Наука



Основні результати наукових досліджень та науково-технічних розробок за пріоритетними напрямами

Науково-дослідна робота в НДІ АЕД виконується за 2 пріоритетними напрямками розвитку науки і техніки: 2. «Інформаційні та комунікаційні технології. Нові апаратні рішення для перспективних засобів обчислювальної техніки, інформаційних і комунікаційних технологій»; 3. «Енергетка та Енергоефективність. Науково-технічні засоби підвищення ефективності, стійкості та надійності роботи електроенергетичних систем».

Для виконання вище зазначених НДР було залучено 4 штатних науковця та 2 сумісника, серед яких 2 д.т.н. (1 – штатний працівник, 1 – сумісник) та 1 к.т.н. (1 – сумісник), 2 аспіранти та більше 50 студентів.

У звітному році з використанням результатів виконаних робіт подано 3 заявки на створення моделі об’єкту промислової власності, отримано 4 патенти, видано 1 підручник, підготовлено до друку 1 навчальний посібник, опубліковано 28 статей, 14 з них у фахових та наукометричних виданнях, зроблено 46 доповідей на конференціях та семінарах, з них 10 на міжнародних конференціях. Результати робіт використано для участі в 3 виставках. Було залучено 56 студентів до виконання НДР. За результатами виконання НДР було захищено 18 магістерських дисертацій, в тому числі по держбюджетній тематиці – 14, 3 дипломні проекти/роботи спеціаліста, в тому числі по держбюджетній тематиці – 2, 16 дипломних робіт бакалаврів, в тому числі по держбюджетній тематиці – 11. Всього за результатами виконання НДР – 37, з них 27 за держбюджетною тематикою.

Результати впроваджені в навчальний процес кафедри автоматизації експериментальних досліджень НТУУ «КПІ»:

  • д/б тема 2728п: при викладанні курсів «Системи обміну вимірювальною інформацією» (розділ «Проектування мікроконтролерних промислових мереж»), «Комп’ютерні засоби вимірювань» (розділ «Організація мережевих систем збору даних»). Розроблено цикл з чотирьох лабораторних робіт «Дослідження периферійних пристроїв мікроконтролера Texas Instruments MSP 430G2553» (курс «Мікропроцесорні системи» для підготовки бакалаврів за напрямом 6.051001 «Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології», 8 навчальний семестр»). Розроблений цикл лабораторних робіт з дисципліни «Метрологія та надійність інформаційно-вимірювальних систем», що зайняв 1 місце у щорічному конкурсі корпорації «National Instruments» в Україні;
  • д/б тема 2823п: Результати роботи впроваджені в навчальний процес при викладанні курсу «Структурні методи підвищення точності вимірювальних пристроїв і систем» (розділи «Адитивна корекція», «Мультиплікативна корекція», «Еталони фізичних величин»), в курсі «Теорія електричних сигналів і кіл» (розділи «Лінійні перетворювачі СКЗ значень напруги», «Амплітудні детектори»), в курсі «Системні вимірювальні прилади» (розділ «Інтерфейси вимірювальних приладів»). Підготовлено розділи конспекту лекцій по курсу «Структурні методи підвищення точності вимірювальних приладів та систем»;
  • г/д тема № 03/31-НП: частково в межах відкритої наукової інформації впроваджено в навчальний процес при викладанні дисципліни «Системні вимірювальні прилади»;
  • міжнародний контракт № 26J/15-2014 CMIG/1226UR: в курсах лекцій «Системні вимірювальні прилади», «Структурні методи підвищення точності вимірювальних пристроїв і систем», «Системи обміну вимірювальною інформацією», а також у двох лабораторних роботах дисципліни «Системні вимірювальні прилади».

Пріоритетний напрямок 2. Інформаційні та комунікаційні технології

Нові апаратні рішення для перспективних засобів обчислювальної техніки, інформаційних і комунікаційних технологій
В межах закінченої НДР 2728п «Мережеві інтелектуальні Web-орієнтовані системи збору даних на основі Java-мікросерверів» (НДІ автоматизації експериментальних досліджень, керівник Ю.М. Туз) 216,37 тис. грн. (2015 р. – 102,76 тис. грн.):
Розроблено комплекс апаратних та програмних засобів для побудови мережевих мікроконтролерних систем для збору та обробки експериментальної інформації на основі мережевих інтелектуальних сенсорів за стандартами IEEE-1451 з підтримкою спеціалізованих Web-протоколів та вбудованих Java-технологій. При цьому система збору даних побудована у вигляді Ethernet-мережі інтелектуальних сенсорів з забезпеченням Інтернет-доступу на основі протоколу MQTT та Java-технологій. Реалізовано протоколи та логічні зв’язки групи відкритих стандартів ІЕЕЕ-1451, що визначило єдиний логічний інтерфейс між інтелектуальним сенсором та мережами. Це дозволило спростити підключення перетворювачів до вимірювальних приладів та мереж шляхом реалізації єдиних для всіх перетворювачів інтерфейсів та механізмів самоконфігурації. Запропоновано реалізацію мережевого процесору інтелектуальних сенсорів NCAP на базі вбудованих Java-машин. Це забезпечило платформену незалежність програмних рішень від апаратної реалізації мережевого процесора та дозволило використати переваги мережевих Java-технологій. Реалізацію протоколу MQTT було адаптовано до обмежених ресурсів малорозрядних мікроконтролерних засобів. Підключення інтелектуальних сенсорів до мережі Інтернет на його основі дозволило зменшити об’єм трафіку на передачу вимірювальної інформації порівняно з протоколом HTTP в 5-6 разів, забезпечило якісно нові можливості організації обміну даними-підтримку технологій підписка-розсилка (Publish/Subscribe) та керування якістю сервісу (Quality of Servise, QoS). Підтримка в якості інфраструктурних Web-технологій протоколу MQTT та Web-сервісів REST забезпечило сумісність розробленої системи з великим спектром існуючого програмного забезпечення глобальних мереж.

Реалізація мережевої системи збору даних у вигляді багаторівневої мікроконтролерної структури на базі Java-технологій та спеціалізованих Web-технологій забезпечило незалежність апаратно-програмного забезпечення рівнів обробки даних та інформаційного обміну від рівня одержання інформації та незалежність користувацького рівня від конкретних сенсорів та способів організації мережі. Використання вбудованих мікроконтролерних засобів суттєво зменшило вартість віддаленого Інтернет-моніторингу та Інтернет-керування, зменшило масогабаритні показники та енергоспоживання системи порівняно з комп’ютерними архітектурами.

Результати роботи впроваджено в навчальний процес при викладанні курсів «Системи обміну вимірювальною інформацією» (розділ «Проектування мікроконтролерних промислових мереж») та «Комп’ютерні засоби вимірювань» (розділ «Організація мережевих систем збору даних»). Розроблено цикл з чотирьох лабораторних робіт «Дослідження периферійних пристроїв мікроконтролера Texas Instruments MSP 430G2553» (курс «Мікропроцесорні системи» для підготовки бакалаврів  за напрямом 6.051001 «Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології», 8 навчальний семестр»). Розроблений цикл лабораторних робіт з дисципліни «Метрологія та надійність інформаційно-вимірювальних систем» в 2015р. зайняв 1 місце у щорічному конкурсі корпорації «National Instruments» в Україні.

Підготовлено до захисту 1 кандидатську дисертацію. Одержано 5 патентів України(з них 4 із студентами). Видано 1 монографію. Опубліковано 2 навчальні посібники з грифом МОН та 1 навчальний посібник з грифом НТУУ «КПІ». Опубліковано 13 статей в фахових виданнях України (з них 6 в журналах, що входять до наукометричних БД). Опубліковано 7 доповідей на 4 міжнародних конференціях (з них 2 із студентами). Опубліковано 23 тези доповідей на конференціях (з них 20 із студентами). Захищено 7 магістерських дисертацій та 6 дипломних проектів. Результати роботи представлені на 2 міжнародних виставках.

Розробка відповідає світовому рівню. Результати розробки застосовуються сумісно з підприємством ТОВ «Фірма ІТС» (м. Київ, дог. №95/2012), науково-виробничою компанією «Аватар» (м. Київ, дог.07/2011-2012), КБ «Південне» (дог.№03/31-НП від 31.03.2015 р.) для моніторингу стану технічних об’єктів на базі мікроконтролерних мережевих технологій. Це дозволило зменшити вартість обладнання та суттєво (в 6-8 разів) зменшити енергоспоживання та габарити пристроїв. 

Пріоритетний напрямок 3. Енергетка та Енергоефективність

Науково-технічні засоби підвищення ефективності, стійкості та надійності роботи електроенергетичних систем

В межах виконання НДР 2823п «Створення широкосмугових високовольтних вимірювальних підсилювачів та системи їх дослідження і метрологічної атестації» (НДІ автоматизації експериментальних досліджень, керівник Ю.М. Туз) (2015 р.):

Розроблено та затверджено технічне завдання. В технічному завданні визначена мета досліджень. Виходячи з номенклатури засобів, яким передається одиниця напруги, необхідно відтворювати змінну напругу від одиниць мілівольт до кіловольта в діапазоні частот від нуля до тридцяти мегагерців. Визначено призначення розробки. Передбачається розробити серію вимірювальних високовольтних широкосмугових підсилювачів для укомплектування стаціонарних та пересувних  вимірювальних лабораторій загального та спеціального призначення, національних, первинних та вторинних еталонів напруги змінного струму. Розробка широкосмугових високовольтних підсилювачів для діапазону частот 0 – 30 МГц і діапазону напруг до 1000 В зі швидкістю наростання сигналу до 10000 В/мкс є надзвичайно актуальною. Метрологічні центри в областях та відомствах просто не укомплектовані повірочною апаратурою у всьому діапазоні напруг та частот відповідно до повірочних схем, передбачених для забезпечення єдності вимірювань. Високі показники запропонованих широкосмугових високовольтних підсилювачів досягаються завдяки запропонованим нами рішеннями віртуального підключення елементів, змонтованих на високо-теплопровідній кераміці, яка виконує як ізоляційну, так і теплопровідну функцію. Запропоновані підсилювачі за технічними даними є унікальними та затребуваними не тільки в Україні, а також в інших державах. В технічному завданні визначений склад системи та сформульовані вимоги до технічних характеристик; розроблений календар виконання роботи, що передбачає послідовність теоретичних, експериментальних та макетних досліджень. Визначенні очікувані результати, способи реалізації проекту можливі користувачі. Визначенні матеріали, що надаються по завершенні проекту. Технічне завдання розглянуто та затверджено в установленому порядку.

Розроблено базову конструкцію відводу тепла. Найбільша теплопередача від мікросхеми до зовнішнього радіатора має місце при їх найбільшій площі перекриття. При цьому електронна ємність між ними також буде найбільшою. Пошук оптимального співвідношення між тепловіддачею і електричною ємністю аналітичним шляхом або математичним моделюванням є складним і мало точним через крайові ефекти, тому за основу взято фізичне моделювання з експериментальним визначенням параметрів різних варіантів конструкції. Як наслідок розроблені креслення конструкції, яка передбачає поєднання металевих і керамічних конструктивних елементів з високо теплопровідної кераміки. Виготовлено макет дослідного зразка. Підготовлений розділ звіту.

Розроблено структурну і принципові схеми дослідної системи, алгоритм автоматизованого аналізу структурних схем, методику метрологічного забезпечення автоматизованої дослідницької системи. Підготовлений розділ звіту.

Результати роботи впроваджені в навчальний процес при викладанні курсу «Структурні методи підвищення точності вимірювальних пристроїв і систем» (розділи «Адитивна корекція», «Мультиплікативна корекція», «Еталони фізичних величин»), в курсі «Теорія електричних сигналів і кіл» (розділи «Лінійні перетворювачі СКЗ значень напруги», «Амплітудні детектори»), в курсі «Системні вимірювальні прилади» (розділ «Інтерфейси вимірювальних приладів»). Підготовлено розділи конспекту лекцій по курсу «Структурні методи підвищення точності вимірювальних приладів та систем». Отримано 2 патенти України.

Опубліковано 10 статей (з них 5 – в журналах із наукометричних БД), зроблено 21 доповідь на конференціях. Результати роботи представлені на одній спеціалізованій виставці.

За результатами роботи у звітному році захищені 6 дипломних проектів бакалавра, 1 дипломна робота спеціаліста та 7 магістерських дисертації.

В межах виконання у 2015 р. теми «Системи спеціального та подвійного призначення» згідно договору № 03/31-НП «Макетування та виготовлення модулів систем телеметричних вимірювань мініатюрних літальних засобів» (керівник Ю.М. Туз) (2015 р.): проведено наступне:

Розроблені структурна, функціональна, принципові схеми системи вимірювання, модулів вимірювання траєкторних параметрів. Розроблені програмні засоби обробки результатів. Розроблені методи калібровки та повірки. 

Результати роботи частково в межах відкритої наукової інформації впроваджено в навчальний процес при викладанні дисципліни «Системні вимірювальні прилади».

Опубліковано 8 статей (з них 5 – в журналах із наукометричних БД), зроблено 16 доповідей на конференціях.
За результатами роботи (в межах відкритої наукової інформації) у звітному році захищені 4 дипломних проектів бакалавра, 1 дипломна робота спеціаліста та 3 магістерських дисертації.

В межах виконання у 2015 р. міжнародного контракту № 26J/15-2014 CMIG/1226UR від 30.12.2014 р., «Визначення місцезнаходжень та інтенсивностей джерел підводних землетрусів» (НДІ автоматизації експериментальних досліджень, керівник Ю.М. Туз) (2015 р.): проведено наступне:

Розроблене алгоритмічне забезпечення для визначення місцезнаходження та інтенсивностей джерел підводних землетрусів:

  • розроблене математичне та алгоритмічне забезпечення для визначення місцезнаходження та величин джерел підводних землетрусів як рішення некоректної оберненої задачі вимірювань;
  • проведений аналіз точності запропонованих процедур відновлення;
  • проведений порівняльний аналіз забезпечення, що поставляється, з світовим рівнем.
Результати роботи використані в курсах лекцій «Системні вимірювальні прилади», «Структурні методи підвищення точності вимірювальних пристроїв і систем», «Системи обміну вимірювальною інформацією», а також у двох лабораторних роботах дисципліни «Системні вимірювальні прилади».

Опубліковано 1 статтю в міжнародному виданні, готується до публікації 1 стаття в міжнародному виданні, зроблено 2 доповідей на міжнародних наукових семінарах.
За результатами роботи у звітному році захищені 1 дипломний проект бакалавра, готується до захисту 1 магістерська дисертація.