Том 16, Выпуск 3 - Моделирование систем и процессов

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-7-20

В.Ф. Асминин¹, Е.В. Дружинина¹, С.А. Сазонова²

Моделирование и компьютерная визуализация процесса прохождения звуковых волн и их рассеивания в облегченной звукоизолирующей панели с гофрированной ромбовидной структурой

¹ ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

² ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет (ВГТУ)», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Рассматриваются акустические экраны, применяемые на производственных предприятиях для шумоподавления и создания комфортных условий труда. Предложено применять новую конструкцию переносной облегчённой звукоизолирующей панели с гофрированной ромбовидной структурой. Приведены результаты математического моделирования процесса прохождения и распространения звука в переносной облегчённой звукоизолирующей панели. Моделирование распространения звука в исследуемой среде было выполнено за счет применения сетчатой модели с сосредоточенными параметрами. Математическая модель представляет собой систему дифференциальных уравнений, решение которых позволяет определить механическое поведение системы на основе заданных параметров. Для численной реализации математической модели использовался метод Рунге-Кутта второго порядка. Получена аналитическая формула для узлов в расчетной схеме в зависимости от параметров исследуемой звукоизолирующей панели. Разработанная модель в силу своей универсальности позволяет моделировать распространение звука с самыми разнообразными характеристиками. Для проведения основных компьютерных экспериментов были выбраны три типа звуков: синусоидальный, одиночный импульс прямоугольной формы, одиночный импульс гауссовой формы. Выполнен расчет характеристик звукопоглощения. Разработан алгоритм прохождения звука через звукоизолирующую панель. Приведены начальные и граничные условия, допущения модели. Выполнена программная реализация модели. Приведены и проанализированы результаты компьютерного моделирования, доказывающие эффективное звукопоглощение предложенной переносной облегчённой звукоизолирующей панели.
Ключевые слова — Математическое моделирование, дифференциальные уравнения, компьютерный эксперимент, метод сеток, метод Рунге-Кутта, переносная облегчённая звукоизолирующая панель с ромбовидной структурой, звукоизоляция.
[1] Патент на полезную модель RU 186420 U1. Облегченная звукоизолирующая панель : № 2018136724 : заявл. 17.10.2018 ; опубл. 21.01.2019 / А.А.Веневитин, В.Ф. Асминин, Е.В. Дружинина ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

[2] Асминин, В.Ф. Снижение шума при механической обработке тонкостенных стальных конструкций применением съемных вибродемпфирующих покрытий с магнитной фиксацией : специальность 05.26.01 – Охрана труда (по отраслям) : дис. … д-ра техн. наук / Асминин Виктор Федорович ; Балтийский государственный технический университет Военмех им. Д.Ф. Устинова. - Санкт-Петербург, 2001. – 224 с.

[3] Сыч, Т.В. Совершенствование технологии акустико-эмиссионного контроля на основе конечно-элементного анализа акустического тракта : специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий : дис. … канд. техн. наук : защищена 22.11.2016 / Сыч Татьяна Викторовна. – Томск, 2016. – 149 с.

[4] Румшиский, Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента: справочное руководство / Л.З. Румшиский – М. : Наука, 1971. – 192 с.

[5] Osmolovsky, D.S. Reducing noise from round woodworking machines by applying vibration damping friction pads between the saw blade and the clamping flange / D.S. Osmolovsky, V.F. Asminin, E.V. Druzhinina // Akustika. - 2019. - V. 32. - S. 138-140.

[6] Development and application of a portable lightweight sound suppresion panel to reduce noise at permanent and temporary workplaces in the manufacturing and repair workshops / V.F. Asminin, E.V. Druzhinina, D.S. Osmolovsky, S.A. Sazonova // Akustika. - 2019. - V. 34. - S. 20-23.

[7] Investigation of parameters influencing noise barrier efficiency / N. Tyurina, N. Ivanov, A. Shashurin, S. Bortsova // «Advances in Acoustics, Noise and Vibration – 2021» Proceedings of the 27th International Congress on Sound and Vibration, ICSV 2021. - V. 27. - 2021.

[8] Ivanov, N. The method of sequential transformation of the sound fields / N. Ivanov, G. Kurtsev, A. Shashurin // Akustika. 2021. - V. 39. - S. 143-149.

[9] Butorina, M. Noise reduction at workplace in construction / M. Butorina, N. Ivanov, A. Troshchinina // Akustika. 2021. - V. 41. - S. 94-99.

[10] Determination of noise emission data of construction sites / I.E. Tsukernikov, I.L. Shubin, N.I. Ivanov [et al.] // Proceedings of Meetings on Acoustics. Сер. «Proceedings of Meetings on Acoustics - ICA 2013» 2013. - S. 040085.

[11] Experimental study of noise barriers / N.V. Tyurina, N.N. Minina, A.E. Shashurin, M.G. Goguadze // Proceedings of the 26th International Congress on Sound and Vibration, ICSV 2019. - 2019.

[12] Rassoshenko, I. Theoretical principles for efficiency calculations for the noise barriers along high-speed railways / I. Rassoshenko, N. Ivanov, A. Shashurin // 25th International Congress on Sound and Vibration 2018, ICSV 2018: Hiroshima Calling. 25, Hiroshima Calling. - 2018. - S. 3963-3968.

[13] Shashurin, A.E. A refined theory of traffic and technological barriers / A.E. Shashurin // 25th International Congress on Sound and Vibration 2018, ICSV 2018: Hiroshima Calling. 25, Hiroshima Calling. - 2018. - S. 4086-4090.

[14] Shashurin, A.E. The efficiency of the noise barrier installed on the acoustically untreated gallery / A.E. Shashurin // Magazine of Civil Engineering. - 2018. - № 6 (82). - S. 199-207.

[15] High-speed train noise source height influence on efficiency of noise barriers / N. Ivanov, A. Shashurin, I. Boiko [et al.] // 24th International Congress on Sound and Vibration, ICSV 2017. - 2017.

[16] Ivanov, N.I. The problem of high-speed railway noise prediction and reduction / N.I. Ivanov, I.S. Boiko, A.E. Shashurin // Proceedings of the International Scientific Conference Transportation Geotechnics and Geoecology (TGG-2017). Сер. «Procedia Engineering» 2017. - Pp. 539-546.

[17] Tyurina, N.V. Investigation of acoustical barriers for transport noise control / N.V. Tyurina, N.I. Ivanov, A.E. Shashurin // 22nd International Congress on Sound and Vibration, ICSV 2015. - V. 22. - 2015.

[18] Analysis of the experimental study of the axle lathe machine vibroacoustic characteristics for workplace noise reduction / A. Shashurin, K. Buzhinskiy, M. Goguadze, E. Yuriy // Akustika. - 2019. - V. 34. - S. 106-108.

[19] Shashurin, A. Regression analysis of the coefficients of the loss of vibrational energy when calculating the noise from ossetian and boring machines / A. Shashurin, M. Goguadze, A. Chukarin // Akustika. - 2019. - V. 34. - S. 95-99.

[20] Acoustic reliability of the noise barriers / A. Shashurin, N. Ivanov, I. Rassoshenko, M. Goguadze // Akustika. - 2019. - V. 32. - S. 251-255.

[21] Shashurin, A. Experimental studies on the noise and vibration of a special boring machine due to formation of the operator's worlplace sound field / A. Shashurin, M. Goguadze, A. Lubianchenko // Akustika. - 2019. - V. 34. - S. 100-103.

[22] Minina, N.N. Sound attenuation provided by barriers installed at flyovers / N.N. Minina, N.V. Tyurina, N.I. Ivanov // 19th International Congress on Sound and Vibration 2012, ICSV 2012. - 2012. - S. 1554-1557.

[23] Асминин, В.Ф. Экспериментальное обоснование конструкции облегчённой панели для переносных акустических экранов / В.Ф. Асминин, А.В. Болучевский, В.Н. Мелькумов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - 2012. - № 4 (28). - С. 114-119.

[24] Асминин, В.Ф. Оценка акустической эффективности экранов с изменяемым профилем отражающей поверхности / В.Ф. Асминин, И.А. Малявко // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса : межвузовский сборник научных статей. - Воронеж, 2006. - С. 121-125.

[25] Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2021663260. Программа для исследования звукопоглощающих свойств облегченной звукоизолирующей панели с гофрированной ромбовидной структурой : заявл. 04.08.2021 : опубл. 13.08.21 / В.Ф. Асминин, Е.В. Дружинина, В.В. Посметьев ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

[26] Теоретическое исследование процессов возбуждения вибраций и шумообразования шлифовальных кругов резьбо- и шлицешлифовальных станков / Ж.П. Разаков, А.Е. Шашурин, П.С. Курченко, Н.И. Иванов // Akustika. - 2021. - V. 38. - S. 1801.

[27] Кузьменко, В.Ю. Переносная облегченная звукоизолирующая панель с гофрированной ромбовидной структурой (поз) для снижения шума на постоянных и временных рабочих местах в цехах производственных и ремонтных предприятий / В.Ю. Кузьменко, Е.В. Дружинина, В.Ф. Асминин // Безопасность и охрана труда – 2018 : сборник трудов международной молодежной конференции. - 2018. - С. 33-36.

[28] Асминин, В.Ф. Обоснование конструкции облегченной панели для переносных акустических экранов / В.Ф. Асминин, Е.В. Дружинина, А.В. Болучевский // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2017. - V. 5, № 1 (27). - С. 21-26.
С. 7-20.

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-21-30

Е.Н. Епифанов¹, В.Ф. Асминин¹, С.А. Сазонова²

Математическое моделирование процессов в звуковом поле помещений при речевом оповещении

¹ ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

² ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет (ВГТУ)», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Рассматривается задача улучшения разборчивости звукового сигнала оповещателя с учетом фона шума и шумовых помех. Математическое моделирование процессов в звуковом поле помещений выполняется с учетом влияния на разборчивость речевого сигнала структуры звукового поля, формируемого речевыми пожарными оповещателями. Рассмотрены важные компоненты структуры звукового поля, формируемого речевыми пожарными оповещателями, которые влияют на разборчивость речевого сигнала. При моделировании учтен уровень фонового шума, который может затруднить слышимость речи и снизить ее качество. Так же учтено, что прямой звук и отраженная составляющая являются частями звукового поля и влияют на общую структуру звуковой среды. Структура звукового поля представлена графически. Для определения плотности звуковой энергии приведены математические модели. На рисунках показаны схема к расчету помех и полезной составляющих звукового поля при работе одного оповещателя, а также графики полезного сигнала и помехи, возникающих при работе трех оповещателей. Рассмотрен общий подход к определению полезного сигнала и помех от трех оповещателей. Рассмотренный подход к оценке структуры звукового поля, используемый в программном комплексе, позволяет чётко разделить поступающие звуковые сигналы на полезные составляющие и помехи, а также он может быть полезен в различных областях.
Ключевые слова — Математическое моделирование, структура звукового поля помещений, речевые пожарные оповещении, разборчивость речевого сигнала, плотность звуковой энергии, прямой звук, отраженная энергия, фоновый шум.
[1] Маньковский, В.С. Акустика студий и залов для звуковоспроизведения / В.С. Маньковский. – М.: Искусство, 1966. – 376 с.

[2] Asminin, V.F. The method of sound designing of a single voice fire alarm / V.F. Asminin, A.I. Antonov, S.N. Kuznetsov // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. - 2014. - № 2 (22). - S. 67-75.

[3] Golovko, A. Measurement method of the reflected from highways noise in urban buildings / A. Golovko, V. Ledenev, A. Antonov // Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2020. - V. 1116. - S. 100-109. - DOI: 10.1007/978-3-030-37919-3_11.

[4] Golovko, A. Measurement method of non-continuous noise in industrial buildings of railway enterprises / A. Golovko, V. Ledenev, A. Antonov // Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2020. - V. 1116. - S. 237-248. - DOI: 10.1007/978-3-030-37919-3_23.

[5] Coupling coefficient of flux density and density gradient of reflected sound energy in quasi-diffuse sound fields / A.I. Antonov, V.I. Ledenev, T.O. Nevenchannaya [et al.] // Journal of Theoretical and Computational Acoustics. - 2019. - V. 27, № 2. - S. 1850053. - DOI: 10.1142/S2591728518500536.

[6] Giyasov, B.I. Method for noise calculation under specular and diffuse reflection of sound / B.I. Giyasov, V.I. Ledenyov, I.V. Matveeva // Magazine of Civil Engineering. - 2018. - № 1 (77). - S. 13-22. - DOI: 10.18720/MCE.77.2.

[7] Coupling coefficient for flux density and density gradient of reflected sound energy in quasidiffuse sound fields / A. Antonov, V. Ledenev, I. Shubin [et al.] // 13th International Conference on Theoretical and Computational Acoustics, ICTCA 2017. - 2013. - V. 2017. - S. 244.

[8] Noise calculation method for industrial premises with bulky equipment at mirror-diffuse sound reflection / I. Tsukernikov, I. Shubin, A. Antonov [et al.] // Proceedings of the 3rd International Conference on Dynamics and Vibroacoustics of Machines, DVM 2016. Сер. "Procedia Engineering" 2017. – 2017. - S. 218-225.

[9] Antonov, A.I. The combined method of calculation of noise conditions in industrial buildings of thermal power stations / A.I. Antonov, V.I. Ledenev, Ye.O. Solomatin // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. - 2012. - № 1 (13). - S. 7-16.

[10] Calculation of noise regime in urban development taking into account sound reflection from building facades / A. Grechishkin, A. Antonov, A. Putintseva, A. Nilas // International Scientific Siberian Transport Forum TransSiberia - 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. - 2022. – Vol. 2. – Pp. 1433-1442.

[11] Calculations for evaluating the acoustic efficiency of measures to reduce pulse noise in industrial premises / A. Antonov, I. Matveeva, I. Shubin, I. Tsukernikov // Akustika. - 2021. - V. 41. - S. 45-51.

[12] Non-constant noise calculation using the room response function / A. Antonov, V. Ledenev, N. Merkusheva [et al.] // Proceedings of 2020 International Congress on Noise Control Engineering, INTER-NOISE 2020. 49, Advances in Noise and Vibration Control Technology. - 2020.

[13] Calculation of impulse noise with mirror-diffuse reflection of sound from fences / A. Antonov, I. Matveeva, I. Shubin, I. Tsukernikov // Akustika. 2019. - V. 34. - S. 90-105.

[14] Епифанов, Е.Н. Обеспечение разборчивости речевого сообщения, передаваемого системой оповещения при пожаре: монография / Е.Н. Епифанов, В.Ф. Асминин. - Воронеж, 2022. - 189 с.

[15] Роль речевого оповещения и анализ его качественных характеристик, влияющих на обеспечение успешной эвакуации людей при пожаре / В.Ф. Асминин, Е.Н. Епифанов, А.И. Антонов, В.Я. Манохин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно – строительного университета. Строительство и архитектура. – 2012. – № 4(28). – С.142–149.

[16] Методика акустического проектирования одиночного пожарного речевого оповещателя / В.Ф. Асминин, Е.Н. Епифанов, А.И. Антонов, С.Н. Кузнецов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно – строительного университета. Строительство и архитектура. – 2013. – № 3 (28). – С.121–127.

[17] Асминин, В.Ф. Использование акустических характеристик речевых пожарных оповещателей для расчета звуковых полей помещений / В.Ф. Асминин, А.И. Антонов, Е.Н. Епифанов // Технологии техносферной безопасности. - 2014. - № 1 (53). - С. 13.

[18] Асминин, В.Ф. Анализ методик размещения оповещателей систем оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре / В.Ф. Асминин, А.И. Антонов, Е.Н. Епифанов // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. - 2014. - Т. 1, № 1 (5). - С. 232-234.

[19] Асминин, В.Ф. Программный комплекс акустического проектирования размещения речевых пожарных оповещателей в помещениях / В.Ф. Асминин, А.И. Антонов, Е.Н. Епифанов // Комплексные проблемы техносферной безопасности : сборник материалов Международной научно-практической конференции. – Воронеж, 2014. - С. 42-46.

[20] Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2014612211. Программа для акустического проектирования речевых оповещателей системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре : заявл. 2013662204 ; опубл. 26.12.2013 / Е.Н. Епифанов, А.И. Антонов, В.Ф. Асминин, О.В. Бакланова ; заявитель и патентообладатель Епифанов Е.Н.

[21] Сазонова, С.А. Оперативно-тактическая характеристика торгового развлекательного центра на момент возникновения возможного пожара / С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин, И.М. Казбанова // Техносферная безопасность: научные тенденции, методы, средства обеспечения и специальное образование : сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Воронеж, 2022. - С. 86-92.

[22] Моделирование возможной обстановки при пожаре на объектах с массовым пребыванием людей / С.А. Сазонова, Е.Н. Епифанов, В.Ф. Асминин [и др.] // Моделирование систем и процессов. - 2022. - Т. 15, № 1. - С. 85-96. - DOI: 10.12737/2219-0767-2022-15-1-85-96.

[23] Сазонова, С.А. Моделирование вариантов развития пожара на объекте массового пребывания людей / С.А. Сазонова, Т.В. Зязина, В.А. Горюнов // Моделирование систем и процессов. - 2022. - Т. 15, № 4. - С. 69-81. - DOI: 10.12737/2219-0767-2022-15-4-69-81.

[24] Численные методы расчета шума в несоразмерных помещениях гражданских зданий / А.И. Антонов, В.П. Гусев, В.И. Леденев [и др.] // Жилищное строительство. - 2023. - № 6. - С. 18-22.

[25] Максимальный уровень импульсного звука в помещениях и предложения по его расчету / А.И. Антонов, В.И. Леденев, И.В. Матвеева, М.А. Пороженко // Жилищное строительство. - 2022. - № 7. - С. 13-17.

[26] Экспериментальная оценка точности комбинированного метода расчета шума в помещениях с рассеивающими звук предметами / А.И. Антонов, В.И. Леденев, И.В. Матвеева, И.Л. Шубин // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 2019. - № 3 (381). - С. 219-224.

[27] Методика оценки коэффициентов звукопоглощения в производственных помещениях с технологическим оборудованием / В.И. Леденев, А.М. Макаров, И.В. Матвеева, И.Л. Шубин // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 2017. - № 2 (368). - С. 249-254.

[28] Оценка энергетических параметров речи на основе импульсной характеристики помещения / И.Л. Шубин, А.И. Антонов, И.В. Матвеева, Т.С. Яровая // Academia. Архитектура и строительство. - 2023. - № 1. - С. 108-114.

[29] Расчетные модели излучения звука точечными источниками шума промышленных предприятий / В.П. Гусев, А.И. Антонов, Е.О. Соломатин, А.М. Макаров // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 2019. - № 3 (381). - С. 191-196.

[30] Шубин, И.Л. О возможности расчета шума в децибелах "а" в местах массового пребывания людей / И.Л. Шубин, А.И. Антонов, Т.С. Яровая // Строительство и реконструкция. - 2018. - № 3 (77). - С. 83-88.

[31] Антонов, А.И. Метод расчета нестационарных шумовых полей и несоразмерных помещениях и помещениях сложных форм / А.И. Антонов, А.В. Бацунова, О.Б. Демин // Academia. Архитектура и строительство. –2010. – С. 183–185.

[32] Антонов, А.И. Методы автоматизированного проектирования ограждающих конструкций производственных зданий по условиям защиты от шума: специальность 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения : автореф. дис. … канд. техн. наук / Антонов Александр Иванович. – М., 1989. – 23 с.

[33] Антонов, А.И. Расчеты уровней прямого звука от линейных источников шума, располагающихся на промышленных предприятиях и в городской застройке / А.И. Антонов, В.И. Леденев, Е.О. Соломатин // Вестник Волгоградского Государственного Архитектурно–Строительного Университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2013. – № 31-1(50). – С. 329–335.

[34] Методы расчета уровней прямого звука, излучаемого плоскими источниками шума в городской застройке / А.И. Антонов, В.П. Гусев, В.И. Леденев, Е.О. Соломатин // Жилищное строительство. – 2013. – № 6. – С. 13–16.

[35] Шихалев, Д.В. Системы управления эвакуацией в зданиях торгово-развлекательных центров / Д.В. Шихалев, Р.Ш. Хабибулин // Пожаровзрывобезопасность. – 2013. – Т. 22, № 6. – С. 61–64.
С. 21-30.

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-30-41

Е.В. Грошева¹, П.А. Чубунов², Е.В. Шмаков³, В.К. Зольников⁴, Е.И. Скворцова⁴

Тестирование и компиляция моделей цифровых блоков в программно-аналитическим комплексе САПР

¹АО «Научно-исследовательский институт электронной техники», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

²АО «Объединенная ракетно-космическая корпорация», cрАдрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

³АО «Микрон», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

⁴ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
В статье рассмотрены важные этапы процесса разработки цифрового устройства микроэлектроники, связанные с тестированием и компиляцией моделей цифровых блоков. Работа проводилась в рамках создания отечественного САПР, предназначенного для проектирования различных цифровых устройств микроэлектроники. Представленные работы проведены ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» совместно с холдингом РОСЭЛЕКТРОНИКА. Авторами разработана модель цифрового микропроцессора, основанного на ядре SCR1 компании SYNTACORE, 32-битной полнофункциональной моделью архитектуры RISC-V с набором команд IMC. Для симуляции RTL-модели использован симулятор XCELIUM с оболочкой визуализации SimVision от фирмы Cadence, позволяющий произвести полный анализ RTL-модели. Компиляция модели ядра осуществлялась посредством ПО Genus из пакета разработки фирмы Cadence. Далее модель настраивалась и подвергалась оптимизации по временным параметрам согласно заданным ограничениям на разрабатываемый микропроцессор. Важно отметить, что эффективное тестирование и компиляция моделей цифровых блоков требует использования специализированных инструментов, таких как средства автоматического тестирования и системы управления версиями. Это позволяет значительно ускорить процесс разработки и повысить качество конечного продукта. В результате был сформирован пакет файлов для ПО Innovus для создания топологии.
Ключевые слова — Симулятор XCELIUM, SimVision, RTL (Register Transfer Level), система автоматизированного проектирования (САПР), Cadence, System Verilog, Tool Command Language (TCL).
[1] Анализ проблем моделирования элементов КМОП БИС / В.К. Зольников, С.А. Евдокимова, А.В. Фомичев [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2018. – Т. 11, № 4. – С. 20-25.

[2] Проектирование интерфейсов сбоеустойчивых микросхем / В.К. Зольников, Н.В. Мозговой, С.В. Гречаный [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2020. – Т. 13, № 1. – С. 17-24.

[3] The performance and energy efficiency potential of FPGAs in scientific computing / T. Nguyen [et al.] // 2020 IEEE/ACM Performance Modeling, Benchmarking and Simulation of High Performance Computer Systems (PMBS). – IEEE, 2020. – С. 8-19.

[4] Corperation A. Cyclone IV FPGA Device Family Overview // Cyclone IV Device Handbook. – 2013. – Т. 1.

[5] Vtr 8: High-performance cad and customizable FPGA architecture modelling / K.E. Murray [et al.] // ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems (TRETS). – 2020. – Т. 13, №. 2. – С. 1-55.

[6] Kalms, L. HiFlipVX: an Open Source High-Level Synthesis FPGA Library for Image Processing / L. Kalms, A. Podlubne, D. Göhringer // Lecture Notes in Computer Science. – 2019. - Vol. 11444. - Pp. 149-164.

[7] Introduction of rapid prototyping in solving applied problems in production / V.A. Brykin, A.P. Voroshilin, P.A. Uhov, A.V. Ripetskiy // Periodico Tche Quimica. - 2020. -Т. 17, № 35. - Pp. 354-366.

[8] An overview of today’s high-level synthesis tools / W. Meeus [et al.] // Design Automation for Embedded Systems. – 2012. - Vol. 16. - Pp. 31-51.

[9] Daoud, L. A survey of high level synthesis languages, tools, and compilers for reconfigurable high performance computing / L. Daoud, D. Zydek, H. Selvaraj // Advances in Intelligent Systems and Computing. – 2014. - Vol. 240. - Pp. 483-492.

[10] A survey and evaluation of FPGA high-level synthesis tools / R. Nane [et al.] // IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. – 2016. - Vol. 35, is. 10. - Pp. 1591-1604.

[11] Design and research of the behavioral model for the modular reduction device / Y.Zh. Aitkhozhayeva [et al.] // Eurasian Physical Technical Journal. – 2020. – Vol. 17. – Pp. 151-156. – DOI: 10.31489/2020No1/151-156.

[12] Tynymbayev, S.T. High speed device for modular reduction / S.T. Tynymbayev, Y.Zh. Aitkhozhayeva, S. Adilbekkyzy // Bulletin of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. – 2018. – No. 6 (376). – Pp. 147 – 152.

[13] Adilbekkyzy, S. Modeling of the partial reminder former of the modular reduction device / S. Adilbekkyzy, Y.Zh. Aitkhozhayeva, S.T. Tynymbayev // Eurasian Union of Scientists. – 2019. – Vol. 6 (63). - Pp. 47 – 51.

[14] Development and modeling of schematic diagram for the modular reduction device / S.T. Tynymbayev, Y.Zh. Aitkhozhayeva, S. Adilbekkyzy [et al.] // Problems of Informatics. – 2019. - No. 4. - Pp. 42-52.

[15] Метод и алгоритм поиска дефектов для радиационно-стойких микросхем / К.В. Зольников [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. – 2014. – № 2. – С. 10-13.

[16] Методы схемотехнического моделирования КМОП СБИС с учетом радиации / К.В. Зольников [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. – 2014. – № 2. – С. 5-9.

[17] XLS. – URL: https://github.com/google/xls(дата обращения: 02.11.2022).

[18] Bluespec Compiler. – URL: https://github.com/B-Lang-org/bsc(дата обращения: 02.11.2022).

[19] IDCT algorithm implementations. – URL: https://github.com/ispras/hls-idct(дата обращения: 02.11.2022).

[20] de Dinechin, F. Designing custom arithmetic data paths with FloPoCo / F. de Dinechin, B. Pasca // IEEE Design & Test of Computers. – 2011. - Vol. 28, Is. 4. - Pp. 18-27.

[21] Chisel. – URL: https://github.com/chipsalliance/chisel3(дата обращения: 02.11.2022).

[22] MyHDL. – URL: https://www.myhdl.org(дата обращения: 02.11.2022).
С. 30-41.

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-42-54

К.А. Киреева¹, Л.А. Коробова¹, Д.В. Арапов¹

Разработка искусственной нейронной сети для классификации ЭКГ

¹ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
В работе представлено решение проблемы разработки искусственной нейронной сети для классификации электрокардиограмм с целью выявления сердечно-сосудистых заболеваний пациента. Выполнен литературный обзор применения искусственных нейронных сетей для использования в медицине при определении различных сердечных патологий состояния пациентов. Определены наиболее значимые шесть параметров сердечного ритма, которые могут быть использованы при нейросетевом моделировании состояния сердечно-сосудистой системы человека. Проведен анализ возможностей известных коммерческих программ по классификации электрокардиограмм, выявлены их достоинства и недостатки. Описаны возможности современных приборов для снятия кардиограмм с указанием точности их измерений. Проведено исследование трех различных структур искомой нейронной сети и выбран наилучший вариант. Программный пакет выполнен на языке Python в среде Pycharm 2023.1. Обучение сети проводили на основе алгоритма обратного распространения ошибки, оптимизатором служил метод Адама. В качестве критерия использовали среднеквадратическое отклонение выходного сигнала сети от эталона. Функция Softmax, используемая в выходном слое, служит для преобразования выхода нейронов в вероятности. Таким образом, разработана нейронная математическая модель для выявления сердечных заболеваний, обладающая невысокими системными требованиями к ЭВМ, которая может быть применена для разработки программного обеспечения для носимой электроники. Искусственная нейронная сеть обладает следующей метрикой: точность – 90%, чувствительность – 90%, специфичность – 10%.
Ключевые слова — Искусственный интеллект, нейронные сети, машинное обучение, методы обучения ИНС, ИНС классификации ЭКГ, сердечно-сосудистые заболевания.
[1] Киреева, К.А. Анализ возможности применения искусственных нейросетей в кардиологии / К.А. Киреева, Л.А. Коробова, Д.В. Арапов // Информационные технологии в строительных, социальных и экономических системах. – 2022. – № 4(30). – С. 168-176.

[2] Халайджи, А.К. Методы классификации нарушений сердечного ритма на основе кодирования последовательностей RR-интервалов сигнала ЭКГ / А.К. Халайджи, И.Б. Мучник // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2021. – № 1(132). – С. 38-53. – DOI: 10.46960/1816-210X_2021_1_38.

[3] Диагностика гипертрофий левых отделов сердца с помощью глубокой нейронной сети / П.К. Андреев, В.В. Ананьев, В.А. Макаров [и др.] // Труды Института системного программирования РАН. – 2020. – Т. 32, № 4. – С. 141-154. – DOI: 10.15514/ISPRAS-2020-32(4)-10.

[4] Нейросетевая модель для ранней диагностики хронической сердечной недостаточности / В.И. Горбаченко, В.В. Потапов, О.К. Зенин [и др.] // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. – 2022. – № 4(64). – С. 5-15. – DOI: 10.21685/2072-3032-2022-4-1.

[5] Кирпиков, М.В. Методы обучения ИНС / М.В. Кирпиков, А.Е. Немовленко, А.В. Макарова // Herald of Science and Education. – 2021. – № 11-2(114). – С. 56-60.

[6] Онищенко, П.С. Искусственные нейронные сети в кардиологии: анализ графических данных / П.С. Онищенко, К.Ю. Клышников, Е.А. Овчаренко // Бюллетень сибирской медицины. – 2021. – Т. 20, № 4. – С. 193-204. – DOI: 10.20538/1682-0363-2021-4-193-204.

[7] Швец, Д.А. Сравнительный обзор использования методов машинного обучения для прогнозирования сердечно-сосудистого риска / Д.А. Швец, С.В. Поветкин // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. – 2020. – № 5. – С. 74-82. – DOI: 10.24411/2075-4094-2020-16711.

[8] Рязанова, С.В. Новые тенденции становления искусственного интеллекта в медицине / С.В. Рязанова, В.П. Мазаев, А.А. Комков // CardioСоматика. – 2021. – Т. 12, № 4. – С. 227-233. – DOI: 10.17816/22217185.2021.4.201264.

[9] Бацина, Е.А. Цифровизация здравоохранения РФ: миф или реальность? / Е.А. Бацина, А.Н. Попсуйко, Г.В. Артамонова // Врач и информационные технологии – 2020 - № 3. С. 73-80. – DOI: 10.37690/1811-0193-2020-3-73-80.

[10] Смартфон в медицине — от справочника к диагностической системе. Обзор современного состояния вопроса / А.А. Федорович, А.Ю. Горшков, А.И. Королев, О.М. Драпкина // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. – 2022. - № 21(9). – С. 3298. – DOI: 10.15829/1728-8800-2022-3298.

[11] Библиотека глубокого обучение на Python. - URL: https://ru-keras.com/(дата обращения: 10.04.2023).

[12] База данных MIT-BIH Arrythmia Database. – URL: https://physionet.org/content/ptbdb/1.0.0/(дата обращения: 10.04.2023).

[13] Pieszko, K. Predicting Long-Term Mortality after Acute Coronary Syndrome Using Machine Learning Techniques and Hematological Markers / K. Pieszko, J. Hiczkiewicz, P. Budzianowski // Dis Markers. – 2019. – Vol. 1. – C. 9056402. – DOI: 10.1155/2019/9056402.

[14] A survey on ECG analysis / S.K. Berkaya, A.K. Uysal, E.S. Gunal [et al.] // Biomedical Signal Processing and Control. – 2018. – Vol. 43. – Pp. 216-235. - DOI: 10.1016/j.bspc.2018.03.003.

[15] Fractional flow reserve or coronary flow reserve for the assessment of myocardial perfusion: Implications of FFR as an imperfect reference standard for myocardial ischemia / V.E. Stegehuis, G.W. Wijntjens, J.J. Piek, T.P. van de Hoef // Current Cardiology Reports. – 2018. – Vol. 20(9). – C. 77. - DOI: 10.1007/s11886-018- 1017-4.

[16] Deep learning analysis of left ventricular myocardium in CT angiographic intermediate-degree coronary stenosis improves the diagnostic accuracy for identification of functionally significant stenosis / R.W. van Hamersvelt, M. Zreik, M. Voskuil [et al.] // European Radiology. – 2019. – Vol. 29(5). – Pp. 2350-2359. – DOI: 10.1007/s00330-018-5822-3.

[17] Catheter localization in 3D ultrasound using voxel-of-interest-based ConvNets for cardiac intervention / H. Yang, C. Shan, A.F. Kolen, P.H.N. de With // International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. -2019. – Vol. 14(6). – Pp. 1069-1077. – DOI: 10.1007/s11548-019- 01960-y.

[18] Deep learning-based muscle segmentation and quantification at abdominal CT: Application to a longitudinal adult screening cohort for sarcopenia assessment / P.M. Graffy, J. Liu, P.J. Pickhardt [et al.] // The British Journal of Radiology. – 2019. – Vol. 92(1100). – Pp. 2921-2928. – DOI: 10.1259/bjr.2019032.

[19] Full left ventricle quantification via deep multitask relationships learning / W. Xue, G. Brahm, S. Pandey [et al.] // Medical Image Analysis. – 2018. – Vol. 43. – Pp. 54-65. -DOI: 10.1016/j.media.2017.09.00.

[20] Zhou, T. A review: Deep learning for medical image segmentation using multi-modality fusion / T. Zhou, S. Ruan, S. Canu // Array. – 2019. – Vol. 3–4. – C. 100004. – DOI: 10.1016/j.array.2019.100004.

[21] Deep learning in medical imaging / M. Kim, J. Yun, Y. Cho [et al.] // Neurospine. – 2019. -Vol. 16(4). – Pp. 657-668. – DOI: 10.14245/ns.1938396.198.

[22] Pesapane, F. Artificial intelligence in medical imaging: threat or opportunity? Radiologists again at the forefront of innovation in medicine / F. Pesapane, M. Codari, F. Sardanelli // European Radiology Experimental. – 2018. – Vol. 2(1). – C. 35. – DOI: 10.1186/s41747-018-0061-6.

[23] Brain tumor segmentation using convolutional neural networks in MRI images / M.M. Thaha, K.P.M. Kumar, B.S. Murugan [et al.] // Journal of Medical. Systems. – 2019. – Vol. 43(9). – Pp. 1240-1251. – DOI: 10.1007/s10916-019-1416-0.

[24] Automated cardiovascular magnetic resonance image analysis with fully convolutional networks / W. Bai, M. Sinclair, G. Tarroni [et al.] // Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. – 2018. -Vol. 20(1). – C. 65. – DOI: 10.1186/s12968-018-0471-x.

[25] Саймон, Д. Карманный справочник по ЭКГ / Д. Саймон. – М. : ГЭОТАР Медиа Россия, 2020. – 192 с.

[26] Основы электрической электрокардиографии : учебное пособие // И.Г. Меньшикова, Е.В. Магаляс, И.В. Скляр, Н.В. Лоскутова. – Благовещенск, 2021. – 112 с.

[27] Электрокардиографы (ЭКГ аппараты). – URL: https://permedcom.ru/catalog/funktsionalnaya-diagnostika/elektrokardiografy/(дата обращения: 10.04.2023).

[28] Экг-аппараты. – URL: https://lpu.elamed.com/katalog/medicinskoe-oborudovanie/diagnosticheskoe-oborudovanie/ekg-apparaty/(дата обращения: 10.04.2023).

[29] Program Development for Choosing a Surgical Treatment Option and Mathematical Prediction of Findings in Patients with Postoperative Median Abdominal Hernias / D.V. Arapov, E.F. Cherednikov, S.A. Skorobogatov [et al.] // International Journal of Biomedicine. – 2022. – Vol. 12, No. 2. – P. 303-307. – DOI: 10.21103/Article12(2)_OA19.

[30] Information system for diagnosis of respiratory system diseases / G.V. Abramov, L.A. Korobova, A.L. Ivashin, I.A. Matytsina // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. - Vol. 1015, 4. –P. 042036. – DOI: 10.1088/1742-6596/1015/4/042036.

[31] Разработка модуля диагностики информационной системы мониторинга здоровья больных легочными заболеваниями / Г.В. Абрамов, Л.А. Коробова, А.Л. Ивашин, И.А. Матыцина // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. – 2018. – № 65. – С. 136-142. – DOI: 10.21667/1995-4565-2018-65-3-136-142.

[32] Коробова, Л.А. Разработка медицинской экспертной системы диагностики заболеваний с использованием элементов теории множеств / Л.А. Коробова, Е.С. Малиенко, Ю.А. Сафонова // Экономика и менеджмент систем управления. – 2017. – № 4-1(26). – С. 172-178.

[33] Коробова, Л.А. Разработка модели принятия решения для постановки диагноза заболеваний на основе нечеткой логики / Л.А. Коробова, Т.В. Гладких // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. – 2018. – Т. 80, № 4(78). – С. 80-89. – DOI: 10.20914/2310-1202-2018-4-80-89.

[34] Коробова, Л.А. Разработка модуля медицинской информационной системы для диагностики легочных заболеваний / Л.А. Коробова, И.А. Матыцина // Вестник НГИЭИ. – 2018. – № 10(89). – С. 13-28.

[35] Prototype mobile application definitions fresh products based on neural network / L.A. Korobova, I.S. Tolstova, I.A. Matytsina, M.S. Mironova // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. – Vol. 1902. – P. 012118. – DOI: 10.1088/1742-6596/1902/1/012118.
С. 42-54.

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-54-62

С.А. Сазонова¹, С.Н. Кораблин¹, Н.В. Акамсина¹

Разработка математической модели анализа невозмущенного состояния теплоэнергетической гидравлической системы

¹ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет (ВГТУ)», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Рассматривается последовательность разработки модели анализа невозмущенного состояния теплоэнергетической гидравлической системы - системы теплоснабжения, которая является важным этапом проектирования и оптимизации системы. Проанализированы основные параметры системы, такие как тепловые нагрузки, потоки тепла, теплопередача через трубы и теплообменники, расположение и характеристики оборудования (котлы, насосы и т.д.). Выполнена разработка математической модели системы, которая должна учитывать все основные факторы, влияющие на теплообмен и эффективность работы системы. Модель представлена в виде системы уравнений и включает в себя такие параметры, как температура, давление, расход теплоносителя и др. На основе этой модели можно проводить анализ различных режимов работы системы, оптимизировать параметры и принимать решения по ее улучшению. При разработке модели учтена возможность различных возмущений. Для анализа невозмущенного состояния системы исключено влияние таких возмущений и рассмотрена ее базовая работа. При разработке модели анализа потокораспределения для теплоэнергетической системы применено энергетическое эквивалентирование. Разработанная модели анализа невозмущенного состояния теплоэнергетической системы позволит более точно проектировать и управлять такой гидравлической системой, улучшить ее эффективность и надежность.
Ключевые слова — Математическое моделирование, теплоэнергетическая гидравлическая система, система теплоснабжения, невозмущенное состояние системы, анализ потокораспределения, энергетическое эквивалентирование, вариационный принцип.
[1] Меренков, А.П. Теория гидравлических цепей / А.П. Меренков, В.Я. Хасилев. - М.: Наука, 1985. - 278 с.

[2] Панов, М.Я. Вариационный подход к решению задач потокораспределения в городских трубопроводных системах / М.Я. Панов, И.С. Квасов, А.М. Курганов // Известия вузов. Строительство. - 1992. - №4. - С. 84-88.

[3] Панов, М.Я. Экстремальный подход к математической формулировке задачи установившегося потокораспределения в водопроводных сетях / М.Я. Панов, А.М. Курганов // Известия вузов. Строительство и архитектура. - 1991. - №3. - С.97-101.

[4] Полак, Л.С. Вариационные принципы механики / Л.С. Полак // Вариационные принципы механики : сб. статей. - М.: Изд-во физ. мат. литер., 1959. - С. 781-879.

[5] Щербаков, В.И. Анализ, оптимальный синтез и реновация городских систем водоснабжения и газоснабжения / В.И. Щербаков, М.Я. Панов, И.С. Квасов // Воронеж, 2001. – 292 с.

[6] Кафаров, В.В. Проектирование и расчет оптимальных систем технологических трубопроводов / В.В. Кафаров, В.П. Мешалкин. – М.: Химия, 1991. - 368 с.

[7] Панов, М.Я. Моделирование потокораспределения в трубопроводных системах на основе вариационного принципа / М.Я. Панов, И.С. Квасов // Известия АН России. Энергетика и транспорт. – 1992. - Т. 38, № 6. - С. 111-115.

[8] Базаров, Г.П. Потокораспределение в трубопроводных системах при неизотермическом течении вязкого газа / Г.П. Базаров, И.С. Квасов, М.Я. Панов // Известия АН СССР. Энергетика. - 1998. - № 6. - С. 92-97.

[9] Sazonova, S.A. Control of load-bearing structures of technological overpasses / S.A. Sazonova, S.D. Nikolenko, A.A. Osipov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2022. - V. 988(5). - P. 052012. - DOI: 10.1063/5.0093524.

[10] Sazonova, S.A. Monitoring concrete road pavement damages / S.A. Sazonova, S.D. Nikolenko, N.V. Akamsina // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2022. - V. 988(5). - P. 052054. - DOI: 10.1088/1755-1315/988/5/052054.

[11] Assessment of the load-bearing capacity of materials and structures using a finite element model / S.A. Sazonova, T.V. Zyazina, G.I. Smetankina [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. – 2022. - V. 2388(1). - P. 012059. - DOI:10.1088/1742-6596/2388/1/012059.

[12] Ecologically safe construction of monolithic concrete structures / S.D. Nikolenko, V.Y. Manohin, I.V. Mihnevich, M.V. Manohin // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Construction and Architecture: Theory and Practice of Innovative Development" (CATPID-2020). - 2020. - P. 052068. - DOI: 10.1088/1757-899X/913/5/052068.

[13] Measures to improve the performance of concrete of rein-forced concrete supports of technological overpasses / S.D. Nikolenko, S.A. Sazonova, N.V. Akamsina [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. V International Scientific Conference on Agribusiness, Environmental Engineering and Biotechnologies. - 2021. - P. 052036. - DOI: 10.1088/1755-1315/839/5/052036. - DOI: 10.1088/1755-1315/839/5/052036.

[14] Dust control of workplaces from bulk materials / S.A. Sazonova, S.D. Nikolenko, E. Vysotskaya [et al.] // AIP Conference Proceedings. Proceedings of the III International Conference on Advanced Technologies in Materials Science, Mechanical and Automation Engineering. - 2021. - P. 060028. - DOI: 10.1063/5.0072036.

[15] Control of the formation of defects in brickwork of buildings / S. Sazonova, S. Nikolenko, S. Dorokhin, D. Sysoev // AIP Conference Proceedings. - 2022. - V. 2467- P. 020023. - DOI: 10.1063/5.0093524.

[16] Weld defects and automation of methods for their detection / S.A. Sazonova, S.D. Nikolenko, A.A. Osipov [et al.] // IOP Conference Series. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall. Krasnoyarsk, Russian Federation, 2021. - P. 22078. - DOI: 10.1088/1742-6596/1889/2/022078.

[17] Evaluation of the effect of fermentation conditions on the functional and technological characteristics of the semifinished meat product / Yu.A. Safonova, A.V. Skrypnikov, E.N. Kovaleva [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. International Conference on Production and Processing of Agricultural Raw Materials (P2ARM 2021). - 2022. - P. 012049. - DOI: 10.1088/1755-1315/1052/1/012049.

[18] Example of integrating e-learning platforms with social network for create effective training courses / O.Y. Lavlinskaya, O.V. Kuripta, F.A. Desyatirikov [et al.] // Proceedings of the 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2022. - 2022. - Pp. 48-52. - DOI: 10.1109/ElConRus54750.2022.9755510.

[19] Development of an operational quality management application for the production process / Yu.A. Safonova, A.V. Lemeshkin, A.N. Pegina, S.S. Rylev // AIP Conference Proceedings. Krasnoyarsk Scientific Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Melville, New York, United States of America. - 2021. - P. 70031. -DOI: 10.1063/5.0071375.

[20] Study of the production process of extruded feed and evaluation of the quality of the resulting product using software methods / E.N. Kovaleva, Yu.A. Safonova, A.V. Lemeshkin [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. International Conference on Production and Processing of Agricultural Raw Materials (P2ARM 2021). - 2022. - P. 012139. -. DOI: 10.1088/1755-1315/1052/1/012139.

[21] Novikov, A.I. Grading of SCOTS pine seeds by the seed coat color: how to optimize the engineering parameters of the mobile optoelectronic device / A.I. Novikov, V.K. Zolnikov, T.P. Novikova // Inventions. - 2021. - V. 6, № 1. - P. 7. - DOI: 10.3390/inventions6010007.

[22] Methods of assessing the effectiveness of reforestation based on the theory of fuzzy sets / A. Kuzminov, L. Sakharova, M. Stryukov, V.K. Zolnikov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. "International Forestry Forum "Forest Ecosystems as Global Resource of the Biosphere: Calls, Threats, Solutions". - 2020. - P. 012007. - DOI: 10.1088/1755-1315/595/1/012007.

[23] Sakharova, L. Methodology for assessing the sustainability of agricultural production, taking into account its economic efficiency / L. Sakharova, M. Stryukov, V.K. Zolnikov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. International scientific and practical conference "Forest ecosystems as global resource of the biosphere: calls, threats, solutions" (Forestry-2019). - 2019. - P. 012019. - DOI: 10.1088/1755-1315/392/1/012019.

[24] Belokurov, V.P. Modeling passenger transportation processes using vehicles of various forms of ownership / V.P. Belokurov, S.V. Belokurov, V.K. Zolnikov // Transportation Research Procedia. - 2018. - Pp. 44-49. - DOI: 10.1016/j.trpro.2018.12.041.

[25] Formation of the predicted training parameters in the form of a discrete information stream / T.E. Smolentseva, V.I. Sumin, V.K. Zolnikov, V.V. Lavlinsky // Journal of Physics: Conference Series. - 2018. - P. 012045. - DOI: 10.1088/1742-6596/973/1/012045.

[26] Methods of multi-criteria optimization in problems of simulation of trucking industry / S.V. Belokurov, V.P. Belokurov, V.K. Zolnikov, O.N. Cherkasov // Transportation Research Procedia. 12th International Conference "Organization and Traffic Safety Management in Large Cities", SPbOTSIC 2016. - 2017. - Pp. 47-52. - DOI: 10.1016/j.trpro.2017.01.010.

[27] Strength test of the industrial building's load-bearing structures / S.A. Sazonova, S.D. Nikolenko, T.V. Zyazina [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. ICMSIT-III 2022: Metrological Support of Innovative Technologies, 2022. - P. 022016. - DOI: 10.1088/1742-6596/2373/2/022016.

[28] Behavior of dispersion-reinforced concrete under dynamic action / S.D. Nikolenko, S.A. Sazonova, V.F. Asminin [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. ICMSIT-III 2022: Metrological Support of Innovative Technologies, 2022. - P. 022006. - DOI: 10.1088/1742-6596/2373/2/022006.

[29] Condition monitoring of multi-apartment buildings / S. Sazonova, S. Nikolenko, E. Chernikov [et al.] // AIP Conference Proceedings. – 2022. - V. 2647. - P. 030018. - DOI: 10.1063/5.0104699.

[30] Inspection of project documentation during the construction of an apartment building / S. Sazonova, S. Nikolenko, A. Meshcheryakova [et al.] // AIP Conference Proceedings. – 2022. - V. 2647. - P. 030019. - DOI: 10.1063/5.0104700.

[31] Safonova, Y.A. Chickpea seeds germination rational parameters optimization / Y.A. Safonova, M.N. Ivliev, A.V. Lemeshkin // Journal of Physics: Conference Series. "International Conference Information Technologies in Business and Industry 2018 - Microprocessor Systems and Telecommunications". - 2018. - P. 032118. - DOI: 10.1088/1742-6596/1015/3/032118.

[32] Assessment of the impact of composite mixtures on the quality of new meat products / Y.A. Safonova, E.E. Kurchaeva, A.V. Lemeshkin [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. "International Conference on Production and Processing of Agricultural Raw Materials - Technology of Meat, Fish and Dairy Products". - 2021. - P. 032002. - DOI: 10.1088/1755-1315/640/3/032002.

[33] Software tools for assessing the environmental safety of city filling stations/ O.V. Kuripta, Yu.A. Vorobieva, K.V. Garmonov [et al.] // International scientific and practical conference "Ensuring sustainable development in the context of agriculture, green energy, ecology and earth science" 25 January 2021, Smolensk, Russian Federation. London, 2021. - P. 042051. - DOI: 10.1088/1755-1315/723/4/042051.

[34] Verification methods for complex-functional blocks in CAD for chips deep submicron design standards / V. Zolnikov, K. Zolnikov, N. Ilina, K. Grabovy // E3S Web of Conferences. – 2023. – V. 376. - P. 01090.

[35] Environmental impact consideration in the measures to improve the builders of different specialties working conditions / S.A. Sazonova, V.K. Zolnikov, K.V. Zolnikov [et al.] // E3S Web of Conferences. – 2023. – V. 389. – P. 02007. - DOI: 10.1051/e3sconf/202338902007.
С. 54-62.

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-63-70

А.П. Суворов¹, А.В. Кузовкин¹

Компьютерное моделирование при проектировании комбинированного инструмента для формообразования фасонных поверхностей

¹ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет (ВГТУ)», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
В статье рассматриваются вопросы, связанные с проектированием инструмента для формообразования поверхностей сложной формы, характерных для современного машиностроительного производства. Зачастую конструкторы идут по пути повышения степени кривизны поверхностей деталей с целью повышения их прочностных, эргономических и эстетических свойств. Проведенный авторами анализ показывает наличие существенных проблем при обработке такого рода поверхностей традиционными методами формообразования. Авторы констатируют, что в ряде случаев целесообразно использовать для обработки таких поверхностей электрических бесконтактных методов. В связи с этим в статье приводится анализ особенностей цифрового проектирования технологической оснастки с использованием современных систем автоматизированного проектирования. Предлагается авторский подход проектирования и изготовления электрода-инструмента с учетом его износа в процессе эксплуатации для формообразования криволинейных поверхностей с применением электрических методов обработки. Авторами раскрыта методика цифрового моделирования и задания параметров инструмента на основе программируемых зависимостей, связанных как с характером удаления слоя материала за счет воздействия электрического поля в зоне обработки, так и с особенностями изготовления инструмента методами аддитивных технологий с последующей металлизацией рабочих поверхностей инструмента.
Ключевые слова — Электрофизикохимическая обработка, фасонные поверхности, комбинированный инструмент, компьютерное моделирование, системы автоматизированного проектирования.
[1] Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Г. Л. Амитан, И. A. Байсупов, Ю. М. Барон [и др.]. – Л. : Машиностроение, 1988. – 719 с.

[2] Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. В 2-х т. Т. 1. Обработка материалов с применением инструмента ; под ред. Смоленцева В.П. – М. : Высшая школа, 1983. – 456 с.

[3] Смоленцев, В.П. Состояние и развитие электрофизических, электрохимических и комбинированных методов обработки / В. П. Смоленцев // Инновации в машиностроении (ИнМаш - 2021) : сборник трудов ХII Международной научно-практической конференции, посвященной памяти доктора технических наук, профессора Рахимянова Хариса Магсумановича, Новосибирск, 07–09 октября 2021 года. – Новосибирск, 2021. – С. 164-185.

[4] Справочник технолога / А.Г. Суслов, В.Ф. Безъязычный, Б.М. Базров [и др.]. – Москва : Издательство "Инновационное машиностроение", 2019. – 800 с.

[5] Основы автоматизации производственных процессов в машиностроении / О.Н. Кириллов, В.П. Смоленцев, С.С. Юхневич, А.Ю. Рязанцев. – Воронеж : Издательско-полиграфический центр "Научная книга", 2022. – 186 с.

[6] Кузовкин, А.В. Проектирование, изготовление и применение комбинированного инструмента для формирования криволинейных поверхностей / А. В. Кузовкин, А. П. Суворов, Ю. С. Золототрубова // Воронежский научно-технический Вестник. – 2021. – Т. 2, № 2(36). – С. 35-41.

[7] Васьков, А.И. Поверхности класса «А» в условиях мелкосерийного производства / А.И. Васьков, Н.А. Гилев // Проблемы качества графической подготовки студентов в техническом вузе: традиции и инновации : сборник материалов 7 международной научно-практической конференции. – Пермь, 2017. – С. 447-452.

[8] Рушан, А.З. О некоторых классах плоских кривых c монотонной функцией кривизны, их эстетической оценке и приложениях в промышленном дизайне / А.З. Рушан, И.Н. Рифкат, Т.М. Кенджиро // Вестник Московского авиационного института. – 2013. – Т. 20, № 2. – С. 209-218.

[9] Гостева, К.В. Облачные технологии в машиностроении / К.В. Гостева, Е.В. Смоленцев // Современные технологии производства в машиностроении : сборник научных трудов. – Воронеж, 2017. – Вып. 11. – С. 64-67.

[10] Буленков, Е.А. Применение облачных технологий при проектировании технологий изготовления деталей угольного машиностроения / Е.А. Буленков, М.К. Кузнецов, Т.А. Газе // Инновационные перспективы Донбасса : сборник материалов 7-й Международной научно-практической конференции, Донецк, 24–26 мая 2021 года.– Донецк: Донецкий национальный технический университет, 2021. – Т. 3. – С. 104-106.

[11] Голов, Р.С. Перспективы внедрения облачных технологий в контексте цифровой трансформации машиностроительных предприятий / Р.С. Голов, В.В. Мыльник // СТИН. – 2022. – № 2. – С. 36-38.

[12] Алешина, А.Э. Новый подход к автоматизации проектирования средств технологического оснащения для электрических методов обработки / А.Э. Алешина, А.В. Кузовкин, А.П. Суворов // Воронежский научно-технический Вестник. – 2022. – Т. 4, № 4(42). – С. 37-44.

[13] Суворов, А.П. Исследование процесса изготовления комбинированного электрода-инструмента для электрохимической обработки в условиях единичного и опытного производства / А.П. Суворов, А.В. Кузовкин // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2019. – Т. 15, № 5. – С. 117-121.

[14] Suvorov, A. Parametrization and manufacturing of a combined electrode tool using additive technologies and modern Computer-Aided design systems / A. Suvorov // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – T. 1278. – P. 012031. – DOI: 10.1088/1742-6596/1278/1/012031.

[15] Manufacturing a Combined Electrode-Instrument by the Method of Fast Prototyping / E. Smolentsev, D. Krokhin, V. Kuts, M. Razumov // Smart Innovation, Systems and Technologies. – 2022. – Vol. 247. – P. 185-195. - DOI: 10.1007/978-981-16-3844-2_20.

[16] Крохин, Д.Е. Аддитивные технологии изготовления электродов-инструментов / Д.Е. Крохин, В.П. Смоленцев, И.Г. Стародубцев // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2022. – Т. 18, № 6(210). – С. 276-282. – DOI: 10.36652/1813-1336-2022-18-6-276-282.

[17] Аддитивные технологии изготовления инструмента для комбинированных методов обработки / В.П. Смоленцев, Н.Н. Ненахов, А.А. Извеков, И.Г. Стародубцев // Наукоемкие технологии в машиностроении. – 2022. – № 7(133). – С. 3-8. – DOI: 10.30987/2223-4608-2022-1-7-3-8.

[18] Norman, A. Additive Technology for Forming Channels with Galvanic-Mechanical Coatings / A. Norman, V. Smolentsev, I. Starodubtsev // Key Engineering Materials. – 2022. – Vol. 910 KEM. – P. 375-380. – DOI: 10.4028/p-dq0y3u.

[19] Поташникова, Н.С. Аддитивная технология создания инструмента для электроабразивной обработки / Н.С. Поташникова, В.П. Смоленцев, М.Г. Поташников // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2021. – Т. 17, № 3(195). – С. 138-144.

[20] Manufacturing a Combined Electrode-Instrument by the Method of Fast Prototyping / E. Smolentsev, D. Krokhin, V. Kuts, M. Razumov // Smart Innovation, Systems and Technologies. – 2022. – Vol. 247. – P. 185-195. – DOI: 10.1007/978-981-16-3844-2_20.
С. 63-70.

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-70-78

В.И. Сумин¹, А.С. Дубровин¹, С.В. Родин², В.К. Зольников³

Разработка математической модели оптимизации процесса обучения курсантов силовых структур в высших учебных заведениях как сложной системы

¹Воронежский институт ФСИН России, Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

²Воронежский институт МВД России, Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

³ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
В данной статье рассматривается проблема разработки математической модели для описания процесса обучения курсантов силовых структур в высших учебных заведениях, которые являются сложной системой. В настоящее время действительность предъявляет высокие требования к квалификации и личностным качествам сотрудников силовых структур, что в свою очередь требует от соответствующих образовательных организаций осуществления опережающей профессиональной подготовки специалистов. На функционирование высших учебных заведений силовых структур, влияют объективные и субъективные факторы. С этой целью для повышения эффективности принятия управленческих решений в процессе обучения курсантов силовых структур в высших учебных заведениях предлагается использовать математическую модель обучения и воспитания группы курсантов, разрабатываемую на основе метода исследования операций, а конкретно теории марковских случайных процессов, которые происходят в течении непрерывно изменяющегося времени и используют дискретные состояния системы. Математическая модель обучения и воспитания группы курсантов при своем функционировании использует потоки событий, которые обладают свойствами стационарности и ординарности. Процесс перехода из одного состояния в другое описывается в виде размеченного графа состояний с плотностью вероятности перехода. Задание интенсивностей потоков событий позволит находить предельные вероятности и прогнозировать состояния, в которых находится учебная группа. Данный подход снизит уровень субъективности сотрудников ВУЗа и позволит структурировать и оптимизировать процесс оценки уровня знаний курсантов.
Ключевые слова — Сложные организационные системы, принятия управленческих решений, метод исследования операций, теория марковских процессов, экспоненциальный закон распределения, уравнения Колмогорова.
[1] Левина, С.Ш. Управленческие решения: монография / С.Ш. Левина, Р.Ю. Турчаева. – М.: Феникс, 2019. – 224 c.

[2] Юкаева, В.С. Принятие управленческих решений / В.С. Юкаева, Е.В. Зубарева, В.В. Чувикова. – М.: Дашков и Ко, 2019. - 324 c.

[3] Основы управления в правоохранительных органах: учебное пособие / В.П. Балан, А.В. Душкин, В.И. Новосельцев, В.И. Сумин. – Воронеж : Научная книга, 2021. - 100 с.

[4] Сумин, В.И. Анализ процесса оптимизации формирования иерархических многоуровневых сложных организационных систем / В.И. Сумин, Т.Е. Смоленцева // Вестник Воронежского института ФСИН России. –2020. – № 2. – С. 139-144.

[5] Анализ функционирования и структурная декомпозиция информационных систем специального назначения / В.И. Сумин, Т.Е. Смоленцева, Ю.Ю. Громов, В.М. Тютюнник // Научно-техническая информация. Серия 2: Информационные процессы и системы. – 2021. – №8. – С. 5-14.

[6] Зольников, В.К. Моделирование и анализ производительности алгоритмов балансировки нагрузки облачных вычислений / В.К. Зольников, О.В. Оксюта, Н.Ф. Даюб // Моделирование систем и процессов. – 2020. – Т. 13, №1 – С. 32-39.

[7] Сумин, В.И. Разработка моделей и алгоритмов информационных структур и процессов объектов особой важности / В.И. Сумин, Д.Ю. Чураков, Е.Г. Царькова // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2019. – № 4. – С. 30-39.

[8] Математическое моделирование в задаче о выборе оптимального места службы для военнослужащего / Ю.В. Корыпаева, Л.Д. Кузнецова, В.И. Сумин, Д.Б. Десятов // Вестник Воронежского института ФСИН России. – 2022. – № 4. – С. 107-112.

[9] Родин С.В. Моделирование систем защиты информации в информационных системах вневедомственной охраны : специальность 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ, 05.13.19 – Методы и системы защиты информации, информационная безопасность: автореф. дис. … канд. техн. наук / Родин Сергей Владимирович. – Воронеж, 2009. – 17 с.

[10] Математическая модель локальной политики безопасности с учетом структурных особенностей автоматизированной информационной системы информационного центра / В.И. Сумин, А.В. Душкин, С.В. Родин, М.А. Жукова // Математические методы и информационно-технические средства : сборник материалов IX Всероссийской научно-практической конференции. – Краснодар, 2013. – С. 305-307.

[11] Сумин, В.И. Оптимизация функционирования информационных систем специального назначения / В.И. Сумин, Ю.Ю. Громов, В.М. Тютюнник // Научно-техническая информация. Серия 2: Информационные процессы и системы. – 2023. – № 5. – С. 1-6. – DOI: 10.36535/0548-0027-2023-05-1.

[12] Разработка логико-математических моделей принятия управленческих моделей в сложных организационных системах специального назначения / В.И. Сумин, А.В. Мельников, В.И. Анциферова, С.А. Сазонова // Моделирование систем и процессов. – 2023. – Т. 16, № 1. – С. 26-34. – DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-1-26-34.

[13] Kozlov, V.V. On synergy of totally connected flows on chainmails / V.V. Kozlov, A.P. Buslaev, A.G. Tatashev // Proceeding of International Conference of CMMSE. – 2013. - Vol. 3. - Pp. 861-874.

[14] Kozlov, V.V. Monotonic walks on a necklace and a coloured dynamic vector / V.V. Kozlov, A.P. Buslaev, A.G. Tatashev // International Journal of Computer Mathematics. – 2015. – Vol. 92, Is. 9. – Pp. 1910-1920. - DOI: 10.1080/00207160.2014.915964.

[15] Tatashev, A. Spectrum of Elementary Cellular Automata and Closed Chains of Contours / A. Tatashev, M. Yashina // Machines. – 2019. – Vol. 7. – S. 28.

[16] Solving linear Fredholm fuzzy integral equations systems by Taylor expansion method / A. Jafarian, S. Measoomy Nia, S. Tavan, M. Banifazel // Applied mathematical sciences. – 2012. – Vol. 6, № 83. – Pp. 4103-4117.

[17] Yazenin, A.V. On the problem of possibilistic optimization / A.V. Yazenin // Fuzzy Sets and Systems. – 1996. – Vol. 81. – Pp. 131-140.

[18] Altman, E. TCP in Presence of Bursty Losses / E. Altman, K. Avrachenkov, C. Barakat // Performance Evaluation. – 2000. – Vol. 42. – Pp. 129-147.

[19] BBR: Congestion-Based Congestion Control / N. Cardwell, Y. Cheng, C.S. Gunn [et al.] // ACM Queue. – 2016. – Vol. 14, № 5. – Pp. 20-53.

[20] Fluid Flow Approximation of Time-Limited TCP/UDP/XCP Streams / J. Domanska, A. Domanski, T. Czachorski, J. Klamka // Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences. – 2014. – Vol. 62, № 2. – Pp. 217-225.

[21] Fluid Flow Approximation of Time-Limited TCP/UDP/XCP Streams / J. Domanska, A. Domanski, T. Czachorski, J. Klamka // Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences. – 2014. – V. 62, № 2. – Pp. 217-225.

[22] Habachi, O. Stackelberg Model for Opportunistic Sensing in Cognitive Radio Networks / O. Habachi, R. El-Azouzi, Y.A. Hayel // IEEE Transactions on Wireless Communications. – 2013. – Vol. 12. № 5. – Pp. 2148-2159.

[23] The system for operational monitoring and analytics of industry cyber-physical systems security in fuel and energy domains based on anomaly detection and prediction methods / N.V. Nashivochnikov, A.A. Bolshakov, A.A. Lukashin, M. Popov // Cyber-Physical Systems: Industry 4.0 Challenges. Studies in Systems, Decision and Control - Cham: Springer Nature Switzerland AG. - 2020. - Vol. 260. – Pp. 277-288.

[24] Podvalny, S.L. Modelling and analysing the dynamic interaction between competing branches of the regional economy as a multiagent control system / S.L. Podvalny, N.V. Minakova, E.M. Vasiljev // IEEE Conference Proceedings: 2019 1st International Conference on Control Systems, Mathematical Modelling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA-2019). - 2020. - Pp. 169-174.

[25] Podvalny, S.L. Intensification of heat transfer in chaotic modes / S.L. Podvalny, E.M. Vasiljev // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, The II "International Theoretical and Practical Conference on Alternative and Smart Energy" (TPCASE 2020). - 2020. - Vol. 1035, 012046. – С. 7.

[26] Nixon, M.S. Distance, classification and learning / M.S. Nixon, A.S. Aguado // Feature Extraction and Image Processing for Computer Vision. - London: Academic Press, Elsevier Ltd. - 2020. - Pp. 571-604.

[27] Deep neural networks application in models with complex technological objects / V. Meshalkin, A. Puchkov, M. Dli, Y. Lobaneva // Cyber-Physical Systems: Advances in Design & Modelling. Studies in Systems, Decision and Control. - Cham: Springer Nature Switzerland AG. - 2020. - Vol. 259. - Pp. 291-300.

[28] Lacey, S. Visuo-haptic object perception / S. Lacey, K. Sathian // Multisensory Perception. - London: Academic Press, Elsevier Ltd. - 2020. - Pp. 157-178.

[29] Barker, G.R.I. Multi-level analyses of associative recognition memory: the whole is greater than the sum of its parts / G.R.I. Barker, E.C. Warburton // Current Opinion in Behavioral Sciences. - 2020. - Vol. 32. - Pp. 80-87.

[30] Саймон, Д. Алгоритмы эволюционной оптимизации / Д. Саймон. - М.: ДМК Пресс, 2020. - 940 с.
С. 70-78.

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-79-86

Д.В. Шеховцев¹, А.М. Плотников¹, К.В. Зольников², А.И. Заревич²

Технология разработки RTL модели описания изделия при разработке программно-аналитического комплекса САПР

¹Управляющая компания «Волга» холдинга «Росэлектроника», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

²ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Статья посвящена разработке отечественного САПР, предназначенного для проектирования различных цифровых устройств микроэлектроники. Представленные работы проведены ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» совместно с холдингом РОСЭЛЕКТРОНИКА. Использовано программное обеспечение Cadence, позволившее осуществить моделирование цифрового микропроцессора, основанного на 32-х битном ядре SCR1 компании SYNTACORE с реализацией набора команд IMC. Синтезирование RTL модели для тестирования произведено в автоматическом режиме и включало в себя этап проверки на синтезабельность и этап непосредственно синтеза. Синтез осуществлён в базисе стандартных библиотечных элементов выбранной технологии для технологического процесса фабрики HHGRACE. Для созданной модели произведено тестирование списка соединений (netlist), при этом логическая модель заменялась списком цепей. Затем осуществлён расчёт потребляемой схемой мощности. В завершении разработки, для уже готовой модели проведены разнообразные тесты, направленные на проверку корректности RTL кода, – тесты на соответствие спецификации, тесты на краевые случаи (corner case testing), тесты на основе прикладных задач и алгоритмическое тестирование (real code testing), а также тесты на пиковую производительность и пропускную способность коммутаторов и интерфейсов.
Ключевые слова — RTL (Register Transfer Level), система автоматизированного проектирования (САПР), Cadence, System Verilog, модель описания изделия.
[1] Характеризация и моделирование сигналов в САПР / В.А. Скляр, В.К. Зольников, А.И. Яньков [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2018. – Т. 11, № 1. – С. 62-67. – DOI: 10.12737/article_5b574c7fd2b815.56868481.

[2] Разработка проектной среды и оценка технологичности производства микросхемы с учетом стойкости к специальным факторам на примере СБИС 1867Ц6Ф / В.А. Скляр, В.А. Смерек, К.В. Зольников [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2020. – Т. 13, № 1. – С. 77-82. – DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-1-77-82.

[3] Кроткова, Н.А. Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) / Н.А. Кроткова //Научный альманах. – 2020. – №. 9-2. – С. 37-39.

[4] Методы схемотехнического моделирования КМОП СБИС с учетом радиации / К.В. Зольников [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. – 2014. – № 2. – С. 5-9.

[5] Сравнение инструментов высокоуровневого синтеза и конструирования цифровой аппаратуры / А.С. Камкин [и др.] // Труды Института системного программирования РАН. – 2022. – Т. 34, № 5. – С. 7-22. – DOI: 10.15514/ISPRAS-2022-34(5)-1.

[6] Камкин, А.С. Поиск конфликтов доступа к данным в HDL-описаниях / А.С. Камкин, М.С. Лебедев, С.А. Смолов // Труды Института системного программирования РАН. – 2019. – Т. 31, № 3. – С. 135-144. – DOI: 10.15514/ISPRAS-2019-31(3)-11.

[7] Иванов, А.А. Программно-аналитический комплекс САПР для разработки электронных устройств / А.А. Иванов, В.Б. Петров // Электроника и связь. – 2017. – №2(56). – C. 45-52.

[8] Ушенина, И.В. Современные направления развития ПЛИС архитектуры FPGA / И.В. Ушенина //XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2017. – №. 4. – С. 120-124.

[9] Гаврилов, С.В. Решение задач трассировки межсоединений с ресинтезом для реконфигурируемых систем на кристалле / С.В. Гаврилов, Д.А. Железников, В.М. Хватов // Известия высших учебных заведений. Электроника. – 2017. – Т. 22, №. 3. – С. 266-275.

[10] Лебедев, М.С. Генерация функциональных тестов для HDL-описаний на основе проверки моделей / М.С. Лебедев, С.А. Смолов // Труды Института системного программирования РАН. – 2016. – Т. 28, № 4. – С. 41-56. – DOI: 10.15514/ISPRAS-2016-28(4)-3.

[11] The performance and energy efficiency potential of FPGAs in scientific computing / T. Nguyen [et al.] // 2020 IEEE/ACM Performance Modeling, Benchmarking and Simulation of High Performance Computer Systems (PMBS). – IEEE, 2020. – Pp. 8-19.

[12] Corperation A. Cyclone IV FPGA Device Family Overview // Cyclone IV Device Handbook. – 2013. – Т. 1.

[13] Vtr 8: High-performance cad and customizable FPGA architecture modelling / K.E. Murray [et al.] // ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems (TRETS). – 2020. – Т. 13, №. 2. – С. 1-55.

[14] Kalms, L. HiFlipVX: an Open Source High-Level Synthesis FPGA Library for Image Processing / L. Kalms, A. Podlubne, D. Göhringer // Lecture Notes in Computer Science. – 2019. - Vol. 11444. - Pp. 149-164.

[15] Vivado Design Suite User Guide: Model-Based DSP. Design Using System Generator. UG897 (v2020.2), November 18, 2020. – URL: https://www.xilinx.com/content/dam/xilinx/support/documents/sw_manuals/xilinx2020_2/ug897-vivado-sysgen-user.pdf(дата обращения: 02.11.2022).

[16] FIRRTL. – URL: https://github.com/chipsalliance/firrtl(дата обращения: 02.11.2022).

[17] DSLX Reference. – URL: https://google.github.io/xls/dslx_reference(дата обращения: 02.11.2022).

[18] Kalms, L. HiFlipVX: an Open Source High-Level Synthesis FPGA Library for Image Processing / L. Kalms, A. Podlubne, D. Göhringer // Lecture Notes in Computer Science. – 2019. - Vol. 11444. - Pp. 149-164.

[19] An overview of today’s high-level synthesis tools / W. Meeus [et al.] // Design Automation for Embedded Systems. – 2012. - Vol. 16. - Pp. 31-51.

[20] Design and research of the behavioral model for the modular reduction device / Y.Zh. Aitkhozhayeva [et al.] // Eurasian Physical Technical Journal. – 2020. – Vol. 17. – Pp. 151-156. – DOI: 10.31489/2020No1/151-156.

[21] Adilbekkyzy, S. Modeling of the partial reminder former of the modular reduction device / S. Adilbekkyzy, Y.Zh. Aitkhozhayeva, S.T. Tynymbayev // Eurasian Union of Scientists. – 2019. – Vol. 6 (63). - Pp. 47 – 51.

[22] Development and modeling of schematic diagram for the modular reduction device / S.T. Tynymbayev, Y.Zh. Aitkhozhayeva, S. Adilbekkyzy [et al.] // Problems of Informatics. – 2019. - No. 4. - Pp. 42-52.
С. 79-86.

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-86-93

Д.В. Шеховцев¹, С.В. Стоянов¹, Т.В. Скворцова², О.В. Оксюта²

Маршрут проектирования и тестирование аналоговых блоков RTL модели программно-аналитического комплекса САПР

¹Управляющая компания «Волга» холдинга «Росэлектроника», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

²ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
В статье рассмотрены этапы разработки отечественной САПР, предназначенной для проектирования различных цифровых устройств микроэлектроники. Представленные работы проведены ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» совместно с холдингом РОСЭЛЕКТРОНИКА. Важным процессом в разработке САПР является проектирование аналоговых блоков RTL (Register Transfer Level), определяющих логику функционирования устройства на низком уровне. Такая разработка нуждается в построении маршрута проектирования и тестирование блоков RTL, для практической реализации которого были использованы языки программирования микроконтроллеров Verilog и SystemVerilog. В начале детально описан маршрут тестирования САПР с детальным описанием его этапов. Затем были сгенерированы ячейки функциональных СФ-блоков, приведён алгоритм его генерации. Отличительными чертами проведенного анализа является возможность проводить тестирования для аналоговых блоков. В завершении были задействованы различные методы тестирования, включая функциональное тестирование, проверку работоспособности на различных нагрузках и проверку соответствия спецификациям. Также было проведено моделирование работы блоков на различных рабочих частотах и при изменении параметров. В завершении мы описали процесс установки САПР на рабочую станцию разработчика, что необходимо для правильного использования КСП в среде Cadence.
Ключевые слова — Маршрут проектирования аналоговых блоков, RTL (Register Transfer Level), система автоматизированного проектирования (САПР), Cadence, System Verilog, модель описания изделия.
[1] Зольников, В.К. Верификация проектов и создание тестовых последовательностей для проектирования микросхем / В.К. Зольников, С.А. Евдокимова, Т.В. Скворцова // Моделирование систем и процессов. – 2019. – Т. 12, № 1. – С. 10-16. – DOI: 10.12737/article_5d639c80c07798.20924462.

[2] Особенности проектирования микросхем, выполненных по глубоко-субмикронным технологиям / А.В. Ачкасов [и др.] // Моделирование систем и процессов. – 2022. – Т. 15, № 4. – С. 7-17. – DOI: 10.12737/2219-0767-2022-15-4-7-17.

[3] Сравнение инструментов высокоуровневого синтеза и конструирования цифровой аппаратуры / А.С. Камкин [и др.] // Труды Института системного программирования РАН. – 2022. – Т. 34, №5. – С. 7-22. –DOI: 10.15514/ISPRAS-2022-34(5)-1.

[4] Камкин, А.С. Поиск конфликтов доступа к данным в HDL-описаниях / А.С. Камкин, М.С. Лебедев, С.А. Смолов // Труды Института системного программирования РАН. – 2019. – T. 31, № 3. – С. 135-144. – DOI: 10.15514/ISPRAS-2019-31(3)-11.

[5] The performance and energy efficiency potential of FPGAs in scientific computing / T. Nguyen [et al.] // 2020 IEEE/ACM Performance Modeling, Benchmarking and Simulation of High Performance Computer Systems (PMBS). – IEEE, 2020. – Pp. 8-19.

[6] Corperation A. Cyclone IV FPGA Device Family Overview // Cyclone IV Device Handbook. – 2013. – Т. 1

[7] Vtr 8: High-performance cad and customizable FPGA architecture modelling / K.E. Murray [et al.] // ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems (TRETS). – 2020. – Т. 13, №. 2. – С. 1-55.

[8] Kalms, L. HiFlipVX: an Open Source High-Level Synthesis FPGA Library for Image Processing / L. Kalms, A. Podlubne, D. Göhringer // Lecture Notes in Computer Science. – 2019. - Vol. 11444. - Pp. 149-164.

[9] Daoud, L. A survey of high level synthesis languages, tools, and compilers for reconfigurable high performance computing / L. Daoud, D. Zydek, H. Selvaraj // Advances in Intelligent Systems and Computing. – 2014. - Vol. 240. - Pp. 483-492.

[10] A survey and evaluation of FPGA high-level synthesis tools / R. Nane [et al.] // IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. – 2016. - Vol. 35, is. 10. - Pp. 1591-1604.

[11] Design and research of the behavioral model for the modular reduction device / Y.Zh. Aitkhozhayeva [et al.] // Eurasian Physical Technical Journal. – 2020. – Vol. 17. – Pp. 151-156. – DOI: 10.31489/2020No1/151-156.

[12] Tynymbayev, S.T. High speed device for modular reduction / S.T. Tynymbayev, Y.Zh. Aitkhozhayeva, S. Adilbekkyzy // Bulletin of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. – 2018. – No. 6 (376). – Pp. 147 – 152.

[13] Adilbekkyzy, S. Modeling of the partial reminder former of the modular reduction device / S. Adilbekkyzy, Y.Zh. Aitkhozhayeva, S.T. Tynymbayev // Eurasian Union of Scientists. – 2019. – Vol. 6 (63). - Pp. 47 – 51.

[14] Development and modeling of schematic diagram for the modular reduction device / S.T. Tynymbayev, Y.Zh. Aitkhozhayeva, S. Adilbekkyzy [et al.] // Problems of Informatics. – 2019. - No. 4. - Pp. 42-52.

[15] Cryptographic information security / S.O. Kramarov [et al.]. - Moscow: RIOR Publishing Center, 2018. – 322 p.

[16] Kumar, C.S. Design and Simulation of Low Dropout Regulator / C.S. Kumar, K. Sujatha // International Journal of Science and Research (IJSR). – 2015. – Vol. 4. No. 5. – P. 1404-1408.

[17] AMBA 4 AXI4-Stream Protocol Specification. ARM, Cambridge, UK, ARM IHI 0051A (ID030610), March 03, 2010. – URL: https://developer.arm.com/documentation/ihi0051/a(дата обращения: 02.11.2022).

[18] LegUp. – URL: http://legup.eecg.utoronto.ca(дата обращения: 02.11.2022).

[19] SmartHLS Compiler. – URL: https://www.microchip.com/en-us/products/fpgas-and-plds/fpga-and-soc-design-tools/smarthls-compiler(дата обращения: 02.11.2022).

[20] Vivado Design Suite User Guide: Model-Based DSP. Design Using System Generator. UG897 (v2020.2), November 18, 2020. – URL: https://www.xilinx.com/content/dam/xilinx/support/documents/sw_manuals/xilinx2020_2/ug897-vivado-sysgen-user.pdf(дата обращения: 02.11.2022).

[21] Vitis High-Level Synthesis User Guide. UG1399 (v2021.2), December 15, 2021. – URL: https://www.xilinx.com/content/dam/xilinx/support/documents/sw_manuals/xilinx2021_2/ug1399-vitis-hls.pdf(дата обращения: 02.11.2022).

[22] Intel FPGA SDK for OpenCL. – URL: https://www.intel.com/content/www/us/en/software/programmable/sdk-for-opencl/overview.html(дата обращения: 02.11.2022).
С. 86-93.

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-94-104

Е.В. Раецкая¹

Алгоритм построения полиномиального решения задачи программного управления для динамической системы в частных производных

¹ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Рассматривается полностью управляемая динамическая система в частных производных. Решена задача построения функций состояния и управления в аналитическом виде. Основным методом является метод каскадной декомпозиции, алгоритмически реализующийся в три этапа: прямой ход каскадной декомпозиции, центральный этап и обратный ход. Метод базируется на свойствах матричного коэффициента при производной от функции управления. Под декомпозицией подразумевается р-шаговый переход от исходной системы к редуцированной системе, вполне аналогичной по виду исходной, но относительно функций из подпространств. Пошаговая декомпозиция сопровождается редукцией заданных условий. Переход к системе р-го шага сопровождается появлением дополнительных условий на частные производные от компонент функции состояния. Дополнительное количество условий в каждой точке равно количеству шагов декомпозиции. Свойства матричного коэффициента при производной от функции управления редуцированной системы последнего шага, а именно, его сюръективность, определяют наличие свойства полной управляемости рассматриваемой системы. Установлением количества шагов декомпозиции и выявлением свойства полной управляемости завершается первый этап декомпозиции – этап прямого хода. Целью следующего - центрального этапа декомпозиции является построение функции состояния редуцированной системы последнего шага в аналитическом виде. Функция состояния редуцированной системы является определяющей базисной функцией, так как ее форма определяет форму функции состояния исходной системы. Установлены необходимые и достаточные условия существования определяющей базисной функции (ОБФ) в полиномиальном виде, а также устанавливается минимальная степень полинома, определяемая количеством шагов декомпозиции. Приведены формулы для построения вектор-функций – коэффициентов полинома ОБФ. Приведены формулы для построения функции управления редуцированной системы также в полиномиальном виде. В ходе реализации последнего этапа декомпозиции последовательно восстанавливается, удовлетворяющая заданным условиям в начальной и конечной точках, функция состояния исходной системы в полиномиальном виде. Завершающим этапом является построение функции управления исходной системы также в полиномиальном виде. Разработан пошаговый алгоритм решения задачи программного управления для динамической системы в частных производных. Приводятся формулы для построения функций состояния и управления в полиномиальном виде. На примере трехмерной динамической системы в частных производных с сюръективным матричным коэффициентом в системе расщепления первого шага демонстрируется реализация разработанного алгоритма и строятся функции состояния и управления в виде полинома минимальной степени.
Ключевые слова — Система в частных производных, полная управляемость, алгоритм, каскадная декомпозиция, состояние, полиномиальное решение, программное управление.
[1] Джохадзе, О.М. Смешанная задача с нелинейным граничным условием для полулинейного уравнения колебания струны / О.М. Джохадзе // Дифференциальные уравнения. – 2022. – Т. 58, № 5. – С. 591-606.

[2] Назаров, С.А. Волны Релея для эллиптических систем в областях с периодическими границами / С.А. Назаров // Дифференциальные уравнения. – 2022. – Т. 58, № 5. – С. 638-655.

[3] Зайцева, Н.В. Классические решения гиперболических дифференциально-разностных уравнений в полупространстве / Н.В. Зайцева // Дифференциальные уравнения. – 2022. – Т. 58, № 5. – С. 628-637.

[4] Алексеева, Л.А. Обобщенные решения стационарных краевых задач для биволновых уравнений / Л.А. Алексеева // Дифференциальные уравнения. – 2022. – Т. 58, № 4. – С. 477-488.

[5] Коненков, А.Н. Асимптотика фундаментальных решений параболических уравнений с одной пространственной переменной / А.Н. Коненков // Дифференциальные уравнения. – 2022. – Т. 58, № 4. – С. 489-497.

[6] Фуджита-Яшима, Х. Вариант ряда Фурье в сферической области и его применение к моделированию испарения капли воды / Х. Фуджита-Яшима // Дифференциальные уравнения. – 2022. – Т. 58, № 2. – С. 204-222.

[7] Eliseev, A.G. Development of the Lomov Regularization Method for Singularly Perturbed Caushy Problem and a Boundary Value Problem on the Half-Line for Parabolic Equations with a “Simple” Rational Turning Point / A.G. Eliseev, T.A. Ratnikova, D.A. Shaposhnikova // Differential equations. – 2022. – V. 58, № 3. – P. 314-340.

[8] Ломов, И.С. Построение обобщенного решения смешанной задачи для телеграфного уравнения: секвенциальный и аксиоматический подходы / И.С. Ломов // Дифференциальные уравнения. – 2022. – Т. 58, № 11. – С. 1471-1483.

[9] Белопольская, Я.С. Вероятностная интерпретация задачи Коши для систем нелинейных параболических уравнений / Я.С. Белопольская // Дифференциальные уравнения. – 2022. – Т. 58, № 12. – С. 1606-1623.

[10] Шишкина, Э.Л. Единственность решения задачи Коши для общего уравнения Эйлера-Пуассона_Дарбу / Э.Л. Шишкина // Дифференциальные уравнения. – 2022. – Т. 58, № 12. – С. 1688-1693.

[11] Elkin, V.I. Application of Dofferential-Geometric Methods of Control Theory to the Theory of Partial Differential Equations. I / V.I. Elkin // Differential equations. – 2021. – V. 57, № 11. – P. 1451-1459.

[12] Елкин, В.И. Применение дифференциально-геометрических методов теории управления в теории дифференциальных уравнений с частными производными / В.И. Елкин // Дифференциальные уравнения. – 2022. – Т. 58, № 11. – С. 1453-1460.

[13] Stabilization of a System of Unstable Pendulum Discrete and Contininuous Case / P.A. Meleshenko, M.E. Semenov, A.M. Solovyov, K.I. Sypalo // Journal of Computer and Systems Sciences International. – 2022. – V. 61, № 2. – Pp. 135-154.

[14] Тхай, В.Н. Стабилизация колебания управляемой механической системы с N степенями свободы / В.Н. Тхай // Автоматика и телемеханика. – 2020. – № 9. – С. 93-104.

[15] Selyutskiy, Y.D. Controlling the Motion of an Aerodynavic Pendulum with an Elastically Fixed Suspension Point / Y.D. Selyutskiy // Journal of Computer and Systems Sciences International. – 2022. – V. 61, № 3. – Pp. 322-331.

[16] Balandin, D.V. Stabilization of Linear Dynamic Objects According to the Measured-Error State Under Constraints on the Phase and Control variables / D.V. Balandin, A.A. Fedyukov // Journal of Computer and Systems Sciences International. – 2021. – V. 60, № 5. – P. 673-685.

[17] Maksimov, V.I. On Guaranted Control of a Linear System of Differential Equations with Incomplete Information About State Coordinates / V.I. Maksimov // Differential equations. – 2021. – V. 57, № 11. – P. 1468-1480.

[18] Зубова, С.П. Алгоритм решения линейных многоточечных задач управления методом каскадной декомпозиции / С.П. Зубова, Е.В. Раецкая // Автоматика и телемеханика. – 2017. – № 7. – С. 22-38.

[19] Раецкая, Е.В. Исследование сингулярно возмущенной системы управления / Е.В. Раецкая // Вестник Тамбовского университета. Сер. Естественные и технические науки. – 2018. – Т. 23, № 122. – С. 303-307.

[20] Zubova, S.P. Solution of the multi-point control problem for a dynamic system in partial derivatives / S.P. Zubova, E.V. Raetskaya // Mathematical Methods in the Applied Sciences. – 2021. – V. 44, № 15. – Pp. 11998-12009.

[21] Zubova, S.P. Control problem for dynamical systems with partial derivatives / S.P. Zubova, E.V. Raetskaya, L.H. Trung // Journal of Mathematical Sciences. – 2021. – V. 249, № 6. – Pp. 941-953.

[22] Zubova, S.P. Construction of Controls Providing the Desired Output of the Linear Dynamic System derivatives / S.P. Zubova, E.V. Raetskaya // Automation and Remote Control. – 2018. – Vol. 79 (5). – Pp. 774-791.

[23] Зубова, С.П. Построение управления для получения заданного выхода в системе наблюдения / С.П. Зубова, Е.В. Раецкая // Вестник Тамбовского университета. Сер. Естественные и технические науки. – 2015. – Т. 20, № 5. – С. 1400-1404.

[24] Зубова, С.П. Об инвариантности нестационарной системы наблюдения относительно некоторых возмущений / С.П. Зубова, Е.В. Раецкая, Фам Т.К. // Вестник Тамбовского университета. Сер. Естественные и технические науки. – 2010. – Т. 25, № 6. – С. 1678-1679.

[25] Зубова, С.П. О полиномиальных решениях линейной стационарной системы управления / С.П. Зубова, Е.В. Раецкая, Ле Хай Чунг // Автоматика и телемеханика. – 2008. – № 11. – С. 41-47.

[26] Zubova, S.P. Invariance of a nonstationary observability system under certain perturbations / S.P. Zubova, E.V. Raetskaya // Journal of Mathematical Sciences. – 2013. –V. 188, № 3. – P. 218-226.

[27] Раецкая, Е.В. Алгоритм построения управления динамической системой в частных производных / Е.В. Раецкая // Моделирование систем и процессов. – 2022. – Т. 15, № 4. – С. 116-127.

[28] Zubova, S.P. A Study of the Rigidity Descriptor Dynamical Systems in a Banach Spase / S.P. Zubova, E.V. Raetskaya // Journal of Mathematical Sciences. – 2015. –Vol. 208, Is. 1. – Pp. 131-138.

[29] Зубова, С.П. Решение задачи Коши для двух дескрипторных уравнений с нетеровым оператором / С.П. Зубова, Е.В. Раецкая // Доклады академии наук. – 2014. – Т. 459, № 5. – С. 640-652.

[30] Zubova. S.P. Degeneraty Property of a Matrix Differential Operator and Applications / S.P. Zubova, E.V. Raetskaya, V.I. Uskov // Journal of Mathematical Sciences. – Vol. 255, № 5, 2021. – P. 640-652.

[31] Зубова, С.П. Решение полуграничной задачи для вырожденного уравнения в частных производных / С.П. Зубова, Е.В. Раецкая // Дифференциальные уравнения. – 2022. – Т. 58, № 9. – С. 1193-1204.

[32] Зубова, С.П. Исследование решения задачи Коши для дескрипторного уравнения с возмущением в правой части / С.П. Зубова, Е. В. Раецкая // Итоги науки и техники. Современная математика и ее приложения. Тематические обзоры. – 2021. – Т. 195.– С. 51-56.
С. 94-104.

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-105-114

И.П. Сапронов¹

Интегральное уравнение Вольтерра в банаховом пространстве

¹ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Несмотря на существенные достигнутые результаты при изучении операторных уравнений (включая уравнения Вольтерра) в нормированных банаховых пространствах, фундаментальные исследования в этой области математики привлекают внимание огромного количества математиков во всем мире. Решения уравнения Вольтерра описывают многие важные процессы в различных областях науки и техники. Исследования различных обратных задач, задачи обработки данных эксперимента или опыта, связанных с изучением сферических или осесимметричных плазменных образований, многочисленные математические модели сосуществования различных биологических систем приводят к рассмотрению и решению такого типа интегральных уравнений. Большой вклад в развитие этой теории внесли Н.А. Магницкий, Л.И. Панов, А.Н. Тихонов, М.М. Лаврентьев и другие. Были получены фундаментальные результаты при исследовании многочисленных операторных уравнений с особенностями в различных функциональных пространствах. Для вышеуказанных уравнений строились решения, зависящие от многих параметров. В настоящее время рассматриваются такие задачи в пространствах произвольной размерности и с коэффициентами, имеющими производную конечного порядка. В настоящей статье для интегрального уравнения первого рода строится конечное множество решений в некотором функциональном пространстве. Ядро интегрального оператора имеет конечный порядок и достаточно дифференцируемо вблизи нуля. Рассматриваемое интегральное уравнение сводится к интегро-дифференциальному уравнению, представляющему собой два слагаемых. Для первого слагаемого удается решить соответствующее неоднородное уравнение и получить множество решений в некотором функциональном нормированном пространстве. Для второго слагаемого получаем уравнение с оператором, норма которого в некотором пространстве операторов сколь угодно мала вблизи нуля. Такое расщепление интегрального оператора позволяет в виде сходящихся рядов строить частное и общее решение соответствующего интегро-дифференциального уравнения. Применяя современные методы функционального анализа, удается, изучая два отдельных уравнения, построить многопараметрическое семейство решений со значениями в некотором Банахавом пространстве с весом для исходного рассматриваемого уравнения.
Ключевые слова — Разрешающий оператор, спектр оператора, норма, ядро, банахово пространство.
[1] Магницкий, Н.А. О существовании многопараметрических семейств решений интегрального уравнения Вольтерра I-го рода / Н.А. Магницкий // ДАН СССР. – 1977. – T. 235, № 4. – C. 772-774.

[2] Магницкий, Н.А. Многопараметрические семейства решений интегральных уравнений Вольтерра / Н.А. Магницкий // ДАН СССР. – 1978. – T. 240, № 2. – C. 268-271.

[3] Магницкий, Н.А. Линейные интегральные уравнения Вольтерра I и III рода / Н.А. Магницкий // Журнал выч. мат. и мат. физ. – 1979. – T. 19, № 4. – C. 970-988.

[4] Крейн, С.Г. О полноте системы решений интегрального уравнения Вольтерра с особенностью / С.Г. Крейн, И.В. Сапронов //Докл. РАН. – 1997. – T. 355, № 4. – C. 450-452.

[5] Крейн, С.Г. Об интегральных уравнениях Вольтерра с особенностями / С.Г. Крейн, И.В. Сапронов // УМН. – 1995. – T. 50, № 4. – C. 140.

[6] Krein, S.G. Singular integral Volterra equations / S.G. Krein // Abstracts. International Congress of Mathematics. – 1994. – № 3-11. – P. 125.

[7] Krein, S.G. One class of solutions of Volterra equation with regular singularity / S.G. Krein, I.V. Sapronov // Укр. мат. ж. – 1997. – T. 49, № 3. – С. 424-432.

[8] Сапронов, И.В. Об одном классе решений уравнения Вольтерра II рода с регулярной особенностью в банаховом пространстве / И.В. Сапронов // Известия высших учебных заведений. Математика. – 2004. – № 6. – С. 48-58.

[9] Сапронов, И.В. Многопараметрическое семейство решений интегрального уравнения Вольтерра с особенностью в банаховом пространстве / И.В. Сапронов // Известия высших учебных заведений. Математика. – 2005. – № 2. – С. 81-83.

[10] Сапронов, И.В. Уравнение Вольтерра с особенностью в банаховом пространстве / И.В. Сапронов // Известия высших учебных заведений. Математика. – 2007. – № 11. – С. 45-55.

[11] Сапронов, И.В. Многопараметрическое семейство решений интегрального уравнения Вольтерра с особенностью в банаховом пространстве / И.В. Сапронов // Известия высших учебных заведений. Математика. – 2011. – № 1. – С. 59-71.

[12] Глушко, В.П. Линейные вырождающиеся дифференциальные уравнения / В.П. Глушко. – Воронеж, ВГУ. – 1972.

[13] Сапронов, И.В. Линейное интегральное уравнение Вольтерра I рода / И.В. Сапронов // Вестник ВГУ. Серия: Физика. Математика. – 2022. – № 1. – С. 87–96.

[14] Панов, Л.И. Об интегральных уравнениях с ядрами, имеющими неинтегрируемую особенность произвольного порядка / Л.И. Панов // ДАН Таджикской ССР. – 1967. – Т. 10, № 6. – С. 3–7.

[15] Тихонов, А.Н. О решении некорректно поставленных задач и методе регуляризации / А.Н. Тихонов // ДАН СССР. – 1963. – Т. 151, № 3. – С. 501-504.

[16] Тихонов, А.Н. О регуляризации некорректно поставленных / А.Н. Тихонов // ДАН СССР. – 1963. –Т. 153, № 1. – С. 49-52.

[17] Лаврентьев, М.М. О некоторых некорректных задачах математической физики / М.М. Лаврентьев. – Новосибирск, СО АН СССР, 1962.

[18] Лаврентьев, М.М. Обратные задачи. В трудах всесоюзной школы молодых ученых по некорректным задачам / М.М. Лаврентьев. – М. % Из-во МГУ, 1974.

[19] Иванов, В.К. Об интегральных уравнениях Фредгольма первого рода / В.К. Иванов // Дифференц. Уравнения. – 1967. – Т. 3, № 3. – С. 410-421.

[20] Арсенин, В.Я. О решении некоторых интегральных уравнений I-го рода типа свертки методом регуляризации / В.Я. Арсенин, В.В. Иванов // ЖВМ и МФ. – 1968. – Т. 8, № 2. – С. 310-321.

[21] Коркина, Л.Ф. О регуляризации интегральных уравнений первого рода с ядром Грина / Л.Ф. Коркина // Изв. высш. учебных заведений. Математика. – 1968. – № 5. – С. 44-49.

[22] Вольтерра, В. Математическая теория борьбы за существование / В. Вольтерра. – М.: «Наука», 1976.

[23] Денисов, А.М. Об аппроксимации квазирешений интегрального уравнения Фредгольма I рода специального вида / А.М. Денисов // ЖВМ и МФ. – 1972. – Т. 12, № 8. – С. 1565-1568.

[24] Денисов, А.М. О приближенном решении уравнения Вольтерра I рода / А.М. Денисов // ЖВМ и МФ. – 1975. – Т. 15, № 4. – С. 1053-1056.

[25] Сергеев, В.О. Регуляризация уравнения Вольтерра I-го рода / В.О. Сергеев // ДАН СССР. – 1971. – Т. 197, № 3. – С. 531-534.

[26] Апарцин, А.С. Приближенное решение интегральных уравнений Вольтерра I рода методом квадратных сумм / А.С. Апарцин, А.Б. Бакушинский // Дифференциальные и интегральные уравнения : сборник научных трудов. – Иркутск, 1972.

[27] Калитвин, А.С. Приложения линейных уравнений Вольтерра и Вольтерра-Фредгольма с частными интегралами / А.С. Калитвин // Cовременные методы теории краевых задач : сборник материалов Международной конференции Воронежская весенняя математическая школа Понтрягинские чтения - XXX. – Воронеж, 2019. – С. 150-153.

[28] Асхабов, С.Н. Интегральное уравнение Вольтерра со степенной нелинейностью / С.Н. Асхабов // Чебышевский сборник. – 2022. – Т. 23, № 5 (86). – С. 6-19.

[29] Андреев, А.С. Метод функционалов Ляпунова в задаче об устойчивости интегро-дифференциальных уравнений Вольтерра с бесконечным запаздыванием / А.С. Андреев, О.А. Перегудова // Прикладная математика и механика. – 2021. – Т. 85, № 4. – С. 469-493.

[30] Коваленко, В.О. Операторы Вольтерра и Гельфонда-Леонтьева на весовых банаховых пространствах / В.О. Коваленко // Математический форум (Итоги науки. Юг России). – 2020. – Т. 13. – С. 286-287.

[31] Ботороева, М.Н. Исследование устойчивости неклассических разностных схем для нелинейных интегральных уравнений Вольтерра II рода / М.Н. Ботороева, М.В. Булатов // Журнал вычислительной математики и математической физики. – 2023. – Т. 63, № 6. – С. 881-890.

[32] Илолов, М.И. Дробные линейные интегро-дифференциальные уравнения Вольтерра в банаховых пространствах. Итоги науки и техники / М.И. Илолов // Современная математика и ее приложения. Тематические обзоры. – 2019. – Т. 173. – С. 58-64.

[33] lomovoy, V.I. Identification nonlinear dynamic systems based on Volterra polynomials with using polyharmonic test signals / V.I. lomovoy, V.D. Pavlenko // Вестник Национального технического университета Харьковский политехнический институт. Серия: Информатика и моделирование. – 2019. – № 13 (1338). – С. 74-84.

[34] Unhaley, S. On existence and uniqueness results for iterative fractional integrodifferential equation with deviating arguments / S. Unhaley, S. Kendre // Applied Mathematics E-Notes. – 2019. – Т. 19. – С. 116–127.

[35] Hamoud, A. Existence and uniqueness of solutions for fractional neutral Volterra–Fredholm integro-differential equations / A. Hamoud // Advances in the Theory of Nonlinear Analysis and its Application. – 2020. – Т. 4, no.4. – С. 321-331.

[36] Hamoud, A. Some new existence, uniqueness and convergence results for fractional Volterra–Fredholm integro-differential equations / A. Hamoud, K. Ghadle // J. Appl. Comput. Mech. – 2019. – Т. 5, no. 1. – С. 58-69.
С. 105-114.

DOI: 10.12737/2219-0767-2023-16-3-114-128

А.А. Хвостов¹, А.А. Журавлев², Е.А. Шипилова², А.А. Богер¹

Расчет коэффициента местного сопротивления при изотермическом течении неньютоновской несжимаемой жидкости в цилиндрическом канале с внезапным сужением

¹Воронежский государственный технический университет, Воронеж, Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

²ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия им. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Инженерный расчет и конструирование экструзионной оснастки в виде цилиндрических формующих каналов с внезапным сужением сопряжен с определением коэффициента сопротивления внезапного сужения и местных потерь давления. Имеющиеся теоретические и экспериментальные данные о значениях коэффициента сопротивления внезапного сужения являются противоречивыми, носят приближенный характер и, в ряде случаев, не учитывают реологические свойства жидкости. Их использование для расчета местных потерь давления при ламинарном режиме течения приводит к существенным погрешностям. Для устранения обозначенных проблем сформулирована математическая постановка задачи о изотермическом стационарном ламинарном течении неньютоновской несжимаемой жидкости в осесимметричном канале с внезапным сужением. Математическая модель течения в пространственной постановке формализована в виде уравнений сохранения импульса и массы. В качестве реологической модели принята модель Карро, учитывающая наличие конечных значений вязкостей при предельных скоростях сдвига. Численное решение задачи выполнено методом конечных элементов с использованием пакета CFD-моделирования Comsol MultiphysicsТМ. В результате решения восстановлена картина течения неньютоновской среды в виде распределения линий тока, кинематических и динамических параметров потока. Проведена оценка влияния числа Рейнольдса на изменение геометрических характеристик структуры потока, кинематических и динамических параметров течения. Выполнен расчет значений коэффициента местных сопротивлений и потерь давления на преодоление внезапного сужения для выбранных режимов течения. Результаты вычислительных экспериментов обобщены в виде критериального соотношения для расчета коэффициента местных сопротивлений в зависимости от числа Рейнольдса.
Ключевые слова — Внезапное сужение, неньютоновская жидкость, модель Карро, уравнение Оствальда-де Виля, коэффициент местного сопротивления, число Рейнольдса, регуляризация, потери давления.
[1] Пелевина, Л.Ф. Процессы и аппараты / Л.Ф. Пелевина, Н.И. Пилипенко. – СПб. : Лань, 2020. – 332 с.

[2] Березовский, Ю.М. Формирование структур пищевых масс и формование готовых изделий / Ю.М. Березовский, В.Н. Андреев. – М. : ООО «НИПКЦ Восход-А», 2017. – 162 с.

[3] Термопластическая экструзия в процессах пищевой биотехнологии / А.Ю. Шариков, В.В. Иванов, М.В. Амелякина, Е.М. Серба. – М. : Первое экономическое издательство, 2022. – 116 с.

[4] Володин, В.П. Технологическая оснастка в производстве профильных изделий : практическое руководство / В.П. Володин. – СПб. : Профессия, 2021. – 520 с.

[5] Бифуркация течения псевдопластических жидкостей в канале с резким сужением и расширением / С.А. Патлажан, Д.Е. Рощин, И.В. Кравченко, А.А. Берлин // Химическая физика. – 2019. – Т. 38, № 9. – С. 71-77.

[6] The Origin of Extensional Flow in а Channel with Sudden Contraction and Expansion / I.V. Kravchenko, S.A. Patlazhan, R. Muller, Y.G. Sultanov // Journal of Physics: Conference Series. –2016. – Vol. 774(1). – Р. 012026. – DOI: 10.1088/1742-6596/774/1/012026.

[7] Инженерная реология. Физико-механические свойства и методы обработки пищевого сырья : учеб. пособие для вузов / Ю.М. Березовский, С.А. Бредихин, В.Н. Андреев, А.Н. Мартеха ; под редакцией В.Н. Андреева. – СПб. : Лань. 2021 – 192 с.

[8] Мельникова, В.Г. Тестирование возможностей различных методов расчета для моделирования внутренних течений жидкости / В.Г. Мельникова // Труды ИСП РАН. – 2018. – Т. 30, Вып. 6. – С. 315-328.

[9] Минимальный базис задач для валидации методов численного моделирования турбулентных течений вязкой несжимаемой жидкости / А.С. Козелков, Ю.Н. Дерюгин, Ю.А. Циберева [и др.] // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2014. – № 4(104). – С. 21-69.

[10] Борзенко Е.И. Численное исследование характеристик течения неньютоновской жидкости в трубе с внезапным сужением / Е.И. Борзенко, К.Е. Рыльцева, Г.Р. Шрагер // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. – 2019. – № 58. – С. 56-70. – DOI: 10.17223/19988621/58/5.

[11] Рыльцева, К.Е. Неизотермические течения реологически сложных жидкостей в каналах переменного сечения : специальность 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы : дис. … канд. физ.-мат. : защищена 25.12.2020 / Кира Евгеньевна Рыльцева. – Томск, 2020. – 103 с.

[12] Расчет коэффициента местного сопротивления для течения вязкой несжимаемой жидкости в трубе с внезапным сужением / Е.И. Борзенко, К.Е. Рыльцева, О.Ю. Фролов, Г.Р. Шрагер // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. – 2017. – № 48. – С. 36-48. – DOI: 10.17223/19988621/48/4.

[13] Посохин, В.Н. О протяженности зон влияния возмущающих элементов трубопроводных систем / В.Н. Посохин, А.М. Зиганшин, Д.И. Мударисов // Известия КГАСУ. – 2014. – № 2 (28). – С. 121-126.

[14] Носко, С.В. Реологические свойства и гидродинамика нестабилизированого потока неньютоновских сред в рабочих каналах формовочного оборудования / С.В. Носко // Технологический ауди и резервы производства. – 2015. – № 3/1(23). – С. 56-60.

[15] Димитриенко, Ю.И. Конечно-элементное моделирование неизотермического стационарного течения неньютоновской жидкости в сложных областях / Ю.И. Димитриенко, Ли Шугуан // Математическое моделирование и численные методы. – 2018. – № 2. – С. 70-93.

[16] Numerical investigation of inertia and shear-thinning effects in axisymmetric flows of Carreau fluids by a Galerkin least-squares method / R.R. Martins, F S. Silveira, M L. Martins-Costa, S. Frey // Latin Amer. Appl. Res. –2008. – Vol. 38. – P. 321-328.

[17] Friction coefficients for Bingham and power-law fluids in abrupt contractions and expansions / S.L.D. Kfuri, E.J. Soares, R.L. Thompson, R.N. Siqueira // J. of Fluids Engineering. – 2017. – Vol. 139(2). – P. 021203.

[18] Борзенко, Е.И. Численное исследование характеристик течения неньютоновской жидкости в трубе с внезапным сужением / Е.И. Борзенко, К.Е. Рыльцева, Г.Р. Шрагер // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. – 2019. – № 58. – С. 56-70. - DOI: 10.17223/19988621/58/5.

[19] Dyakova, O.A. Numerical simulation of a non-Newtonian fluid flow in the pipelines with various fittings / О.А. Dyakova, I. Ryltsev, К.Е. Ryltseva // AIP Conference Proceedings. − 2019. − Vol. 2103. − P. 020005-1‒020005-8.

[20] Ryltseva, К.Е. Effect of viscous dissipation on the flow structure and pressure losses for a viscoplastic fluid flow through a sudden pipe contraction / K.E. Ryltseva, E.I. Borzenko, G.R. Shrager // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. − 2020. – Vol. 927. − P. 1-7.

[21] Марчевский, И.К. Использование модифицированного метода LS-STAG для расчета плоского течения вязкоупругой жидкости в канале с внезапным сужением 4:1 / И.К. Марчевский, В.В. Пузиков // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. – 2021. − № 3(96). – С. 46 – 63.

[22] Оптимизация технологических процессов переработки термопластов с использованием методов математического моделирования / А.Р. Валеева, А.Г. Гирфанова, А.Р. Фаткуллин [и др.] // Научный потенциал молодежи и технический прогресс : сборник материалов I международной научно-практической конференции. – СПб., 2018. − С. 129-130.

[23] Matveenko, V.N. Structural Rationale of a Non-Newtonian Flow / V.N. Matveenko, E.A. Kirsanov // Moscow University Chemistry Bulletin. − 2017. − Vol. 72, № 2. – Pp. 69-91.

[24] Shapovalov, V.M. On the applicability of the Ostwald-de Waele model in solving applied problems / V.M. Shapovalov // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2017. – Vol. 90, № 5. – Pp. 1213-1218.

[25] Estimation of the Error in calculating the integral characteristics of the flow structured liquid-like media in a cylindrical channel / A. Khvostov, A. Zhuravlev, E. Shipilova [et al.] // 3nd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency. – 2021. – Р. 73-77.

[26] Лоенко, Д.С. Модели регуляризации при исследовании свободноконвективного тепломассопереноса псевдопластичной жидкости в замкнутой дифференциально-обогреваемой полости / Д.С. Лоенко, М.А. Шеремет // Вестник Пермского университета. – 2021. – № 3. – С. 13-22.

[27] Flow of the Bingham-Papanastasiou Regularized Material in a Channel in the Presence of Obstacles: Correlation between Hydrodynamic Forces and Spacing of Obstacles / A. Mehmood [et al.] // Hindawi Modelling and Simulation in Engineering Volume. – 2021. – Vol. 2021. – Р. 1-14.

[28] Multi-Rheology Design Method of Sheeting Polymer Extrusion Dies Based on Flow Network and the Winter-Fritz Design Equation / А. Razeghiyadaki, D. Wei, A. Perveen, D.A. Zhang / Polymers. – 2021. – № 13. – P. 1924.

[29] Параметрическая идентификация реологической модели Карро с использованием регуляризации А.Н. Тихонова на основе CFD-модели / А.А. Хвостов, Г.О. Магомедов, В.И. Ряжских [и др.] // Техника и технология пищевых производств. – 2021. – Т. 51, № 3. – С. 615-627.

[30] Rauvendaal, K. Understanding Extrusion / К. Rauvendaal // Carl Hanser Verlag GmbH & Company KG, 2018. – P. 264.

[31] Яблонев, А.Л. Обоснование рациональных конструкций шнековых прессов фрезформовочных машин для добычи кускового торфа / А.Л. Яблонев, А.М. Гусева, Д.М. Щербакова // Вестник Тверского государственного технического университета: серия Технические науки. – 2019 – № 4. – С. 63-72.

[32] Торган, А.Б. Методика расчетной оценки параметров течения макаронного теста в ступенчатых цилиндрических каналах / А.Б. Торган // Вестник Гродненского государственного университета им. Янки Купалы. Серия 6. Техника. – 2022. – Т. 12, № 1. – С. 90-98.

[33] Володин, В.П. Технология производства профильных изделий. Непрерывное формование из расплава : практическое руководство / В.П. Володин. – СПб. : ЦОП «Профессия», 2019. – 272 с.

[34] Васенин, В.И. Исследование интерференции местных сопротивлений литниковой системы / В.И. Васенин, А.В. Богомягков, К.В. Шаров // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2013. – Т. 15, № 1. – С. 82-87.

[35] Roshchin, D. Flow bifurcation transitions of inelastic shear thinning fluids in a channel with sudden contraction and expansion / D. Roshchin, I. Kravchenko, S. Patlazhan // Journal of Physics Conference Series. – 2020. – Vol. 1556. – P. 12060.

[36] Течение полимеров в отверстиях фильер: теория, расчет, практика /В.И. Янков, И.О. Глот, Н.М. Труфанова, Н.В. Шакиров. − Москва − Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2010. – 264 с.

[37] Переработка волокнообразующих полимеров. Основы реологии полимеров и течение полимеров в каналах / В.И. Янков, В.И. Боярченко, В.П. Перевадчук [и др.]. − Москва − Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2008. – 264 с.

[38] Борзенко, Е.И. Численное исследование характеристик течения неньютоновской жидкости в трубе с внезапным сужением / Е.И. Борзенко, К.Е. Рыльцева, Г.Р. Шрагер // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. – 2019. – № 58. – С. 56-70.

[39] Груданов, В.Я. Влияние внутреннего давления теста на прочность, жесткость и прогиб круглых матриц для производства макаронных изделий / В.Я. Груданов, А.Б. Торган, П.В. Станкевич // Пищевая промышленность: наука и технологии. – 2019. – Т. 12, № 2 (44). – С. 31-42.
С. 114-128.

Авторам

О журнале

Моделирование систем и процессов

О журнале

Авторам