Аннотация: Предметом исследования являются теплообменные устройства методом аддитивных технологий.Для внедрения аддитивных технологий в процесс производства теплообменных устройств радиоэлектронной аппаратуры были определены основные этапы печати изделий из металла на 3D-принтере. В связи отсутствия общих теоретических представлений об ориентации синтезируемого изделия в камере 3D-принтера, выделены двенадцать классов нависающих поверхностей. С целью упрощения расчета объёма поддержек для нависающих поверхностей предложено использовать проекции детали при шести базовых положениях. В общем случае процесс выбора оптимального варианта базирования детали на основании минимального объема поддержек представлен из следующих этапов: выбора шести базовых положений; расчет площади и высоты нависающих поверхностей для каждой базы; расчет объёма поддержек для каждой базы; сравнение полученных данных. В результате исследований разработана общая схема производства теплообменных устройств методами аддитивных технологий. При решении стоящей научной задачи использованы теоретические методы исследований, основанные на: декомпозиции задач, системном анализе, методах аналитической геометрии. Основными выводами проведенного исследования является разработка методического аппарата автоматизации проектирования геометрической формы теплообменных устройств с применением АТ, основывающегося на классификации нависающих поверхностей по геометрическим признакам и методе базирования изделия, направленного на минимизацию объёма поддержек. Это позволило создавать алгоритмы, которые в свою очередь можно группировать и переводить в технологические регламенты для специалистов по подготовке к производству сложных изделий, как на опытном, так и на серийном производстве.

Ключевые слова: радиоэлектронная аппаратура, теплообменное устройство, аддитивные технологии, 3D-принтер, система автоматизированного проектирования, поддержки, нависающая поверхность, термоплата, правило шести точек, оптимальная ориентация

Abstract: The subject of the study is the heat exchange devices using the additive technology method. For the introduction of additive technologies in the production of heat exchange devices of electronic equipment, the main stages of printing metal products on a 3D printer were determined. Due to the lack of general theoretical ideas about the orientation of the synthesized product in the camera of a 3D printer, twelve classes of overhanging surfaces are identified. In order to simplify the calculation of the volume of supports for overhanging surfaces, it is proposed to use the projection of the part at six basic positions. In general, the process of selecting the best option for basing a part based on the minimum amount of supports is presented from the following steps: selecting six basic positions; calculation of the area and height of overhanging surfaces for each base; calculation of the volume of supports for each base; comparison of the received data. As a result of the research, a general scheme was developed for the production of heat exchangers using additive technologies. When solving a scientific problem, theoretical research methods were used, based on: decomposition of problems, system analysis, methods of analytical geometry. The main conclusions of the study are the development of a methodological apparatus for automating the design of the geometric shape of heat exchangers using additive technology, based on the classification of overhanging surfaces according to geometric signs and the method of basing the product, aimed at minimizing the volume of supports. This allowed us to create algorithms that, in turn, can be grouped and translated into technological regulations for specialists in preparation for the production of complex products, both in pilot and mass production.

Keywords: type of heat exchanger, the overhanging surface, supports, CAD system, 3D printer, additive manufacturing, heat exchanger, radioelectronic equipment, six point rule, optimal orientation

Аннотация: Объектом исследования являются процессы выбора оптимальной аппаратной архитектуры при организации ресурсоемких вычислений. Предметом исследования являются процессы решения оптимизационных задач генетическими алгоритмами на GPU и CPU архитектурах. Показано влияние выбора аппаратной архитектуры на процесс решения оптимизационной задачи: определены абсолютные и относительные зависимости замедления вычислительного процесса, при выборе нерациональной аппаратной архитектуры, от числа особей, обрабатываемых алгоритмом. Установлено, что для рассматриваемой задачи граница наиболее эффективной аппаратной конфигурации может находиться в диапазоне от 1000 до 5000 особей. По этой причине, размытость границы эффективной аппаратной конфигурации целесообразно описывать как множество пар «число особей- принадлежность к переходу» Метод исследования базируется на анализе результатов проведенного вычислительного эксперимента. Целью эксперимента является определение зависимостей времени выполнения генетического алгоритма (ГА) на GPU и CPU архитектурах от числа генерируемых особей (хромосом). Проведено сопоставление зависимостей минимального и максимального времени работы генетического алгоритма, выполняемого на GPU и CPU от числа особей. Показано, что при решении рассмотренной задачи минимальные и максимальные временные зависимости алгоритма, выполненного на GPU, близки к линейной функции; минимальные временные зависимости алгоритма, выполненного на СPU близки к линейной функции, а максимальные - к полиномиальной.

Ключевые слова: Оптимизация вычислений, генетический алгоритм, адаптация, центральный процессор, графический процессор, интеллектуальные системы, предпочтительная аппаратная архитектура, эволюция, многопоточность, моделирование

Abstract: The object of research is the process of choosing the optimal hardware architecture for organizing resource-intensive computing. The subject of the research is the process of solving optimization problems by genetic algorithms on GPU and CPU architectures. The influence of the choice of hardware architecture on the process of solving the optimization problem is shown: the absolute and relative dependences of the slowdown of the computing process, when choosing an irrational hardware architecture, on the number of individuals processed by the algorithm are determined. It is established that for the considered problem, the boundary of the most efficient hardware configuration can be in the range from 1000 to 5000 individuals. For this reason, it is advisable to describe the blurring of the boundary of an effective hardware configuration as a set of pairs “number of individuals — membership in a transition”. The research method is based on an analysis of the results of a computational experiment. The purpose of the experiment is to determine the dependencies of the runtime of the genetic algorithm on the GPU and CPU architectures on the number of individuals generated (chromosomes). The dependences of the minimum and maximum time of the genetic algorithm running on the GPU and CPU on the number of individuals are compared. It is shown that when solving the considered problem, the minimum and maximum time dependences of the algorithm performed on the GPU are close to a linear function; the minimum time dependences of the algorithm performed on CPU are close to a linear function, and the maximum to polynomial.

Keywords: preferred hardware architecture, intelligent system, graphics processing unit, central processing unit, adaptation, genetic algorithm, optimize calculations, evolution, multithreading, modeling

Аннотация: В статье приводятся результаты определения влагосвязывающей способности и пластичности пищевых продуктов. От способности мяса и рыбы связывать влагу зависят многие показатели, в том числе сочность, нежность, выход готового продукта, потери при тепловой обработке, внешний вид. Объектами для проведения исследований служили омуль байкальский, свежий и соленый, мясо-говядина в размороженном состоянии. Оценка влагосвязывающей способности и пластичности объектов исследования проводилась методом прессования. В работе представлены расчеты, выполненные с использованием традиционного метода и метода цифровой обработки цветных изображений. Цифровая обработка изображений выполнялась с помощью программы, разработанной авторами, в статье приведены рисунки и таблицы, полученные в ходе обработки изображений. Несомненным преимуществом программой обработки по сравнению с традиционным способом является значительное сокращение времени для обработки снимков и возможность за короткое время обработать большой объем данных. При создании необходимых условий съемки метод цифровой обработки изображений для определения влагосвязывающей способности и пластичности пищевых продуктов может быть успешно использован для лабораторных исследований при определении качества мясных и рыбных продуктов.

Ключевые слова: влагосвязывающая способность, пластичность, цифровая обработка изображений, цветовая модель RGB, метод прессования, методом Грау-Хамма, методы неразрушающего контроля, пиксель, беззольный фильтр, обработка данных

Abstract: The article presents the results of determining the moisture-binding ability and plasticity of food products. Many indicators depend on the ability of meat and fish to bind moisture, including juiciness, tenderness, yield, loss during heat treatment, and appearance. The objects for research were Baikal omul, fresh and salted, beef meat in thawed condition. The moisture-binding ability and plasticity of the objects of study were evaluated by the pressing method. The paper presents the calculations performed using the traditional method and the method of digital processing of color images. Digital image processing was performed using a program developed by the authors, the article provides drawings and tables obtained during image processing. The undoubted advantage of the processing program compared to the traditional method is a significant reduction in time for processing images and the ability to process a large amount of data in a short time. When creating the necessary shooting conditions, the digital image processing method for determining the moisture-binding ability and plasticity of food products can be successfully used for laboratory research in determining the quality of meat and fish products.

Keywords: Grau-Hamm method, pressing method, RGB color model, digital image processing, plasticity, water binding ability, non-destructive testing methods, pixel, ashless filter, data processing

Аннотация: Предметом исследования является концепция создания интеллектуальных систем защиты информации на основе нейросетевых систем обнаружения вторжений (СОВ) в автоматизированных системах обработки данных (АСОД), разрабатываемых в рамках финансируемого проекта РФФИ № 19-01-00383. Объектом исследования являются интеллектуальные системы защиты информации в АСОД, построенные на основе нейронных систем обнаружения вторжений, а в дальнейшем и на механизмах искусственных иммунных систем. Авторы рассматривают в качестве основных концептуальных требований к системе СОВ адаптируемость, обучаемость и управляемость. Особое внимание акцентируется на построении гибкой интеллектуальной системы защиты информации, содержащей СОВ как в узлах структурных компонент АСОД, так и в сетях передачи данных между структурными компонентами. Методологические исследования выбранного направления исследований проводятся с использованием методов искусственного интеллекта, системного анализа, теории интеллектуальных информационных систем в области искусственного интеллекта. В работе использованы достижения системно-концептуального подхода к защите информации в АСОД. Основным результатом проведенного исследования является вывод о том, что успешная защита информации в АСОД может быть осуществлена только в сети в виде взаимосвязанных локальных СОВ с использованием нейросетевых технологий, объединенных в единый головной центр на базе системно-концептуального подхода. Для борьбы с несанкционированными вторжениями необходимо принять единый системный подход, основанный на единых правовых, организационных и технических мерах защиты информации. Применение системно-концептуального подхода к созданию СОВ на основе нейросетевых технологий будет способствовать разработке новых средств, методов и мероприятий по интеллектуальному управлению защитой информации в АСОД.

Ключевые слова: интеллектуальные системы, защита информации, нейронные системы, системы обнаружения вторжений, стратегии защиты информации, автоматизированная обработка данных, адаптируемые системы, система обнаружение атак, программная защита информации, аппаратная защита информации

Abstract: The subject of the research is the concept of creating intelligent information protection systems based on neural network intrusion detection systems in automated data processing systems, developed as part of the funded project of the RFBR No. 19-01-00383. The object of the study is the intelligent information protection systems in automated data processing systems, built on the basis of neural intrusion detection systems, and later on the mechanisms of artificial immune systems. The authors consider adaptability, learning ability and controllability as the main conceptual requirements for the intrusion detection systems. Particular attention is focused on the construction of a flexible intelligent information protection system containing intrusion detection systems in both the nodes of the structural components of automated data processing systems, and in data transmission networks between structural components. Methodological studies of the chosen research direction are carried out using the methods of artificial intelligence, system analysis, the theory of intelligent information systems in the field of artificial intelligence. The work uses the achievements of a system-conceptual approach to information protection in automated data processing systems. The main result of the study is the conclusion that successful protection of information in automated data processing systems can only be carried out in a network in the form of interconnected local intrusion detection systems using neural network technologies combined into a single head center based on a system-conceptual approach. To combat unauthorized intrusions, it is necessary to adopt a unified systematic approach based on uniform legal, organizational and technical measures to protect information. The application of a system-conceptual approach to the creation of intrusion detection systems based on neural network technologies will contribute to the development of new tools, methods and activities for the intelligent management of information security in automated data processing systems.

Keywords: attack detection system, adaptable systems, automated data processing, information security strategies, intrusion detection systems, neural systems, protection of information, intelligent systems, software information protection, hardware information protection

Аннотация: В данной работе рассматривается проблема применения предикции в классическом и параллельном программировании задач математического моделирования, основанных на численном интегрировании дифференциальных уравнений в частных производных. Предикция может использоваться для замены фрагментов математической модели более простыми приближенными соотношениями, для опережающего прогнозирования значений принимаемых в ходе параллельного счета данных, для прогнозирования времени исполнения фрагментов параллельной программы при решении вопроса о применении последовательного или параллельного алгоритма и при балансировке загрузки отдельных процессоров вычислительной системы. Для формализации видов предикторов и определения математических соотношений, позволяющих их вычислить, используются подходы и методы вычислительной математики (теории интерполяции и экстраполяции). Для определения программных реализаций предикторов используются подходы, характерные для инженерии параллельного программирования. Полученные результаты проверяются экспериментально. В работе впервые предложен новый вид технологических средств предикции для использовании в параллельном программировании – предикционно-решающие каналы. Предложены два вида каналов – авторегрессионные точечные и линейные (явные или неявные) коллективного решения. Изложены математические аспекты предикции в таких каналах, кратко описаны базовые средства программирования. Показано, что совмещение каналов со средствами предсказания данных упрощает программирование ряда алгоритмов, связанных с численным моделированием, и позволяет, в частности, осуществлять скрытые переходы от явных разностных схем к неявным, отличающихся большей устойчивостью счета, а также от последовательных алгоритмов счета к параллельным. На примере задачи численного интегрирования нестационарного уравнения теплопроводности показано, что адекватное применение каналов в ряде случаев позволяет ускорить расчет на многоядерных вычислительных системах.

Ключевые слова: ускорение счета, разностные схемы, дифференциальные уравнения, математическое моделирование, линейная экстраполяция, предсказание данных, каналы, параллельное программирование, аппроксимация разностных схем, персептроны

Abstract: In this paper, the author considers the problem of applying prediction in classical and parallel programming of mathematical modeling problems based on the numerical integration of partial differential equations. Prediction can be used to replace fragments of a mathematical model with simpler approximate relations, to anticipate the values received during parallel counting, to predict the execution time of fragments of a parallel program when deciding whether to use a sequential or parallel algorithm and when balancing the load of individual processors of a computing system. To formalize the types of predictors and determine the mathematical relationships that allow them to be calculated, the approaches and methods of computational mathematics (theory of interpolation and extrapolation) are used. To determine the software implementations of predictors, approaches that are characteristic of parallel programming engineering are used. The results are verified experimentally. For the first time, a new type of technological means of prediction for use in parallel programming is proposed - prediction-solving channels. Two types of channels are proposed - autoregressive point and linear (explicit or implicit) collective solutions. The mathematical aspects of prediction in such channels are described, basic programming tools are briefly described. It is shown that combining channels with data prediction tools simplifies the programming of a number of algorithms related to numerical modeling, and allows, in particular, hidden transitions from explicit difference schemes to implicit ones, which are more stable in counting, as well as from sequential counting algorithms to parallel ones. Using the example of the problem of numerical integration of the non-stationary heat equation, it is shown that the adequate use of channels in some cases allows you to speed up the calculation on multi-core computing systems.

Keywords: finite difference scheme's approximation, calculation speedup, finite difference schemes, partial differential equations, mathematical modelling, data prediction, linear extrapolation, channels, parallel programming, perceptrons

Аннотация: Объектом исследования является формообразование кривой линии по дискретному множеству исходных данных. При этом в качестве исходных данных принимается дискретный ряд точек-узлов с касательными в них и значение кривизны первого сегмента в его начальном узле. Предметом исследования является дробно-рациональная кривая Безье второго порядка. Авторы подробно исследуют аспекты получения сегментов дробно-рациональных кривых Безье в направлении стыковки их по гладкости С2 с целью получения сплайна Безье. Применяется математический метод, основанный на аналитическом представлении дробно рациональных сегментов Безье 2-го порядка с использованием аппарата математического анализа и дифференциального исчисления. Новизна исследования заключается в том, что полученная математическая модель сплайна позволяет напрямую указывать в процессе формообразования типы составляющих его сегментов: параболический, эллиптический или гиперболический. Показано, что стандартная форма представления кривой Безье может быть приведена к более простой форме. Этим предлагаемая модель качественно отличается от существующих моделей. Рассмотрены численные примеры получения незамкнутого и замкнутого сплайна Безье.

Ключевые слова: сплайн интерполяция, кривая Безье, дробно-рациональная кривая, порядок гладкости С2, замкнутый контур, параметрическое представление кривой, параметризация, формообразование, аналитический метод, дискретное множество

Abstract: The object of study is shaping of the curve of the line on a discrete set of source data. In this case, a discrete series of points-nodes with tangents in them and the value of the curvature of the first segment in its initial node are taken as initial data. The subject of the study is a fractional rational Bezier curve of the second order. The authors investigate in detail the aspects of obtaining segments of rational Bezier curves in the direction of docking their C2 smoothness in order to obtain a Bezier spline.A mathematical method is applied based on the analytical representation of fractional rational Bezier segments of the second order using the apparatus of mathematical analysis and differential calculus. The novelty of the study lies in the fact that the obtained mathematical model of the spline allows you to directly indicate in the process of shaping the types of segments that make it up: parabolic, elliptical or hyperbolic. It is shown that the standard form of the Bezier curve representation can be reduced to a simpler form. This proposed model is qualitatively different from existing models. Numerical examples of obtaining open and closed Bezier spline are considered.

Keywords: parametric representation of the curve, closed loop, C2 smoothness order, rational fractional curve, Bezier curve, spline interpolation, parameterization, shaping, analytical method, discrete set

Аннотация: Объектом исследования являются геометрические модели процесса инкрементальной формовки деталей из листового материала. Предметом исследования является графическая модель для поиска оптимальных значений параметров процесса формовки на базе многомерной начертательной геометрии. Автором в статье рассмотрены основные оптимизирующие факторы и параметры процесса. Особое внимание уделяется задачам построения геометрических моделей определения оптимизирующих факторов (зона контакта, время обработки и качество поверхности получаемой детали) и оптимизации параметров (профиль и траектория движения формообразующего инструмента) для инкрементального формообразования. Методом исследования является способ построении графической оптимизационной модели процесса с использованием проекционного чертеж Радищева для многомерного пространства. Так же было применено математическое моделирование для проверки правильности полученных оптимальных параметров. Новизна исследования заключается в применении для многофакторной, многокомпонентной системы методов многомерной начертательной геометрии в исследовании процесса инкрементальной формовки с целью повышения качества изготавливаемых деталей. Основные выводы. С помощью графической оптимизационной модели на базе многомерной начертательной геометрии был получен диапазон значений параметров инкрементальной формовки для изделия прогнозируемого качества. Проведено моделирование процесса с полученными параметрами. Проведена инкрементальная формовка детали из листового металла конической формы. Полученные результаты соответствует заданным критериям качества.

Ключевые слова: инкрементальная формовка, послойное деформирование, листовая штамповка, чертеж Радищева, оптимизация, оптимизация параметров, оптимизирующие факторы, параметры процесса, многомерная геометрия, моделирование

Abstract: The object of study is the geometric model of the incremental molding process of parts from sheet material.The subject of the study is a graphical model for finding the optimal values of the parameters of the molding process based on multidimensional descriptive geometry. The author in the article examined the main optimizing factors and process parameters. Particular attention is paid to the problems of constructing geometric models for determining optimizing factors (contact zone, processing time and surface quality of the resulting part) and parameter optimization (profile and trajectory of the shaping tool) for incremental shaping.The research method is a method of constructing a graphical optimization model of the process using the projection drawing of Radishchev for multidimensional space. Mathematical modeling was also applied to verify the correctness of the obtained optimal parameters. The novelty of the study lies in the application of multidimensional descriptive geometry methods for a multifactor, multicomponent system in the study of the incremental molding process in order to improve the quality of manufactured parts. Main conclusions. Using a graphical optimization model based on multidimensional descriptive geometry, a range of values of incremental molding parameters was obtained for a product of predicted quality. The process was simulated with the obtained parameters. An incremental molding of a conical-shaped sheet metal part was carried out. The results obtained correspond to the specified quality criteria.

Keywords: optimizing factors, parameter optimization, optimization, Radishchev's drawing, sheet stamping, layer-by-layer deformation, incremental sheet forming, process parameters, multidimensional geometry, modeling

Аннотация: Рассматривается задача синтеза алгоритмов поиска множества инверсно-сегментных последовательностей с заданным периодом. Инверсно-сегментные последовательности представляют собой псевдослучайные последовательности, обладающие равновероятностью появления символов 0 и 1 и многообразием их автокорреляционных функций. При аппаратурной реализации наибольшее распространение получили инверсно-сегментные последовательности, формируемые генераторами псевдослучайных последовательностей на основе n-разрядного регистра сдвига с линейными обратными связями. Для использования инверсно-сегментных последовательностей в прикладных задачах, а также дальнейшего исследования их свойств, необходимо решить задачу нахождения множества инверсно-сегментных последовательностей с заданным периодом, причем количество непересекающихся последовательностей существенно увеличивается с ростом n. Рассматривается ряд базовых подходов к синтезу алгоритмов поиска инверсно-сегментных последовательностей, а также проводится анализ полученных алгоритмов, их алгоритмическая сложность, потребление памяти. Инверсно-сегментные последовательности представляют практический интерес благодаря равновероятности появления символов 0 и 1 и многообразию их автокорреляционных функций. Исследован ряд алгоритмов нахождения инверсно-сегментных последовательностей с заданным периодом, с принципом перебора начальных состояний регистра сдвига в основе. Все рассмотренные алгоритмы применяют сокращенный способ хранения инверсно-сегментных последовательностей в различных структурах данных с использованием числа взаимно однозначного данной инверсно-сегментных последовательностей. Изучена их алгоритмическая сложность и потребление памяти. Выработаны рекомендации к выбору алгоритма поиска инверсно-сегментных последовательностей и синтезу новых алгоритмов.

Ключевые слова: инверсно-сегментные последовательности, генераторы псевдослучайных последовательностей, регистра сдвига, фильтр Блума, автокорреляция, анализ алгоритмов, оптимизация, вычислительная сложность, красно-черные деревья, вероятностные структуры данных

Abstract: The problem of synthesis of search algorithms for a set of inverse-segment sequences with a given period is considered. Inverse-segment sequences are pseudorandom sequences having the likelihood of the occurrence of symbols 0 and 1 and the variety of their autocorrelation functions. In hardware implementation, the most widely used are inverse-segment sequences formed by pseudorandom sequence generators based on an n-bit shift register with linear feedbacks. To use inverse-segment sequences in applied problems, as well as further study of their properties, it is necessary to solve the problem of finding a set of inverse-segment sequences with a given period, and the number of disjoint sequences increases significantly with increasing n. A number of basic approaches to the synthesis of inverse-segment sequence search algorithms are considered, and the analysis of the obtained algorithms, their algorithmic complexity, and memory consumption are carried out. Inverse segment sequences are of practical interest due to the equiprobability of the occurrence of symbols 0 and 1 and the variety of their autocorrelation functions. A number of algorithms for finding inverse-segment sequences with a given period, with the principle of enumerating the initial states of the shift register at the base, are investigated. All the considered algorithms use an abbreviated method of storing inverse segment sequences in various data structures using the number of one-to-one given inverse segment sequences. Studied their algorithmic complexity and memory consumption. Recommendations have been made for choosing an algorithm for searching inverse-segment sequences and the synthesis of new algorithms.

Keywords: computational complexity, optimization, algorithm analysis, autocorrelation, Bloom Filter, shift register, pseudo-random number generators, inverse-segmental sequences, red-black trees, probabilistic data structures