Информационные технологии, моделирование и управление. Рубрика в журнале - Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий
Автоматизация контроля качества гомогенизации молока методами ультразвуковой спектроскопии
Статья научная
В работе рассмотрена возможность определения степени гомогенизации молока и молочных продуктов с использованием спектров поглощения ультразвуковых колебаний. Рассмотрены преимущества данного метода при его использовании в автоматизированных системах на производстве. Обоснованы теоретические предпосылки данного метода, а также возможность определения распределения жировых шариков в молоке в зависимости от их размеров. Осуществлен вывод математических зависимостей, показывающих связь между степенью гомогенизации молочных продуктов и акустическими свойствами среды, такими как скорость распространения ультразвуковых колебаний в исследуемой среде и коэффициента поглощения в среде, при определенной частоте ультразвукового воздействия и температуре среды. Показано, что измерение распределения акустических свойств молока по частоте, оценка по ним функции плотности спектра времен релаксации, а затем переход от времен релаксации к массам частиц позволяют осуществлять оперативный контроль распределения масс жировых шариков по фракциям. Теоретические обоснования подтверждены проведением экспериментальных исследований, по результатам которых отчетливо прослеживается зависимость степени поглощения ультразвуковых колебаний от степени гомогенизации молока. Рассмотрена зависимость между оценками релаксационных спектров и первых двух моментов статистического распределения жировых шариков молока, которая показала их взаимосвязь. Предложены возможные направления совершенствования рассматриваемого метода для повышения достоверности получаемых результатов.
Бесплатно
Автоматизация обработки микрофотографий молочных продуктов с использованием ImageJ и Statistica
Статья научная
В статье рассмотрены вопросы построения алгоритмов автоматизированной обработки микрофотографий молочных продуктов. Автоматическая обработка микрофотографий молочных продуктов актуальна при исследовании степени их гомогенизации. Микрофотографии молочных продуктов несут информацию о распределении жировых шариков по массовым фракциям. На сегодняшний день существует большое количество программных продуктов, осуществляющих обработку изображений и избавляющих исследователей от рутинных операций ручной обработки данных. Однако требуется их адаптация для осуществления обработки микрофотографий молочных продуктов. В данной работе предлагается использовать для обработки пакет прикладных программ ImageJдля обработки графических файлов, полученных с помощью цифрового микроскопа, а для расчета статистических характеристик предлагается использовать пакет прикладных программ Statistica. Алгоритм обработки состоит из последовательных стадий преобразования в формат оттенков серого цвета, шкалирования, фильтрации, бинаризации, распознавания объектов и статистической обработки результатов распознавания. Результатом работы реализованных алгоритмов обработки данных является функция распределения жировых шариков по объемным или массовым фракциям, а также статистические параметры распределения (математическое ожидание, дисперсия, коэффициенты асимметрии и эксцесса). Для осуществления проверки работы алгоритма и его отладки проведены экспериментальные исследования. Проведена гомогенизация фермерского молока при разных давлениях гомогенизации. Для каждого образца были сделаны микрофотографии и проведена обработка снимков в соответствии с предлагаемым алгоритмом. Проведенные исследования показали эффективность и возможность реализации предложенного алгоритма в виде скрипта на языке java для пакета программ ImageJс последующей передачей данных в виде файла в пакет прикладных программ Statistica.
Бесплатно
Алгоритм действия по определению и снижению рисков при производстве молочно-растительных продуктов
Статья научная
Пищевые продукты нового поколения с функциональными и улучшенными потребительскими свойствами, соответствуют современным представлениям науки о питании и запросам потребителей. Производство функциональных продуктов питания является основной мировой тенденцией пищевой науки и объектом инновационных разработок. Одним из актуальных направлений, является применение растительных комплексов (РК) и растительных пищевых систем (РПС). Использование РК и РПС даёт ряд преимуществ: улучшаются потребительские свойства продукции, не требуется изменение технологического процесса, обеспечивается возможность направленного регулирования реологических свойств и консистенции готовых продуктов, сокращается количество точек риска в производственном цикле. В работе описана разработка алгоритма действия по определению и снижению рисков при производстве молочно-растительных продуктов. Также проведён анализ рисков, определены и оценены риски во время процесса производства, установлена способность имеющихся средств снизить этот уровень. Установлены и представлены критические контрольные точки (ККТ) в технологических процессах, а также критические пределы для каждой ККТ, и порядок корректирующих действий в случае нарушения последних. Во время исследования определяли изменения количественного и качественного состава микрофлоры полуфабрикатов и количественное содержание мезофильных аэробных и факультативо-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ). Для определения КМАФАнМ были взяты образцы: 1 – сырники (контроль), 2 – сырники с РПС. Микробиологические исследования анализируемых быстрозамороженных полуфабрикатов определяли на протяжении 90 суток. Из полученных данных видно, что творожные полуфабрикаты с РПС имеют меньшую обсеменённость на 11,7%. Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о соответствии физико-химических, органолептических и микробиологических показателей разработанных продуктов установленным нормам на творожные полуфабрикаты. На основе проведённых исследований была разработана и представлена многоуровневая структура, характеризующая качественные показатели. Разработанный алгоритм мониторинга критических контрольных точек по комплексным и единичным показателям позволит повысить качество и безопасность оценки новых пищевых продуктов.
Бесплатно
Алгоритм оценки временного окна сигнала «Белый шум» в задачах акустической спектрометрии эластомеров
Статья научная
В статье рассматривается задача о выборе оптимального временного интервала и шага квантования при получении спектральных характеристик исследуемых объектов при помощи сигнала «белый шум» с ограничениями по техническим возможностям регистрации сигнала. При применении в качестве возмущающего сигнала стационарного «белого шума» возникают проблемы с наличием искажений в частотном спектре из-за ограниченности разрешающей способности цифрового регистрирующего устройства. При использовании в экспериментальных исследованиях цифровой техники возникает вероятность искажений из-за ограничений на время сигнала «белого шума» при фиксированном количестве точек сигнала в связи с ограничением памяти регистратора осциллографа. При малых интервалах времени возникают искажения в низкочастотной области спектра, а при больших сигнал искажается в высокочастной области ввиду снижения частоты дискретизации и, соответственно, потери информации. Для минимизации искажений в спектре излученного сигнала предлагается алгоритм выбора временного окна сигнала типа «белый шум» фиксированного (в смысле количества точек дискретизации) объема выборки для задач акустической спектрометрии на основе оценки параметров линейной функции, аппроксимирующей спектр и характеризующей линейный тренд спектра. Разработанная методика позволяет в автоматическом режиме осуществлять выбор временных интервалов для осуществления исследований эластомеров с использованием методов акустической спектрометрии и сигналов типа «белый шум», обеспечивающих равномерность распределения спектральных составляющих по всему диапазону задействованных частот. Рассмотренный подход повышает воспроизводимость и достоверность результатов при исследовании свойств эластомеров методами акустической спектрометрии.
Бесплатно
Алгоритм распознавания изоморфного вложения алгоритмических сетей
Статья научная
Проблема снижения барьера между пользователем и ЭВМ появилась сразу же, как появилась ЭВМ, и остается актуальной и в настоящее время. Эта проблема формулируется как задача разработки дружественного интерфейса. Одним из путей решения проблемы является использование графического представления, которое может реально уменьшить барьер между человеком и ЭВМ. В этом ряду стоит и формализм алгоритмических сетей, предназначенный для описания алгоритмических моделей, предложенный В.В.Иванищевым около 30 лет назад. Под алгоритмической моделью понимается формализованное описание сценария предметного специалиста для моделируемого процесса, структура которого сопоставима со структурой причинно-следственных и временных зависимостей между явлениями моделируемого процесса, вместе со всей информацией, необходимой для ее программной реализации. Статья посвящена определению изоморфного вложения алгоритмических сетей и описанию необходимых преобразований для реализации, используя принцип деления вершин на классы. Также в этой статье представлен и подробно описан новый подход и алгоритм распознавания изоморфности алгоритмических сетей и аспекты его применения при поиске в базах моделей.
Бесплатно
Статья научная
Трассирование отдельных лесовозных автомобильных дорог является частью более общей задачи – разработки схемы транспортного освоения лесосырьевой базы предприятия. В результате ее решения определяется размещение основных транспортных путей – магистралей и веток – в лесном массиве с учетом оптимальных расстояний между ветками. При установлении этих расстояний учитывают затраты на лесохозяйственные мероприятия, отнесенные на суммарный объем древесины, тяготеющий к ветке. Поиск близкого к оптимальному по одному из критериев варианта трассы лесовозной автомобильной дороги для вывозки сосредоточенного объема древесины осуществляется в несколько этапов. Сначала определяется оптимальный вариант трассы, вписанный в сетку квадратов цифровой модели местности (трасса проходит по сторонам и диагоналям квадратов). Затем найденный вариант сглаживается ломаными линиями, расположенными в его окрестности. Для каждого из сглаженных вариантов трассы автоматически рассчитываются четырнадцать важнейших технико-экономических показателей, позволяющих принять обоснованное решение при выборе окончательного варианта трассы будущей дороги. Точность построения цифровой модели рельефа по топографической карте с помощью разработанной методике оценивалась по эталонным продольным профилям, снятым вручную с карты в горизонталях и построенным автоматически с использованием цифровой модели местности. Результаты сравнительного анализа свидетельствуют о вполне удовлетворительной точности разработанной методики ручного оцифровывания карт. С помощью тех же эталонных продольных профилей можно контролировать правильность результатов оцифровывания. Для этого достаточно провести несколько прямолинейных отрезков, пересекающих в различных направлениях моделируемый участок, и сравнить их продольные профили, построенные по карте, с автоматически рассчитанными.
Бесплатно
Алгоритм решения многокритериальной задачи о назначениях на сетях
Статья научная
Для описания сложных проектов или различных работ, которые составляют набор взаимосвязанных действий, используют сетевой график. Используются несколько вариантов моделей сетевого графика. 1. Для применения на практике наибольшее распространение получила диаграмма Ганта – это графическое представление последовательных интервалов времени и использования ресурсов. 2. Сетевой график изображают в виде графа, где вершины – событие (или его состояние в определенный момент времени), а соединяющие дуги (или ребра) – работы. В работе используется графовая модель. При этом события (факт окончания или начала выполнения работ) соответствуют вершинам графа, а работы – дугам, ориентация которых соответствует технологии этого процесса. Важную роль в модели управления проектами играет оптимальное назначение исполнителей на имеющийся перечень работ. При такой постановке задачи в качестве критерия возможно использование суммарное время реализации работ или длина критического пути на графе. В этом случае на критерий накладываться ограничение по директивным срокам выполнения работ (или проекта в целом). Таким образом, суммарное время, затраченное на реализацию проекта, и длина критического пути представляются одинаково важными характеристиками реализации проекта, и их следует рассматривать как два равноценных критерия многокритериальной задачи управления проектом. Нами предложен алгоритм, вообще говоря, приближённого нахождения множества Парето-оптимальных решений данной задачи.
Бесплатно
Статья научная
Проведение метрологических испытаний информационно-измерительного комплекса дорожной лаборатории с целью автоматизации данных о геометрии дороги требует разработки теоретических основ и методики их выполнения. В качестве основного метода исследования точности принят метод сравнения результатов, полученных с его помощью, с аналогичными результатами, полученными на основе геодезических измерений. При этом геодезические данные приняты за основные, поскольку они обладают наиболее высокой точностью. Разработан алгоритм статистической обработки результатов измерений участков лесных автомобильных дорог с помощью контрольно-измерительного комплекса. В статье представлен алгоритм определения геометрических величин дороги на примере двух: угол поворота, длина круговой кривой. Авторами разработана формула, позволяющая оценивать точность измерения углов поворота оси дороги на закруглениях с помощью дорожной лаборатории с учетом изменения погрешности в зависимости от осреднения результатов (количества челночных проездов) и определять оптимальное число проездов. Также в статье предложена формула, позволяющая оценивать точность определения длины кривой закругления с помощью дорожной лаборатории. Погрешность при измерении длины кривой предлагается определять погрешностями положения точек начала закругления и конца закругления. При проездах лаборатории «туда-обратно» по закруглению можно получить среднее значение длины кривой, которое будет точнее единичного определения этой длины для каждого проезда. Разработанная методика может быть применима для определения всех оставшихся геометрических величин дороги.
Бесплатно
Статья научная
Технической задачей осуществления процесса сушки является повышение качества готового продукта, повышение точности и надежности управления, снижение удельных энергозатрат. Одним из направлений совершенствования технологического процесса является комплексная и локальная его автоматизация. В данной работе рассматривается проблематика разработки и создания нового алгоритма управления процессом сушки дисперсного материала. Выявлен ряд недостатков существующих способов автоматического управления данным процессом. В результате авторами предложен способ сушки дисперсных материалов в аппарате с закрученными потоками теплоносителя и СВЧ-энергоподводом и алгоритм его автоматического управления. Представлено описание принципа работы самого сушильного аппарата, заключающегося в том, что влажный дисперсный материал при помощи тангенциального потока теплоносителя подается в цилиндроконический сушильный аппарат, куда также подается осевой поток теплоносителя, в результате чего теплоноситель вместе с частицами дисперсного материала начинает совершать сложное циркуляционное движение вдоль окружности аппарата, увеличивая при этом свою скорость и алгоритма регулирования его работы. Работа данной схемы осуществляется по трем уровням регулирования на основе определения коэффициента эффективности работы сушильной установки, что дает возможность определить оптимальные значения мощности оборудования и составить прогноз затрат на электроэнергию. Все выше перечисленное позволяет получить готовый продукт высокого качества с минимизацией тепло-энергетических и материальных затрат за счет оптимизации режимных параметров процесса сушки дисперсного материала в сушилке с комбинированным СВЧ-энергоподводом и обеспечить рациональное использование тепло-энергетических ресурсов, варьируя их величину в зависимости от характеристик высушиваемого дисперсного материала и хода процесса.
Бесплатно
Алгоритм формирования туристского продукта на основе естественной и искусственной аттракций
Статья научная
В настоящее время потенциальные туристские ресурсы являются объектом многочисленных исследований. Для эффективного использования туристского ресурса необходима его трансформация в туристский продукт. Немаловажную роль в этом играют различные виды аттракций. Наиболее эффективным представляется сочетание естественной и искусственной аттракций. Рассматривая туристские ресурсы Воронежской области, можно отметить Воронежский государственный биосферный заповедник им. В.М. Пескова как туристический объект, обладающий совокупностью двух аттракций. Для формирования турпродукта на базе естественной и искусственной аттракций представляется целесообразным разработать алгоритм последовательности действий. В качестве примера турпродукта, разработанного в соответствии с данным алгоритмом, демонстрируется создание тура «В гостях у сказки», центральной идеей которого выступает маршрут по эко-тропе «Заповедная сказка» Воронежского государственного биосферного заповедника с показом объектов, объединенных тематикой русских сказок. На территории заповедника созданы все условия для размещения, питания, отдыха и развлечения гостей. В качестве целевой аудитории рассматриваются родители с детьми от 3-х до 14- ти лет и группы школьников с педагогами. В рамках представленного тура предполагается проведение экскурсий, носящих познавательный характер. Объектами показа являются бобровый питомник, музей бобра, интерактивный дом пожара, Толшевский монастырь. Используемый для создания данного тура алгоритм имеет в своей основе идею о создании туристского продукта и наличие или формирование объектов искусственной аттракции, которая, в свою очередь, в сочетании с естественной аттракцией становится эффективным инструментом для привлечения туристических потоков.
Бесплатно
Статья научная
Представлено математическое описание процесса культивирования сине-зеленых микроводорослей в пленочном биореакторе. Полученная модель позволяет выбрать рациональные и геометрические параметры биореактора.
Бесплатно
Анализ и использование математических методов для распознавания звуковых сигналов
Статья научная
Распознавание голоса - широко изучаемая и изученная в науке тема, а распознавание звуковых сигналов, в том числе кашлей пациентов в длительной звуковой записи - практически не изученная. Для распознавания звуковых сигналов и их подсчета были проанализированы и использованы математические методы, такие как корреляционный анализ, быстрое преобразование Фурье, нечеткая логика. Рассматривая каждый метод по очереди, подбирались параметры дающие наилучшие результаты распознавания при использовании того или иного метода. Корреляционный анализ позволяет сделать выводы о количестве кашлевых моментов для выбранного эталона. Быстрое преобразование Фурье позволило выделить такие частотные диапазоны, в которые попадают только кашли и не попадают шумы, экспериментальным путем было выявлено 6 таких диапазонов. Использование нечеткой логики улучшило анализ звуковой записи и позволило производить выбор кашлевых моментов с большей степенью уверенности, но однозначности результатов выбора достичь так и не удалось. Использовалась нечеткая логика, позволяющая расширить границы распознавания, позволяя градировать результат на кашель, возможно кашель и шум. При анализе полученных данных по каждому математическому методу пришли к выводу, что по отдельности их использование невозможно. Для достижения поставленной цели необходимо составить комплекс математических правил вывода, которые позволят распознавать звуковые сигналы с более высокой точностью. Рассмотрев спектрограмму звукового фрагмента, выделить зоны, в которых необходимо производить анализ для выявления похожести звуковых записей. Выделенные зоны кашля имеют четкие значения по каждой из координат спектрограммы. Это позволило в дальнейшем при синтезировании правил вывода использовать точные значения для границ параметров этих правил. Под полученный комплекс правил модифицировали разработанный программный продукт. Протестировали запись и получили результаты.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается реологическая модель жидкости, которая учитывает эффекты поперечной вязкости. Проведен анализ некоторых особенностей развития поля скоростей.
Бесплатно
Статья научная
Проведен анализ пяти основных схем поступательного течения жидкости, демонстрирующей проявление эффекта “отвердевания”, в зазоре между коаксиальными цилиндрами.
Бесплатно
Анализ передачи данных по каналу множественного доступа в процессе промышленного ацетоксилирования
Статья научная
В статье рассматривается моделирование процесса передачи данных с датчиков при промышленном производстве винилацетата. Пакеты данных передаются от датчиков в систему управления и управляющее воздействие идет на регуляторы температуры парогазовой смеси, давление паров хладагента. расход кислорода и расход возвратной уксусной кислоты по промышленным протоколам на основе Ethernet по каналу с множественным доступом с контролем несущей и обнаружением коллизий CSMA/CD (CarrierSense MultipleAccesswithCollisionDetection). Основным узким местом системы является ограниченный буфер передачи датчика, что может вызвать потерю данных при его переполнении, а вследствие неправильное регулирующее воздействие. Математическое моделирование процесса передачи проводили по схеме Марковского процесса с непрерывным временем и дискретными состояниями. Модель буфера передачи датчика построили на основе графа состояний, каждое состояние отображается двумя элементами [i,j]: i ? число пакетов в очереди, ожидающие отправку; j ? число отправленных пакетов, ожидающих подтверждения...
Бесплатно
Анализ специфических изделий и конструкций устройств для их манипулирования
Статья научная
Манипулирование штучными специфическими изделиями на устройствах с газовой несущей прослойкой
Бесплатно
Анализ функционирования системы управления энергопотреблением
Статья научная
Разработана система управления энергопотреблением из отдельных модулей с взаимодействием через сеть Ethernet, позволяющая измерять качественные и количественные показатели работы сетевых протоколов обмена данными различного уровня, проводить мониторинг всех показателей в режиме реального времени.
Бесплатно
Статья научная
В статье представленбесконтактный метод формования элементов транспортных сооружений из органоминеральных композиционных материалов. Приведены основные результаты математического моделированиягидрогазодинамических процессов, протекающих при отливке органоминерального композиционного материала на несущий воздушный буфер, реализующего оригинальные гипотезы, отраженные в выборе алгоритма преобразований и граничных условий.При разработке математической модели использовались классические уравнения механики, гидро- и газодинамики с учетом реологических свойств органоминерального композиционного материала. Полученные зависимости позволяют определить основные параметры процессов, протекающих в системе “материал - несущий воздушный буфер” при отливке органоминерального композиционного материала и выработать закон эффективного демпфирования, возникающих при этом колебаний. Применение данного способа позволяет исключить возможность возникновения контакта органоминерального композиционного материала с рабочими поверхностями оборудования, а также существенно снизить затраты на производство элементов транспортных сооружений, улучшить их качество и эксплуатационные характеристики пневматического оборудования.
Бесплатно
Биологическое разнообразие и модели эволюции
Статья научная
Обсуждается эволюционное значение биологического разнообразия, системообразующее значение которого в ноосфере Земли закреплено конвенцией ООН. Рассмотрены примеры и роль этого разнообразия на разных уровнях организации жизни. На уровне отдельных организмов указанное разнообразие проявляется в дифференциации и разделении физиологически важных функций, значительно расширяющих экологическую нишу тех особей, у которых такое разделение наиболее совершенно. Однако организменный уровень биологического разнообразия непригоден для построения эволюционных моделей, так как возможность реализации процессов генетической наследственности и изменчивости возникает начиная с минимальной структурной единицы живого мира, которой является популяция. Отмечено, что накопление генофонда, необходимого для эволюции вида, возможно только в достаточно больших популяциях, в которых общая скорость мутационных изменений не уступает скорости вариаций условий внешней среды. Показано, что известные формальные модели видовой эволюции, построенные на основе теоремы Фишера о влиянии генной дисперсии на приспособленность особей, не отвечают реальным условиям существования видов в силу принятого конечного и постоянного числа генотипов в популяции. На экосистемном уровне организации жизни основную роль играет таксономическое разнообразие, которое обеспечивает непрерывность трофической цепи в системе при возникновении неблагоприятных условий для развития отдельных таксонов. Кроме того, существенное стабилизирующее значение для прогрессивной эволюции экосистемы имеют её многоуровневое, иерархическое строение и замкнутый круговорот вещества и энергии. Модели эволюции систем на базе уравнений Лотки-Вольтерры, описывающих взаимодействие элементов разомкнутой экосистемы, в недостаточной мере отражают роль биоразнообразия в эволюционных процессах. Сформулированы требования к таким моделям, учитывающим баланс массы в системе; её трофическую структуру; накопительные (буферные) свойства каждого уровня экосистемы; множественность взаимосвязей между уровнями экосистемы; ограничивающее влияние внутривидовой и межвидовой конкуренции. Перспективным в этом плане является привлечение идей и математического аппарата биокибернетики.
Бесплатно
Вероятностные и информационные аспекты анализа функционирования системы в условиях конфликта
Статья научная
Рассмотрена задача исследования структуры взаимодействия параметров и формализация конфликта в стохастических системах в рамках общей теории систем. проанализированы математические аспекты отношений конфликта, содействия и безразличия. Рассмотрен информационный подход для анализа конфликта.
Бесплатно
