Matlab *

Уважаемые коллеги, руководители государственных компаний, министерств и ведомств, курирующих национальные проекты и ОПК!

Объем государственных инвестиций в НИОКР в рамках национальных проектов и оборонного заказа на ближайшие годы оценивается в 2–5 триллионов рублей ежегодно. Это масштабные ресурсы, направленные на технологический прорыв и укрепление суверенитета страны, которые обладают высоким мультипликативным эффектом на все отрасли экономики. Однако ключевой вопрос, который мы должны задать себе: какая часть этих средств будет потрачена эффективно, а какая — на совершение и исправление ошибок, задержки по срокам и неоптимальные инженерные решения?

Данные ряда международных исследований начиная с 2010 года показывают, что в привычном течении процессов разработки в среднем 37% бюджета НИОКР тратится не результативно — на устранение ошибок, выявляемых на поздних стадиях работ, что приводит к значительным скрытым повторным трудозатратам,  дорогостоящим переделкам аппаратуры и затягивает циклы испытаний-доработок. В масштабах российского госбюджета это от половины до полутора триллионов рублей ежегодных потерь на ошибки, для исключения которых уже есть зарекомендовавшая себя методология.

Решением этой проблемы является системное моделирование — целенаправленная политика обязательного применения «исполняемых системных моделей» на всех этапах жизненного цикла техники: от проверки концепций до формирования технических заданий и планов проектов, и далее в этапах проектирования, испытаний и сопровождения.

Современное инженерное образование требует практической подготовки студентов к работе с реальными техническими системами и технологии моделирования позволяют сделать образовательный процесс заметно эффективнее.

В этой статье на двух примерах покажем, как российские вузы используют отечественные решения для моделирования комплексных технических систем в образовательном процессе.

Привет, Хабр!

Сегодня говорим про мониторинг жизненно важных показателей (ЖВП) человека. ЖВП — это метрики, по которым можно понять, всё ли в порядке с нашим организмом: температура тела, давление, дыхание, ну и наш сегодняшний герой — пульс.

Когда речь заходит о мониторинге сердечной активности, первое, что приходит в голову — это ЭКГ. Электрокардиография уже давно считается золотым стандартом в медицине. Однако при всех её достоинствах у ЭКГ хватает минусов: запись короткая, провода и датчики сковывают движения, есть риск раздражения и даже заражения при повреждении кожи, да и ощущения от процедуры так себе — в целом комфорт сомнительный.

Мой любимый автор книг по математике Очков Валерий Федорович предложил задачу для среды SimInTech. На самом деле он вызвал меня на дуэль и предложил выяснить, кто лучше сделает решение определенной задачи в виде структурной схемы.

Задача связана с остойчивостью судна, а значит с нахождением центра масс, тела погруженного в жидкость. Поэтому на картинке Пифагор объясняет Архимеду как найти площадь путем обстрела мишени.

Представлен резонансный регулятор, метод его анализа в непрерывной области и реализации в виде цифрового фильтра методом согласования нулей и полюсов. Показано стремление в установившемся режиме по заданной частоте амплитуды и фазы к управляющему сигналу. Отмечены особенности фильтра в виде бесконечной добротности, для дискретной системы ограничиваемой лишь разрядностью вычислителя.

Представлен метод анализа линейных электрических цепей по переменному току в установившемся режиме на заданной частоте. Входной сигнал - синусоидальный в общем виде с заданной амплитудой, частотой и начальной фазой. Для анализа представлен также переходной процесс, частотные характеристики, получаемые в замкнутом виде с использованием средств системы символьных вычислений Maxima.

Точные данные об уровне топлива — ключевой фактор, влияющий на безопасность, планирование маршрутов и эффективность эксплуатации автомобиля. При движении транспортного средства измерение становится особенно сложным: уровень топлива постоянно изменяется из-за крена, наклона дороги, ускорений и торможений. Для получения достоверных данных в этих условиях в современных автомобилях применяются сложные алгоритмы обработки сигналов от нескольких датчиков, установленных в топливном баке.

В рамках совместного проекта ЦИТМ «Экспонента» и ФГУП НАМИ была проведена проверка корректности математических моделей алгоритмов определения уровня топлива, реализованных в среде Engee.

Разработку и перенос модели из Simulink в Engee выполнили совместно с командой «Экспоненты», а специалисты НАМИ обеспечили независимую верификацию и анализ результатов.

Кажется, никому из читателей Хабра не нужно объяснять, насколько сложным процессом является разработка авиационной техники и комплектующих. Мы часто читаем об этом. Понятно что, длительность процессов разработки, высокие требования к безопасности, строгие формальные процедуры, сложность конструкции и многодисциплинарность научных подходов – вот причины, по которым средний цикл разработки воздушных судов (ВС) составляет 5-10 лет и не всегда заканчивается успешно.

Представлен цифровой фильтр без использования явной аппаратной или программной операции умножения, выполненный на основе двоичных сдвигов. Имеет дискретный ряд АЧХ, ФЧХ, при этом, эффективно реализуется на простейших контроллерах.

Привет, Хабр! В предыдущей части мы рассматривали базовые методы цифровой обработки изображений для задачи сегментации спутникового снимка.

В этой статье рассмотрим ещё парочку методов решения этой задачи, всё ещё «классических», то есть без применения машинного обучения или нейросетей. Помогут нам во всём разобраться, как и в прошлый раз, язык программирования Julia и среда технических расчётов Engee!

Историю можно начать с 1994 года, в котором Мартин Уорд (Martin Ward) на основании исследования больших проектов предложил парадигму языково-ориентированного программирования, когда процесс разработки программного обеспечения разбивается на стадии создания предметно-ориентированных языков и описания решения задачи с их использованием. Цель языково-ориентированного программирования — разделить сложности разработки: машиноориентированная часть кода (низкоуровневая функциональность) и человеко-ориентированная (решение прикладной задачи) разрабатываются независимо друг от друга.

Далее в 2003 году Эрик Эванс (Eric Evans) ввел понятие предметно-ориентированного проектирования (Domain-Driven Design, DDD) для набора программных и организационных практик, позволяющих разрабатывать сложные масштабируемые системы. Этот подход до сих пор активно используется, например, в микросервисной архитектуре и в информационной безопасности (см. Secure by Design). В этом подходе вводятся понятия: «модель», «проектирование по модели» (Model-Driven Design), «изоляция предметной области» и «изолированный контекст» (Bounded Context). Особенно интересно, что Эванс упоминает о предметно-ориентированных языках, как идеальном средстве описания модели конкретной предметной области, которая должна быть изолирована в своём контексте.

Но как обстоят дела с имитационным математическим моделированием? До сих пор мы применяем инструменты, разработанные по большей части на базе концепций из середины прошлого века. В то время, как за последнюю пару десятилетий теория и технологии развивались достаточно динамично. Возможно, в этом нет ничего страшного (об этом позже). Но вот что интересно: можно ли объединить понятия разработки математических моделей и программного обеспечения на базе представленных выше концепций?

Вот мы и добрались до моделирования в широком смысле. Далее речь пойдёт о подходе, который может быть применён, как для имитационного математического моделирования, так и для разработки сложного программного обеспечения. Начнём с имитационного моделирования, поскольку в этой области есть наиболее интересные результаты, но перспективы нового подхода в разработке сложных программных систем постараюсь тоже затронуть.

Вместе со студентами направления "Мехатроника и робототехника" сделал математическую модель системы векторного управления синхронным двигателем с постоянными магнитами СДПМ. Симуляция осуществляется в среде Ansys Twin Builder. Выбор в пользу данного программного продукта был сделан в связи с возможностью использования в качестве модели двигателя не только модели с сосредоточенными параметрами (как в этом проекте), но и моделей с распределенными параметрами, расчет которых ведется методом конечных элементов. В любом случае, среда симуляции - это всего лишь инструмент и результат получился бы идентичным и в Simulink и на Python и в других средах - математика везде одинаковая.

Многие из тех, кто подходил к нашему стенду на ЦИПРе в этом году, пытались угадать – «О, это Microsoft Flight Simulator?» или – «Вы что, игры разрабатываете?». Возможно, порой стоило согласиться – для непосвящённых наши демонстрации визуально больше похожи на игры. Но представьте себе игру, которая учитывает каждый параметр движения самолёта – от трения элеронов о воздух до запаздываний при передаче данных в системе управления. Игру, которая работает в режиме жёсткого реального времени и по мультиплексному каналу информационного обмена (МКИО) взаимодействует с бортовым оборудованием. Это уже не просто описание физики полёта, система управления или игра для PC. Это всё и сразу! Как так получается, мы с вами разберём по порядку:

Что если я скажу, что можно создать прошивку для ПЛИС на языке Verilog (VHDL), не написав ни одной строчки кода?

В данной работе мы представляем технологию пассивного радиопеленгования беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). В её основе лежит многопозиционный подход, позволяющий точно определять координаты радиоизлучающего объекта, преимущественно БПЛА, без применения активных радиолокационных средств.

Привет, Хабр!

При разработке технических систем часто приходится описывать управляющую логику, зависящую от множества факторов: времени, событий, текущего состояния устройства и действий пользователя. Например, кофемашина может переключаться между режимами ожидания, приготовления напитка и очистки, а квадрокоптер – переходить в режим посадки при низком уровне заряда или в аварийный при неисправности.

Со временем логика системы начинает разрастаться: появляются дополнительные режимы работы, усложняются условия переходов между ними, возникает необходимость корректно реагировать на ошибки. В какой-то момент код превращается в клубок из вложенных if-else, флагов, и переменных, описывающих состояние системы, что не только затрудняет её поддержку и расширение, но и снижает надёжность.

Одним из решений этой проблемы может стать подход на основе конечных автоматов. В этой статье я покажу, как можно разработать управляющую логику фитнес-браслета с использованием удобного инструмента визуального проектирования и при этом не дать ей выйти из-под контроля.

Продолжаем применять теорию автоматического управления к процессам в ядерных реакторах. На этот раз рассмотрим процессе в контуре с теплоносителями и ядреными реакциями.

Что такое цифровая обработка изображений? Зачем нам вообще знать про алгоритмы обработки, когда есть фотошоп и фильтры в телефоне? Или всё можно отдать нейросети и получить крутой результат? И при чём тут Julia, наконец? Будем разбираться!

Мы запускаем серию статей про обработку изображений с использованием языка Julia и вычислительной среды Engee. Задача – ответить на часто встречающиеся вопросы вроде актуальности этого направления компьютерной науки, задач, решаемых методами обработки изображений, применения и реализации стандартных и «умных» алгоритмов. 

В первой части ознакомимся с основами на примере сегментации спутникового снимка.

Данный текст является незапланировнным продолжением к статье для школьников о моделировании погони, которая внезапно превратилась в задачу перехвата артиллерийского снаряда зенитной ракетой. Сейчас мы опять обратимся к модели зайца и посмотрим на эту задачку с точки зрения теории эволюции, опять в таки изложении для школьников.

Подробное описание создания модели в первой части статьи

Продолжение статьи, созданной в процессе решения задачи о погоне, для школьников. Очков Валерий Федорович, предложил мне решить методом структурного моделирования задачу погони волка за зайцем. И в первой части именно эта задача подробно и разобрана. Многие читатели справедливо спрашивали, а причем здесь евреи и ракеты?  В этой части я покажу, как можно связать школьную задачу про бегающего по кругу зайца с израильской противоракетной системой купол.