Вісник Вінницького політехнічного інституту

АЛЬТЕРНАТИВНА ЕНЕРГЕТИКА: ОТРИМАННЯ СИНТЕЗ-НАФТИ В ПРОЦЕСІ ПІРОЛІЗНОЇ ПЕРЕРОБКИ ПОЛІПРОПІЛЕНОВИХ ВІДХОДІВ

А. П. Ранський, Б. В. Коріненко — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Показана та обґрунтована доцільність переробки полімерних відходів, зокрема поліпропіленових, методом низькотемпературного піролізу з метою отримання альтернативних/відновлювальних джерел енергії: синтез-нафти/піролізної рідини, піролізних газів та пірокарбону. Досліджена термодеструкція відходів поліпропілену на технологічній установці періодичної дії за відсутності кисню повітря та кислотних каталізаторів. Показано, що проведення низькотемпературного піролізу відходів поліпропілену в температурному інтервалі 250…412 °С протягом 3,5 годин забезпечує вихід основного продукту, а саме синтез-нафти 78,5 % мас., газової суміші 13,6 % мас. та пірокарбону 5,1 % мас. Результати проведених досліджень дозволяють стверджувати, що температура в зоні піролізу полімерних відходів має визначальний характер як на співвідношення основних продуктів процесу — піролізна рідина : газова суміш : пірокарбон, так і на хімічний склад перших двох складових. Фракційною перегонкою синтез-нафти отримані бензинова (28,8 % об.), лігроїнова (12,4 % об.), керосинова (16,0 % об.) та дизельна (23,6 % об.) фракції. Методом газової хроматографії проведено їхній якісний та кількісний аналіз. Встановлено, що переважна більшість сполук у різних фракціях є насиченими вуглеводнями нормальної та ізомерної будови: для бензинової фракції насичені вуглеводні складають 77,86 % мас., для лігроїнової — 84,15 % мас., для керосинової — 78,92 %, для дизельної — 60,82 % мас. На основі отриманих результатів досліджень запропоновано загальну схему термічної деструкції відходів поліпропілену з отриманням насичених та ненасичених (C₆ – C₁₃) рідких вуглеводнів, насичених та ненасичених (C₁ – C₅) газоподібних вуглеводнів, водню та пірокарбону. Незначна частина алкенів (C₆ – C₁₃) може підлягати циклізації або ароматизації з утворенням, нафтенів (C₆ – C₁₃) або аренів (C₈ – C₉).

ДОСЛІДЖЕННЯ ПЛІВОК НА ОСНОВІ ПОЛІВІНІЛОВОГО СПИРТУ ЯК ЕКОЛОГІЧНОГО ГНУЧКОГО ПАКУВАННЯ

О. В. Криховець, В. Г. Слободяник — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Зростання обсягів виробництва пакувальних матеріалів веде до збільшення кількості відходів полімерного пакування, які попри обіцянки виробників не переробляються, а їхнє нагромадження та утилізація завдають шкоди екології. Альтернативою пластику є використання біорозкладних полімерів як пакувальних матеріалів. Обсяг світового ринку біорозкладних плівок досить значний і за прогнозами аналітиків буде зростати в найближчі роки. Тому актуальним питанням є пошук і дослідження екологічних плівкових пакувальних матеріалів, які маючи необхідні технологічні характеристики, здатні розкладатися протягом короткого часу і не завдавати шкоди природному середовищу.

Серед біодеградувальних плівок завдяки водорозчинності та біосумісності перспективним є створення плівкових матеріалів на основі полівінілового спирту. З метою одержання плівок білого кольору як можливої основи для друку необхідної інформації про товар аторами виготовлено забарвлені плівкові матеріали на основі полівінілового спирту марок Polyviol 6 04/140 і ПВС 55/12, що містять неорганічні пігменти BaSO₄+2Al(OH)₃ (друкарські білила). Одержані плівки мають хороші фізико-механічні характеристики. Досліджено поверхневі властивості отриманих плівок визначенням контактного кута змочування. Наведено кінетичні криві процесів змочування плівок дистильованою водою і етиленгліколем. Значення рівноважних кутів змочування водою та етиленгліколем для плівки з вмістом 33 % друкарських білил є меншим ніж у незабарвленого зразка. Плівки на основі полівінілового спирту марки ПВС 55/12 з вмістом 33 % неорганічного пігменту за зовнішніми ознаками, здатністю до розтягування, міцністю на розрив та поверхневими властивостями проявляють кращі характеристики. Проведені дослідження показують можливість використання плівкових матеріалів на основі водорозчинного і біосумісного полівінілового спирту як біодеградувального пакування. Їхні гідрофільні властивості дозволяють прогнозувати можливість задруковування забарвлених плівок чи маркування упаковок чорнилом на водяній основі цифровим струменевим друком.

ПОВОДЖЕННЯ З ВИКОРИСТАНИМИ ЛІТІЙ-ІОННИМИ БАТАРЕЯМИ В КИТАЇ

Сунь Сяодун , В. А. Іщенко — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Метою дослідження є аналіз поводження з відходами літій-іонних батарей у Китаї та їхньої ресурсної цінності. Літій-іонні батареї широко використовуються в електронному та електричному обладнанні, а з розвитком науки і техніки їхні майбутні перспективи стають ще значнішими. Сьогодні постає проблема захисту навколишнього середовища та переробки відпрацьованих літій-іонних батарей. Утилізація ресурсів підвищує ефективність використання матеріалів та енергії. Кобальт, літій та інші метали мають значний потенціал відновлення. Базуючись на аналізі наявних даних, у статті досліджено поточну ситуацію та наявні проблеми переробки та утилізації відпрацьованих літій-іонних батарей у Китаї з погляду вихідних матеріалів для батарей, виробничих процесів, технології переробки та утилізації. Порівняно сучасні матеріали, які використовуються як аноди, катоди та електроліти у літій-іонних батареях. Зокрема, найкращі перспективи застосування органічних сульфідів і їхніх полімерів інтеркальованих літієм, літій гексафлуорофосфату в органічних розчинниках тощо. Оцінені ресурси, які можна відновити з відпрацьованих літій-іонних батарей: для китайського ринку це 600 тонн/рік кобальту, 560 тонн/рік міді, 190 тонн/рік алюмінію, 1000 тонн/рік заліза, і 40 кг/рік літію. Технології переробки, які використовуються в Китаї, є відносно застарілими, з низьким ступенем автоматизації, що призводить до забруднення навколишнього середовища. З позитивних тенденцій варто відмітити застосування моделі переробки відпрацьованих літієвих батарей електромобілів, яка передбачає джерела фінансування цього процесу виробниками. До того ж, в Китаї активно займаються виробництвом гідроксиду нікелю, гідроксиду кобальту та іншої готової продукції з перероблених відпрацьованих літій-іонних батарей, що сприяє ефективному використанню ресурсів.

ПЕРШІ ДВА ЕТАПИ СИСТЕМНОГО АНАЛІЗУ ПЛАНУ ВІДБУДОВИ ЕНЕРГЕТИКИ УКРАЇНИ В НАПРЯМКУ ІНТЕГРАЦІЇ В НЕЇ ВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ ДЖЕРЕЛ

Б. І. Мокін, О. Б. Мокін, Д. О. Шалагай — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Реалізовано перших два етапи системного аналізу плану відбудови та розвитку енергетики України в напрямку інтеграції в неї відновлювальних джерел, тобто, плану, розробленого групою фахівців при Кабміні України та оприлюдненого в липні 2022 року. Системний аналіз здійснюється, по-перше, з метою вироблення реалістичніших оцінок урахуванням збитків, нанесених бомбардуваннями об’єктів української енергетичної інфраструктури протягом року, відлік якого починається від дня вторгнення російських окупаційних військ на територію України в лютому 2022 року. По-друге, системний аналіз здійснюється для окреслення реалістичніших траєкторій подальшого розвитку української енергетики, обумовлених цими уточненими оцінками збитків. Згідно з ідеологією системного аналізу цей метод реалізується в п’ять етапів. Перший етап включає в себе окреслення об’єкта дослідження, постановку задач та визначення критеріїв оцінки отриманих результатів. На другому етапі виокремлюється об’єкт дослідження з навколишнього середовища і визначаються точки, ліній чи поверхонь контакту цього об’єкта з навколишнім середовищем та уточнюються обмеження, в полі яких об’єкт дослідження реалізує закладену в нього програму функціонування. Третій етап включає в себе синтез математичних моделей процесів, що відбуваються в об’єкті дослідження. Четвертий етап містить в собі вибір метода та результати дослідження і їхню оцінку, отримані з використанням синтезованих на третьому етапі математичних моделей та вибраних на першому етапі критеріїв. На п’ятому етапі оптимізується функціонування об’єкта дослідження у випадку, якщо дослідників не задовольняють результати, отримані на четвертому етапі системного аналізу. Розкриваючи суть усіх етапів системного аналізу зрозуміло, що в одній публікації вмістити увесь матеріал, отриманий на кожному з п’яти його етапів, неможливо, тому у першу статтю з системного аналізу плану відбудови та розвитку енергетики України в напрямку інтеграції в неї відновлювальних джерел включені лише матеріали, отримані в результаті реалізації перших двох етапів системного аналізу.

МЕТРИКА СХОЖОСТІ КАТЕГОРІАЛЬНИХ РОЗПОДІЛІВ, ЩО ВРАХОВУЄ СПОРІДНЕНІСТЬ РІЗНИХ КАТЕГОРІЙ

С. Д. Штовба, М. В. Петричко, М. Ю. Петранова — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Оцінювання схожості двох об’єктів — це поширена задача в розпізнаванні образів, кластеризації та класифікації. Прикладами таких задач є підбір рецензентів наукових робіт, аналіз схожості текстових документів, ідентифікація поз людей у відеоряді, кластеризація природних ареалів, формування рекомендацій в інтернет-магазинах тощо. У випадку категоріальних атрибутів об’єкти описуються деяким розподілом ступенів належності за категоріями. Метрики схожості таких розподілів зазвичай є суперпозицією схожості об’єктів за кожною категорією. Найчастіше це сума схожості за окремими категоріями. При цьому, кожна категорія розглядається незалежно та ізольовано від інших. В деяких практичних задачах категорії є спорідненими. Тому схожість між об’єктами доцільно розраховувати не лише напряму, як схожість між еквівалентними категоріями, але враховувати і непряму, перехресну схожість через споріднені категорії. Саме така метрика схожості двох категоріальних розподілів, що враховує спорідненість різних категорій, і пропонується у статті. Метрика має дві складові. Перша складова реалізована метрикою Чекановського. Вона визначає пряму схожість розподілів за категоріями як суму перетину розподілів належностей двох об’єктів. Після перетину розподілів залишаються залишки, які і враховуються другою складовою запропонованої метрики. Друга складова метрики є сумою поелементного добутку двох матриць: матриці композиції залишків належності двох категоріальних розподілів та матриці попарної спорідненості категорій. Передбачається, що коефіцієнти спорідненості кожної пари категорій є відомими. Встановлено, що за великої кількості категорій сумарний шумовий внесок від слабо споріднених категорій є значним. Тому запропоновано цей шум фільтрувати і враховувати лише внесок від сильно споріднених категорій.

ЕНТРОПІЯ ТА КІЛЬКІСТЬ ІНФОРМАЦІЇ У ТЕХНІЧНИХ ПОЗНАЧЕННЯХ

В. Г. Крижановський — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Розглянуто умовні позначення інтегральних мікросхем як приклад класифікації та скороченої назви (коду) технічних виробів для відповіді на запитання: Чому кажуть, що деякі системи позначень є «інформативнцішими?». Чи дійсно в таких позначеннях міститься більше інформації порівняно з іншими системами? Такі задачі тісно пов’язані з задачами машинного навчання та побудови «семантичної павутини». На основі алгебраїчного підходу та теорії множин розглянуто характеристики ентропії класифікації позначень та показано, що ентропія такого кодованого позначення менше ніж довільної системи запису технічних характеристик, що пояснюється позиційною структурою позначення і відповідно меншою потужністю множин, які складають конкретне позначення. На основі підходу інформаційної алгебри підтверджено, що встановлення в технічних позначеннях атомарної структури множин, яким ставляться у відповідність технічні характеристики, дійсно відповідає математичному визначенню інформативнішої структури. На основі математичної теорії натяків проаналізовано структуру технічного позначення та вказано на можливість отримання додаткової інформації, наприклад взаємозв’язків між різними групами технічних параметрів. Вона буде отримана внаслідок запитань, що уточнюють інтерпретацію існуючих відповідей. Це є наслідком властивості ентропії натяків, яка має дві складові — ентропію Шеннона та узагальнену міру Хартлі, які відповідають ймовірнісній інформації про справжню інтерпретацію відповіді в наборі та реляційній інформації про справжню відповідь про деякий тип параметрів інтегральних схем. Технічне позначення виявляється дієвим прикладом, на якому можна застосувати розглянуті математичні теорії, і відповідно може бути прикладом коду, який, з одного боку може бути зрозумілим людині, а з іншого — використовуватися в системах машинної обробки інформації.

ІНТЕЛЕКТУАЛЬНА ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА РОЗПІЗНАВАННЯ ТА АНАЛІЗУ СКЛАДУ ПРОДУКТІВ ХАРЧУВАННЯ

Ю. С. Здітовецький, О. В. Бісікало, Ю. Ю. Іванов — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Враховуючи довгострокові наслідки СOVID-19, лікарями запропоновано дотримуватись певного режиму харчування, оскільки якісні продукти важливі для здорового способу життя, а також боротьби з різноманітними хронічними хворобами. Розвиток технологій спонукає виробників до збільшення прибутку та здешевлення виробництва, використовуючи ароматизатори та специфічні харчові домішки (E-домішки), а також їхні синтетичні комбінації, кожна з яких має низку особливостей. Міжнародний збірник харчових стандартів Codex Alimentarius включає в себе перелік близько 500 видів оригінальних E-домішок, які можуть бути природними, ідентичними природним або синтетиками. Низка таких домішок має негативний вплив на організм людини, частина з них не повністю вивчена, що потенційно формує ризик генетичних мутацій, а відповідно аутоімунного та канцерогенного ефектів у майбутньому. Саме тому для покупця певного продукту харчування важлива швидка ідентифікація складу продукту, аналіз відповідних адитивів у ньому, їхньої небезпеки онлайн біля вітрини з використанням мобільних пристроїв та мережі Інтернет.

Останнім часом сучасні розробки розглядаються через призму штучного інтелекту, відповідно такі моделі, які будуть орієнтовані на роботу з продуктами харчування, допоможуть підтримати прагнення людини до здорового харчування. У статті стисло описано розроблену інтелектуальну інформаційну систему, яка для досягнення поставленої мети застосовує моделі машинного навчання на наповненій базі даних з продуктами харчування, сканер бар-кодів з додатковою процедурою коригування, якщо він сильно пошкоджений, апарат регулярних виразів, метрик подібності тексту, а також систему рейтингування продуктів. Відповідний програмний додаток працює в трьох режимах на платформах iOS та Android: розпізнавання продукту, бар-кодів, аналіз складу та оцінювання товару. Програма дозволяє отримати інформацію про продукт, склад, перелік адитивів, наукову інформацію по ним, рейтинг «корисності» товару, порівняння його з продуктами-аналогами тощо.

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПРОГРАМНОЇ РЕЛЯТИВІЗАЦІЇ У ТЕХНОЛОГІЧНИХ СИСТЕМАХ ПРОГРАМУВАННЯ

І. В. Редько, М. О. Зилевіч — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

У дослідженні аргументовано необхідність парадигмальних змін у технологічних основах програмування, які передбачають перехід від індивідно-суб’єктивної парадигми програмування до інтерсуб’єктивної. Запропонована інтерсуб’єктивна парадигма базується на розумінні програмування як діяльності, що обумовлена програмним уподібненням, суб’єкто-орієнтованим взаємодоповненням його активної та пасивної форм. Для реалізації такого переходу, розглянуто об’єктивізацію активно-пасивного взаємодоповнення, яка є основною передумовою реального осучаснення розуміння програмування як рефлексивно-транзитивного замикання породжуваного суб’єктом програмного уподібнення. Визначальною для об’єктивізації активної ролі суб’єкта в контексті технологічних середовищ програмування є концепт — суть–уподібнення, представлений у вигляді тієї чи іншої специфікації. Подобою ж як цілим наслідком уподібнення, тобто програмою об’єктивізується пасивна складова обумовлення. Для досягнення цієї мети, запропоновано інструмент логіко-математичних специфікацій семантико-синтаксичних аспектів програмування. Цей інструмент апробовано на прикладах, які продемонстрували загальні особливості застосування технологічного середовища програмування до породження суб’єкто-орієнтованих технологічних систем програмування та їхнього використання. Зокрема, застосування цього інструменту дозволяє створювати ефективніші технологічні системи програмування, які мають вищу якість та гнучкість у виконанні завдань. Отримані результати підтверджують необхідності парадигмальних змін у технологічних основах програмування та є одним з можливих варіантів розв’язання проблеми парадигмальних змін і подальшої технологізації програмування, а також демонструє загальні особливості застосування технологічного середовища програмування для породження суб’єктно-орієнтованих технологічних систем програмування та їхнього використання.

МЕТОД ПРИСКОРЕНОЇ КРУГОВОЇ ІНТЕРПОЛЯЦІЇ НА ГЕКСАГОНАЛЬНОМУ РАСТРІ

О. Н. Романюк, О. В. Мельник, В. А. Шмалюх — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Альтернативою прямокутного растру, який отримав найбільшого поширення в засобах візуалізації інформації, є гексагональний растр, за якого піксел має форму правильного шестикутника. Використання такого растру дає можливість підвищити роздільну здатність екранів, і, в наслідку, підвищити реалістичність формування графічних зображень. Використання гексагонального растру дозволяє замощувати площину екрану без розривів і накладань. Важливими геометричними особливостями гексагона є рефлекційна симетрія та шестизв’язність.

Кола відносять до найпоширеніших примітивів, тому час формування графічних сцен значною мірою залежить від часу формування дуг кіл. У роботі наведено аналіз методів колової інтерполяції, який показав доцільність використання методу оцінювальної функції.

Запропоновано формувати на гексагональному растрі крокову траєкторію кола подвійними приростами. Розроблено комп’ютерну програму для визначення стохастичного розподілу подвійних крокових траєкторій для ділянок, границі яких віддалені одна від одної на 15°.

Шляхом математичного моделювання процедури інтерполювання кіл радіусами від 1 до 4000 точок (алгоритм інтерполяції забезпечував похибку інтерполювання, що не перевищувала кроку дискретизації) визначено питому вагу подвійних приростів певного виду в загальній кількості.

Наведені дослідження дають можливість розробки низки високопродуктивних методів кругової інтерполяції шляхом врахування стохастичного розподілу крокових приростів

Показано, що формування крокової траєкторії на кожній ділянці можливе двома типами фіксованих подвійних приростів. При цьому для прогнозування позиції наступної точки траєкторії вибирається подвійний крок, який має більшу ймовірність появи.

У випадку неправильного прогнозування виконується корекція оцінювальної функції з одночасним прогнозуванням наступного подвійного приросту.

Формування крокової траєкторії кола на гексагональному растрі подвійними приростами дало можливість підвищити продуктивність колової інтерполяції в середньому в 1,7 разів.

ЗАСІБ ЗАХИСТУ АНАЛОГОВОГО ТЕЛЕФОННОГО ЗВ’ЯЗКУ НА ОСНОВІ СКРЕМБЛЕРА ЗІ ЗМІНОЮ КОЕФІЦІЄНТІВ ВЕЙВЛЕТ-ПЕРЕТВОРЕННЯ

В. В. Карпінець, В. С. Катаєв, П. В. Павловський, Д. Ю . Гереш — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Запропоновано пристрій для забезпечення захисту мовної інформації, яка передається через лінії аналогового телефонного зв’язку від несанкціонованого перехоплення на основі скремблера зі зміною коефіцієнтів вейвлет-перетворень відповідно до латинського квадрату. Реалізовано пристрій, який складається з апаратної та програмної частин, апаратна частина реалізована на мікроконтролерній платформі плат сімейства Arduino, програмну частину пристрою реалізовано за допомогою програмного середовища Proteus. Оскільки основну частину функцій пристрою виконує мікроконтролер, то в загальному структура пристрою складається з мікрофону, джерела живлення та плати Arduino. Враховуючи результати досліджень, запропоновано модернізацію алгоритму скремблювання за рахунок виконання операцій перестановок, XOR відповідності до ключа скремблера, який є латинським квадратом. Здійснено статистичний та спектральний аналіз вдосконаленого методу та виконано порівняння швидкості виконання алгоритмів скремблювання. Для підвищення захищеності запропоновано здійснювати декілька етапів перестановок отриманих коефіцієнтів вейвлет-перетворень. Збільшення варіативності перестановок коефіцієнтів вейвлет-перетворень дозволило збільшити витрати часу зловмиснику на перебір усіх можливих комбінацій. А враховуючи, що перестановка відбувається не однієї частини сигналу, а набору n частин, це, і собі, додатково ускладнює процедуру перебору усіх можливих варіантів. Реалізація елементів цього пристрою за допомогою засобів електронно-обчислювальної техніки та загальнодоступних компонентів робить його доступним, а також ефективним засобом для вирішення завдань технічного захисту інформації, що може забезпечити покращення систем захисту інформації різних суб’єктів господарювання.

ЗАДАЧА СКЛАДАННЯ РОЗКЛАДУ ВИКОНАННЯ РОБІТ З УРАХУВАННЯМ ЇХНІХ ЧАСОВИХ ВІКОН

О. Г. Жданова, В. В. Коваленко — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Розглянуто оптимізаційну задачу теорії розкладів, у якій машини є паралельними та ідентичними, а роботи, окрім тривалостей виконання, мають часові вікна, тобто часові інтервали, в межах яких робота може бути виконана, а поза межами яких — не може. Часове вікно роботи визначається моментом її надходження в систему, що в загальному випадку є ненульовим, та її директивним строком. Вважається, що всі часові вікна належать інтервалу від мінімального моменту надходження до максимального директивного строку, а кожна робота має одне і тільки одне часове вікно. Критеріями оптимізації є: максимізація кількості робіт, що виконуються, та максимізація сумарної тривалості робіт, що виконуються. Проведено аналіз подібних задач, як-от задачі планування завантаженості процесора та задачі упаковки. Указані приклади практичного застосування задачі, що розглядається. Запропоновано евристичний алгоритм розв’язання задачі, що полягає у розгляді робіт у певному порядку, пошуку для неї машини та визначення моменту початку виконання роботи. Запропоновано чотири варіації цього евристичного алгоритму, що базуються на евристичних правилах порядку розгляду робіт в залежності від параметрів робіт, таких, як тривалість виконання, ширина часового вікна, люфт (різниця ширини вікна та тривалості роботи), та відношення ширини вікна до тривалості роботи. Проведена серія експериментів, що дозволяє оцінити, яка з варіацій алгоритму є ефективною для розв’язання задачі для кожної з двох розглянутих критеріїв оптимізації. В ході проведення експериментів встановлено, що для критерію максимізації кількості робіт, що виконуються, ефективним правилом є впорядкування за шириною часового вікна, а для критерію максимізації сумарної тривалості кількості робіт, що виконуються — впорядкування за тривалістю виконання робіт.

ПІДВИЩЕННЯ ДОСТОВІРНОСТІ АВТЕНТИФІКАЦІЇ КОРИСТУВАЧА НА ОСНОВІ ЗАХИЩЕНОГО ЕЛЕКТРОННОГО КЛЮЧА ТА ПОВЕДІНКОВОЇ БІОМЕТРІЇ

О. В. Салієва, І. С. Зоря, І. О. Бондаренко, М. О. Берестенко — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Стрімке поширення програмних додатків у всіх сферах людської діяльності зумовлює потребу забезпечення захисту даних, що містяться у них. Тому, наразі, актуальними є питання, що стосуються вдосконалення методів автентифікації для запобігання несанкціонованого доступу до програмних ресурсів. Для розв’язання цих задач важливо врахувати, що різні типи систем висувають свої унікальні вимоги до підсистем автентифікації. До того ж, активний розвиток обчислювальної техніки обумовлює можливість зламу алгоритмів автентифікації, які ще декілька років тому вважалися надійними. У зв’язку з цим, у роботі пропонується підвищити достовірність автентифікації користувача на основі захищеного електронного ключа з використанням алгоритму AES та аналізу ентропії рухів мишки, що є індивідуальною характеристикою для кожної особи. Реалізація електронного ключа визначена такими його перевагами: зменшення витрат, підвищення зручності користування, зниження ймовірності втрати чи крадіжки та зменшення ризику атак через посередника. Аналіз ентропії рухів мишки дозволить здійснити автентифікацію користувача на основі біометричних поведінкових характеристик, які є універсальними, унікальними та постійними . Описуючи алгоритм процесу аналізу ентропії мишки, варто зауважити, що особливістю відстежування динамічних поведінкових характеристик є те, що користувач переміщає курсор мишки по складній кривій зі швидкістю, що змінюється у процесі переміщення. Форма кривої лінії і швидкість руху курсора обумовлені низкою фізіологічних та психологічних чинників, зокрема таких як: розмір й маса руки, положення руки і всього тіла, стан нервової системи, звичок користувача тощо. Для удосконалення алгоритму автентифікації користувача розроблено електронний ключ з використанням технології JSON Web Tokens, яка дозволяє уникнути помилок автентифікації, збільшити продуктивність та масштабованість додатку. Тестування розробленого програмного продукту буде виконано на основі unit-тестів та дослідження показників FAR та FRR.

НЕСТАЦІОНАРНИЙ ТЕПЛООБМІН — ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОВІДДАЧІ СТАЦІОНАРНИМ МЕТОДОМ ТА МЕТОДОМ РЕГУЛЯРНОГО ТЕПЛОВОГО РЕЖИМУ

С. Й. Ткаченко, О. В. Власенко — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Проведено дослідження на експериментальному стенді, який складається із зовнішньої металевої посудини, що має циліндричну форму, внутрішньої металевої циліндричної посудини, ізольованої ззовні металевої кришки, термопар, пристрою збирання інформації з термопар та її передавання на ЕОМ.

У робочих об’ємах зовнішньої та внутрішньої посудин відхилення значень температури від середньооб’ємної за висотою температури в момент часу знаходиться в межах 10…38% для тарувальних рідин. Нерівномірність розподілу температур показує, що умови теплообміну нестаціонарні, питомий тепловий потік змінний та температура стінки змінна.

На основі експериментальних даних з рідинами за математичною моделлю визначено коефіцієнт тепловіддачі між навколишнім середовищем (водою) та циліндричною стінкою стаціонарним методом (розрахунковим) і методом регулярного теплового режиму. Запропонована напівемпірична залежність, яка ґрунтується на теорії регулярного теплового режиму, лежить в основі оціночного методу експериментальних даних дослідних рідинних середовищ у разі їхнього нагрівання і охолодження в межах похибки ±30%.

Отримані експериментальні дані підтверджують можливість використання методу регулярного теплового режиму та стаціонарного методу, розробленого для обчислення у «великому об’ємі», для дослідження інтенсивності тепловіддачі середовищ з відомою інформацією про теплофізичні властивості за нестаціонарного теплообміну в «обмеженому об’ємі».

В умовах зростання температури досліджуваного рідинного середовища коефіцієнт тепловіддачі, знайдений розрахунковим методом, відрізняється від коефіцієнта тепловіддачі, знайденого методом регулярного теплового режиму, більше ніж на 30%. Це пояснюється тим, що тепловіддача залежить від зміни температури поверхні по її довжині. В результаті зміни температури стінки Т_ст змінюється розподіл температури в тепловому приграничному шарі, змінюється його товщина і значення градієнта температури в рідини біля поверхні тіла.

ЕФЕКТИВНІСТЬ ГАЗОПОРШНЕВИХ КОГЕНЕРАЦІЙНИХ УСТАНОВОК В СИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

Д. В. Степанов, Н. В. Резидент — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Процес одночасного вироблення теплової та електричної енергії має більшу енергоефективність порівняно з роздільною схемою енергопостачання, коли теплова енергія виробляється на парових або водогрійних котельнях, а електрична енергія постачається з централізованих джерел — теплових електричних станцій, що сприяє декарбонізації енергетичної галузі та сповільненню процесів глобального потепління.

Впровадження комбінованого енергопостачання в системах централізованого теплопостачання надає переваги щодо диверсифікації та надійності постачання теплової та електричної енергії, зменшення навантаження на об’єднану електромережу, зменшення нерівномірності завантаження електроенергетичної системи, посилення енергонезалежності країни.

Як об’єкт дослідження вибрано водогрійну котельню системи централізованого теплопостачання. Визначено економію умовного палива в разі встановлення на базі опалювальної водогрійної котельні газопоршневих двигунів Jenbacher. Показано, що економія умовного палива становить 1,7...7,3 % для когенераційної системи в порівнянні з роздільною схемою енергопостачання, де за основу взяті показники ефективності вугільних теплових електричних станцій. Визначено річне зменшення валових викидів оксидів вуглецю, оксидів сірки та оксидів азоту в навколишнє середовище в разі впровадження децентралізованої когенерації.

Визначено вплив співвідношення цін на газ та електричну енергію на економічну ефективність комбінованого вироблення теплової та електричної енергії з використанням природного газу. Показано, що використання когенераційної установки для покриття власних електричних потреб є економічно доцільним у разі співвідношення цін на електричну енергію та природний газ більше ніж 2,4. Підтверджено, що когенерація є економічно доцільною, але має значні терміни окупності інвестицій.

AНAЛІЗ МЕТOДІВ ТА ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАННЯ ВOЛOГOCТІ CИПКИХ ПРOДУКТІВ

Й. Й. Білинський , М. О. Скалецька — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Розглянуто різноманітні методи вимірювання вологості зерна. Проаналізовано традиційні та сучасні методи вимірювання вологості зерна, які використовуються в сільському господарстві та продовольчій промисловості. Описано принципи роботи та переваги і недоліки кожного методу. Детально розглянуто методи та проаналізовано новітні методи вимірювання вологості зерна, такі як методи, що використовують інфрачервону та мікрохвильову технологію. В роботі запропонована класифікація методів вимірювання вологості сипких продуктів та виявлено найактуальніші варіанти для подальших досліджень. Досліджено методи й засоби контролю вологості зерна. В роботі встановлено, що вибір методу вимірювання вологості зерна повинен залежати від різних факторів, таких як тип зерна, точність вимірювання, швидкість та вартість обладнання. Автори детально проаналізували кожний метод та зробили рекомендації щодо вибору оптимального методу вимірювання вологості зерна для конкретних умов. Проведено аналіз і вибрані значущі параметри, що впливають на вимірювання вологості зерна. Досліджені методи й засоби контролю вологості зерна. Проведено порівняння характеристик вологомірів, реалізованих відомими надвисокочастотними методами. Точність та похибки вимірювання вологості вологомірів суттєво залежать від щільності матеріалів та показників середовища вимірювання. Розглянуті вологоміри мають високу похибку вимірювань, що не задовольняє потреби деяких виробництв. Порівняння цих параметрів дало змогу визначити оптимальний метод для максимально точного вимірювання вологості.

ЕЛЕКТРОАКУСТИЧНИЙ ТРАКТ ДЕТЕКТОРА ДЛЯ ВИЯВЛЕННЯ МАЛИХ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ

С. О. Сокольський, А. В. Мовчанюк — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Малі безпілотні літальні апарати в останні роки стають дедалі більше популярними як для комерційного, так і для рекреаційного використання. Але з початком війни почала стрімко зростати загроза використання таких дронів в незаконних цілях, таких як розвідувальні операції та терористичні атаки на найуразливіші і найважливіші об’єкти: військову техніку, урядові споруди, аеропорти або місця з великим скупченням людей. Як наслідок, розроблено багато методів для виявлення дронів, але найперспективнішим з них вважається акустичний метод. У статті розглянуто реалізацію простого та дешевого для конструювання акустичного детектора з одним мікрофоном, який дає змогу виявляти звук, що видають двигуни та лопаті дрону, і який потім можна проаналізувати, щоб визначити місцезнаходження та траєкторію руху безпілотника.

Для реєстрації детектором звукових хвиль запропоновано використовувати електретний мікрофон CMA-4544PF-W із поролоновою вітрозахисною насадкою, а для забезпечення широкого динамічного діапазону та захисту детектора від перевантаження — підсилювач з системою автоматичного регулювання підсилення зі зворотним регулюванням на базі інтегральної мікросхеми МАХ9814. Для подальшої цифрової обробки сигналів на ПК, використовуватиметься аналого-цифровий перетворювач з частотою дискретизації 48 кГц і розрядністю 16 біт, та зовнішня звукова карта CM6206 з лінійним входом.

За результатом тестових польотів створено базу аудіофайлів шуму квадрокоптера DJI Mavic 2 Pro, який зараз активно використовується військовими для розвідки, та досліджено точність виявлення об’єкта акустичним детектором. Відстань від дрону до мікрофона впливала на точність виявлення, максимальне значення достовірного детектування становить 40 метрів. Пристрій успішно виконує свої функції, зважаючи на його низьку вартість та простоту в експлуатації, проте для поліпшення характеристик детектор потребує вдосконалення. Спектри отриманих аудіозаписів випромінювання квадрокоптера дозволяють визначити основні частоти тонів, кількість яких збігається з кількістю електромоторів та є важливими ознаками під час розробки алгоритму класифікації безпілотників.

ЗАСТОСУВАННЯ ЧАСТОТНО-ІМПУЛЬСНИХ СИГНАЛІВ ДЛЯ СИНТЕЗУ ЗАВАДОСТІЙКИХ ЦИФРОВИХ РАДІОТЕХНІЧНИХ ПРИСТРОЇВ

В. М. Кичак, М. Б. Ковальчук, О. С. Макогон, О. М. Мельничук — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Використовуючи узагальнений критерій завадостійкості цифрових пристроїв оброблення інформації, доведено доцільність застосування частотно-імпульсної модуляції для побудови завадостійких логічних елементів спеціального призначення. Проведено синтез структурних схем базових логічних елементів, які використовують частотно-імпульсне кодування інформації. Отримано аналітичні залежності для визначення значень допоміжних сигналів у випадку використання n змінних. Показано, що для синтезу таких елементів необхідно побудувати суміщену таблицю, перший і другий стовпчики якої відображають усі можливі комбінації частот вхідних сигналів, третій стовпчик відображає значення частот вихідних сигналів. Четвертий стовпчик відображає суму частот вхідних сигналів, які названо повними проміжними результатами. П’ятий стовпчик відображає різницю між повним проміжним результатом і значенням частоти вихідного сигналу за відповідних наборів вхідних сигналів, тобто визначаються функції відхилення. Кількість різних значень цієї функції визначає кількість допоміжних сигналів, а ці різні значення і є допоміжними сигналами. Наступні два стовпчики відображають функції відповідності, на базі яких будуються функції належності, що, по суті, забезпечують фільтрацію сигналів. На базі суміщеної таблиці, функцій відхилення, таблиці відповідності та функцій належності будується операторний опис пристрою.

В цьому операторному описі використовується F-оператор, який виконує функцію перетворення частоти, оператор Ф_Ввиконує функцію фільтра верхніх частот, Т-оператор виконує функцію розгалуження сигналів, оператор А виконує функцію суматора потужності, Ф⁰_с— це оператор, що виконує функцію фільтрації, він налаштований на частоту ω₀, Ф¹_с— оператор, що виконує функцію смугової фільтрації, він налаштований на частоту ω₁. Оскільки запропоновані оператори і елементи, що виконують їхні функції, дають можливість побудови логічних елементів І, АБО, НЕ, які є базисом у випадку імпульсно-потенціального представлення інформації, то в підсумку ці вищеперераховані оператори є базисом для випадку чатотно-імпульсного кодування інформації.

Розглянуто процеси проходження сигналів та принципи роботи радіо-імпульсних логічних елементів І, АБО, НІ та доведена їхня працездатність.

ФУНКЦІОНАЛЬНІ ПОКРИТТЯ, ЯКІ НАПЛАВЛЕНІ З ВИКОРИСТАННЯМ ГНУЧКИХ ЕЛЕКТРОДНИХ СТРІЧОК

В. І. Савуляк, М. С. Дмитрієв, В. Й. Шенфельд, К. С. Шаргородський — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Розглянуто можливість отримання на поверхнях деталей зі сплавів заліза зносостійких покриттів значної товщини шляхом їхнього наплавлення дугою в середовищі захисних газів. При цьому використовується поширений низьковуглецевий зварювальний дріт, а твердість, зносостійкість та інші властивості покриття забезпечуються використанням нанесеної на поверхню, що зміцнюється, гнучкої електродної стрічки. Запропонована стрічка складається з тканини з матеріалів органічного походження, на яку нанесено потрібну суміш легувальних порошків зі спеціальним клеєм. Під час горіння дуги між зварювальним дротом та заготовкою утворюється зварювальна ванна. У цій ванні розчиняється вуглець органічної тканини стрічки та комплекс із суміші нанесених легувальних порошків з подальшим утворенням твердих зносостійких сполук у покритті. Це дає змогу утворювати покриття високої твердості на низьковуглецевих сталях без використання додаткової операції — термообробки. Додатковим позитивним ефектом є можливість подрібнення структури поверхневого шару, наплавлення криволінійних поверхонь та отворів з твердістю та зносостійкістю відповідно до локальних навантажень. Виконано порівняльний аналіз результатів наплавлення без та з використанням гнучкої електродної стрічки. Валики та форма утворених покриттів суттєво не відрізняються у цих способах наплавлення. Показано вигляд та описано будову використаної гнучкої електродної стрічки. Встановлено, що запропонована технологія наплавлення дозволяє підвищити твердість поверхні низьковуглецевих сталей звичайної якості, отримати дрібнозернисту структуру, змінювати локальну твердість покриття за вимогами. Експериментально доведена розчинність у зварювальній ванні вуглецю, що міститься в тканинах з матеріалів органічного походження та нанесених на неї легувальних порошків. Виявлено, що формування покриттів з різними властивостями залежить від товщини використаної тканини та складу нанесеного комплексу легувальних елементів.

МЕТОДИКА ВИБОРУ КРОКУ ДИСКРЕТИЗАЦІЇ ІНДИКАТОРНИХ ДІАГРАМ У ЦИФРОВИХ МЕТОДАХ КОНТРОЛЮ ПАРАМЕТРІВ ДВЗ

Ю. О. Смолін — Thu, 04 May 2023 00:00:00 +0300

Розглянуто особливості використання вимірювальної апаратури в галузі двигунів внутрішнього згоряння та раціональність методів проведення випробувань і обробки отриманих результатів. Показано, що однією з найскладніших задач під час дослідження робочих процесів двигунів є отримання достовірної індикаторної діаграми із заданою точністю. Зауважено, що потрібно враховувати особливості перебігу швидкозмінних та нестаціонарних процесів у ДВЗ: високі швидкості зміни процесів, широкий частотний спектр, неідентичність перебігу процесів від циклу до циклу. Це зумовлює специфічні вимоги методичного плану і до самих вимірювальних засобів з швидкодії, періодичності запису, і до раціональності методик проведення експериментальних досліджень. Доведено, що під час дослідження двигунів необхідно мати як одноциклові індикаторні діаграми, так і усереднену, за кілька сотень діаграм, індикаторну діаграму. Показано, що метою роботи є вдосконалення методики вибору кроку дискретизації та вибору кількості реєстрованих ординат індикаторної діаграми ДВЗ за один робочий цикл, залежно від похибки апроксимації та швидкості наростання тиску. Описано загальну методику визначення частоти дискретизації індикаторних діаграм залежно від необхідної точності її апроксимації та вдосконалені вирази для її визначення. Показано схему визначення частоти дискретизації за кутом повороту колінчастого валу. Докладно розглянуто суть вдосконалення методики вибору кроку дискретизації індикаторної діаграми, шляхом поділу її на зони та вибору різних кроків дискретизації у кожній зоні. Розглянуто застосування цифрового мікропроцесорного комплексу для дослідження робочих процесів конкретного дизеля. Визначено вихідні дані та величини кутів дискретизації, необхідні для проведення експерименту.