Вісник Вінницького політехнічного інституту

АНАЛІЗ МЕТОДІВ ЛОКАЛІЗАЦІЇ ДЛЯ БЕЗДРОТОВИХ СЕНСОРНИХ МЕРЕЖ У ВНУТРІШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ IOT

Г. О. Пастушенко — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Проведено експериментальні дослідження та аналіз різних методів локалізації для бездротових сенсорних мереж у внутрішньому середовищі Інтернету речей (IoT). Мета роботи — визначити ефективність і обмеження основних підходів до локалізації для подальшого їхнього застосування в умовах внутрішнього середовища. Досліджені методи включали мінімальну дисперсію Кейпона, алгоритм ESPRIT, підгонку зваженого підпростору, позиціонування на основі близькості та трилатерацію на основі RSSI. Основну увагу приділено аналізу ключових характеристик методів, таких як точність, енергоефективність, масштабованість, стійкість до перешкод, чутливість до параметрів середовища та діапазон передачі сигналу. Результати показали, що кожний з розглянутих методів має свої унікальні переваги та обмеження залежно від специфіки застосування залежно від специфіки застосування у внутрішньому середовищі IoT. Алгоритм ESPRIT, наприклад, забезпечив найвищу точність позиціонування та масштабованість, що свідчить про його придатність для великих і складних мереж з високою щільністю вузлів. Методи позиціонування на основі близькості виявилися найенергоефективнішими, що є вирішальним фактором для IoT-додатків із жорсткими обмеженнями енергоспоживання. Метод трилатерації на основі RSSI продемонстрував високу стійкість до перешкод і стабільність у широкому діапазоні умов, включно з варіативністю у щільності сигналів і наявністю фізичних бар’єрів у середовищі. Дослідження дозволило сформувати рекомендації щодо вибору оптимального методу локалізації залежно від конкретних вимог до точності, енергоспоживання, стійкості мережі та характеристик робочого середовища. Отримані результати мають практичну цінність для розробників IoT-систем, оскільки сприяють оптимізації мережевої продуктивності, підвищенню надійності передачі даних та зниженню енергоспоживання. Висновки цього дослідження можуть слугувати основою для майбутніх розробок і вдосконалення алгоритмів локалізації, забезпечуючи їхнє ефективне використання в широкому спектрі IoT-застосувань, таких як інтелектуальні будівлі, промисловий моніторинг, логістика та охорона здоров’я.

АКТУАЛЬНІСТЬ ЗРОСТАННЯ ТЕПЛОЗАХИСТУ БУДІВЕЛЬ ШЛЯХОМ ВИКОРИСТАННЯ СУЧАСНИХ ВІКОН

В. Р. Сердюк, Л. А. Лавренюк — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Показано, що в умовах відмови України від імпорту російського природного газу з 2023 року, руйнації значної частини енергогенерувальних потужностей в результаті агресії РФ на сьогодні постає питання не тільки відновлення електрогенерувальних потужностей та відбудови зруйнованого житла, але й необхідності тепломодернізації майже 90% наявного житлового фонду, який побудовано за низьких нормативних вимог термічного опору «оболонки» будівель. Наразі будівельний сектор економіки зберігає значний резерв зменшення енергоспоживання.

Дослідження передового європейського досвіду тепломодернізації застарілого житлового фонду шляхом одночасного утеплення стін, заміни вікон та облаштування ролет прискорюють виконання теплоізоляційних робіт та зменшує витрати на утеплення фасадів застарілого житла. Показано що через стіни й вікна будівель втрачається майже 65 % теплової енергії, будівельний сектор економіки споживає 40 % від всіх енергоносіїв і є відповідальним за 36% викидів парникових газів.

Надмірне спалювання викопних видів палива (вугілля, нафти, природного газу) призводить до зростання викидів вуглекислого газу і глобального зростання температури. Україна, як і інші країни світу, взяла на себе міжнародні зобов’язання щодо зменшення викидів парникових газів. В Україні в 2022 році введено в дію нові ДБН, в яких передбачене зростання нормативних вимог термічного опору огороджувальних конструкцій. Передовий світовий досвід передбачає відмову від клаптикового утеплення стін, яке поширене в Україні, та перехід до комбінованого і одночасного утеплення стін, заміни вікон та влаштування ролет. Переваги такої технології тепломодернізації цілком очевидні.

Українські підприємства з виробництва вікон працюють використовуючи німецькі технологічні лінії з використанням імпортних комплектуючих. Показано, що за останні 20 років Україна суттєво наростила обсяги виробництва сучасних вікон. Експорт українських вікон зріс приблизно у 70 разів, а за останні 4 роки — утричі.

В умовах адаптації нормативної бази України в галузі будівництва до вимог країн ЄС передбачається перехід до будівництва енергоефективних і пасивних будинків, а тепломодернізація застарілого житлового фонду для України є невідкладним завданням.

ТЕРМОНАПРУЖЕНИЙ СТАН БАРАБАНУ КОТЛА ДКВР-10-13 У РАЗІ ЗАМІНИ ШТАТНОГО ПАЛЬНИКА НА СТРУМЕНЕВО-НІШЕВИЙ

А. Ю. Рачинський, О. В. Баранюк, О. Ю. Черноусенко — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Проаналізовано термонапружений стан барабан-сепаратора котла типу ДКВР-10-13 за допомогою CFD-моделювання з використанням програмного пакета Ansys Fluent. У дослідженні основну увагу приділено вивченню впливу конструктивних і експлуатаційних факторів на міцність і стабільність роботи барабана котла, оснащеного струменево-нішевими пальниками. Аналіз здійснювався для двох режимів роботи котла: номінального навантаження та у разі 60 % навантаження потужності. Використовувалася технологія стабілізованого горіння без попереднього змішування в пальнику. Газорозподіл здійснювався через круглі отвори, перпендикулярно до потоку окислювача, що сприяло ефективнішому змішуванню палива та повітря. Різниця між максимальною та мінімальною температурою поверхні барабана не перевищувала 30 °C, що забезпечує стабільність роботи конструкції. Візуалізація полів швидкості, температури та концентрацій продуктів реакції (зокрема NOx) показала, що струменево-нішева технологія сприяє зменшенню викидів шкідливих речовин та більшому згорянню палива. Відсутність нестабільності полум’я або зміщення його положення підтверджує надійність режиму горіння. Досліджено вплив температурного поля, внутрішнього тиску та теплового потоку на міцність барабана з урахуванням ослаблювальних отворів. Максимальне еквівалентне напруження за критерієм Мізеса становило 75 МПа, що значно нижче границі міцності матеріалу. Максимальна деформація барабана — 1,1 мм, що не становить загрози руйнування. Паспортна товщина стінки барабана (10 мм) є достатньою для забезпечення міцності в обох досліджуваних режимах.

Заміна стандартних пальників котла типу ДКВР-10-13 на струменево-нішеві сприяє: підвищенню ефективності та рівномірності згоряння палива, поліпшенню екологічних показників завдяки зменшенню викидів NOx, при цьому забезпечується термічна міцність барабана навіть у змінних режимах роботи. Результати дослідження є вагомим підґрунтям для вдосконалення пальникових пристроїв у котлах подібного типу та підвищення їхньої енергоефективності.

НАПРЯМКИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЛОГІСТИЧНИХ СИСТЕМ

Р. В. Мельник, С. В. Цимбал — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Розглянуто концепцію сучасної логістичної системи, основні проблеми, які вирішуються підвищенням її ефективності та основні результати, що досягаються за рахунок оптимізації діяльності ключових областей логістичних систем. Логістика сприяє отриманню продуктів і послуг у той момент, коли вони необхідні клієнтам, а також допомагає в економічних операціях як основний фактор зростання торгівлі та комерції.

З появою систем масового виробництва логістику стали визнавати окремою функцією. Виробництво та перевезення раніше розглядалися як послідовний ланцюг спеціалізованих видів діяльності. Роль логістики полягає в забезпеченні наявності всіх необхідних матеріалів перед кожним кроком у цьому ланцюжку. Очевидно, що інвентаризація сировини, напівфабрикатів і готової продукції є обов’язковою для цього ланцюга, для забезпечення його безперебійного функціонування.

В основі концепції логістики лежить системний підхід. Існує єдиний ланцюг, з потоком матеріалів, з початком від постачальника, потім до заводу і, нарешті, до кінцевого споживача, і ці дії також виконуються послідовно, щоб досягти задоволення потреб споживачів за низьких витрат. Для успіху цієї діяльності потрібна злагодженість. Що стосується організації, то вона набуває конкретної форми завдяки своїй структурі. У попередні часи постачальники, які займалися дистрибуцією, розподілялися по всій структурі, що призводило до дублювання діяльності. У сучасній організації, орієнтованій на процес, де фокус змістився з функцій на процес, логістика стала важливою частиною процесу.

МОДИФІКОВАНИЙ АЛГОРИТМ ДЕКОДУВАННЯ ЗГОРТКОВИХ ТУРБО-КОДІВ

Ю. Ю. Іванов, Б. О. Боднаренко, Д. В. Борисюк, О. С. Щиров — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

На сучасному етапі розвитку теорії завадостійкого кодування виділяється турбо-код, який забезпечує необхідні характеристики завадостійкості для різних систем передавання даних. Він є представником потужного класу завадостійких кодів з унікальною структурою кодека, здатний ефективно працювати на високих швидкостях у каналах з низькою корисною енергетикою, майже повністю використовуючи його ємність відповідно до принципів К. Шеннона. Процес турбо-декодування з використанням спеціалізованих ітеративних імовірнісних алгоритмів вимагає значних обчислювальних ресурсів, що може стати обмеженням для реальних систем передавання цифрових даних. У статті запропоновано субоптимальну модифікацію алгоритму турбо-декодування на основі максимуму апостеріорної імовірності в ітеративній формі, яка використовує апроксимацію коригуючої функції у ході розрахунку кореляційних метрик переходів трелліс-діаграмою рекурсивного систематичного згорткового кодера. Запропонована функція переважає аналоги на базовому інтервалі значень за статистичними показниками.

Ефективність роботи алгоритму продемонстровано у ході комп’ютерного імітаційного моделювання роботи системи передавання цифрових даних на випадкових фреймах та на мультимедійних даних. Встановлено та проаналізовано експериментальну функціональну залежність частоти виникнення помилок від відношення сигнал/шум у каналі зв’язку. Визначено, що модифікований алгоритм переважає низку аналогів за енергетичним виграшем для каналів зв’язку з високим рівнем шумової компоненти. Його ефективність максимально наближена до базового алгоритму, але має меншу обчислювальну складність. Стаття може бути корисною для інженерів та проєктувальників систем передавання даних, оскільки дозволяє ефективніше аналізувати та синтезувати турбо-коди залежно від поставлених задач.

ВИКОРИСТАННЯ МАШИННОГО НАВЧАННЯ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ МІСЦЕЗНАХОДЖЕННЯ ЛЮДЕЙ У ПРИМІЩЕННЯХ

А. І. Топольський, Є. А. Паламарчук — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Досліджено проблему автоматизованої обробки даних для фіксації присутності студентів на заняттях. Запропоновано використовувати методи машинного навчання, адже вони дозволяють спрогнозувати місцезнаходження студентів в приміщеннях навіть за умов аномалій у даних. Вирішення цієї проблеми сприятиме підвищенню ефективності освітнього процесу та зменшення залежності від традиційних способів фіксації присутності, які потребують витрат часу та людських ресурсів.

Проведено експерименти з використанням різних методів машинного навчання для задач регресії та класифікації. Мірою для порівняння різних методів використано точність прогнозування.

Досліджено застосування таких методів регресії як SVR, LinearSVR, NuSVR, PLSRegression, KernelRidge, RidgeCV, BayesianRidge, DecisionTreeRegressor та ExtraTreeRegressor. Найкращу точність прогнозування отримано методами DecisionTreeRegressor, KernelRidgeRegression та ExtraTreeRegressor — 92,5, 93,9 та 95,5 % відповідно. Проте для методів регресії необхідні неперервні дані, такі як координати користувача, що обмежує їхнє використання в умовах, де технічні засоби не дозволять отримати такі дані.

Як альтернатива розглянуто методи класифікації, а саме: SVC, KNeighborsClassifier, DecisionTreeClassifier та RandomForestClassifier. Первинні результати показали нижчу точність у порівнянні з методами регресії, що зумовлено недостатньою репрезентативністю тренувальних даних. Для вирішення цієї проблеми застосовано покроковий алгоритм, який поступово прогнозує будівлю, поверх та конкретне приміщення. Такий алгоритм забезпечив значне підвищення точності. Найкращий результат показав метод RandomForestClassifier — 94,3 %.

Підсумовуючи зазначимо, що вибір методу машинного навчання залежить від використовуваних технічних засобів. Якщо вони дозволяють отримувати неперервні дані, такі як координати, оптимально використовувати методи регресії ExtraTreeRegressor, DecisionTreeRegressor або KernelRidgeRegression. Якщо ж неперервні дані неможливо отримати, то оптимально використовувати метод класифікації RandomForestClassifier із запропонованим покроковим алгоритмом.

МОДЕЛЮВАННЯ АДАПТИВНОГО ТЕСТУВАННЯ ЗНАНЬ: ПОРІГ ЕФЕКТИВНОСТІ, РІВЕНЬ СКЛАДНОСТІ ТА ЧАС ВИКОНАННЯ ЗАВДАНЬ

О. Ф. Шевчук, А. А. Яровий, Ю. М. Паночишин, С. І. Петришин, О. А. Козловський — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Проведено комплексний інформаційно-аналітичний аналіз можливості впровадження адаптивного комп’ютерного тестування знань з окремих навчальних дисциплін у закладах освіти. Вказано на недоліки традиційного підходу, який передбачає встановлення фіксованих часових обмежень на виконання тесту, що не враховує індивідуальні особливості здобувачів освіти та може викликати негативну реакцію учасників тестування. Натомість розглянуто інтегральну оцінку тестування, яка враховує як рівень складності, так і час виконання окремого завдання. Запропоновано адаптивний алгоритм, який базується на порозі ефективності q, що визначає зміну рівня складності наступного завдання залежно від результату інтегральної оцінки попереднього. Для перевірки ефективності запропонованого підходу проведено імітаційне моделювання з використанням мови програмування Python. Створено тестову вибірку із завдань трьох рівнів складності, час виконання яких змоделювано за законом нормального розподілу. Проведений аналіз показав, що за значної різниці у рівнях складності завдань виникає потреба у встановленні окремого порогу ефективності для кожної категорії питань, тоді як у разі незначних відмінностей допустимо застосувати єдиний поріг для всіх завдань тесту. В межах тестової вибірки проведено налаштування параметрів інтегральної оцінки та досліджено ефективність запропонованого підходу. Зазначено, що отримані коефіцієнти інтегральної оцінки можуть виступати базовими на початковому етапі реалізації системи, з подальшою можливістю їхньої оптимізації на основі результатів навчання моделі в процесі тренувальних тестувань. Описана методика демонструє гнучкість і простоту впровадження, забезпечуючи можливість налаштування параметрів моделі та ефективну адаптацію як до індивідуальних особливостей здобувачів освіти, так і з урахуванням специфіки окремої дисципліни. До того ж, фіксація часу виконання завдань може слугувати додатковим інструментом оцінювання якості тестових завдань.

МОДЕЛІ І МЕТРИКИ ДЛЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ НА ОСНОВІ ВІЗУАЛЬНИХ ТЕРНАРНИХ ПОРІВНЯНЬ

В. В. Колодний, В. В. Зубко — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Запропоновано новий інструмент для виявлення переважань в умовах цільової та критеріальної невизначеності — ліфти переважань у вигляді трьох слайдерів з регульованою дискретністю. Рухаючи ці слайдери на площині екрану ноутбука, планшета, або мобільного телефону, дециденти застосовують швидке інтуїтивне мислення і візуалізують свої переважання щодо трійок альтернатив. Розглянуто і досліджено візуальні, числові, математичні і символьні моделі візуальних тернарних порівнянь. Запропоновано нові метрики для числової інтерпретації візуальних тернарних порівнянь з метою точнішого і надійнішого обчислення підсумкових кардинальних ранжувань: адитивна метрика різниць висоти слайдерів і мультиплікативна Z-метрика. Спільне застосування обох цих метрик показало збіг ординальних ранжувань і близькість відповідних значень підсумкових нормованих і центрованих кардинальних ранжувань. Запропоновано нові метрики для логічної інтерпретації візуальних тернарних порівнянь з метою виявлення характерних особливостей децидентів (пасивності, екстремальності оцінок, суперечливості суджень та некомпетентності). Розглянуто та проаналізовано всі випадки породження бінарних трирівневих порівнянь та визначено поняття відстані між ними, яку можна вважати мірою нетранзитивності переважань, тобто суперечливості суджень децидентів. Запропоновано нову адаптивну метрику для розрізнення відношень переваги та сильної переваги, яка враховує індивідуальні особливості виконання децидентами візуальних тернарних порівнянь. Розглянуто приклад практичної реалізації запропонованих моделей і метрик. Заплановано подальше дослідження інструментарію виявлення переважань на основі візуальних тернарних порівнянь та удосконалення розроблених авторами інформаційних технологій для ефективної, надійної і наочної організації колективних онлайн-експертиз.

ЗАСТОСУВАННЯ ОПТИЧНИХ ВОЛОКОННИХ СЕНСОРІВ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ТЕМПЕРАТУРНИХ РЕЖИМІВ В АПАРАТУРІ МЕДИЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

В. Вуйцік, І. Шедрєєва, О. В. Осадчук, Т. Б. Мартинюк, О. В. Мозговий — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Подано результати визначення впливу температури на оптичні параметри похилої брегівської ґратки та аналіз можливості її використання як датчика температури для контролю стану біомедичної апаратури. Методи визначення теплових режимів елементної бази є основою для аналітичного розрахунку показників надійності біомедичної апаратури, пов’язаних з температурами окремих елементів електронної структури. На цей час оптичні методи контролю випромінювання широко застосовуються в різних галузях науки і техніки, завдяки тому, що можна змінювати такі параметри світлової хвилі: амплітуду, частоту, фазу, поляризацію та напрямок поширення. Такі оптичні пристрої, як модулятори, дефлектори та фільтри, характеризуються високою швидкодією, малою потужністю керування, простотою конструкції та високою надійністю. Ці переваги забезпечили їхнє широке застосування не тільки в лазерній фізиці, а й у вимірювальній техніці, екології, медицині, військовій справі тощо. Сьогодні вплив температури на оптичні параметри похилих брегівських ґраток вивчено практично недостатньо. В роботі досліджено сенсор температури на основі використання похилої брегівської ґратки, де її спектральні характеристики та параметри змінюються під впливом температури. Запропоновано математичні моделі визначення параметрів теплового поля елементів біомедичної апаратури. Отримано аналітичні рішення для визначення температур на основі використання брегівських ґраток, що враховують відведення теплоти з усіх поверхонь елементів. На підставі проведених досліджень дійшли висновку, що зміна довжини брегівської хвилі з температурою дає лінійну залежність. Робота за актуальністю проблеми та шляхами її реалізації відповідає сучасним тенденціям світової науки і техніки. Існує різна чутливість у кожному діапазоні температур, тому підсумкове значення отримано з розрахунку середнього значення для всього діапазону температур кожної брегівської ґратки.

МЕТОД СИНТЕЗУ БЕНЧМАРКУ ДЛЯ ОЦІНЮВАННЯ РОБАСТНОЇ СТІЙКОСТІ ВЕЛИКИХ МОВНИХ МОДЕЛЕЙ ДО ДЕЗІНФОРМАЦІЇ ТА МАНІПУЛЯЦІЙ З ФАКТАМИ

С. М. Левіцький , В. Б. Мокін — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

З розвитком і поширенням інтелектуальних асистентів на основі великих мовних моделей (LLM) вагомішим стає тестування цих моделей за різними критеріями. Одним з найважливіших з них є робастна стійкість до дезінформації та маніпуляцій. Нестійкі моделі можуть нести серйозну загрозу рішенням на їхній основі у сфері безпеки, здоров’я, чутливих соціальних питань тощо. Для такого оцінювання використовують спеціальні тести на основі еталонних розмічених датасетів — бенчмарки. Але більшість подібних тестів розроблені для питань без контексту (одноходовий режим). Натомість, чат-боти на основі LLM використовуються, зазвичай, у багатоходовому діалоговому режимі (з контекстом). Такі бенчмарки суттєво залежать від предметної сфери їхнього використання, а отже, потрібен не лише сам тест, а й метод його синтезу.

У статті запропоновано метод синтезу бенчмарків для оцінювання робастної стійкості LLM до багатоходових маніпуляцій з твердженнями, про які наперед точно відомо, що усі вони хибні. Метод дозволяє синтезувати бенчмарк, який сформує таку послідовність маніпуляцій хибного твердження, з яким врешті-решт LLM з поганою стійкістю погодиться, що цей фейк, насправді не є фейком. Метод основано на формуванні множини еталонних, виключно хибних, тверджень на основі заданої предметної області з їхньою подальшою кластеризацією та виділенням типових варіантів, на формуванні множин шаблонів для маніпуляцій з довільними твердженнями за використання логіки аргументації, без зміни хибності цих тверджень, та на використанні машинного навчання з підкріпленням для синтезу оптимальної політики (стратегії) формування послідовності маніпуляцій з фактами для кожного виду типового варіанта еталонних хибних тверджень. Запропоновано як критерій робастності LLM використовувати відсоток класифікації хибних тверджень як дійсно хибні.

Експериментальні випробування довели ефективність запропонованого методу. Побудовано бенчмарк, який використано для оцінювання відомої LLM «Llama 3.2 3B Instruct». Ця модель мала помірну (65 %) робастну стійкість до дезінформації та маніпуляцій в одноходовому режимі (без контексту). Але після застосування синтезованого за розробленим методом бенчмарку з діалоговим режимом її робастність зменшилась у понад 2 рази (до 30 %). Це довело вразливість LLM до складніших маніпулятивних сценаріїв та продемонструвало ефективність запропонованого методу синтезу таких бенчмарків.

АВТОРЕГРЕСІЙНІ МОДЕЛІ ПРОЦЕСУ ПОВОЄННОГО ВІДНОВЛЕННЯ ТА ПІСЛЯВОЄННОГО РОЗВИТКУ ВДЕ УКРАЇНИ

Б. І. Мокін, О. Б. Мокін, Д. О. Шалагай, О. В. Мазурук — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

В роботі [1] опубліковано «Проєкт Плану відновлення України. Енергетика», розроблений у 2022 році Національною радою з відновлення України. В нашій роботі [2] з метою наближення до реалій воєнного сьогодення «Проєкту Плану…» здійснено синтез математичних моделей процесу відновлення та розвитку електроенергетики України в цілому з урахуванням стохастичного характеру цього процесу. А в роботі [3] з метою наближення до реалій воєнного сьогодення «Проєкту Плану…» в частині, присвяченій електроенергетиці, авторами здійснено синтез математичних моделей процесу відновлення та розвитку джерел відновлювальної електроенергетики (ВДЕ) України. Цю задачу розв’язано з використанням даних, таблиць та графіків, що характеризують ВДЕ, взятих з роботи [1]. Але як ВДЕ розглядалися не лише сонячні (СЕС), вітрові (ВЕС) та біогазові (БіоЕС) електростанції, як це зазначено в роботі [1], але і гідравлічні (ГЕС) та гідроакумулювальні (ГАЕС) електростанції, які в роботі [1] до складу ВДЕ не включені. В роботі [3] ми вважали, що війна України з агресивним сусідом триватиме і у 2024 році і у 2025 році, що вноситиме стохастичну складову у плани відновлення і того, що було до війни, і того, що у ці воєнні роки уже відновлено. Вважали також, що і в подальшому процес відновлення і розвитку ВДЕ довгий час міститиме стохастичну складову, для математичного моделювання якої доцільно використовувати авторегресійні моделі 2-го порядку у формі АРПКС(2,0,1), починаючи з нульової відмітки часу у 2023 році. Але ідея використовувати авторегресійні моделі була лише зазначена в нашій роботі [3] і записана лише в загальній постановці. Через рік після написання роботи [3], що пройшов у вирі війни України з російськими окупантами, українська електроенергетична структура в цілому та особливо ВДЕ зазнали додаткових руйнувань [4], тож виникла необхідність в синтезі авторегресійних моделей в завершеній формі, готовій для використання інженерами-електриками в проєктній роботі. Такий задум і реалізовано у цій публікації у вигляді Python-програми, вихідні передумови створення якої авторами уже озвучено у нашій доповіді на Міжнародній науковій конференції, що проходила в Києві в листопаді 2024 року, розширені тези якої опубліковані в роботі [5].

ВИМІРЮВАННЯ НАПРУГ СЕКЦІЙ ШИН 6 (10) КВ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ЄМНІСНИХ ПОДІЛЬНИКІВ

П. М. Баран, В. П. Кідиба, Н. О. Равлик — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Однією з проблем в електричній мережі з ізольованою (компенсованою) нейтраллю є селективне визначення пошкодженого елемента за однофазного замикання на землю. Селективна робота захистів від таких пошкоджень може бути забезпечена на основі аналізу струмів нульової послідовності приєднань, фазних напруг та напруги нульової послідовності секції шин, від якої живляться ці приєднання. Як показав досвід експлуатації, селективну роботу захистів від однофазних замикань на землю в таких мережах можна забезпечити тільки із застосуванням цифрових пристроїв. На багатьох підстанціях та розподільчих пунктах енергосистем України напругою 6 (10) кВ відсутні трансформатори напруги. Тому застосовувати на таких підстанціях сучасні цифрові засоби захисту, які потребують інформацію про напруги секцій шин, немає можливості. До того ж, на сучасних трансформаторних підстанціях, враховуючи компактність розміщення в них обладнання, додатково встановити традиційні електромагнітні трансформатори напруги фізично неможливо. Тому для вимірювання високої напруги необхідно застосовувати інші способи вимірювання. Одним з таких способів вимірювання високої напруги є використання ємнісних подільників. На кафедрі електроенергетики та систем управління НУ «Львівська політехніка» розроблено фізичну модель вимірювання високої напруги з використанням ємнісних подільників, що застосовуються в системах індикації наявності напруги на секціях шин підстанцій напругою 6 (10) кВ. Ці ємнісні подільники розроблені НВП РЕЛСіС. Після успішного випробовування цієї системи на фізичній моделі її впроваджено в дослідно-практичну експлуатацію на діючій підстанції РП-10 ПрАТ «Львівобленерго». Система використовувалась для функціонування цифрового захисту від однофазних замикань на землю в мережах з ізольованою (компенсованою) нейтраллю «Альтра». В пристрої «Альтра» аналогові сигнали (напруги секцій шин та струми нульової послідовності приєднань) перетворюються аналогово-цифровим пристроєм в цифровий код. Після цього на цифровому рівні здійснюється фільтрація сигналу — виділення сигналу основної частоти. Для цифрової фільтрації сигналу застосоване перетворення Фур’є. Обчислення значення напруги нульової послідовності здійснюється безпосередньо в цифровому пристрої на основі синусних та косинусних складових фазних напруг перетворення Фур’є. Позитивний досвід дослідно-практичної експлуатації ємнісних подільників на діючій підстанції ПрАТ «Львівобленерго» дозволяє рекомендувати використовувати їх на інших подібних підстанціях та розподільчих пунктах електричних мереж напругою 6 (10) кВ, де відсутні традиційні електромагнітні трансформатори напруги.

АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ АДАПТИВНОЇ ІМПУЛЬСНОЇ СИСТЕМИ МЕТОДОМ СТОХАСТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

В. М. Сліденко, В. О. Бут, А. О. Новиков — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Розглянуто стохастичні характеристики, які визначають ефективний діапазон генерації імпульсів тиску адаптивною імпульсною системою для впливу на привибійну зону нафтової свердловини з поверхні з метою активізації видобутку вуглеводнів.

Для аналізу використані залежності, які описують процеси імплозії та генерації прямого гідроудару з урахуванням впливу ймовірнісних параметрів на основі нормальних розподілів об’ємного модуля пружності та густини робочої рідини, як випадкових величин.

Дослідженнями встановлено, що для забезпечення функціонування адаптивної імпульсної системи з урахуванням технологічних параметрів нафтової свердловини впливовими є геометричні та силові параметри генератора імпульсів, а забезпечення раціональної довжини імплозійної камери в межах 0,25...1,2 м дозволило встановити імплозійний генератор імпульсів безпосередньо на баку насосного агрегата.

Обґрунтовано спосіб очищення привибійної зони пластової системи в процесі проведення короткочасних поточних ремонтів з установкою всіх елементів адаптивної імпульсної системи на поверхні, що забезпечує її надійність та зручність в обслуговуванні. Досліджено стохастичні характеристики, які впливають на амплітудну характеристику імпульсу тиску та ймовірність його реалізації в раціональній зоні, з урахуванням нормальних розподілів числових характеристик для випадкових величин — об’ємного модуля пружності та густини робочої рідини — пластової води, яка включає хімреагенти для проведення обробок привибійної зони з метою її очищення від кольматантів, що також впливає на підвищення видобутку вуглеводнів.

Встановлено діапазон реалізації екстремальних силових характеристик функціонування адаптивної імпульсної системи в межах середньоквадратичного відхилення від математичного сподівання значень об’ємного модуля пружності та густини робочої рідини.

Подано методику врахування впливу стохастичних характеристик робочого середовища на генерацію імпульсних процесів може бути корисною для досягнення максимальної ефективності інших імпульсних технологій, які також впливають на привибійну зону нафтової свердловини та пластову систему в зоні фільтрації. Отримані результати мають важливе значення для поліпшення технологічних рішень у галузі енергетичного обладнання та їхнього подальшого впровадження у промислове виробництво.

АНАЛІЗ ПРОЦЕСУ КЕРУВАННЯ УНІФІКОВАНИМ РЕГУЛЯТОРОМ ЯКОСТІ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ ЗА ШВИДКИХ ЗМІН НАПРУГИ

М. Й. Бурбело, Д. Ю. Лебедь — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Проаналізовано процеси керування уніфікованим регулятором якості електроенергії (УРЯЕ) у разі швидких змін напруги в електричних мережах. Розглянуто паралельно-послідовну та послідовно-паралельну схеми УРЯЕ, які дозволяють за незначної компенсації реактивної потужності забезпечувати стабільність напруги на навантаженні. Запропоновано математичні моделі для оцінки напруги на навантаженні та реактивної потужності компенсаторів. Дослідження показали, що паралельний компенсатор ефективно знижує споживання реактивної потужності з мережі, тоді як послідовний компенсатор підвищує напругу на навантаженні. Отримані результати демонструють зміну напруги на навантаженні залежно від коливань напруги джерела живлення, а також вплив активного регулювання параметрів УРЯЕ на стабільність напруги мережі. Особливу увагу приділено адаптивному регулюванню, дослідженому в рамках математичної моделі, яка забезпечує оптимальну якість компенсації реактивної потужності та стабілізацію напруги на навантаженні. Отримані результати підтверджують ефективність запропонованого підходу до керування УРЯЕ, який забезпечує стабільну роботу системи та підвищення енергоефективності електромереж. До того ж показано, що впровадження подібних регуляторів у розподільчі мережі значно покращує їхню надійність і забезпечує відповідність сучасним вимогам щодо якості електроенергії. Запропоновані методи регулювання дозволяють ефективно адаптувати роботу УРЯЕ до умов змінного режиму електричної мережі. Аналіз математичної моделі підтвердив, що застосування розглянутих підходів забезпечує стабільність напруги та зменшення втрат потужності. Результати дослідження можуть бути основою для подальших досліджень у галузі керування якістю електроенергії.

МЕТОД ПРИМУСОВОЇ АТМОСФЕРНОЇ ЦИРКУЛЯЦІЇ У ВЕЛИКОМУ МІСТІ ЗА НИЗЬКОЇ ТЕМПЕРАТУРНОЇ ІНВЕРСІЇ

М. В. Катков, Р. В. Петрук, С. О. Лобов, О. Тойлибай, А. С. Уренова — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

В результаті дослідження запропоновано новий метод ліквідації смогу у містах з температурною інверсією приземного атмосферного повітря. Цей метод на основі пристрою створює примусову турбулентність повітряних атмосферних об’ємів, які мають різні рівні забруднення. У пристрої застосовується двоконтурний турбореактивний двигун, який захоплює і пропускає через себе забруднений нижній приземний шар атмосферного повітря. Пристрій переміщує суміш забрудненого повітря і продуктів згоряння на висоту вище інверсійного шару, де за рахунок розчинення у великому об’ємі чистішого повітря концентрація забруднювальних речовин і продуктів згоряння палива зменшується до допустимої, а об’єм переміщеного забрудненого повітря заповнюється чистим повітрям. Пристрій відноситься до галузі створення примусової турбулентності повітряних потоків і може бути використаний у разі нестачі природних ресурсів самоочищення атмосферного повітря у містах з температурною інверсією приземного атмосферного повітря. Це важливо з погляду підвищення екологічної безпеки, особливо для великих мегаполісів, де превалює забруднене повітря від автотранспорту та діяльності потужних підприємств, зокрема комунальних і теплоенергетичних, та висока сконцентрованість висотних споруд (хмарочосів) заважає руху нормальних атмосферних потоків та доступу до свіжого повітря їхнім мешканцям. Отже, розроблений метод і відповідний пристрій дозволяє ефективно здійснювати примусову циркуляцію необхідних обсягів атмосферного повітря великих міст з низьким температурним інверсійним шаром.

РЕСУРСНИЙ ПОТЕНЦІАЛ НЕПРИДАТНИХ ПЕСТИЦИДІВ

В. А. Іщенко, Р. В. Петрук, Т. С. Тітов — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

В Україні накопичена значна кількість непридатних пестицидів, під час утилізації яких необхідно враховувати можливість вилучення з них корисних складових. При цьому, статистичні дані щодо обсягів утворення непридатних пестицидів є фрагментарними і неповними. Загальний обсяг пестицидів, які використовуються в Україні, можна приблизно оцінити у 105 тис. т/рік: гербіциди — 60 тис. т/рік, фунгіциди — 17 тис. т/рік, інсектициди — 10 тис. т/рік, інші — 18 тис. т/рік. Серед пестицидів, які використовуються в Україні, найбільша частка припадає на препарати на основі діючої речовини ацетохлору (13% серед усіх діючих речовин). Авторами оцінено, що близько 4—5 тонн пестицидів потрапляє у відходи. До цього, деяка невідома кількість непридатних пестицидів утворюється у домогосподарствах. У статті проаналізовані два основних напрямки отримання ресурсів з непридатних пестицидів: отримання корисного продукту шляхом хімічних/фізико-хімічних перетворень; використання продуктів спалювання пестицидів. Хімічні перетворення з використанням методів активного окиснення, фотолізу тощо дозволяють отримати цінні хімічні продукти, до прикладу: ціанурову кислоту (з азотвмісних пестицидів), розчинники (ацетон, спирт етиловий, етилацетат, спирт ізопропіловий), хімічну сировину для виробництва добрив (з фосфатвмісних пестицидів). Деякі непридатні пестициди можуть бути використані як стимулятори росту рослин. Продукти хімічного розкладання ацетохлору, диметахлору, пропізохлору та інших подібних пестицидів можуть мати подальше застосування, наприклад, для отримання спиртів. Проте використання хімічних методів для утилізації пестицидів потребує можливості точної ідентифікації непридатних пестицидів. Ті пестициди, які накопичені за минулі роки, фактично неможливо ідентифікувати і сьогодні єдиним методом їхньої утилізації є спалювання. При цьому утворюється зола, яка може бути використана для дорожнього будівництва або як наповнювач для фундаментів. Цей метод є простішим, доступнішим і немає вимог щодо розділення пестицидів.

УЛОВЛЕННЯ ВУГЛЕКИСЛОГО ГАЗУ У ВІДЦЕНТРОВОМУ АПАРАТІ З СІТЧАСТОЮ НАСАДКОЮ

О. А. Заболотний , А. С. Соломаха — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Виконано розрахунок ефективності масообміну у відцентровому апараті з сітчастою насадкою, який враховує складну взаємодію конструктивних, гідродинамічних та фізико-хімічних параметрів процесу. У цьому дослідженні розроблена методика базується на використанні емпіричних рівнянь, які описують механізми масопереносу між газовою та рідинною фазами в умовах інтенсивного турбулентного потоку. Особливістю розрахунків є застосування критеріїв подібності, таких як Рейнольдса, Вебера та Галілея, що дозволяє врахувати комплексний вплив параметрів, пов’язаних з конструкцією апарата, властивостями робочих середовищ та гідродинамічними умовами.

В основі моделювання є рівняння для визначення коефіцієнта масообміну, яке враховує вплив таких конструктивних параметрів апарата, як радіус насадки, висота шару сітчастого матеріалу, розмір осередків сітки. Також враховано гідродинамічні характеристики, зокрема швидкість потоку газу та рідини, густину та в’язкість обох фаз, а також значення поверхневого натягу рідини. Ці параметри є критичними для досягнення високого ступеня контакту фаз і підвищення ефективності масопереносу.

Визначено коефіцієнт масообміну залежно від витрати газу та рідини, їхніх теплофізичних властивостей, а також від геометричних характеристик конструкції апарата. Припущено, що кінцева концентрація вуглекислого газу на виході з апарата дорівнює нулю, а це дозволяє моделювати ідеальні умови для оцінки максимальної ефективності процесу.

Результати дослідження дозволили не лише прогнозувати ефективність процесів масообміну для різних умов експлуатації, але й оптимізувати конструкцію апарата. Завдяки цьому вдалося визначити параметри, які забезпечують найефективніше розділення газової та рідинної фаз. Зокрема оцінено вплив зміни висоти сітчастої насадки, діаметра апарата, витрати рідини та газу на показники ефективності.

Таким чином, проведені розрахунки дозволяють оцінити взаємозв’язок між геометричними параметрами насадки, швидкістю потоку та ефективністю масообміну. Це має практичне значення для промислового впровадження відцентрових апаратів із сітчастими насадками у різних галузях. Особливо це стосується таких напрямків, як очищення газів від шкідливих компонентів, хімічна та нафтохімічна промисловість, де необхідний інтенсивний і стабільний масообмін у стиснутих умовах роботи.

УТИЛІЗАЦІЯ ОСАДІВ СТІЧНИХ ВОД ШКІРЯНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ. ЕНЕРГЕТИЧНІ ПЕРСПЕКТИВИ

О. Р. Мокроусова, О. А. Охмат, Д. В. Маріїн, А. А. Кулик, Г. В. Сакалова — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

Зростаюча кількість шламових відходів і стічних вод шкіряного виробництва, що утворюються в результаті обробки шкіри, часто піддається неконтрольованому захороненню або відкритому скиданню, вивільняючи значну кількість шкідливих забруднювальних речовин, включно з канцерогенним хром (Cr), у повітря, воду та ґрунт. Тому стале поводження з осадами стічних вод шкіряного виробництва за допомогою сучасних технологій валоризації стає життєво важливим для досягнення цілей сталого розвитку та пом’якшення негативного впливу на навколишнє середовище, здоров’я та соціальну сферу.

Осади стічних вод шкіряних заводів, як біомасу, можна розглядати як відновлюване джерело енергії для виробництва біоенергії, що може бути життєздатним рішенням для дотримання сучасних екологічних стандартів і прискорення переходу до економіки замкненого циклу.

Шлам шкіряних заводів як доступний ресурс успішно застосовується у анаеробному зброджуванні, виробництві біогазу, біодизелю, технічної олії. Запропоновано критичний огляд технологій валоризації шламів шкіряних заводів з метою отримання енергії.

Багато досліджень довели, що типове анаеробне зброджування стічних вод шкіряних заводів та осади стічних вод потребує тривалого періоду з низькою ефективністю утилізації та виходом біогазу. А вилуговування хрому є основною проблемою у разі компостування та анаеробного зброджування таких відходів.

Загалом, використання осаду шкіряного заводу виявляється дуже перспективною альтернативою для виробництва біодизелю.

Досліджено екологічну небезпеку хромвмісних стічних вод шкіряних виробництв та шламів. Валоризація осадів стічних вод дублення є чутливим і критичним питанням через потенційний ризик перетворення Cr(III) на Cr(VI) в процесі. Тому існує нагальна потреба розглянути ефективні та цілісні технології валоризації шламів дублення на етапах проектування, впровадження та експлуатації, щоб уникнути будь-яких загроз для довкілля та здоров’я людей.

МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНОГО ШЛЯХУ МОБІЛЬНОЇ РОБОТИЗОВАНОЇ ПЛАТФОРМИ В УМОВАХ ОБМЕЖЕНИХ РЕСУРСІВ

О. М. Павлюк, М. О. Медиковський, М. В. Міщук, А. О. Заболотна — Thu, 27 Feb 2025 00:00:00 +0200

З переходом до Індустрії 5.0 мобільні роботизовані платформи (МРП) стали важливим елементом автоматизації промислових підприємств, замінивши застарілі конвеєри. Вони оптимізують транспортування матеріалів на промислових підприємствах, інтегруються з системами управління та адаптуються до змінних умов. Основну увагу автори приділили навігації МРП в динамічних середовищах, уникаючи перешкод при взаємодії з людьми в умовах обмежених ресурсів. У роботі проаналізовано обмеження наявних підходів до планування маршрутів для МРП, зокрема алгоритми A*, D*, DLite, M в умовах динамічних середовищ. Особливу увагу приділено оптимізації алгоритмів із застосуванням федеративного навчання, впроваджуючи штучний інтелект для підвищення продуктивності.

Авторами запропоновано метод визначення найкоротшого маршруту для МРП, в основу якого закладені класичні алгоритми знаходження оптимального маршруту в умовах статичних і динамічних перешкод з урахуванням обмежених ресурсів, зокрема залишкового заряду акумуляторної батареї та часу виконання поставленого завдання. Стаціонарні перешкоди — це стіни та нерухомі робочі місця персоналу, а динамічні — класифіковані як живі (промисловий персонал) і неживі (інші МРП чи непередбачувані об’єкти, такі як коробки). Застосовано федеративне навчання для прогнозування спаду напруги акумуляторних батарей МРП з урахуванням індивідуальних характеристик платформ. Розроблений метод передбачає поділ карти маршруту на рівномірну сітку, побудову матриць перешкод, прогнозування напруги батареї та визначення оптимального маршруту за допомогою алгоритмів A*, D*, DLite, M. Ефективність методу оцінено за такими параметрами: довжина маршруту, кількість пройдених комірок, час виконання, залишковий заряд батареї. Подано результати роботи методу на прикладі маршруту МРП Formica 1, AIUT, Глівіце, польща.

Алгоритм D*, закладений в основу розробленого методу, є найефективнішим за часом виконання, кількістю пройдених комірок і збереженням заряду батареї, завдяки чому він є оптимальним для динамічних умов. Алгоритми DLite і M також показують хорошу продуктивність в статичних умовах, з меншими витратами ресурсів. Алгоритми A* хоча і знаходить оптимальний шлях, є найповільнішим і менш ефективним за обмежених ресурсів. Таким чином, для динамічних середовищ найкращим вибором є алгоритм D*, а хорошими варіантами для стабільних умов є алгоритми DLite і M.