22 мая 2018 года исполняется 70 лет Александру Львовичу Фрадкову, доктору технических наук, профессору и заведующему базовой кафедрой «Управление сложными системами» Университета ИТМО, заведующему лабораторией  Института проблем машиноведения РАН, профессору и заведующему кафедрой теоретической кибернетики Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ). Научная жизнь Александра Львовича началась на кафедре теоретической кибернетики Ленинградского государственного университета (ныне СПбГУ), созданной и долгие годы возглавлявшейся одним из создателей российской школы кибернетики, выдающимся российским ученым, членом-корреспондентом РАН, В.А. Якубовичем. Под его руководством в 1971 г.Александр Львович защитил дипломную работу, в которой был получен ряд нетривиальных результатов о двойственности в невыпуклых квадратичных задачах, которые нашли важные приложения в теории абсолютной устойчивости динамических систем, а также задачах нелинейного и адаптивного управления. В 1972–1989 гг. научная и педагогическая карьера А.Л. Фрадкова развивалась в Ленинградском механическом институте (в настоящий момент – Балтийский государственный технический университет), где он прошел путь от аспиранта до профессора по кафедре вычислительной техники. Его кандидатская (1975 г.) и докторская (1986 г.) диссертации были посвящены актуальным проблемам адаптивного управления. С 1990 г. основное место работы Александра Львовича – Институт проблем  машиноведения РАН, где он возглавил организованную им лабораторию «Управление сложными системами». Свою научную работу в Академии наук А.Л. Фрадков продолжал совмещать с педагогической деятельностью. В 2014 г. Александр Львович возглавил базовую магистерскую кафедру Университета ИТМО, где он также руководит Международной научной лабораторией. С 1997 года он работает на кафедре теоретической кибернетики СПбГУ, а с 2015 г. ее возглавляет. За годы педагогической карьеры А.Л. Фрадков подготовил трех докторов и свыше двадцати кандидатов наук, им разработаны и читаются курсы лекций, связанные с такими актуальными направлениями, как управление колебаниями и хаосом, управление молекулярными и квантовыми системами, математическое моделирование кибернетических систем. Без преувеличения, Александр Львович Фрадков – один из наиболее видных и узнаваемых на международной арене представителей российской теории управления. В знак признания его научных заслуг Александру Львовичу было присвоено звание заслуженного деятеля (Fellow) международного Института инженеров электротехники и электроники IEEE(2014 г.) и Международной федерации автоматического управления ИФАК (2017 г.). В течение ряда лет А.Л. Фрадков являлся членом ряда технических комитетов ИФАК, а также председателем одного из них. Он автор и соавтор более 700 научных работ, в том числе 12 монографий, восьми учебных пособий, 10 авторских свидетельств и патентов. Под его редакцией выпущено 19 монографий и сборников, пять специальных выпусков международных журналов. А.Л. Фрадковым сделано множество научных докладов на конференциях, в 1991–2008 гг. он посетил с лекциями более чем 70 исследовательских центров, в том числе Массачусетский, Токийский и Шведский Королевский технологические институты, Австралийский национальный университет, Национальный университет Республики Корея, университеты Иллинойса, Мичигана, научные центры «Белл Лаб», «Фермилаб», Институт компьютерных наук и автоматизации (INRIA). А.Л. Фрадков – президент-основатель Международного общества физики и управления (IPACS), член Европейской ассоциации по управлению (EUCA), член Европейского общества по механике (EUROMECH), член редакционного совета IEEE по системам управления. Он входит в состав ряда технических комитетов ИФАК и IEEE, возглавляет редколлегию международного научного журнала «Cybernetics and Physics», входит в состав редколлегий ряда других отечественных и международных журналов. Плодотворное сотрудничество возглавляемого им коллектива с ведущими учеными Австралии, Франции, Голландии и других стран, в том числе при выполнении совместных проектов, укрепило во всем мире авторитет Санкт-Петербургской научной школы теории управления. Научное творчество Александра Львовича обращает на себя внимание разнообразием применяемых методов и органичным сочетанием математической строгости с проникновением в суть практических задач. С момента его вхождения в современную теорию управления в ней не раз менялись приоритеты и смещались акценты вследствие новых технологических вызовов. Примечательна неизменно заметная роль Александра Львовича в формировании адекватных ответов на многие из этих вызовов. Его научный путь начинается в области теории абсолютной устойчивости, которая без сомнения является одним из знаковых и наиболее известных достижений российской школы теории управления. В течение следующего периода, условно ограниченного 1975–1989 гг., А.Л. Фрадков формируется как один из ведущих российских специалистов в области адаптивного управления, в те времена молодой и бурно развивавшейся дисциплины. Одно из важнейших достижений юбиляра на этом поприще – метод скоростного градиента, фундаментальный характер которого был продемонстрирован разнообразными эффективными приложениями, в том числе в управлении физическими и биологическими системами. Яркими событиями, которые во многом определили лицо российской науки в области адаптивного управления, были, с одной стороны, проведенная благодаря организаторской энергии Александра Львовича серия из шести ленинградских симпозиумов по теории и применению адаптивных систем в 1972–1999 гг.и, с другой стороны, опубликование в 1981 г. издательством «Наука» двух его монографий (совместно с В.А. Якубовичем и В.Н. Фоминым и с Д.П. Деревицким соответственно), систематизировавших оригинальные авторские концепции и результаты в целостную теорию с упором на практические приложения. Теория управления начала 1990-х гг. ознаменовалась значительным ростом интереса к колебательным и хаотическим системам; эту общую тенденцию подхватывает и Александр Львович. В частности, он разрабатывает возможности метода скоростного градиента как эффективного средства решения широкого класса задач управления колебательными системами и их синхронизации; его результаты, относящиеся к этой области, связаны с развитием перспективных направлений в вибрационных, лазерных и химических технологиях и системах передачи информации.  Изданные в 1998 и 1999 гг. книги А.Л. Фрадкова (совместно с А.Ю. Погромским, а также с И.В. Мирошником и В.О. Никифоровым соответственно) – это первый в мировой практике опыт монографической систематизации достижений периода 1990-х гг. в математической теории управления хаотическими системами.  Обзор этой области, выполненный юбиляром в соавторстве с Б.Р. Андриевским и опубликованный в 2003 г., удостоен премии Международной издательской компании «Наука/Интерпериодика» за лучшую публикацию года. Еще одна волна исследований, поднявшаяся в 1990-е гг., – управление молекулярными и квантовыми системами была мотивирована потенциальными приложениями к технологиям регулирования химических реакций, квантовых вычислений и наноматериалам; метод скоростного градиента нашел приложения и в этой области. Постепенно две упомянутых волны исследований размывали сложившиеся ранее представления о разграничении физики и кибернетики. Александр Львович одним из первых уловил потребность в осмысления новых фактов и тенденций, свидетельствующих в пользу зарождении новой научной области на стыке физики и теории управления и названной им «Кибернетической физикой». Более того, он проделал впечатляющую работу по концептуальному оформлению, развитию и продвижению кибернетической физики: из-под его пера вышла серия публикаций в престижных журналах, две монографии, сделано множество докладов, благодаря его энергии проведено несколько международных тематических конференций, организовано Международное общество физики и управления (IPACS), президентом-основателем которого он является, а также международный журнал «Cybernetics and Physics», в котором он является главным редактором. Начиная с 2003 г., общество IPACS проводит регулярные конференции «Физика и управление». А.Л. Фрадков возглавлял оргкомитет первых двух конференций, состоявшихся в Санкт-Петербурге в 2003 и 2005 гг. и собравших в стенах Аничкова дворца в Петербурге множество исследователей в области физики и кибернетики со всего мира. Другое многолетнее поприще Александра Львовича – управление сложными системами и сетями. Спектр исследований юбиляра в этой области простирается от принципиальных теоретических проблем, связанных с сетями физических и биологических осцилляторов и со значимыми для теоретической физики и нейробиологии вопросами, до практических аспектов функционирования масштабных электросетей. А.Л. Фрадковым были написаны аналитические обзоры в журнале «Автоматика и телемеханика», посвященные разработке единой теории информации, управления и вычислений (совместно с А.С. Матвеевым и Б.Р. Андриевским) и управлению сетевыми системами (совместно с А.В. Проскурниковым). Под его редакцией в 2015 году в издательстве Института компьютерных исследований (ИКИ) была опубликована одна из первых в России коллективных монографий по сетевому и многоагентному управлению. Александр Львович вкладывает много сил в развитие российской теории управления и науки в целом, достойно продолжая и эффективно развивая традиции созданной В.А. Якубовичем петербургской научной школы. Вызывает отдельное уважение большая работа юбиляра по увековечению памяти В.А. Якубовича, ушедшего из жизни в 2012 г., прежде всего, в форме пропаганды и распространения его научного наследия. О международном признании и авторитете научной школы А.Л. Фрадкова свидетельствует, помимо прочего, успех организованных под его руководством в 1997–2015 гг. крупных международных мероприятий, в частности, двух конференций «Управление колебаниями и хаосом», симпозиума ИФАК по нелинейным системам управления, двух конференций по физике и управлению, Европейской конференции по нелинейной динамике, семинара ИФАК «Адаптация и обучение в системах управления и обработки сигналов», семинара ИФАК «Периодические системы управления», мультиконференции ИФАК по системам и управлению,  конференции ИФАК по моделированию, идентификации и управлению нелинейными системами. В 1992 г. им была инициирована серия российско-шведских конференций по управлению; следствием его инициативы и руководства (совместно с профессором Леннартом Льюнгом) явилась стартовавшая в 1991 г. серия международных Балтийских олимпиад студентов и аспирантов по автоматическому управлению (BOAC), предоставлявших, помимо конкурсной программы, возможность контакта участников с ведущими учеными. В 1986 г. он инициировал традицию городских олимпиад школьников по информатике и привлек к их проведению ведущих ученых города; победители организованных таким образом олимпиад неоднократно демонстрировали выдающиеся успехи на общероссийских и международных олимпиадах. С 1989 г. работа со школьниками проходила в рамках созданного им на базе городского Дворца творчества юных, СПбГУ и других ведущих вузов города учебно-научного комплекса «Информатика и управление», который был одним из первых в стране и стал прототипом образованного в 1997 г. Санкт-Петербургского учебно-научного центра по проблемам машиностроения, механики и процессов управления. Александр Львович неоднократно привлекал ведущих мировых ученых к чтению актуальных лекций российским студентам в рамках различных мероприятий. С 1988 г. на базе возглавляемой им лаборатории в ИПМаш РАН проводится постоянно действующий городской семинар по теории управления, объединяющий ведущих специалистов Санкт-Петербурга. А.Л. Фрадков активно принимал участие в подготовке и проведении традиционных всероссийских молодежных научных летних школ «Управление, информация и оптимизация». Он был членом программного комитета всех девяти этих школ, а в 2016 г. – председателем оргкомитета. В течение многих лет Александр Львович активно ведет научно-общественную работу, являясь с 1991 г. вице-президентом Санкт-Петербургского Общества информатики, вычислительной техники, систем связи и управления, с 1999 г. – членом Российского Национального комитета по автоматическому управлению, с 2005 г. – президентом международного научного общества «Физика и управление» (IPACS). Он стоит у истоков созданной в 2012 г. Межрегиональной общественной организации «Общество научных работников», сопредседателем Совета которой он является. Александр Львович – член президиума Высшей аттестационной комиссии при Минобрнауки Российской Федерации и Совета по грантам при Правительстве РФ. Александр Львович – добрый, отзывчивый человек, заслуженно пользующийся уважением коллег и учеников. Поздравляем Александра Львовича Фрадкова с юбилеем, желаем ему крепкого здоровья, неизменного оптимизма и новых творческих успехов!

Приведены результаты исследований по влиянию температуры активной среды, изменяющейся при работе полупроводниковых и твердотельных (DPSS) лазеров видимого диапазона, на выходные спектральные характеристики. Представлены результаты изучения спектрально-оптических параметров излучения полупроводниковых лазеров, их длин когерентности и зависимости положения спектрального максимума от температуры. Это необходимо для подбора наиболее оптимального лазера, который в дальнейшем планируется использовать в медицинской офтальмологической диагностике. Эксперимент проводился с использованием твердотельных (DPSS) и полупроводниковых лазерных модулей на основе лазерного диода. Получены спектральные зависимости от температуры активной среды лазеров в диапазоне от 300 до 370 К. Спектры были записаны с помощью автоматизированного спектрального комплекса на базе монохроматора МДР-23. Показана возможность определения внутреннего повреждения стабилизации лазерных модулей без механического вмешательства, а только с использованием их спектральной характеристики. Полученные данные позволяют учитывать температурные характеристики и дальнейшую оптимизацию параметров таких лазеров.

Для определения возможности использования готовых цветных аэрофотоснимков в корреляционно-экстремальных системах навигации необходимо оценить стабильность цифровых цветных фотоаппаратов потребительского класса как устройств формирования изображений. В статье приведены результаты экспериментальной проверки гипотезы о малости вариативности получаемых фотоснимков в зависимости от модели применяемого фотоаппарата и от изменений фоновой обстановки объекта съемки. В экспериментальной части фотосъемка объекта ведется при неизменных условиях различными фотоаппаратами, а затем – одним фотоаппаратом, но с использованием различных цветных фонов. Анализ результатов показал, что отличия цветовых координат сжатых изображений, выдаваемых фотоаппаратами различных моделей, достигают 70%, что неприемлемо для использования в интересующих исследователей алгоритмах. Применение цветокоррекции в графическом редакторе позволяет снизить разброс до порядка 25%, что несколько превышает принятый предельно допустимый уровень погрешностей изображений (менее 15–20%). В случае обработки «сырых» данных размах отклонения сокращается до 15%, что удовлетворяет выдвигаемому критерию. Изменение фоновой обстановки вызывает малую (8% в худшем случае) аддитивную погрешность определения цветовых координат. По результатам экспериментов передаточную характеристику фотоаппарата можно считать стабильной во времени и от включения к включению. Полученные результаты позволяют утверждать, что применение изображений в форматах с сжатием способно вызвать нарушения функционирования алгоритмов корреляционно-экстремальных систем навигации. Гипотеза о малости вариативности фотоснимков по отношению к используемому фотоаппарату признана справедливой при условии получения и последующей обработки «сырых» данных, а также наличия в поле зрения устройства хотя бы одного эталонного объекта, цвет которого заранее известен

 Предмет исследования. Исследованы методы оптической когерентной томографии, основанные на освещении исследуемого объекта с определением степени отражения излучения по глубине микроструктуры объекта. При этом выбор метода освещения определяет основные характеристики системы, в том числе чувствительность и быстродействие при исследовании биологических тканей. При создании систем оптической когерентной томографии без механического сканирования объекта по полю использованы методы освещения полного и линейного поля в сочетании с перестраиваемым по длине волны лазерным источником. Цель данной работы состоит в получении количественной оценки энергетической эффективности оптической системы томографа с линейным полем освещения и перестраиваемым источником излучения, а также сравнении данного метода с методом полного поля. Метод. На основе модели оптической системы томографа проведена трассировка лучей и определено распределение энергии излучения, отраженного от исследуемого объекта и зарегистрированного приемником излучения. Оценена величина фотоэлектрического сигнала и отношение сигнал-шум. Основные результаты. Показано, что система с линейным освещением обладает существенно более высокой чувствительностью (97 дБ) по сравнению с системой полного поля (78 дБ). При этом система с линейным полем освещения позволяет отказаться от подвижных механических элементов при получении B-скана. Предложена оригинальная схема осветительного канала томографа, позволяющая получить равномерное распределение интенсивности вдоль линии освещения без снижения чувствительности на краях поля изображения. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для создания компактной спектральной системы оптической когерентной томографии реального времени.

 Предмет исследования.Изучена возможность использования метапленки в качестве биосенсора для определения концентрации глюкозы в крови человека. Метод. Использована метапленка – полосовой фильтр на основе крестообразных резонаторов для терагерцового диапазона частот, на спектр пропускания которого сильно влияет изменение свойств окружающей среды, в том числе изменение показателя преломления. Изменение концентрации глюкозы в крови влечет за собой изменение оптических свойств крови, поэтому, если фильтр находится в контакте с кровью, она смещает спектр пропускания фильтра в сторону меньших частот, причем величина этого смещения зависит от содержания сахара. Основываясь на более ранних исследованиях зависимости диэлектрической проницаемости крови от концентрации глюкозы, выбраны три частоты, на которых проводилось более детальное изучение. Все спектры пропускания были получены в результате численных экспериментов в среде COMSOL Multiphysics. Основные результаты. Разработан общий алгоритм подбора геометрических параметров фильтра на основе крестообразных резонаторов для заданных резонансной частоты и добротности. С помощью этого алгоритма рассчитаны три биосенсора, с различными спектральными характеристиками, с целью выявления лучших свойств фильтра для биосенсорных применений. Доказана возможность использования биосенсора на основе метапленки для определения концентрации глюкозы в крови, причем фильтр с большей резонансной частотой (0,5 ТГц) обладает большей чувствительностью – от 2,0 ммоль/л до 0,5 ммоль/л в диапазоне 3,0–19,0 ммоль/л. Практическая значимость. Данный метод позволит в дальнейшем перейти от инвазивного измерения концентрации глюкозы в крови к неинвазивному, поскольку изменение химического состава крови может изменять показатель преломления кожи. В свою очередь, биосенсоры данного типа обладают высокой чувствительностью к изменению оптических свойств материала.

 Предмет исследования. Рассмотрена задача компенсации внешнего возмущения для класса линейных стационарных объектов с известными параметрами и запаздыванием. Метод. Возмущение представлено как сумма нерегулярной и регулярной составляющих. Нерегулярная составляющая возмущения рассмотрена в качестве неизвестной ограниченной функции времени. Регулярная составляющая возмущения может быть представлена как неизмеряемый выход линейной автономной модели (экзосистемы) с известным порядком и неизвестными параметрами. Для решения задачи с помощью наблюдателя вектора состояния экзосистемы и предиктора этого вектора формируется параметризованное представление возмущения, которое позволяет применить метод непосредственной компенсации. В целях устранения негативного влияния запаздывания строится модифицированный алгоритм адаптации, который на основе расширенного вектора состояния генерирует настройки регулятора с упреждением. Для сохранения устойчивости замкнутой системы при наличии в возмущении нерегулярной составляющейв алгоритме адаптации используется робастная модификация. В отличие от распространенных подходов алгоритм не требует идентификации параметров возмущения и позволяет исключить из системы управления ограничения в виде критического коэффициента адаптации или запаздывания. Основные результаты. В целях демонстрации работы предлагаемого подхода приведены результаты моделирования в среде MATLAB/Simulink. Результаты проиллюстрировали ограниченность всех сигналов в системе управления в условиях внешнего возмущения. Показано, что предлагаемый поход позволяет сохранить устойчивость в системе при разных значениях входного запаздывания. Практическая значимость. Алгоритм адаптивной компенсации рекомендуется использовать в: задачах управления различными устройствами активной виброзащиты, где возможно выделение доминирующих гармоник и спектра вибрационного сигнала; задачах управления робототехническими комплексами при наличии периодических (повторяющихся) движений; задачах компенсации качки в корабельных системах; задачах стабилизации космических объектов при наличии неконтролируемого вращения и т.д.

Рассмотрена проблема робастной стабилизации многомерной системы на примере управления двухроторным мехатронным стендом Twin Rotor MIMO System, где нелинейная динамика и параметрические неопределенности были рассмотрены как возмущающие воздействия. Предложенный закон управления состоит из двух составляющих: линейная составляющая гомогенизирует замкнутую систему с заданной степенью однородности; однородная составляющая стабилизирует систему асимптотически или финитно в зависимости от степени однородности. Ввиду однородности замкнутой системы при отсутствии возмущающих воздействий синтезированный закон управления обеспечивает устойчивость замкнутой системы по входу–состоянию. В отличие других работ, при синтезе управления двухроторным стендом представленный подход не требует проведения декомпозиции системы и (или) рассмотрения влияния перекрестных связей в виде возмущающих воздействий.Дляподтверждения эффективности представленных результатов была проведена экспериментальная апробация на мехатронном стенде.

 Получены пористые пленки полипропилена, содержащие сквозные каналы и проницаемые для жидкостей, методом, основанным на экструзии расплава полимера с последующими отжигом, одноосным растяжением и термофиксацией. Исследовано влияние условий получения пленок на характеристики их пористой структуры и функциональные свойства – пористость и проницаемость – при проведении растяжения при комнатной температуре («холодная» вытяжка) и при включении в процесс стадии дополнительной («горячей») вытяжки. Методом фильтрационной порометрии измерены проницаемость, размеры и число сквозных пор. Определена общая пористость образцов как доля их объема, занятого порами, по измерению соотношения плотностей пористых и непористых пленок. Методом сканирующей электронной микроскопии получены картины поверхности пленок, которые демонстрируют характерные особенности их структуры. Определено влияние степени ориентации расплава при экструзии (фильерная вытяжка) на пористую структуру пленок. Установлено, что увеличение кратности фильерной вытяжки приводит к росту сквозной проницаемости, общей пористости и размеров пор. Показано, что возрастание степени ориентации при дополнительной «горячей» вытяжке позволяет повысить функциональные характеристики пористых образцов. В процессе получения пленок, включающем две стадии растяжения («холодную» и «горячую» вытяжки) были достигнуты значения общей пористости и проницаемости 60% и 400 л/(м2×ч×атм) соответственно, которые являются одними из самых высоких среди известных из научной и патентной литературы величин этих характеристик для полимерных пористых пленок и определяют эффективность их применения как фильтрационных материалов

 Предмет исследования.Разработаны добавки к шампуням на основе наночастиц различной природы с   микро- и наноразмерным пространственным разрешением. Исследовано воздействие разработанных нанодобавок на структуру поверхности волосяных волокон. Изучено влияние добавки комплексов наночастиц различной природы для шампуней и влияние добавки на структуру кутикул волоса методами оптической и атомно-силовой микроскопии. Методы. В работе использовались методы химического выделения веществ, метод центрифугирования, метод лазерной абляции, методы оптической и атомно-силовой микроскопии. Основные результаты. Исследованы структуры волос различных типов: нормальный, жирный, сухой, а также волос животного с использованием оптического и атомно-силового микроскопа. Подготовлены коллоидные растворы металлов и их соединений: Ag, Au, Cu, Fe, Zn, Si, S, MoO3. Созданы два типа добавок к шампуням: для жирных/нормальных волос и для сухих волос. Показана эффективность применения активной добавки к шампуням на основе комплексов наночастиц различной природы. Практическая значимость. Разработка шампуней с добавлением комплексов наночастиц различной природы позволит повысить эффективность действия традиционных типов шампуней, в частности, восстановление и поддержание нормальной структуры волоса

Приведены результаты синтеза наночастиц селена в различных жидких мономерах методом лазерной абляции. В качестве конденсирующих жидкостей для лазерной абляции выбраны следующие вещества: изодецилакрилат (IDA, Isodecylacrylate, Aldrich), карбоксиэтилакрилат (2Car, 2-carboxyethyl acrylate, Aldrich), этиленгликольфенилакрилат (PEA, Ethylene glycol phenyl ether acrylate, Aldrich), а также коммерчески доступная смесь мономеров Ebecryl(CytecIndustriesInc.), являющаяся в настоящей момент одной из возможных компонент современных лаковых покрытий. Таким образом, предложен метод одновременного синтеза наночастиц селена и инкорпорирования их в мономер. Методом сканирующей микроскопии установлено, что размеры полученных наночастиц составляют от 50 до 200 нм. Результаты инфракрасной спектроскопии полученных коллоидных растворов показали отсутствие взаимодействий наночастиц селена с мономерами. Полученные стабильные коллоидные растворы наночастиц селена интересны с точки зрения получения биосовместимых полимерных композитов, обладающих уникальными свойствами, в том числе фунгицидными и антибактериальными. В работе показана возможность создания полимерных пленок на основе полученных коллоидов методом ультрафиолетовой полимеризации с добавлением других мономеров и (или) смеси олигомеров, а также использования фотоинициатора полимеризации 2,2-диметокси-2-фенилацетонфенол, чувствительного в ультрафиолетовой области (365 нм). Инфракрасная спектроскопия полимерных нанокомпозитов показала отсутствие взаимодействий наночастиц селена с полимерными матрицами. Такие твердые полимерные пленки перспективны для биомедицинских применений, например, в качестве противогрибковых покрытий различных поверхностей.

 Предмет исследования. Предложены схемы организации работ на проектных и производственных предприятиях Индустрии 4.0 типа «цифровая фабрика» и «умная фабрика». Предприятия типа «цифровая фабрика» и «умная фабрика» являются основой высокотехнологичных производств будущего, разрабатываемых в рамках реализации в Российской Федерации Национальной технологической инициативы по направлению «Технет». Метод. Использованы методы организации проектных и производственных работ по разработке и изготовлению изделий приборостроения в условиях фабрик будущего на основе общей теории автоматизации проектирования в области приборостроения. Основные результаты. Показано, что эффект от внедрения предлагаемых принципов организации проектных и производственных предприятий в формате фабрик будущего способствует переходу промышленного сектора экономики Российской Федерации к работе по цифровым технологиям. Основным результатом исследования являются схемы организации проектных и производственных работ на предприятиях Индустрии 4.0 типа «цифровая фабрика» и «умная фабрика». Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при разработке алгоритмов автоматизированного проектирования приборостроительного (машиностроительного) цифрового производства, функционирующего в условиях цифровой экономики Российской Федерации.

Предмет исследования. Исследована задача детектирования атак повторного воспроизведения на голосовые биометрические системы. Подобные атаки, в силу простоты своей реализации, с большей вероятностью используются злоумышленниками и поэтому представляют собой особую опасность. В данной работе описана система детектирования атак повторного воспроизведения, которая была представлена на конкурсе ASVspoof2017 по этой проблеме. Метод. Исследована эффективность подхода на основе глубоких нейронных сетей для решения описанной задачи, в частности, конволюционных нейронных сетей с Max-Feature-Map активационной функцией.Основные результаты. Результаты экспериментов на базе конкурса показали, что предложенный подход превосходит современные методы по качеству детектирования спуфинг-атак. Лучшая представленная система продемонстрировала ошибку EER, равную 6,73% на подмножестве неизвестных атак, что на 72% лучше базового метода, представленного на конкурсе. Практическая значимость. Результаты работы могут найти применение в области голосовой биометрии. Представленные методы могут быть использованы в системах автоматической верификации и идентификации дикторов по голосу для детектирования атак с целью взлома.

 Предложен новый метод решения системы линейных алгебраических уравнений, названный матрично-итерационным. Метод получен при анализе решения задачи томографического сканирования пространства и является  одним из методов многоканальной томографии, которую разрабатывает автор. Практически все методы многоканальной томографии сводятся к восстановлению искомого распределения некоторой физической величины с помощью решения системы линейных алгебраических уравнений, часто недоопределенной. Искомое распределение представляется вектором-оригиналом. В томографическом сканировании восстанавливается распределение мощностей точечных источников излучения по сектору обзора. Эта задача диктует определенные априорные данные, которые позволили разработать новый метод решения системы линейных уравнений: большинство компонент искомого вектора равны фоновому значению, например нулевому, а бо́льшие значения представляют собой d-образные разреженные выбросы. Получающееся в рассматриваемой задаче векторно-матричное уравнение, идентичное системе уравнений, является недоопределенным и часто включает матрицу неполного ранга или плохо обусловленную матрицу. В отличие от известных методов решения такого уравнения при частичной априорной информации о восстанавливаемом векторе, матрично-итерационный метод не предполагает никакого его преобразования, предшествующего решению. Этот метод прост в реализации и не содержит таких неоднозначных величин, как, например, параметр регуляризации. По сути своей – это программный метод, достаточно просто реализуемый. Альтернативным вариантом решения системы уравнений без предварительного ее преобразования является метод псевдообращения, для реализации которого априорная информация вообще не нужна и который дает либо решение с минимальной нормой (если система совместна), либо решение, обеспечивающее минимальное квадратическое отклонение. Этот метод послужил основой матрично-итерационного метода, являясь, в частности, первой его итерацией. На последующих итерациях из матрицы системы исключаются столбцы, соответствующие тем значениям решения, получившегося на предыдущей итерации, которые выявляются как фоновые. Повторяется процесс псевдообратных решений с изменяющейся матрицей до тех пор, пока все получившиеся значения не окажутся превышающими фоновый уровень. Матрично-итерационный метод позволяет получить практически точное решение в случае, если вектор-оригинал входит в бесчисленное множество решений системы уравнений. Если же вектор-оригинал, из-за отклонений параметров задачи, не входит в число решений, то и в этом случае матрично-итерационный метод дает достаточно хороший результат, что позволяет говорить о его устойчивости.

 Исследованы вопросымежсайтовой лингвистической идентификации пользователей интернет-ресурсов по коротким электронным сообщениям, полученным из нескольких источников (сайтов, средств онлайн-коммуникации).  Рассмотрена возможность идентификации пользователя одного интернет-ресурса по его сообщениям на другом интернет-ресурсе. Определена возможность формирования единого признакового пространства для сообщений, полученных из различных источников, обеспечивающая достаточную точность лингвистической идентификации. Показано, что существует стилистическая разница между текстами сообщений, созданными одним пользователем, но с использованием различных средств коммуникации.Рассмотрены две задачи межсайтовой идентификации: 1) идентификация по смешанным данным – обучающая и тестовая выборки сформированы из сообщений, полученных из нескольких источников (сайтов); 2) разделенные источники – обучающая выборка сформирована из сообщений одного источника, тестовая из сообщений другого источника.Результаты экспериментов показали, что при обучении на смешанных данных достоверность идентификации составляет 0,82, при обучении на данных различных источников достоверность идентификации – 0,74. Сделаны выводы, что существует стилистическая разница между текстами сообщений, созданными одним пользователем, но с использованием различных средств коммуникации.Но в то же времясуществует возможность сформировать единое признаковое пространство для сообщений, полученных из различных источников, обеспечивающее достаточную точность лингвистической идентификации

 Рассмотрена проблема установления личности клиента при проведении платежной операции с использованием мобильных устройств и веб-приложений. Обозначены стандартные способы идентификации пользователей при проведении платежной операции. Обсуждены основные критерии качества систем идентификации в мобильных устройствах и веб-приложениях, такие как точность правильного распознавания современных клиент-серверных систем, среднее время идентификации, возможность распределения вычислений, а также удобство использования. Особое внимание уделено вычислительным и временным затратам, поскольку они являются наиболее существенными для клиентов, использующих практически применимые мобильные и веб-приложения. Обозначены преимущества и недостатки применения систем распознавания лиц для проведения идентификации. Дано описание каждого элемента системы, участвующего в проведении безопасной банковской транзакции в процессе осуществления платежной операции. Представлена клиент-серверная модель взаимодействия системы распознавания лиц для обеспечения безопасности при совершении покупок с использованием мобильных устройств или веб-приложений. Приведены экспериментальные оценки среднего времени идентификации для систем распознавания лиц. Разработанная модель взаимодействия позволила сократить затрачиваемое клиентом на транзакцию время в среднем на 47% по сравнению с использованием стандартных средств идентификации.

 Предмет исследования. Рассмотрен один из возможных подходов к исследованию Ethernet сетей путем их имитационного моделирования в среде OMNeT++ с использованием фреймворка INET. Показана возможность исследования сетевых моделей как в режиме пошагового выполнения, так и в режиме получения обобщенных статистических характеристик их работы. Метод. При изложении предлагаемого подхода использован метод последовательного усложнения сетевых моделей с учетом особенностей существующих типовых протоколов и сетевых реализаций. Показана простота реализации предлагаемого подхода, которая базируется на имеющемся в составе фреймворка INET широком наборе уже готовых компонентов для описания различных элементов сети. Это позволяет, используя только графический редактор и встроенный язык описания сети NED, формировать достаточно сложные сетевые модели. Дано краткое описание основных компонентов фреймворка INET, позволяющих в режиме графического редактирования формировать структуру исследуемой сети.Основные результаты.Представлена методика построения имитационных моделей сетей с достаточно подробным описанием основных этапов моделирования. Рассмотрены простейшие приемы по запуску модели сети в работу и анализу полученных результатов. Показана возможность создания в проектах фреймворка INET пользовательских составных модулей, которые, являясь готовыми компонентами, могут использоваться в моделях более сложных сетевых структур. На базе сформированного подхода были построены модели как базовых, так и смешанных Ethernet топологий, что позволило провести достаточно подробный анализ каждой из этих топологий. Практическая значимость. Описанный инструментарий позволяет проводить исследования по обоснованию проектных решений построения распределенных компьютерных сетей, а также при создании средств поддержки автоматизированного проектирования инфокоммуникационных систем и сетей.

 При моделировании систем массового обслуживания традиционно предполагается, что распределение интервалов между поступающими в систему заявками имеет унимодальный вид. В то же время на практике встречаются системы с полимодальным распределением интервалов, имеющим две и более моды. При исследовании таких систем полимодальное распределение обычно заменяется унимодальным с совпадающими числовыми моментами, что упрощает процесс моделирования, но вносит методическую погрешность в получаемые результаты. Предметом исследования является анализ свойств полимодальных потоков и оценка величины этой погрешности. В качестве метода исследования предложено имитационное моделирование в среде AnyLogic, позволившее выявить зависимость погрешности от загрузки системы. Выявлено, что в высоконагруженных системах вносимая заменой погрешность не превышает 15%, но с уменьшением загрузки системы погрешность увеличивается и может достигать сотен процентов. В ходе многочисленных экспериментов выявлено, что значение коэффициента вариации интервалов между поступающими заявками в полимодальном потоке с увеличением межмодового интервала стремится к значению, не превышающему единицу. Практическая значимость работы состоит в упрощении процесса проектирования высокозагруженных вычислительных систем с использованием имитационных и аналитических моделей за счет замены полимодальных потоков унимодальными. При этом обеспечивается заданная точность расчета характеристик.

 Предмет исследований.Исследованы методы верификации поведенческих моделей с использованием средств программируемых логических интегральных схем. Показано, что применение верификации с использованием средств программируемой логики позволяет выявить функциональные ошибки, не определяемые на этапе верификации с помощью традиционного маршрута проектирования интегральных схем. Метод. Предложен подход к двухэтапному прототипированию интерфейсных блоков интегральных схем с помощью средств программируемой логики с использованием стандартных IP-блоков и внешних устройств. Предложено добавление дополнительного этапа верификации, осуществляемого после выполнения верификации согласно традиционному маршруту проектирования интегральных схем в системе автоматического проектирования Cadence. Основные результаты. Подход использован для верификации блока последовательного периферийного интерфейса в составе интегральной схемы микромеханического акселерометра. В результате верификации модели интерфейсного блока определено, что первый этап прототипирования с использованием стандартных интерфейсных IP-блоков позволяет выявить имеющиеся функциональные ошибки в устройстве с минимальными временными затратами. При отсутствии стандартных IP-блоков модель верифицирующего устройства необходимо разработать отдельно, что может привести к возникновению рисков неработоспособности конечного устройства. Второй этап прототипирования с использованием внешнего подключаемого верифицирующего устройства позволил избавиться от ошибок, связанных с задержками распространения сигнала вне интегральной схемы, и избежать ограничений, связанных с отсутствием необходимых IP-блоков. Практическая значимость. Двухэтапное прототипирование может быть использовано при проектировании интерфейсных блоков интегральных схем с целью минимизации вероятности появления ошибок при передаче данных. По результатам двухэтапного прототипирования модели блока последовательного периферийного интерфейса выявлены и исправлены функциональные ошибки, которые не были выявлены с помощью этапа верификации традиционного маршрута проектирования. Спроектированная с помощью предлагаемого подхода модель использована при разработке интегральной схемы для микромеханического акселерометра.

 Предложен алгоритм захвата и сопровождения объекта в кадре для автоматической фазовой фокусировки однообъективной камеры с зеркальным обтюратором. Захват осуществляется путем идентификации объекта через фильтрацию границ и контуров при помощи оператора Канни, затем используется преобразование Хафа для обнаружения характерных линий объекта. Надежное сопровождение объекта обеспечивается за счет предиктора/корректора, основанного на фильтре Калмана. Предложенный алгоритм расчета дал возможность добиться оптимальной производительности, достаточной для захвата и сопровождения объекта в кадре и его своевременного экспонирования. Предложенный алгоритм реализован для слежения за объектом в пределах сцены, траектория и скорость которого заранее неизвестны, что исключает возможность построения самообучающегося алгоритма. Из существующих методов фильтрации оператор Канни обеспечивает наиболее точное детектирование границ объекта, что упрощает последующую обработку изображения. Введение дополнительного преобразования Хафа позволяет ускорить расчеты путем уменьшения объема обрабатываемых данных, что подтверждает скорость работы алгоритма в целом по сравнению с классическим способом фильтрации. Использование фильтра Калмана в качестве предиктора/корректора позволяет заранее определить точку для фокусировки в следующий момент времени. Предложенный алгоритм расчета дает возможность добиться оптимальной производительности, достаточной для захвата и сопровождения объекта на сцене, а также для своевременного экспонирования кадра.

 Предложен и исследован алгоритм реализации цифровых регуляторов систем управления в арифметике с фиксированной запятой на основе адаптивного выбора дискретной подстановки для перехода из s- в z-область и дискретного оператора (z- или δ-оператора). Приведены результаты экспериментальной проверки предлагаемых критериев выбора дискретных подстановки и оператора, тестирования алгоритма. Предлагаемый подход позволил сократить число используемых логических элементов в реализации регуляторов на программируемых логических интегральных схемах или заказных микросхемах в 2–3 раза и более при обеспечении заданного уровня точности по сравнению с традиционной методикой на основе применения подстановки Тастина и z-оператора, а также уменьшить трудоемкость разработки. Полученные результаты имеют прикладное значение при проектировании электронных блоков автономных встраиваемых систем, космических аппаратов и других объектов, для которых характерны  ограничения по массе, габаритам и энергопотреблению, позволяя преодолеть указанные ограничения.

 Предмет исследования. Проведенанализ эффективности приоритетного обмена с учетом ненадежности передач в системах передачи данных, представляемых многоканальными системами массового обслуживания с общей очередью. Выполнено исследование возможности повышения эффективности приоритетного обмена в условиях ненадежности передач при резервировании каналов связи. Метод. Анализ эффективности резервированных передач пакетов проведен на основе имитационного моделирования. Комплексная эффективность резервированной передачи пакетов определена на основе мультипликативного показателя, учитывающего безошибочность передачи и средний запас времени относительно предельно допустимой задержки передачи. Основные результаты. Предложена имитационная модель системы передачи данных с введением приоритетов и резервирования передач, критичных к задержкам запросов. Проведены имитационные эксперименты по оценке эффективности при повышении приоритета и кратности резервирования, критичных к времени ожидания запросов. Показано существование области эффективности применения приоритетных резервированных передач запросов, критичных к времени ожидания. Практическая значимость. Представленные результаты могут быть использованы при проектировании высоконадежных компьютерных систем, в том числе систем предоставления информационных услуг.

 Предметисследования. Исследованы платформы для создания мобильных приложений с outdoor-квестами. Предложен метод автоматизации проектирования и планирования outdoor-квестов. Изложены принципы автоматизации создания мобильных приложений, содержащих данные квесты. Метод. Новизна подхода состоит в использовании процедурной генерации квестов на основании ограничений. Предложенная архитектура основана на решениях с открытым исходным кодом и содержит в себе специализированные инструменты для автоматического создания шаблонов outdoor-квестов по различным тематикам, а также настраиваемые шаблоны мобильных приложений. Основные результаты. Для оценки свойств предлагаемой архитектуры выполнено экспериментальное исследование.С помощью генератора квестов и шаблонов приложения реализовано и опубликовано демонстрационное приложение для операционной системы Android. Приложение содержало два квеста – созданный генератором квестов и дополненный человеком, а также квест, полностью созданный человеком. Для выявления возможных отличий между различными подходами к созданию квестов выполнено измерение времени, затрачиваемого на полное прохождение квеста, нахождение отдельных объектов и сопоставление полученных данных. Исследования временных зависимостей прохождения квестов пользователями показало, что время, затраченное на поиск конкретных объектов и прохождение квеста в целом для ручного и автоматического квестов, отличается в пределах, не превышающих длительности цикла внимания, что демонстрирует принципиальную возможность использования автоматически сгенерированных квестов. Практическая значимость. Разработанный автоматический генератор может применяться в широком диапазоне тем, поскольку подбор объектов для планирования квестов осуществляется на основании критериев геометрии маршрута и ключевых слов. Приложения с outdoor-квестами, создаваемые с помощью платформ, порождаемых архитектурой, могут быть адаптированы под различные предметные области. При этом скорость создания приложений повышается за счет автоматизации и использования шаблонов.

 Предмет исследования.Предложено комбинированное применение аналитико-статистических методов моделирования, позволяющее ускорить численный расчет и анализ характеристик сложных технических систем методом машинной имитации. Выполнена оценкаэффективности совместного применения аналитико-статистических методов моделирования в сравнении с непосредственным моделированием по числу испытаний. Используемые подходы.Метод расслоенного моделирования позволяет понизить дисперсию оценки средней характеристики в сравнении с методом прямого моделирования. Метод равновзвешенного моделирования позволяет существенно сократить число испытаний без потери точности вычисления. Совместное применение аналитико-статистических методов обеспечивает ускорение анализа характеристик систем с распределенной структурой методом имитации.Основные результаты.Предложенаинтерпретация и развитие методов расслоения и равновзвешенного моделирования применительно к задачам системного проектирования. Приведен тестовый пример, демонстрирующий возможный выигрыш применения аналитико-статистических методов при моделировании маловероятных событий на примере расчета надежности системы. Практическая значимость. Совместное применение методов расслоения и равновзвешенного моделирования позволяет существенно ускорить алгоритмический анализ моделей стохастических систем методом имитации.

 Предмет исследования.Рассмотрена задача о динамике пленки вязкой жидкости на поверхности вращающегося цилиндра. Целью работы является анализ устойчивости системы при малых наклонах оси цилиндра к вертикали. Проанализирована устойчивость пленки на поверхности строго вертикального цилиндра, исследована динамика пленки при периодическом во времени малом отклонении барабана от вертикальной оси. Методы. В исходные уравнения Навье–Стокса, описывающие динамику вязких жидкостей, введен малый параметр – отношение толщины слоя жидкости к радиусу цилиндра. Благодаря этому оказалось возможным применение асимптотических методов, что позволяет вывести упрощенное уравнение толщины пленки. Полученное уравнение является нелинейным уравнением в частных производных и в общем виде не может быть разрешено аналитически. Для исследования его решения применена теория возмущений. Проведен линейный анализ устойчивости однородной пленки на поверхности вертикального цилиндра, а также изучен отклик на периодическое во времени возмущение угла наклона цилиндра. Основные результаты. Показано, что в случае строго вертикального цилиндра силы поверхностного натяжения влекут неустойчивость осесимметричных возмущений с длиной волны больше критической. Найденное значение критической длины волны возмущения пропорционально радиусу цилиндра. Для случая колебаний оси цилиндра около вертикали показано, что возникает слой жидкости неравномерной толщины с диаметрально противоположными утолщением и утоньшением. Продемонстрирована возможность резонанса при совпадении частоты колебаний оси цилиндра с частотой его вращения. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для лучшего понимания и последующего совершенствования существующих технологических процессов.

Предмет исследования. Рассмотрена спектральная задача для цепочек слабосвязанных шарообразных резонаторов при воздействии внешнего магнитного поля. Изучены две базовых геометрии цепочек, состоящих из идентичных резонаторов: цепочка с однократным изломом и цепочка с симметричным разветвлением. Вектор индукции магнитного поля направлен перпендикулярно плоскости, содержащей центры формирующих цепочку резонаторов. В точках сочленения резонаторов приложен дельтаобразный потенциал с одинаковой для всех таких точек интенсивностью. Метод. Математическая модель цепочки резонаторов, взаимодействующих друг с другом посредством одной точки, построена на основе теории самосопряженных расширений симметрических операторов. Сопряженное расширение в работе описано с помощью модификации формул Неймана. Части рассматриваемых систем обладают периодичностью, а сама модель построена таким образом, что метод трансфер-матриц, приспособленный для решения одномерных задач, может быть применен для получения спектра модельного гамильтониана. Основные результаты. Для обеих цепочек аналитически описана структура спектра: получены уравнения и неравенства, позволяющие найти зоны непрерывного спектра, а также значения энергий, относящиеся к дискретному спектру. Проведено численное моделирование, наглядно показывающее структуру непрерывного спектра рассматриваемых систем в зависимости от параметров модели. Практическая значимость. Так как модель имеет довольно большое количество варьируемых параметров, она может быть использована для построения реальных систем, обладающих определенными спектральными свойствами. Рассмотренные в работе геометрии являются базовыми элементами, на основе которых можно конструировать более сложные системы.

 Предмет исследования. Проанализированы современные стандарты описания компетенций и результатов обучения. Разработана модель образовательной программы, позволяющая построить корректную образовательную программу на основе анализа пререквизитов и результатов обучения программы и ее составных частей. Определена концепция построения электронной информационно-образовательной среды нового поколения, предоставляющей возможность автоматического построения индивидуальных траекторий обучения на основе анализа достижений, пожеланий и особенностей обучающихся. Метод. Для построения корректной образовательной программы определены основные правила формирования такой программы, на основе которых путем анализа пререквизитов и плановых результатов обучения, достижений, пожеланий и функционального состояния обучающегося становится возможным формирование его индивидуальной траектории обучения по программе. Основные результаты. Проведен анализ существующих стандартов в области образования, разработаны модели и правила формирования наборов обучающих модулей, используемых для формирования образовательных траекторий, разработаны модели учета достижений обучающихся при формировании траекторий, разработан метод анализа функционального состояния обучающегося с целью создания адаптивной обучающей среды. Практическая значимость. Формирование индивидуальных траекторий обучения с учетом достижений и функционального состояния обучающегося позволяет в автоматическом режиме построить образовательный процесс, подходящий каждому конкретному обучающемуся, и удовлетворяющий требованиям образовательной программы

Предмет исследования. Предложена образовательная платформа, созданная на базе автоматизированного производства в концепции Индустрия 4.0. Описан процесс взаимодействия компонентов автоматизированного участка. Представлено описание процесса внедрения новых компонентов в стандартизированную архитектурную модель. Метод. При создании автоматизированного участка производства используется современная сервис-ориентированная архитектурная модель, описывающая процесс производства как со стороны жизненного цикла, так и на различных уровнях иерархии, а также уровнях взаимодействия компонентов данного производства. Основой созданного участка является одноплатный компьютер RaspberryPi, на котором запускается сервер обмена данными между базой данных и гравировальным участком. Основные результаты. В работе была спроектирована модель для следующего этапа дополнения производства с помощью комплекса 3D-принтеров. Также были определены интерфейсы взаимодействия между компонентами автоматизированного участка. Практическая значимость. Созданный участок производства позволяет ознакомиться с основой концепции Индустрия 4.0. Разработанная модель будет реализована для обучения студентов работе с современной промышленной автоматизацией. Кроме того, архитектура созданного участка предоставляет возможность отрабатывать новые программы по автоматизации, внедрять дополнительные компоненты производства, а также исследовать их взаимодействие с существующими.