Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна, серія «Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління»

Розробка комп'ютерної моделі автоматизованого робочого місця психолога

2021-11-29T11:04:24+00:00

В наш час сфера розробки веб-додатків для психологів та соціальних працівників не досить розвинена IT-фахівцями. Це обумовлено тим, що в період до пандемії COVID-19 психологам для надання допомоги або консультацій клієнтам було досить особистого спілкування. Після введення карантинних норм робота психологів значно ускладнилася, оскільки був накладений ряд обмежень. У той же час потреба в консультуванні пацієнтів з психічними та іншими захворюваннями не знижується. Зростає попит у тих людей, які раніше не так активно ходили до психологів - ситуація спонукає дбати про своє здоров'я. Дану проблему вирішують програмісти різних напрямків. Було поставлено завдання розробки веб додатку, який міг би надати психологу можливість проводити онлайн відеоконференції з використанням необхідного інструментарію для онлайн взаємодії з пацієнтом, на базі оригінального програмно-реалізованого рішення. Була розроблена онлайн гра «Метафоричні асоціативні карти» на базі розробленого веб-сервісу. Для роботи в даному додатку не потрібно ніяких особливих навичок, а інтерфейс простий і зрозумілий для будь-якого користувача. Користувач має доступ до наступних сторінок: на головній сторінці має міститись інформація про вебсайт, його новини та іншу інформацію; сторінка курсів містить список доступних психологічних ігор, які допомагають психологу встановлювати тісний контакт з клієнтом навіть в режимі онлайн; особистий кабінет – це сторінка де можна переглядати та редагувати особисту інформацію користувача; сторінка реєстрації, входу або відновлення паролю. Цей додаток вже використовується психологами в тестовому режимі. В подальшому буде розширюватись інструментарій психолога та розвиватися головна сторінка, де буде публікуватися інформація про психологів та їх статті.

Метод розподілення часу доставки пакету

2021-11-29T11:06:44+00:00

При аналізі проблем організації ефективного функціонування розподілених мереж передачі даних з комутацією пакетів з’ясовується необхідність удосконалення існуючих моделей окремих мережевих структур, розробки нових моделей для дослідження ефектів, факторів і механізмів, що не розглядалися раніше, та створення на їх основі нетрудомістких методів вибору параметрів мережі за різними критеріями оптимальності. Аналітичний огляд результатів, досягнутих у вивченні різних структурних утворень, дозволив виявити ступінь опрацювання питань організації ефективної роботи мережі, сформулювати невирішені завдання та намітити основні напрямки досліджень. При цьому явно не враховується специфіка наскрізного транспортування даних по багатоланковому віртуальному з’єднанню, а питання адекватності розподілів, що задаються реальному процесу передачі інформації не розглядається і залишається відкритим. Запропоновано підхід до побудови розподілу часу передачі інформаційного пакета у віртуальному каналі зі спотвореннями, на основі якого проводиться аналіз впливу тривалості наскрізного тайм-ауту неприйняття квитанції на операційні характеристики процесу транспортування даних. Запропоновано модель тракту передачі даних з спотвореннями на окремих ділянках переприйому у вигляді стохастичного конвеєра, а також отримані допоміжні співвідношення, необхідні для аналізу інформаційного стохастичного переносу. Параметри лінійних протоколів значною мірою визначають потенційні можливості міжвузлових з’єднань, вимоги до обсягу буферної пам’яті вузлів комутації та наскрізну затримку абонентських повідомлень. Відомі методи формального вибору цих параметрів орієнтовані в основному на безумовну перевагу критерію пропускної спроможності міжвузлових з’єднань та вимагають трудомістких чисельних розрахунків. Оскільки завдання перевизначення мережевих параметрів досить часто виникає в реальних мережах у зв’язку із зміною умов експлуатації, то виникає потреба в розробці нетрудомістких інженерних методів їх вибору за різними критеріями оптимальності.

Моделювання течії у прямому жорсткостінному каналі з двома прямокутними осесиметричними звуженнями. Частина 2. Альтернативний підхід

2021-11-29T11:08:11+00:00

Запропоновано аналітично-чисельний метод другого порядку точності, котрий дозволяє вивчати рух рідини у двовимірному жорсткостінному каналі з двома послідовними жорсткими осесиметричними обривними звуженнями. Він складається з п’яти основних етапів. На першому з них вибираються відповідні масштаби задачі, на основі яких проводиться безрозмірювання співвідношень, що описують рух рідини у досліджуваному каналі. Далі (другий етап) виводяться інтегральні аналоги цих безрозмірних співвідношень і виконується їх дискретизація (третій етап). На четвертому етапі зв’язані нелінійні алгебраїчні рівняння для швидкості і тиску, одержані у результаті проведення зазначеної дискретизації, зводяться до відповідних незалежних лінійних. Для цього приймаються фізично обґрунтовані припущення, виконуються відповідні математичні операції, а також застосовується процедура знаходження та узгодження між собою послідовних наближень шуканих величин. При цьому кількість наближень визначається необхідною точністю розв’язку. І на останньому (п’ятому) етапі вибирається метод розв’язування вказаних лінійних рівнянь. Зазначена вище дискретизація складається із просторової та часової частин. Перша частина виконується на основі використання total variation diminishing схеми, а також двоточкової схеми дискретизації просторових похідних. При проведенні ж другої частини дискретизації застосовується неявна триточкова несиметрична схема з різницями назад. Що стосується методу розв’язування вказаних вище лінійних рівнянь, то це – відповідний ітераційний метод, який послідовно використовує методи відкладеної корекції та спряжених градієнтів, а також солвери ICCG (для симетричних матриць) та Bi-CGSTAB (для асиметричних матриць).

Комп’ютерна модель системи для інклюзивного навчання дітей з вадами слуху

2021-11-29T11:09:39+00:00

Щодня дитина з вадами слуху стикається з великою кількістю проблем. Процес навчання для неї несе у собі низку проблем, які досі не вирішено. Інклюзивне навчання потребує змін та впровадження додаткових засобів для поліпшення освітнього процесу. Не дивлячись на постійну мінливість та розвиток навколишнього світу, дещо так само залишається незмінним. Сфера інформаційних технологій у ХХІ столітті теж активно зростає, щодня у розробці знаходяться сотні програм, ігор, але деякі значущі проблеми залишаються непочутими та забутими. Наразі існує невелика кількість додатків, яка частково націлена на те, щоб допомогти людям з вадами слуху, але в більшості випадків вони викликають багато труднощів. Це може бути некоректна робота, занадто складний інтерфейс або ж висока ціна за користування, яку більшість родин не можуть собі дозволити. Такі додатки частково можна застосувати для індивідуального користування, але для дітей, які отримують освіту в класі, вони є досить незручними і викликають багато питань. Досить часто замість того, щоб допомогти отримати інформацію з навколишнього світу, такі програмні рішення навпаки допомагають звичайним людям, а не тим, хто має проблеми зі слухом. З розвитком новітніх технологій з’являються сучасні шляхи подолання проблемних моментів для людини з вадами слуху. Таким рішенням може стати використання системи розпізнавання та синтезу мови. Впровадження даних технологій в процес інклюзивного навчання дітей з вадами слуху допоможе пришвидшити та значно полегшити сприйняття інформації. Для реалізації доступного для всіх рішення можна обрати варіант розробки програми у вигляді веб-додатку, що забезпечить кросплатформенність та доступність його застосування для будь-кого користувача.

Моделювання Smart-лабораторії для навчального процесу

2021-11-29T11:11:27+00:00

Сучасні інформаційні технології розвиваються надзвичайно швидко. З’являються нові концепції мережі передачі даних, включаючи обмін між фізичними об’єктами мережі, які можуть бути обладнані найсучаснішими технологіями взаємодії один с одним і в результаті самостійно приймати рішення відповідно до зовнішніх чинників. На основі концепції IoT ( Internet of Things), а в особливості «розумного дому» створено мережу «розумної лабораторії» за допомогою додатку Cisco Packet Tracer, який розроблений компанією Cisco. Він дозволяє експериментувати над мережею, оцінювати сценарії розвитку подій, розбивати на логічні та фізичні рівні, задавати параметри зовнішнього середовища. В результаті моделювання отримана модель, яка має наступні підсистеми, що допоможуть покращити навчальний процес: система пожежогасіння, система фіксування задимленості, система кондиціонування повітря, система енергозабезпечення, система активації світла. Крім того за допомогою стандартних функцій додатку створено можливість віддаленого доступу для керування чи налаштування підсистем за допомогою кінцевих пристроїв, які підтримують 3/4G або Wi-Fi підключення. Створені сценарії роботи моделі, в залежності від яких модель сама приймає рішення і виконує дії, які допоможуть уникнути критичних ситуацій. За допомогою мови програмування Python було створено пристрої, які імітують зовнішній вплив на елементи моделі, таким чином тестуючи підсистеми на правильність роботи і своєчасне самостійне прийняття рішень. Програмна модель зручна для масштабування, може бути модифікована і в будь-який момент приймати зміни. Має зручне управління і наглядність протікання всіх процесів. В майбутньому планується змоделювати нові типи «розумних лабораторій» на основі хімічних, фізичних чи будь-яких інших приміщень вищого навчального закладу та об’єднати в одну комплексну модель.

Моделювання ламінарних течій нанорідин між двома коаксіальними циліндрами в мікрорідинних пристроях

2021-11-29T11:12:56+00:00

Роглядається ламінарна течія трьох незмішуваних нанорідин між двома співвісними циліндрами за рахунок постійного перепаду тиску на кінцях каналу. Пристінні шари можуть бути утворені за рахунок відштовхування наночастинок від шорсткостей стінок до ядра течії. Прийняті граничні умови прослизання другого порядку для швидкостей на стінках, а також умови безперервності швидкості і тангенціальних напружень на границях розділу між шарами. Отриманий аналітичний розв’язок системи для тиску і швидкостей руху рідин. Обчислені вирази для об’ємної витрати і напружень на стінках. Показано, що при деяких наборах параметрів моделі можна за рахунок тангенціального переносу імпульсу отримати значне підвищення витрати і зменшення в’язкої дисипації. Це дозволить підвищити ефективність різних мікрорідинних систем. Отримане також уточнення робочої формули для капілярного віскозиметра на випадок вимірювання в’язкості нанорідин. Виписаний аналітичний розв’язок може бути використаний для валідації чисельного коду для більш складних течії (перехідних, турбулентних) в схожій геометрії.

Комп’ютерне моделювання випромінювання вільних осциляторів

2021-11-29T11:18:01+00:00

У статті розглядається система комп’ютерного моделювання надвипромінювання системи вільних осциляторів, які описуються системою звичайних диференціальних рівнянь комплексних змінних. Система рівнянь розв’язується модифікованим для комплексних змінних методом Рунге-Кудта. Адекватність моделі збільшується при збільшенні кількості осциляторів, що приводить до збільшення кількості диференціальних рівнянь комплексних змінних, лінійного збільшення витрат пам’яті та кубічного збільшення витрат часу. Розроблена програма дозволила на порядки збільшити кількість осциляторів порівняно з попередніми моделюваннями. Розпаралелювання та векторизація обчислень дозволили одержати при цьому прийнятні параметри витрат часу. Модель описує в одновимірному наближенні генерацію електромагнітного поля осциляторами, які знаходяться у відкритому резонаторі. У цьому випадку можливий розвиток так званої дисипативної нестійкості  дисипативного режиму генерації. Передбачається, що осцилятори при цьому між собою не взаємодіють, і на їх поведінку впливає тільки резонаторне поле. Якщо ж резонаторне поле відсутнє або невелике, можливий режим надвипромінювання, коли істотне випромінювання кожного осцилятора і поле в системі є сумою всіх власних полів осциляторів. У дисипативному режимі генерації нестійкості систему осциляторів синхронізує індуковане резонаторне поле. Синхронізація осциляторів у режимі надвипромінювання зобов'язана своїм існуванням інтегральному полю всієї системи осциляторів. В системі комп’ютерного моделювання передбачено завдання початкових умов задачі, параметрів системи рівнянь, часовий інтервал, крок за часом і т.д. Реалізована візуалізація одержаного розв’язку системи рівнянь.

Оцінка сили сейсмічних навантажень на резервуари для збереження отруйних та легкозаймистих рідин

2021-11-29T11:19:51+00:00

Щороку в світі відбувається близько 1 млн. землетрусів різної інтенсивності. Подальше збільшення кількості техногенних об'єктів та необхідність створення екологічно безпечних умов їх експлуатації зумовлює вдосконалення наукового обґрунтування параметрів сейсмічної небезпеки територій розташування техногенних об’єктів, що можуть негативно впливати на стан навколишнього середовища. Тому вивчення сейсмічних навантажень на важливі техногенні об’єкти досі залишається актуальною проблемою як в глобальному, так і регіональному масштабі. Метою роботи є попередження надзвичайних ситуацій та негативного впливу на довкілля при пошкодженні, руйнуванні та порушенні герметичності резервуарів для збереження отруйних та легкозаймистих рідин внаслідок дії сейсмічних навантажень різної сили. В роботі проведено моделювання пікових амплітуд сейсмічного прискорення при землетрусі від 1 до 9 балів при відстані до епіцентру від 10 до 1000 м, досліджено домінантні частоти збудження при землетрусі від 1 до 9 балів при відстані до епіцентру від 10 до 1000 м, досліджено середню тривалість впливу під час землетрусу з магнітудою від 1 до 9 балів при відстані до епіцентру від 10 до 1000 м, вирішено задачу про коливання рідини в довільній оболонці обертання. Результати досліджень дозволять зробити підбір параметрів резервуарів від впливу резонансних частот, попередити їх руйнування та продовжити строк експлуатації, що дозволить мінімізувати екологічно небезпечний вплив на довкілля та попередити виникнення надзвичайних ситуацій. Для підвищення рівня екологічної безпеки територій, прилеглих до резервуарів, запропоновано управління впливами природних та техногенних факторів на резервуари виконувати враховуючи прогнозні моделі сейсмічних змін та коливань рідин в резервуарах за допомогою алгоритму дій у ході проведення моніторингу за сейсмічними навантаженнями на резервуари для збереження отруйних та легкозаймистих рідин.

Розробка та верифікація СЧС моделі мережевого планування

2021-11-29T11:21:51+00:00

У наш час додалі більша кількість послуг та сервісів пересувається у цифровий простір. Тому кількість проектів пов’язанних з інформаційними технологіми зростає. IT-проект – це проект, з чітко поставленими термінами, його мета – це створити унікальний продукт. До проекту входять роботи, які пов'язані з технологіями, які містять обчислювальні та комунікаційні процеси, інформаційні та людські ресурси. Управління проектом – це процес створення та корегування планів, контролю та розподілу ресурсів і задач, створення балансу між проектними обмеженнями на весь час його реалізації. Чим триваліший проект – тим більше ризиків виникає під час його виконання. Це може впливати на час розробки проекту, на прибуток або втрати. Тому розробка нових автоматизованих рішень, які використовуються для управління проектами є актуальним питанням, оскільки такі програмні комп’ютерні моделі можуть допомогти мінімізувати витрати часу та прорахувати можливі ризики. Процес, який можна автоматизуватиу плануванні це створення мережевого графу. У даній роботі розглядається можливість автоматизування процесу побудови мережевого графу користуючись технологією семантико-числових специфікацій.