Наукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 2(132)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Моделювання процесів електрохімічного 3d-друку(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Васильєв, Г. С.; Ущаповський, Д. Ю.; Воробйова, В. І.; Лінючева, О. В.Проблематика. У XXI столітті дедалі більшого розвитку та поширення набувають технології 3D-друку. Одним з їх видів є електрохімічний 3D-друк, в якому для формування виробів з металу використовують електрохімічне осадження металів. Потенційно цей спосіб 3D-друку є найбільш енергоефективним, найменш матеріаловитратним, а також простим у реалізації, тому перспективними є дослідження, метою яких є створення й удосконалення систем електрохімічного 3D-друку. Мета дослідження. Вивчити вплив геометричних параметрів робочої частини електрохімічного 3D-принтера та складу електроліту на розподіл струму поверхнею робочого електрода (катода) в процесі електрохімічного 3D-друку та, відповідно, точність друку. Методика реалізації. Вольтамперометричні вимірювання та мультифізичне комп’ютерне моделювання в середовищі COMSOL MULTYPHYSICS вторинного розподілу густини струму для різних значень геометричних параметрів робочої частини електрохімічного 3D-принтера та різного складу електролітів. Результати дослідження. На основі моделювання вторинного розподілу густини струму в сульфатному електроліті міднення встановлено: задля осадження металу під робочим анодом і підвищення точності друку вміст сульфатної кислоти в розчині має бути мінімальним. Знайдено оптимальне співвідношення між діаметром анода та відстанню між краєм непровідного корпусу анода й поверхнею катода, за якого можна досягнути максимальної енергоефективності та точності електрохімічного 3D-друку. Висновки. Для звуження зони розтікання струму (підвищення точності електрохімічного 3D-друку) відношення діаметра анода та відстані між краєм непровідного корпусу анода й поверхнею катода має бути не меншим за 5 мм/мм. Подальші дослідження будуть спрямовані на оптимізацію складу електроліту та конструкції 3D-принтера з урахуванням отриманих даних.Документ Відкритий доступ Nanocellulose from reed stalks to improve the properties of paper for packaging food products(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Barbash, V. A.; Yaschenko, O. V.; Gondovska, A. S.; Yakymenko, O. S.Background. The development of technologies for obtaining materials from plant raw materials, the use of which improves the consumer properties of cardboard and paper products and does not pollute the environment with harmful substances from synthetic polymers, is an urgent problem of our time. Objective. The purpose of the paper is to obtain pulp and nanocellulose from reed stalks by environmentally friendly methods and apply nanocellulose to improve the quality parameters of paper for packaging food products on automatic machines. Methods. To obtain pulp from reed stalks with a minimum residual content of lignin and minerals, two processing stages were used: alkaline extraction and organosolv cooking at a temperature of 97 ± 2 °C. Nanocellulose was obtained by the oxidation of organosolv reed pulp with 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) in the TEMPO / NaBr / NaClO system, which is more environmentally friendly than acid hydrolysis. The resulting nanocellulose was applied to paper samples from waste paper and sulphate unbleached pulp at a consumption from 1 to 3 g/m2 . Results. Organosolv pulp was obtained from reed stalks with a residual lignin content of 0.53 % and an ash content of 0.045 %, which was used to obtain nanocellulose. The resulting nanocellulose particles have a transverse size in the range of 5–20 nm, a length of up to several micrometers, and the tensile strength of nanocellulose films is up to 60 MPa. It is shown that the application of nanocellulose to the surface of the samples increases the breaking strength and breaking length, and reduces the surface absorbency of paper. It was determined that with a nanocellulose consumption of up to 3 g/m2 , paper samples have indicators that meet the requirements of the standard for paper for packaging food products on automatic machines. Conclusions. The use of nanocellulose from reed stalks as a hardening substance for paper production will allow replacing environmentally harmful polymer additives and up to 50 % of more expensive softwood pulp with waste paper, while maintaining paper quality indicators at the level of standard requirements.Документ Відкритий доступ Generative design of a frame type construction(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Mastenko, І. V.; Stelmakh, N. V.Background. In recent years, there has been a rapid development of the domestic military industry. Reducing the mass and increasing the specific strength of military products used in the field – the most pressing challenges facing engineers and scientists today. The rapid development of adaptive production has significantly expanded the possibilities of methods of topological optimization in the design of new products or improvement of existing design and technological solutions in order to reduce weight. Objective. The purpose of the paper is to improve the efficiency of designing the technology of manufacturing a frame type construction based on the method of topological optimization, which will reduce the weight of the product, while maintaining all the specified functional parameters. Methods. The paper presents an analysis of topological optimization methods and offers the interaction of modern ADS, namely CAD, CAM, CAE modules at the stage of design and technological preparation of production, which once again demonstrated its effectiveness in solving problems to reduce product weight. Results. The main tasks of topological optimization were solved for the frame type constructions, such as the minimization of volume and mass under physical constraints, as well as the optimization of other parameters with given geometric constraints. As a result, the proposed method of reducing the weight of the product is improved, which due to rational design and technological measures ensured a 56 % reduction in the weight of the frame type structure from the original and reduced the complexity of the manufacturing process by 22 % due to its effective adaptation to new technological conditions. Conclusions. The application of methods of topological optimization and rational establishment of design and technological constraints on products at the design stage can be very effective in solving problems of reducing the weight of products and optimizing manufacturing processes.Документ Відкритий доступ Нанесення омічного контакту Al/SnAl на кремній з рідинної фази(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Цибуленко, В. В.; Шутов, С. В.; Боскін, О. О.Проблематика. Металеві одно- та багатошарові плівки широко використовують в електроніці та оптоелектроніці, зокрема як омічні контакти. Зазвичай ці плівки наносять методами термічного випаровування, іонного розпилення та хімічного осадження з газової фази. Однак методи осадження з рідинної фази є найдешевшими та найпростішими, тому нанесення омічних контактів з їх допомогою є актуальним завданням. Мета дослідження. Вивчити можливості отримання багатошарових омічних металевих плівок на поверхні напівпровідникової пластини з рідинної фази, зокрема методом скануючої рідиннофазної епітаксії (СРФЕ). Методика реалізації. Розглянуто вплив тривалого в часі градієнта температури на межі контакту металевого розчину-розплаву з напівпровідниковою пластиною на нанесення багатошарових омічних металевих плівок на поверхню напівпровідникової пластини за сегментарного контакту розчину-розплаву з пластиною. Для цього змодельовано процеси теплопередачі, процеси змочування пластини, а також її очищення від розчину-розплаву з урахуванням капілярних явищ у щілинах маски за методу СРФЕ. Для експериментального підтвердження дієвості запропонованої моделі нанесено шар Al/SnAl на кремнієву пластину в зазначених умовах. Результати дослідження. Методом СРФЕ за використання додаткового підігрівача пластини та маски в установці нанесено контактний шар Al/SnAl на поверхні кремнію з розчину-розплаву Al-Sn. Контактний шар виготовлено як три однакові за розміром доріжки, розташовані на різній відстані. За допомогою аналізу вольт-амперної характеристики визначено, що контакт нанесеної металевої плівки на поверхню напівпровідника є невипрямним, тобто омічним. Планарним методом лінії передачі з використанням лінійної конфігурації контактних доріжок (LTLM, Linear Transmission Line Method) визначено питомий контактний опір, який становить 7,2 10-4 Ом см2. Висновки. Показано можливість отримання методом СРФЕ багатошарових омічних контактів до напівпровідника в умовах сегментарного контакту розчину-розплаву з пластиною та тривалого в часі градієнта температури на межі контакту. Ці умови реалізовано за допомогою додаткового підігріву пластини з її тильної сторони та високотемпературної маски, крізь щілини якої розчин-розплав контактує з пластиною.Документ Відкритий доступ Sorting approaches in the heuristic based on remaining available and processing periods to minimize total weighted tardiness in progressive idling-free 1-machine preemptive scheduling(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Romanuke, V. V.Background. In preemptive job scheduling, total weighted tardiness minimization is commonly reduced to solving a combinatorial problem, which becomes practically intractable as the number of jobs and the numbers of their processing periods increase. To cope with this challenge, heuristics are used. A heuristic, in which the decisive ratio is the weighted reciprocal of the maximum of a pair of the remaining processing period and remaining available period, is closely the best one. However, the heuristic may produce schedules of a few jobs whose total weighted tardiness is enormously huge compared to the real minimum. Therefore, this heuristic needs further improvements, one of which already exists for jobs without priority weights with a sorting approach where remaining processing periods are minimized. Three other sorting approaches still can outperform it, but such exceptions are quite rare. Objective. The goal is to determine the influence of the four sorting approaches and try to select the best one in the case where jobs have their priority weights. The heuristic will be applied to tight-tardy progressive idling-free 1-machine preemptive scheduling, where the release dates are given in ascending order starting from 1 to the number of jobs, and the due dates are tightly set after the release dates. Methods. To achieve the said goal, a computational study is carried out with applying each of the four heuristic approaches to minimize total weighted tardiness. For this, two series of 4151500 scheduling problems are generated. In the solution of a scheduling problem, a sorting approach can “win” solely or “win” in a group of approaches, producing the heuristically minimal total weighted tardiness. In each series, the distributions of sole-and-group “wins” are ascertained. Results. The sole “wins” and non-whole-group “wins” are rare: the four sorting approaches produce schedules with the same total weighted tardiness in over 98.39 % of scheduling problems. Although the influence of these approaches is different, it is therefore not really significant. Each of the sorting approaches has heavy disadvantages leading sometimes to gigantic inaccuracies, although they occur rarely. When the inaccuracy occurs to be more than 30 %, this implies that 3 to 9 jobs are scheduled. Conclusions. Unlike the case when jobs do not have their priority weights, it is impossible to select the best sorting approach for the case with job priority weights. Instead, a hyper-heuristic comprising the sorting approaches (i. e., the whole group, where each sorting is applied) may be constructed. If a parallelization can be used to process two or even four sorting routines simultaneously, the computation time will not be significantly affected.Документ Відкритий доступ Метод системної інженерії систем нейронного машинного перекладу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Маслянко, П. П.; Сєльський, Є. П.Проблематика. На ринку існує не так багато компаній-розробників систем машинного перекладу (СМП), продукти яких користуються попитом. Це, наприклад, “GoogleTranslate”, “DeepLTranslator”, “ModernMT”, “Apertium”, “Trident” тощо. Існує потреба в упорядкованих і систематизованих методів розроблення СМП, а також потрібні науково обґрунтовані методи інженерії систем нейронного машинного перекладу (СНМП), щоб якнайшвидше отримати якісний і конкурентоспроможний продукт. Мета дослідження. Застосувати бізнес-профіль Еріксона–Пенкера для розроблення та формалізації методу системної інженерії СНМП. Методика реалізації. Методологія системної інженерії і бізнес-профіль Еріксона–Пенкера для формалізації впорядкованого способу розроблення СНМП. Результати дослідження. Метод розроблення СНМП на основі застосування технік системної інженерії складається з трьох основних етапів. На першому етапі структуру СНМП моделюють як бізнес-профіль Еріксона–Пенкера, на другому – визначають множину процесів, характерну для класу систем Data Science та міжнародного стандарту CRISP-DM, а на третьому проводять верифікацію та валідацію розробленої СНМП. Висновки. Запропоновано метод системної інженерії СНМП, що базується на модифікованому бізнес-профілі Еріксона–Пенкера представлення системи на метарівні, а також міжнародних стандартів процесів DataScience та DataMining. Досліджено ефективність застосування методу на прикладі розроблення системи двоспрямованого англійсько-українського нейронного машинного перекладу EUMT (English-Ukrainian Machine Translator) і встановлено, що система EUMT щонайменше не поступається за якістю англійсько-українського перекладу популярному перекладачеві “GoogleTranslate”. Повний код версії системи EUMT опублікований на платформі GitHub та доступний за посиланням: https://github.com/EugeneSel/EUMT.Документ Відкритий доступ Вибір критерію якості для оцінювання прогнозів нелінійних нестаціонарних процесів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Белас, А. О.; Бідюк, П. І.Проблематика. Прогнозування нелінійних нестаціонарних процесів (ННП), поданих у формі часових рядів, є актуальним, оскільки такі ряди можуть описувати процеси в технічних й економічних системах. Для вибору найкращої математичної моделі використовують різні метрики оцінювання якості прогнозів, як-от: R^2, RMSE, MAE, MAPE. Однак оптимізація моделі за одним критерієм погіршує її відносно іншого. Тому важливо розуміти, яку метрику слід використовувати для оптимізації та оцінки якості прогнозу в поставленій задачі. Мета дослідження. Розробити та проаналізувати критеріальну базу для оцінювання прогнозів ННП, а також підхід до вибору критерію якості з урахуванням особливостей поставленої задачі прогнозування. Методика реалізації. Виконання порівняльного аналізу основних метрик для задачі регресії, а саме їхнього теоретичного та практичного змісту, переваг і недоліків у різних випадках. Результати дослідження. Сформовано критеріальну базу для оцінювання прогнозів ННП, а також підхід до вибору критерію якості з урахуванням особливостей поставленої задачі прогнозування. Для мінімізації абсолютної похибки проаналізовано та рекомендовано використовувати метрики RMSE (MSE, R^2) і MAE залежно від необхідності роботи з викидами. Для розв’язання задач мінімізації відносної помилки запропоновано використовувати метрику RMSLE. Висновки. Показано важливість вибору метрики для оптимізації та оцінювання якості прогнозу в поставленій задачі. Отримані критеріальну базу та підхід можна використовувати в подальших дослідженнях як для розв’язання практичних задач моделювання та прогнозування ННП, так і для розробки нових методів або загальної методики розв’язання цих задач.Документ Відкритий доступ Визначення “слабких” за надійністю силових трансформаторів енергосистем за результатами оцінювання ризику відмови через збурення в електричній мережі(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Бардик, Є. І.; Болотний, М. П.; Коваль, Я. С.Проблематика. Збільшення інтенсивності технологічних порушень і серйозності їх наслідків переважно спричинене старінням і вичерпанням ресурсу працездатності електрообладнання (ЕО), лібералізацією електроенергетичної галузі. Це загострює проблему надійності електроенергетичних систем (ЕЕС) і потребує визначення елементів енергосистем, що мають найбільшу ймовірність відмови, а також тих, відмови чи планове виведення з експлуатації яких максимально підвищує ризик порушення режиму з можливим каскадним розвитком аварій. Тому актуально розробити моделі оцінювання ризику відмови обладнання за діагностуванням його технічного стану, зокрема за короткого замикання (КЗ) в зовнішній мережі. Мета дослідження. Розробити нечітку математичну модель силового трансформатора (СТ) для визначення ймовірності відмови за дефекту обмоток і дії КЗ у зовнішній мережі; визначити ризик порушення режиму за виведення трансформаторів із роботи. Методика реалізації. Використання підходів, які ґрунтуються на теорії нечітких множин і нечіткої логіки, для розроблення математичної моделі оцінювання ризику відмови СТ. Визначення “слабких” за надійністю СТ та автотрансформаторів (АТ) енергосистем за результатами оцінювання ризику відмови через зовнішні КЗ здійснено методами нечіткої логіки та ймовірнісно-статистичного моделювання режиму ЕЕС. Результати дослідження. Доведено необхідність комплексного моделювання режимів ЕЕС для оцінювання ймовірності відмови СТ за збурень в електричній мережі. Змодельовано технічний стан обмоток СТ і досліджено вплив КЗ на рівень працездатності СТ й АТ в ЕЕС. Визначено кількісні показники ризику експлуатації ЕЕС за відключення СТ. Висновки. Для визначення кількісних показників ризику порушення режиму ЕЕС розроблено лінгвістичну математичну модель оцінювання ймовірності відмови обмоток СТ за дефекту та дії КЗ в електричній мережі.Документ Відкритий доступ Гнучка та біорозкладна сенсорика: матеріали, технологія виготовлення та прилади на її основі(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Лапшуда, В. А.; Коваль, В. М.Проблематика. Для виготовлення приладів гнучкої електроніки, зокрема сенсорів, використовують багато матеріалів і технологій, тому актуальним є огляд матеріалів і технологій виготовлення гнучких сенсорів, які б за величиною чутливості не поступались їх твердотілим аналогам. До того ж у більшості сучасних технологій гнучкої електроніки використовують синтетичні полімери, виробництво яких забруднює довкілля та які потребують утилізації наприкінці терміну служби. Тому існує проблема пошуку екологічно дружнього матеріалу, альтернативного синтетичним полімерам. Мета дослідження. Визначити конструктивно-технологічні особливості виготовлення та застосування гнучких і біорозкладних електронних сенсорів. Методика реалізації. Аналіз, класифікація та порівняння матеріалів і технологій виготовлення гнучких сенсорів, які б за величиною чутливості не поступалися їх твердотілим аналогам. Зіставлення технологій та основних характеристик гнучких сенсорів, виготовлених на основі синтетичних і біорозкладних матеріалів. Результати дослідження. Визначено конструктивно-технологічні особливості виготовлення та застосування гнучких електронних сенсорів у порівнянні з їх твердотілими аналогами. Встановлено три групи матеріалів підкладок, які можна використовувати для синтезу гнучких сенсорів; проаналізовано їхні робочі характеристики. Зіставлено технології виготовлення гнучких електронних сенсорів з погляду екологічності, економічності та технологічності. Висновки. Найбільш перспективним біорозкладним матеріалом, на основі якого можна створити гнучкий сенсор, є наноцелюлоза. Перспективними є різні типи друку як технології виготовлення такого пристрою, оскільки вони недорогі та можуть забезпечити високу продуктивність виробництва. На основі одержаних результатів можна вдосконалювати наявні та розробляти нові методи створення приладів гнучкої електроніки, що не потребують утилізації.Документ Відкритий доступ Tunable polarizers for x-band radar and telecommunication systems(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021) Bulashenko, A. V.; Piltyay, S. I.; Kalinichenko, Ye. I.; Bulashenko, O. V.Background. Nowadays processing of signal polarizations is widely applied in modern information and telecommunication radio engineering systems for different purposes. Commonly polarization processing is carried out in polarization adaptive antenna systems. The essential elements of such systems are transformation devices for polarization processing. They perform the transformation of the types of polarization and separate the different types to isolated channels. The most simple, effective, technological and actual for analysis are polarizers based on square waveguides with irises and posts. Objective. The purpose of this work is to improve the electromagnetic characteristics of an adjustable polarizer by creating a mathematical model of such device. The device must provide optimized polarization and matching characteristics. Methods. The article presents a mathematical model of a waveguide polarizer with irises and posts by the decomposition method using wave transmission and scattering matrices. The developed model takes into account the influence of the polarizer design parameters on its characteristics. Results. The article contains the results of calculations based on the developed mathematical model of the polarizer. In addition, the results of modelling of the device using the finite element method are presented for comparison. For the developed waveguide polarizer we have compared the polarization characteristics and the matching. Conclusions. The created mathematical model allows us to effectively analyse the characteristics when the design parameters change. These parameters include the size of the wall of the square waveguide, the heights of the irises and posts, the distance between them, the thickness of the irises and posts. The developed polarizer is recommended for the application in modern telecommunication and radar systems.