЗЧИНІВ

Федір Дмитрович Матіко — 2025-03-27

В статті представлено результати удосконалення алгоритму дозування інфузійних розчинів для технологічної лінії WDM 8002 та результати розроблення нового алгоритму дозування. Проаналізовано процес дозування розчинів в лінії WDM 8002 та виявлено недоліки наявного алгоритму, що збільшують час наповнення тари та негативно впливають на точність дозування. Авторами удосконалено цей алгоритм шляхом впровадження додаткового етапу наповнення –напівточного дозування. Удосконалений алгоритм впроваджено в програму контролера та виконано експериментальні дослідження системи керування з цим алгоритмом на розробленій авторами експериментальній установці. За результатами досліджень встановлено, що впровадження удосконаленого алгоритму забезпечує зменшення часу наповнення флакону об’ємом 250 мл на 0,406 с при одночасному забезпеченні вимог до точності дозування. Розроблено алгоритм адаптивного налаштування параметрів процесу дозування на основі результатів попередніх циклів дозування. Виокремлено параметри процесу дозування для їх уточнення під час процедури адаптації.

Враховуючи окремі недоліки удосконаленого алгоритму авторами розроблено новий алгоритм дозування. В основу цього алгоритму покладено залежність між ступенем відкриття перетискного клапана та вагою дозованого розчину, розроблену на основі закону Гауса. Алгоритм впроваджено в програму контролера та виконано експериментальні дослідження системи керування з цим алгоритмом. За результатами експериментальних досліджень та опрацювання перехідних процесів в системі керування встановлено, що впровадження нового алгоритму дозування дає можливість зменшити час наповнення флакона 250 мл на 1,167 с. Зменшення часу наповнення флаконів дає можливість збільшити продуктивності лінії дозування розчинів WDM 8002 на таку величину: при застосуванні удосконаленого алгоритму – 187,3 флаконів за годину або 7,26 %; при застосуванні нового алгоритму дозування – 300,9 флаконів за годину або 11,66 %. Отримані дані підтверджують ефективність розроблених авторами алгоритмів.

ВПЛИВ РЕЖИМУ РУХУ ПОТОКУ ТА ШОРСТКОСТІ ТРУБОПРОВОДУ НА ПОХИБКУ ХОРДОВИХ УЛЬТРАЗВУКОВИХ ВИТРАТОМІРІВ

Віталій Іванович Роман — 2025-03-27

Стаття присвячена дослідженню впливу режиму руху потоку та шорсткості внутрішньої поверхні стінки вимірювального трубопроводу (ВТ) на похибку (δ) багатоканальних хордових ультразвукових витратомірів (УЗВ) для задач їх автоматизованого проєктування. Проведені в роботі дослідження та розрахунки виконані на основі параболічного (описує ламінарний режим руху) та степеневого (описує турбулентний режим руху) закону розподілу швидкості потоку. Для моделювання впливу шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ застосовано степеневий закон розподілу, в якому степінь (експонента Нікурадзе) визначається через модифіковане рівняння Колбрука-Уайта розроблене колективом авторів Calogirou, Boekhoven та Henkes в 2001 році. За результатами проведених досліджень встановлено, що за ламінарного режиму руху потоку, похибка δ (за умов відсутності спотворень профілю швидкості) не залежить ані від числа Рейнольдса (Re), ані від величини шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ, ані від кількості хордових акустичних каналів (N) УЗВ – її значення менше ±0,3 %, що відповідає вимогам ISO17089-1 до ефектів, які виникають в реальних умовах експлуатації. За турбулентного режиму руху потоку та відсутності шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ, похибка δ залежить від числа Re – її значення додатньо зростає при зменшенні Re, проте, при УЗВ з N ≥ 4, цим впливом можна знехтувати, адже δ = ±0,3 % (при УЗВ з N ≤ 3 цей вплив можна зменшити підбором оптимального методу розрахунку відстаней розташування та вагових коефіцієнтів акустичних каналів на базі числових методів інтегрування, як от OWICS). За турбулентного режиму руху потоку та наявності шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ, похибка δ буде мати ту саму поведінку, що і при відсутності шорсткості; тобто, шорсткість внутрішньої поверхні стінки ВТ суттєво не впливає на похибку вимірювання витрати багатоканальних хордових УЗВ, особливо на ВТ великих діаметрів. Як результат, УЗВ з N ≥ 4 є ідеальним варіантом для вимірювання витрати та кількості плинних енергоносіїв з високими вимогами до точності, нівелюючим цим вплив режиму руху потоку та шорсткості внутрішньої поверхні стінки ВТ.