В настоящее время существует множество причин, почему обучение технологиям искусственного интеллекта (ИИ) может быть важным для сегодняшних студентов. Поэтому дисциплины, связанные с ИИ, вузы активно включают в образовательные программы бакалавриата и магистратуры. Важно научить студентов понимать, как работают такие технологии, и как их можно использовать для решения различных задач. В свою очередь, обучение немыслимо без демонстрации примеров решения различных задач. Важным же этапом в решении задачи машинного обучения вообще, в т.ч. задачи компьютерного зрения, является этап формирования обучающей выборки. Поэтому возникла идея написания программы, которая способна была бы генерировать датасеты по разнообразным тематикам для задач компьютерного зрения. Формат данных генерируемой выборки для обучения train.csv общепринят и выглядит следующим образом: каждая строка представляет собой описание одного изображения; первый столбец содержит метки классов, к которым принадлежит изображение; оставшиеся столбцы содержат пиксельные значения изображения, например, в виде плоского вектора, где каждое значение соответствует яркости соответствующего пикселя на изображении. Полученные датасеты можно использовать для организация проектной деятельности учащихся по искусственному интеллекту.

Ключевые слова: искусственный интеллект, машинное обучение, компьютерное зрение, нейронная сеть, обучающая выборка, датасет, C#, пиксель, субпиксельная обработка изображений, организация проектной деятельности учащихся

1.2.1 - Искусственный интеллект и машинное обучение , 1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В настоящей работе исследованы тепловые свойства пористых материалов с топологией трижды периодических минимальных поверхностей (ТПМП) Шварца. На основе обобщения результатов вычислительных экспериментов получены зависимости теплофизических свойств ТПМП-материалов от макроструктурных параметров: размера и толщины элементарной ячейки. Исследованы свойства наиболее распространенных термопластичных полимеров PETG, ABS, PLA, PHP, применяемых в аддитивном производстве. Показано, что коэффициенты теплопроводности рассмотренных ТПМП-материалов могут быть представлены в виде линейной функции от безразмерного геометрического параметра – относительной толщины стенки элементарной ячейки. Изменяя этот параметр, а, следовательно, и геометрическую структуру пористой среды, можно получить материал с заданными теплофизическими свойствами. Верификация полученных методом конечных элементов результатов выполнена на основе анализа сеточной сходимости решений.

Ключевые слова: эффективная теплопроводность, перенос тепла, пористый материал, пористость, термопластичный полимер, упорядоченная макроструктура, минимальная поверхность Шварца, трижды периодическая поверхность

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.6.11 - Технология и переработка синтетических и природных полимеров и композитов

Обсуждаются возможности малоизученного метода получения наноразмерных материалов электронной техники с заданной субструктурой – метода зонной сублимационной эпитаксии (ЗСЭ). В работе он комбинируется с методом градиентной жидкофазной эпитаксии (ГЖЭ). Спецификой является массоперенос в двухфазной среде (твердая подложка и газовая фаза инертного состава, выступающая в качестве транспортной среды) с предварительным нанесенением матричного слоя, формируемого из расплава. Особенностью процесса сублимации в исследовании являлась кристаллизация легкоплавкой эвтектики железо-кремний Предложена математическая модель процесса и проведено сопоставление с результатами эксперимента. Получены островковые структуры состава кремний (более 90 %), железо (до 8 %) и хром (около 1,5 %). Исследованы их параметры и распределение по размерам. Были использованы сканирующий зондовый микроскоп Solver-HV и растровый электронный микроскоп Quanta-200. В исследовании показано, что использование переходных процессов сублимационного переноса дает возможность воспроизводимо формировать нанослои легированного кремния и преобразовывать их в регулярные мезоструктуры.

Ключевые слова: метод микроразмерных ростовых ячеек, зонная сублимационная эпитаксия, градиентная жидкофазная эпитаксия, островковые наноструктуры

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.8 - Физика конденсированного состояния

В статье рассматривается значимость применения компьютерного моделирования для анализа технико-эксплуатационных характеристик изделий, выявления вероятных отказов. В работе представлены результаты исследования эксплуатационных условий работы резьбового соединения, сформулированы выводы об эффективности использования программного обеспечения ANSYS при проектировании продукции машиностроения.

Ключевые слова: резьбовое соединение, моделирование, инновационные технологии, оптимизация, запас прочности, эксплуатационные характеристики, шаг резьбы, машиностроение

1.1.8 - Механика деформируемого твердого тела , 1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Прогнозирование потребления электрической энергии и мощности является актуальной и значимой проблемой. В данной работе рассматриваются актуальные методы прогнозирования потребления электрической энергии, отраженные в различных научных работах, проведен их анализ с выявлением более перспективных методов прогнозирования.

Ключевые слова: прогнозирование энергопотребления, статистические методы прогнозирования, нейросетевые методы прогнозирования, гибридные методы прогнозирования

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации

Сигналы электрокардиограммы обладают уникальными характеристиками и структурой, которые трудно подделать. Это связано с тем, что электрическая активность сердца уникальна для каждого человека. Кроме того, основные биометрические параметры скрыты во время аутентификации по ЭКГ, что делает процесс более безопасным и защищенным от подделок. Целью данного исследования является оценка эффективности работы нейронных сетей для аутентификации по ЭКГ для сигналов с непериодическими нарушениями сердечного ритма. В качестве модели разработана сиамская нейронная сеть. Так же описаны этапы предварительной обработки ЭКГ сигналов, взятых из базы данных MIT-BIH. Представленная в работе модель достигла следующих результатов. Точность: 99,69%. Чувствительность: 99,43%. Специфичность: 99,94%. ROC-AUC: 99,69%. Результаты позволяют сделать вывод о том, что предложенная модель может эффективно проводить аутентификацию пользователей, которые имеют непериодические нарушения сердечного ритма при условии хотя бы небольшого числа зарегистрированных эталонов с нарушениями.

Ключевые слова: биометрическая аутентификация, ЭКГ, сиамская нейронная сеть, сверточная нейронная сеть, Евклидово расстояние, ROC-анализ

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.6 - Методы и системы защиты информации, информационная безопасность

Опоры постоянного усилия применяются на всех газо- и нефтеперерабатывающих заводах в случаях когда необходимо обеспечить подвижность трубопровода в точке его закрепления. В статье рассматривается алгоритм расчета формы профиля деталей опоры, имеющей определенную конструкцию. Данные детали обеспечивают постоянство вертикального усилия опоры трубопровода при его передаче от пружины сжатия на точку опоры трубопровода. Даны аналитический и геометрический варианты расчета. Статья будет полезна специалистам, занимающимся проектированием опор трубопроводов.

Ключевые слова: подвижное соединение, геометрический расчёт, изменяемая жёсткость, lisega, импортозамещение

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения

В данной статье реализован алгоритм распознавания маркировки грузового контейнера на основе глубоких нейронных сетей. Основным преимуществом предложенного алгоритма – является отсутствие необходимости дополнительных преобразований изображения для локализации маркировки и сегментации символов. Для решения задачи локализации использовался алгоритм EAST. Для распознавания кода собственника и серийного номера контейнера были обучены модели нейронных сетей Faster R-CNN Resnet 50. В результате оценки точности работы алгоритма, были сделаны соответствующие выводы, а также сформулированы возможные варианты улучшения работы алгоритма.

Ключевые слова: машинное обучение, алгоритм, грузовые контейнеры, нейронная сеть, классификация изображений, распознавание

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

Приводится структурная модель интеллектуального ансамблевого классификатора неструктурируемых текстовых данных по степени конфиденциальности. Выделена наибольшим образом влияющая на эффективность классификации нейросетевая мета-модель. Произведена декомпозиция многокритериальной задачи конфигурирования интеллектуального классификатора на задачу выбора конфигурируемых гиперпараметров мета-модели и задачу подбора их значений. Осуществлено представление многокритериальной задачи выбора подлежащих конфигурированию гиперпараметров в виде иерархии, включающей в себя цель, критерии и альтернативы. Разработана методика выбора конфигурируемых гиперпараметров интеллектуального классификатора неструктурируемых текстовых данных по степени конфиденциальности на основе метода анализа иерархий.

Ключевые слова: DLP-система, неструктурируемые текстовые данные, интеллектуальный классификатор, гиперпараметры, метод анализа иерархий

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Основными характеристиками здания, необходимыми для выполнения динамического расчета, являются частота и форма собственных колебаний, которые напрямую связаны с его жесткостью, массой, а также жесткостью упругого основания. Для оценки влияния жесткости упругого основания рассмотрена эквивалентная идеализированная модель свободных колебаний консольного стержня, имеющего податливую заделку. Для рассмотренной модели получено трансцендентное уравнение, а также его численное решение, позволяющее проанализировать влияние жесткости упругого основания на собственные частоты поступательных форм колебаний. Выявлено, что с увеличением жесткости упругого основания увеличиваются частоты собственных колебаний, однако влияние ограничено и имеет асимптотический характер. Установлено, что жесткость упругого основания может оказывать существенное влияние на собственные частоты первых пяти изгибных форм колебаний и для форм более высокого порядка может не учитываться.

Ключевые слова: динамика, собственные колебания, собственные частоты, здание, сооружение, трансцендентное уравнение, упругое основание, упругая опора

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения

В работе рассматривается модельная задача совместного термического и диффузионного процесса в кремнии. Математической моделью этого процесса является начально-краевая задача для системы линейных дифференциальных уравнений в частных производных параболического типа. В этой системе одно уравнение описывает процесс распространения тепла в кремнии, а другое - процесс диффузии примеси в нем. При этом уравнения не являются независимыми так, как коэффициент диффузии зависит от температуры. Для каждого уравнения в этой системе поставлены соответствующие начально-краевые условия. Для поиска приближенного решения возникшей задачи используется неявная разностная схема и классический метод прогонки. В работе представлено описание численного алгоритма и точные расчетные формулы для решения дискретизированной параболической задачи.

Ключевые слова: модель термодиффузионного процесса, численное моделирование, метод прогонки, неявная разностная схема

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В статье анализируется формообразование зданий и сооружений в современной архитектурной практике. Форма в архитектуре – это прежде всего средство выражения и перевода понятий. Это также то, что в конечном итоге заполняет и разделяет пространство, в котором мы живем. Форма в архитектуре может иметь большое символическое и культурное значение и может преобразовывать пространство к лучшему или к худшему. Простейшие из форм известны как первичные формы. К основным формам относятся круги, треугольники и квадраты. Каждая форма может быть создана комбинацией основных форм. При повороте или расширении основные формы могут создавать трехмерные объемы, известные как основные тела. В современной архитектурной практике очень часто прибегают к использованию сложных форм, созданных с использованием пространственных кривых. Задачей архитектора является полное визуальное представление таких форм на чертежах, а также с использованием современных программных графических пакетов. В статье поднимается проблема правильной интерпретации архитектурных форм, образованных такими пространственными кривыми (на примере кривой Гильберта).

Ключевые слова: архитектура, пространственные кривые, аксонометрические проекции, кривая Гильберта, модернизм, формообразование, орнаментальность, пространство

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения

В статье представлена и обоснована структура оригинальной комбинированной патоспецифической измерительной установки для диагностики глаукомы, которая позволит проводить комплексный анализ гидро- и гемодинамики глаза и этим повысит качество диагностики глаукомы. На основании этой структуры в работе был дан развернутый метрологический анализ данной установки как средства биомедицинских измерений. Приведены краткие выводы по работе и определены перспективы дальнейшего развития проекта.

Ключевые слова: комбинированная патоспецифическая измерительная установка, тонометрия, реография, сфигмография

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.6 - Оптика

Создание современной многоэлементной оптической техники с требуемыми пространственно-частотными характеристиками требует применения оптических слоев с заданными параметрами. Только при применении многослойных покрытий можно достичь минимальных потерь на пропускание объективов и реализовать их антибликовую защиту, или получить высокие значения коэффициента отражения в зеркалах кольцевых резонаторов. Проверить готовность к производству такой оптики можно, например, посредством реализации контроля толщины как для прозрачных, так и для непрозрачных слоев, которая должна находится в пределах допустимых отклонений от ожидаемого заданного значения. В данной статье приводится теоретическое обоснование интерференционного метода контроля толщины слоя, а также предлагаются оригинальные схемно-технические решения на его основе, позволяющие получить оценку искомой толщины.

Ключевые слова: оптические покрытия, поляризация, измерение толщины, подложка, пластина Савара

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.6 - Оптика

В статье построена и исследована математическая модель колебаний аэродинамического маятника в потоке движущейся среды. В качестве модели воздействия среды на тело принята модель квазистатического обтекания пластинки средой. Согласно этой гипотезе, аэродинамические силы, действующие на тело, прикладываются в центре давления. В нашей задаче центр давления является подвижным относительно пластинки. Получены уравнения движения для рассматриваемого тела. Проведен переход к новым безразмерным переменным. Показано нарушение единственности при определении угла атаки в точках, где воздушная скорость центра давления близка к нулю. Построены огибающие для некоторых областей неоднозначности с помощью многократного решения алгебраических нелинейных уравнений полученных из кинематических соотношений. Для этого определяются координаты точек возврата, находится решение самих уравнений и изображаются границы областей неоднозначности. В математическом пакете MATLAB 18 написана программа, которая строит верхнюю и нижнюю границы областей неоднозначности.

Ключевые слова: тело, область неоднозначности, огибающие, точки возврата

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Статья посвящена разработке компьютерной программы, с помощью которой можно производить моделирование численности проточных и непроточных культур микроорганизмов для учебных целей. В качестве базовой модели роста биомассы взята модель Моно. Для математического описания клеточных популяций использован аппарат обыкновенных дифференциальных уравнений. Так были созданы структура и функционал электронного учебного модуля с его последующей реализацией на языке Python. В результате была разработана лабораторная «Моделирование проточных и непроточных культур микроорганизмов», в форме компьютерной программы, выполняемая в рамках освоения дисциплины «Биофизика» и заключающаяся в изучении основных принципов и методов моделирования процессов развития микроорганизмов в проточных и непроточных культурах. Разработанная программа внедрена в учебный процесс.

Ключевые слова: компьютерная программа, клеточная популяция, биофизика, микроорганизмы, компьютерное моделирование, модель Моно, Python, биомасса, проточные условия, непроточные условия, система уравнений

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 5.8.7 - Методология и технология профессионального образования

Построена математическая модель магнитного поля, порождаемого отрицательными зарядами на мембранах эритроцитов, в окрестности узкого капилляра. Получены распределения напряженности магнитного поля как в окрестности одиночного эритроцита, перекатывающегося вдоль узкого капилляра, так и в окрестности капилляра, по которому перемещаются несколько эритроцитов, при различных значениях гематокрита. Найдена зависимость максимального значения напряженности магнитного поля в окрестности капилляра от гематокрита. В частности, показано, что на расстояниях от капилляра, равных 8 диаметрам капилляра, максимальное значение напряженности магнитного поля изменяется (в зависимости от направления) в 1,29 1,36 раза при увеличении гематокрита от 12,27% до 18,25%.

Ключевые слова: математическая модель, магнитное поле, заряд, мембрана, эритроцит, капилляр, гематокрит

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 3.1.28 - Гематология и переливание крови

В данной статье определяются основные принципы функционирования чат-бота. Выполнено моделирование последовательности процессов. Статья содержит описание алгоритма работы чат-бота. Для визуализации указанного алгоритма используются диаграммы деятельности и состояний. Представлена физическая модель хранения необходимых для проведения консультации данных. Рассмотрены вопросы нечеткого поиска по ключевым словам. В статье приведено описание процесса исправления ошибок с использованием метрики n-граммных расстояний. Продемонстрировано функционирование чат-бота.

Ключевые слова: чат-бот, диалоговая система, мессенджер, обработка естественного языка, нечеткий поиск, расстояние Дамерау-Левенштейна, n-грамма

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 5.8.7 - Методология и технология профессионального образования

В данной статье описывается обучение нейронной сети для распознавания цифр номера грузового контейнера. В связи с отсутствием набора данных, содержащих грузовой контейнер, обучение производилось на наборе данных Street View House Numbers. Перед обучением модели набор данных был проанализирован и построены гистограммы, отражающие общую информацию о наборе данных. Обучение нейронной сети производилось на языке программирования Python с использованием библиотеки Tensorflow. Полученные результаты оценки точности работы модели, позволили сделать вывод о возможности использования набора данных и нейронной сети для решения задачи распознавания цифр грузового контейнера.

Ключевые слова: машинное обучение, распознавание цифр, грузовой контейнер, нейронная сеть, классификация изображений

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

Работа посвящена обеспечению полноты смешения газовых теплоносителей в теплоутилизаторе прямого действия за счет оптимизации геометрии камеры смешения, в частности добавления воронки. Рассмотрены четыре конфигурации воронки в диапазоне 45°-180°. Задача решена в стационарной постановке методом численного моделирования в среде OpenFOAM. Показан 14-кратный прирост равномерности смешения при использовании 45° воронки по сравнению с цилиндрической камерой смешения.

Ключевые слова: теплоутилизатор, смесительный теплообменник, повышение эффективности, уходящий дымовой газ, численное моделирование, рекуперация теплоты

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

Рассмотрен биметаллический порошковый материал железо-бронза, полученный клиновым горячим компактированием. Сформулирована гипотеза, подтвержденная результатами экспериментальных исследований, об определяющем влиянии объемной деформации порошкового материала железной основы в процессе клинового горячего компактирования. Введено понятие показателя и построена 2D модель Impulse качества консолидации разнородных порошковых слоев от абсолютных значений объемной деформации железной основы. В результате анализа построенной 2D Impulse модели для переходной зоны биметалла, полученного по технологии, включающей спекание, установлено абсолютное значение │0,21│ критической объемной деформации, обеспечивающей переход от удовлетворительного к хорошему качеству консолидации с учетом введенной шкалы качества. Для технологии, не предусматривающей спекание, абсолютное значение │0,171│ критической объемной деформации, равное параметру «c» модели, характеризует переход от неудовлетворительного к удовлетворительному качеству консолидации.

Ключевые слова: порошковый, биметалл, моделирование, клиновое горячее компактирование, консолидация, слоистый материал, твердофазное соединение

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.6.5 - Порошковая металлургия и композиционные материалы

В рассматриваемой работе разработана математическая модель ветрогенератора, аналогичному ротору Дарье. Рассмотрен режим быстрого вращения турбины или режим авторотации. С помощью метода осреднения получено значение установившейся угловой скорости ветротурбины на режиме авторотации. В компьютерной системе matlab написан комплекс программ и получены результаты численного счета. Они сравниваются с аналитическими оценками. Проведен параметрический анализ геометрических размеров ветротурбины для получения заданной мощности. Показаны преимущества и недостатки этой конструкции по сравнению с другими типами ветротурбин. В результате этих расчетов можно сделать вывод о том, что ветрогенераторы Дарье будут эффективными только для получения небольшой мощности и при небольших размерах. Устройства больших размеров слишком часто выходят из строя и их обслуживание слишком дорого.

Ключевые слова: ветротурбина, режим авторотации, устойчивость, геометрические размеры

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.4.3 - Электроэнергетика

Статья посвящена вопросу повышения эффективности систем вентиляции путем применения нового типа воздуховодов. Основным преимуществом микроперфорированных текстильных воздуховодов является возможность подачи свежего воздуха ламинарными микроструями в зону дыхания человека. Отмечена необходимость в адаптации существующих методик расчета основных параметров струй для ламинарного режима. В статье представлены результаты по разработке математической модели стационарного пограничного слоя для численного расчета движения и тепломассобмена воздуха в ламинарной микроструе. Выведен дискретный аналог обобщенного дифференциального уравнения, на основе которого разработан программный комплекс, позволяющий определять основные параметры ламинарных микроструй. Выполнена верификация разработанного программного комплекса, расхождение с известным инженерным методом составило менее 3%.

Ключевые слова: математическое моделирование, воздухообмен, текстильный микроперфорированный воздуховод, микроперфорация, ламинарная струя, метод контрольного объема, круглая струя, микроструя

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.1.5 - Строительные материалы и изделия

В данной статье рассматривается решение проблема расчета процессов кристаллизации металлических капель в процессе продувки расплава газом при производстве порошков. Приведены расчеты процесса каплеобразования и оценки времени фазового перехода и до полного остывания в зависимости от размера частицы в диапазоне 50-500 мкм при предварительном подогреве газового потока до различных температур от 0 до 500 грудусов С. Разработана методика расчета времени охлаждения капли расплавленного металла в потоке газа при получении металлического порошка методом распыления и определено соотношение составляющих полного времени капельного охлаждения.

Ключевые слова: металлический порошок, распыление расплава, охлаждение частиц, газовые потоки, теплообмен, аддитивные технологии, технологический процесс, газодинамический процесс

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.6.5 - Порошковая металлургия и композиционные материалы

Рассмотрена задача на прочность композитного материала, для определения сопротивления деформированию элементов конструкций с наличием концентраторов напряжений. Метод основан на трехмерном конечно-элементном решении задачи упругопластического деформирования объемного тела при разрушении и предназначен для сокращения экспериментальных исследований путей замены их на численные эксперименты. Получены результаты численного моделирования трехмерного напряженно-деформированного состояния упругопластического тела.

Ключевые слова: математическое моделирование, стекловолокно, композитный материал, численное моделирование, метод конечных элементов

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ