issn 1560-7305 2 (35) 20142/2013 1 issn 1560-7305 Журнал 1998 жылдан...

2/2013 1

ISSN 1560-7305

Журнал 1998 жылдан шығарылады, жылына 2 рет шығады

1998 жылдың 26 мамырында №266-ж тіркеу куәлігі

және 2003 жылдың 8 қазанында № 4252-ж

қайта есепке алу куәлiктерiн

Қазақстан Республикасының Ақпарат министрлiгi берген

Журнал издается с 1998 года, выходит 2 раза в год.

Регистрационное свидетельство № 266-ж от 26 мая

1998 года и свидетельство перерегистрации

№ 4252-ж от 8 октября 2003 года выданы

Министерством информации Республики Казахстан

МЕНШІК ИЕСІ

Қазақстан Республикасы Бiлiм және ғылым

министрлiгiнің «Қарағанды мемлекеттік

техникалық университеті» шаруашылық

жүргізу құқығы негізіндегі Республикалық

мемлекеттік кәсіпорыны (Қарағанды қаласы)

ЖУРНАЛДЫ ШЫҒАРУДЫ ҚОЛДАУШЫ-

ЛАР (ҚҰРЫЛТАЙШЫЛАР):

Қазақстан Республикасы

Бiлiм және ғылым министрлiгiнің Жоғары білім департаменті

Бiлiм беру саласын

ақпараттандыру Республикалық ғылыми-әдiстемелiк орталығы

Қазақстан Республикасы Көлiк,

және коммуникациялар министрлiгiнiң Байланыс департаментi

«Халықаралық ақпараттандыру академиясы»

қоғамдық бірлестігі

Халықаралық ақпараттандыру академиясы Қарағанды филиалы


Ғылым академиясының Орталық Қазақстан бөлімшесі


Минералдық шикiзатты кешендi ұқсату жөнiндегi ұлттық орталығының «КАЗЧЕРМЕТАВ-

ТОМАТИКA» акционерлiк қоғамы

«МЕЛИТА» фирмасы

«ПЛЮС/МИКРО» фирмасы

●

●

СОБСТВЕННИК

Республиканское государственное предприятие

на праве хозяйственного ведения «Карагандинс-кий государственный технический университет»

Министерства образования и науки

Республики Казахстан (город Караганда)

ИЗДАНИЕ ЖУРНАЛА

ПОДДЕРЖИВАЮТ (СОУЧРЕДИТЕЛИ):

Департамент высшего образования

Министерства образования и науки Республики Казахстан Республиканский научно-методический центр информатизации образования Департамент связи Министерства

транспорта и коммуникаций Республики Казахстан Общественное объединение «Международная академия информатизации» Карагандинский филиал Международной академии информатизации

Центрально-Казахстанское отделение Академии наук Республики Казахстан Акционерное общество «КАЗЧЕРМЕТАВТОМАТИКА» Национального центра по комплексной переработке минерального сырья

Республики Казахстан Фирма «МЕЛИТА» Фирма «ПЛЮС/МИКРО»

2 (35)

2014

2 2/2014

РЕДАКЦИЯ АЛҚАСЫ ● РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ

Главный редактор

Ректор КарГТУ, академик НАН РК А.М. Газалиев

проф. В.А. Скормин (США, г. Нью-Йорк)

проф. Р.М. Юсупов (Россия, г. Санкт-Петербург)

проф. Ж. Шаршеналиев (Кыргызстан, г. Бишкек)

чл.-кор. НАН РК А.А. Ашимов (г. Алматы)

проф. С.А. Айсагалиев (г. Алматы)

проф. М.Ф. Баймухамедов (г. Костанай)

проф. М.А. Бейсенби (г. Астана)

проф. И.В. Брейдо (г. Караганда) – ответственный секретарь

чл.-кор. МАИ Д.И. Гусак (г. Караганда)

проф. В.В. Егоров (г. Караганда)

академик МАИ С.Х. Есенбаев (г. Караганда)

чл.-кор. МАИ Ж.Ж. Иманов (г. Караганда)

проф. А.З. Исагулов (г. Караганда)

проф. В.П. Малышев (г. Караганда)

академик НАН РК З.М. Мулдахметов (г. Караганда)

проф. Г.М. Мутанов (г. Алматы)

проф. М.Р. Нургужин (г. Астана)

проф. П.И. Сагитов (г. Алматы)

проф. Д.Ж. Сыздыков (г. Алматы)

проф. Б.Н. Фешин (г. Караганда)

проф. А.Ф. Цеховой (г. Алматы)

проф. Д.Н. Шукаев (г. Алматы)

2/2014 3

МАЗМҰНЫ

Ғазалиев А.М. Бас редактордың бағанасы ................................................................................................. 6

АВТОМАТИКА. ТЕХНИКАЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДЕ АВТОМАТТАНДЫРУ ...................................... 10

Омар М.Т., Рахымбаева Н.И. Тернарлы логикадағы негізгі комлогикалық операциялар (2-бөлім) ...................... 10

Омар М.Т., Рахымбаева Н.И. Модальді логика заңдары, теоремалары және формулалары .................................. 12

Омар М.Т., Рахымбаева Н.И. Үш мәнді жүйелердің негізгі принциптері мен теоремалары ................................. 16

Каракулин М.Л., Үзденбаев Н.Е. ЭКГ-8И экскаваторы көтеру механизмінің екі қозғалтқышты электр

жетегін еліктей модельдеу .................................................................................................................................. 19

Квасов А.И., Титов Д.Н., Григорьева С.В. Жарық диодты жарықтандыру жүйесінің параметрлерін екі

контурлы реттеу .................................................................................................................................................. 23

Лукас В.А. Германиядағы жоғары техникалық білім беру жүйесі ......................................................................... 28

Медведев А.М. Германиядағы жоғары техникалық білім беру .............................................................................. 35

Брейдо И.В., Фешин Б.Н. ҚарМТУ-да «Автоматтандыру және басқару», «Электр энергетикасы» ма-

мандықтары бойынша жоғары техникалық білім беру ...................................................................................... 38

Брейдо И.В., Сичкаренко А.В., Дәнібекова Е.Ж. Ақпаратты LED-индикаторлар базасында бейнелеу

құралдарын әзірлеу ............................................................................................................................................. 44

Белоусов Е.А., Фешин Б.Н., Толмачев В.А. Көп массалы атқарушы осьтері бар роботтардың

қадағалаушы электр жетегі ................................................................................................................................. 47

Воробьев Н.В., Фешин Б.Н., Усольцев А.А. Автоматтандырылған электр жетегінің ішкі жүйелеріндегі

электр магниттік процестерді талдау әдістемесі ................................................................................................ 50

АҚПАРАТ. ИНФОРМАТИКА. АҚПАРАТТАНДЫРУ...................................................................... 54

Илькун В.И., Қонаев В.А., Фефелов А.М. Ақпарат беру кезінде әр түрлі әліппе мен араб сандарының

белгілік символдарының бұрмалануын зерттеу ................................................................................................. 54

Тен Т.Л., Когай Г.Д., Смаилова Н.К., Каюмов Д.С. Детерминдендірілген хаос пен криптографияның өза-

ра байланысын қалыптастырудың ғылыми негіздерін әзірлеу .......................................................................... 58

Портнов В.С., Юров В.М., Ахметов М.С., Дұғанова Г.К., Мұқашева Л.С. Энтропия және ақпарат. 1-бөлім ....... 64

Портнов В.С., Юров В.М., Ахметов М.С., Дұғанова Г.К., Мұқашева Л.С. Энтропия және ақпарат. Фи-

зикалық өлшемдер және термодинамикалық модельдер. 2-бөлім ..................................................................... 66

Портнов В.С., Юров В.М., Ахметов М.С., Дұғанова Г.К., Мұқашева Л.С. Энтропия және ақпарат. Ақпа-

раттық процестер термодинамикасы. 3-бөлім.................................................................................................... 69

Томилова Н.И., Ахметов Ч.Д. Ақпараттық Қазақстан – 2020 ................................................................................. 72

Брейдо И.В., Пак Ю.Н. Темпус-4 жобасының аясында Еуропа Одағының жоғары оқу орындарымен

ынтымақтастық ................................................................................................................................................... 76

ҒЫЛЫМИ-ПЕДАГОГИКАЛЫҚ АТТЕСТАТТАУ............................................................................ 80

Техника ғылымдарының кандидаты Л.А. Авдеевтің оқу құралдарына жазған пікірлері ....................................... 81

ҒЫЛЫМИ МӘЛІМДЕМЕЛЕР ............................................................................................................. 84

Брейдо И.В. Венадағы ДАААМ-25 Симпозиумы ................................................................................................... 85

4 2/2014

СОДЕРЖАНИЕ

Газалиев А.М. Колонка главного редактора .............................................................................................. 6

АВТОМАТИКА. АВТОМАТИЗАЦИЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ...................................... 10

Омар М.Т., Рахымбаева Н.И. Основные комлогические операции тернарной логики (часть 2) ............................ 10

Омар М.Т., Рахымбаева Н.И. Законы, теоремы и формулы модальной логики ..................................................... 12

Омар М.Т., Рахымбаева Н.И. Основные принципы и теоремы трехзначных систем ............................................. 16

Каракулин М.Л., Узденбаев Н.Е. Имитационное моделирование двухдвигательного электропривода

механизма подъема экскаватора ЭКГ-8И ........................................................................................................... 19

Квасов А.И., Титов Д.Н., Григорьева С.В. Двухконтурное регулирование параметрами системы

светодиодного освещения................................................................................................................................... 23

Лукас В.А. Система высшего технического образования Германии ...................................................................... 28

Медведев А.М. Высшее техническое образование в Германии .............................................................................. 35

Брейдо И.В., Фешин Б.Н. Высшее техническое образование по специальностям «Автоматизация

и управление», «Электроэнергетика» в КарГТУ ................................................................................................ 38

Брейдо И.В., Сичкаренко А.В., Данибекова Е.Ж. Разработка средств отображения информации

на базе LED-индикаторов ................................................................................................................................... 44

Белоусов Е.А., Фешин Б.Н., Толмачев В.А. Следящий электропривод роботов с многомассовыми

исполнительными осями..................................................................................................................................... 47

Воробьев Н.В., Фешин Б.Н., Усольцев А.А. Методика анализа электромагнитных процессов

в подсистемах автоматизированного электропривода ....................................................................................... 50

ИНФОРМАЦИЯ. ИНФОРМАТИКА. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ .......................................................... 54

Илькун В.И., Кунаев В.А., Фефелов А.М. Исследование искажений знаковых символов различных

алфавитов и арабских цифр при передаче информации .................................................................................... 54

Тен Т.Л., Когай Г.Д., Смаилова Н.К., Каюмов Д.С. Разработка научных основ формализации

взаимосвязи детерминированного хаоса и криптографии ................................................................................. 58

Портнов В.С., Юров В.М., Ахметов М.С., Дуганова Г.К., Мукашева Л.С. Энтропия и информация.

Часть 1 ................................................................................................................................................................. 64


Физические измерения и термодинамические модели. Часть 2 ........................................................................ 66


Термодинамика информационных процессов. Часть 3 ...................................................................................... 69

Томилова Н.И., Ахметов Ч.Д. Информационный Казахстан – 2020 ....................................................................... 72

Брейдо И.В., Пак Ю.Н. Сотрудничество с вузами Европейского Союза в рамках проекта Темпус-4 ................... 76

НАУЧНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АТТЕСТАЦИЯ .............................................................................. 80

Рецензии на учебные пособия кандидата технических наук Л.А. Авдеева ............................................................ 81

НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ ................................................................................................................... 84

Брейдо И.В. Симпозиум ДАААМ-25 в Вене ........................................................................................................... 85

2/2014 5

CONTENTS

Gazaliyev А.М. Chief Editor’s Column ........................................................................................................ 6

AUTOMATICS. AUTOMATION IN ENGINEERING SYSTEMS ....................................................... 10

Оmar М.Т., Rakhymbayeva N.I. Basic Comlogical Operations of Ternary Logics (Part 2) .......................................... 10

Оmar М.Т., Rakhymbayeva N.I. Laws, Theorems, and Formulas of Modal Logics ...................................................... 12

Оmar М.Т., Rakhymbayeva N.I. Basic Principles and Theorems of ternary Systems ................................................... 16

Каrakulin M.L., Uzdenbayev N.Ye. Imitation Modeling Two-Engine Electric Drive of Excavator EKG-8I

Lifting Mechanism ................................................................................................................................................ 19

Кvassov A.I., Titov D.I., Grigoryeva S.V. Two-Contour Regulation of LED Lighting System Parameters ................... 23

Lukas V.A. System of Higher Technical Education of Germany.................................................................................. 28

Меdvedev А.М. Higher technical Education in Germany ............................................................................................ 35

Breydo I.V., Feshing B.N. Higher Technical Education in Specialty «Automation and Control»,

«Electric Power Engineering» ............................................................................................................................... 38

Breydo I.V., Sichkarenko A.V., Danibekova Ye.Zh. Developing Information Display Facilities Based

on LED-Indicators ................................................................................................................................................ 44

Beloussov Ye.A., Feshin B.N., Tolmachyov V.А. Follow-up Electric Drive with Multimass Executive Axes .............. 47

Vorobyov N.V., Feshin B.N., Ussoltsev А.А. Methodology of Analyzing Electromagnetic Processes

in Automated Electric Drive Subsystems ............................................................................................................... 50

INFORMATION. INFORMATICS. INFORMATIZATION ................................................................. 54

Ilkun V.I., Kunayev V.A., Fefelov А.М. Studying Different Alphabets Sign Symbols Distortion

in Information Transmitting .................................................................................................................................. 54

Ten T.L., Kogay G.D., Smaylova N.K., Kayumov D.C. Developing Scientific Bases of Formalizing

Relation of Deterministic Chaos and Cryptography ............................................................................................... 58

Portnov V.S., Yurov V.M., Akhmetov M.S., Duganova G.K., Mukasheva L.S. Entropy and Information.

Part 1 .................................................................................................................................................................... 64


Physical Measurements and Thermodynamic Models. Part 2 ................................................................................. 66


Thermodynamics of Information Processes. Part 3................................................................................................. 69

Tomylova N.I., Akhmetov Ch.D. Information Kazakhstan 2020 .................................................................................. 72

Breydo I.V., Park Yu.N. Cooperation with Higher Education Institutions of the European Union within

the Tempus-4 Project ............................................................................................................................................ 76

SCIENTIFIC-AND-PEDAGOGICAL CERTIFICATION ..................................................................... 80

Reviews to the Tutorials by Candidate of Engineering L.A. Avdeyev .......................................................................... 81

SCIENTIFIC REPORTS .......................................................................................................................... 84

Breydo I.V. Symposium DAAAM-25 in Vienna ......................................................................................................... 85

6 2/2014

БАС РЕДАКТОРДЫҢ БАҒАНАСЫ

КОЛОНКА ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА

А.М. ҒАЗАЛИЕВ,

ҚарМТУ ректоры,

ҚР Мемлекеттік сыйлығының лауреаты, ҚР ҰҒА академигі

«Автоматика. Информатика» журналының авторлары мен оқырмандары!

Журналдың кезекті номерінде біз ақпарат пен ақпараттық процестердің жаһандылығы туралы кӛзқара-

сымызды ұстанамыз және ғылым мен техника, білім беру технологияларының әр түрлі салалары бойынша

ғылыми, ғылыми-педагогикалық, шолу және балама-шолу мақалаларды жариялау арқылы біздің бұл процес-

терге қатысуымызды кезекті түрде кеңейтуге тырысамыз.

«Автоматика. Техникалық жүйелердегі автоматтандыру» бөлімінде т.ғ.к. М.Т. Омар мен магистрант

Н.И. Рақымбаеваның тернарлы алгебра жӛніндегі материалдарының жалғасы ұсынылған. Журналдың ал-

дыңғы және осы номерлерінің оқырмандары авторлардың тернарлы алгебра теориясында қол жеткізген

нәтижелері туралы толық мәлімет ала алады және біз журналдың келесі номерлерінде авторлар мен

оқырмандар арасындағы диалог ұйымдастыруды ұсынамыз. Профессор, т.ғ.д. А.И. Квасов, т.ғ.к. Д.Н. Титов және докторант С.В. Григорьевтің мақаласында әр түрлі

объектілерді жарық диодты жарықтандыру сапасын сақтау арқылы энергия сақтау мәселелерін жаңаша

шешу ұсынылады.

Магистранттардың ғылыми жетекшілермен бірге жазған мақалалары да бар. 2-курс магистранты

Н.Е. Үзденбаев пен доцент, т.ғ.к. М.Л. Каракулиннің мақаласында ЭКГ-8И экскаваторының кӛтеру механизмі

электр жетегіндегі электр механикалық процестерді еліктей зерттеу екі қозғалтқышты электр жетегіндегі

магнит ӛрістерін түзетудің жаңа техникалық шешімдерімен толықтырылады.

1-курс магистранты Е.Ж. Дәнібекова, аға оқытушы А.В. Сичкаренко және проф., т.ғ.д. И.В. Брейдоның

мақаласында «Мур заңдарының» негізінде ақпарат тасымалдаушыларды жасау процестері талданады, LED-

индикаторлар негізінде ақпаратты бейнелеу құралдарын құру мәселелері қойылады, болашақ диссертациялық жұмыстың негізгі ережелері қарастырылады, LED-куб негізінде ақпаратты кӛрсетудің жарық диодты жүй-

есіндегі аппараттық және программалық шешімдері ұсынылады. Қос дипломды оқыту жүйесіне байланысты

ҚарМТУ-дың ӚПА кафедрасындағы магистрлік даярлаудың ерекшеліктері бірінші курс магистранттары Е.А.

Белоусов пен Н.В. Воробьевтың ҚарМТУ-дың (профессор Фешин Б.Н.) және СПб АТМО ҰЗУ-нің (доценттер

Толмачев В.А. және Усольцев А.А.) ғылыми жетекшілерімен бірге жазған мақалаларында сипатталады. Бұл

мақалаларда диссертациялық жұмыс жазарда шешілетін мәселелердің тізімі ұсынылады, болашақ диссерта-

циялардың ғылыми және практикалық нәтижелері болжанады, сонымен бірге зерттеулердің алғашқы нәти-

желері келтіріледі.

Бӛлімдегі келесі мақалалар Германия мен Қазақстандағы жоғары техникалық біліммен байланысты. Про-

фессор В.А. Лукастың мақаласы ҚарМТУ-да оқылған дәрістің (15 қазан 2014ж.) аналогы болып табылады.

Профессор В.А. Лукастың келісімі бойынша дәрісті ҚарМТУ ӚПА кафедрасының профессоры Фешин Б.Н. ма-

қалаға ӛзгертті. МАИ (Мәскеу қ.) профессоры А.М. Медведевтің мақаласы ӛзі дәрістер курсын оқыған Росток университеті туралы әсермен жазылған. МАИ профессоры А.М. Медведевтің мақаласын қайта басу рұқса-

тын университеттер мен кафедралар арасындағы ынтымақтастық мәселелерін бірге жазу мен келісу нәти-

жесінде ҚарМТУ ӚПА кафедрасының профессоры Фешин Н.Б. алды. В.А. Лукас пен А.М. Медведев профессор-

лар берген ақпарат Германиядағы жоғары білім беру жүйесі туралы тұтас ақпарат алуға мүмкіндік береді.

ӚПА кафедрасының меңгерушісі, профессор И.В. Брейдо мен сол кафедраның профессоры Б.Н. Фешиннің

мақаласы ҚарМТУ-да «Автоматтандыру және басқару», «Электр энергетикасы» мамандықтарында оқитын

бакалаврлар мен магистрлердің оқуын ұйымдастыру туралы мәлімет алуға мүмкіндік береді.

В.А. Лукас, А.М. Медведев, И.В. Брейдо мен Б.Н. Фешиннің мақалаларында Германия, Ресей және

Қазақстанда жүзеге асырылатын жоғары білім беру жүйесінің деңгейін сыни тұрғыда бағалау кӛзделмейді,

олар оқырманнан пікірлері мен ескертулерін және ұсыныстарын алуды мақсат етеді, бұл жоғары техникалық

білім беру жүйелерінің даму бағытын бағалаудың дискуссиялық процесін ұйымдастыруға мүмкіндік береді.

2/2014 7

«Ақпарат. Информатика. Ақпараттандыру» бөлімі Қарағанды мемлекеттік индустриялық университе-

ті оқытушыларының (Илькун В.И., Қонаев В.А., Фефелов А.М.) мақаласымен басталады, олар ақпарат беру

кезінде әр түрлі әліппе мен араб сандарының белгілік символдарының бұрмалануын зерттеген.

ҚарМТУ АЕЖ кафедрасы оқытушыларының (профессор Когай Г.Д. және т.б.) жұмысы да қызық болып

табылады, олар детерминдендірілген хаос түсінігінің негізінде ақпаратты қорғау және криптография теори-

ясының ғылыми негіздерін әзірлеуді жалғастырады.

«Энтропия және ақпарат» деген атауға біріктірілген, қадірлі және жас ғалымдар (ҚарМТУ профессоры

Портнов В.С., ҚарМТУ доценті Юров В.М., магистрант М.С. Ахметов және т.б.) ұсынған мақалалар циклын-

да физика мен ақпаратқа тән түсініктердің негізінде физикалық ӛлшеу процестері, термодинамика мен ақпа-раттық процестер термодинамикасы зерттеледі және жүйеленеді.

Қоғамдық қатынастарды ақпараттандыру, бұл қатынастар механизмін «электрондық үкімет» түрінде

қалыптастыру мен дамыту ҚарМТУ ақпараттық технологиялар факультетінің деканы т.ғ.к. Н.И. Томилова

мен магистрант Ч.Д. Ахметовтың мақаласында қарастырылады.

ҚарМТУ профессорлары И.В. Брейдо мен Ю.Н. Пактың мақаласында қарастырылған, ҚарМТУ-дың Тем-

пус-4 жобасының аясындағы халықаралық ынтымақтастығы жайлы ақпарат саяси таластардың

Қазақстандағы, Еуропа Одағындағы және мүмкін Ресейдегі жоғары білім беру жүйелеріне әсер етпейді деп

сенуге мүмкіндік береді.

Электр магниттік кедергі мен электр магниттік үйлесімділік жӛнінде әдістемелік тұрғыда берілген пай-

далы ақпаратты А. Байтұрсынов атындағы Қостанай мемлекеттік университетінің оқытушылары т.ғ.к.

В.Ю. Сапа және т.ғ.к. С.Б. Есімханов ӛз мақалаларында ұсынды.

Екінші бӛлімдегі мақалалар тақырыптарының әр түрлілігі информатика мен ақпараттық технологиялар-дың тегіс қамти алу сипатына ие болатындығын тағы бір дәлелдейді.

Журналдың «Ғылыми-педагогикалық аттестаттау» атты үшінші бӛлімінде біз ҚарМТУ ӚПА кафедра-

сының доценті, т.ғ.к., «АрселорМиттал Теміртау» АҚ «Кӛмір сервис» кәсіпорны директорының орынбасары

Л.А. Авдеевтің: «Автоматизированные системы контроля параметров дегазации в угольных шахтах»; «Авто-

матизированные системы контроля рудничной атмосферы»; «Интегрированные АСУ «Безопасность» уголь-

ной шахты»; «Эксплуатация автоматизированных систем в угольных шахтах» оқу құралдарына жазылған

пікірлерді жариялауды жалғастырдық, бұл оқу құралдарын ертеректе рецензияланған «Автоматизированные

системы контроля и управления безопасностью угольных шахт» атты монографиямен және «Искробезопас-

ные датчики шахтного аэрогазового контроля» (А&И журналын қараңыз, № 1(34), 74-75 б.) оқу құралымен

бірге кӛмір шахталарындағы технологиялық процестер мен ӛндірісті автоматтандыру бойынша пайдалы

әдістемелік материал ретінде қарастыруға болады. Журналдың «Ғылыми мәлімдемелер» деген қорытынды бӛлімінде ҚарМТУ ӚПА кафедрасының меңгеру-

шісі И.В. Брейдоның ДААМ-25 Симпозиумының жұмысы туралы берген ақпараты және профессорлар

Б. Каталинич пен С.М. Стажковтың ҚарМТУ ректоры академик А.М. Ғазалиевтің атына жазған алғыс хат

ұсынылған.

Уважаемые авторы и читатели журнала «Автоматика. Информатика»!

В очередном номере журнала мы продолжаем отстаивать ранее утвержденные позиции о глобальности

информации и информационных процессов и в очередной раз пытаемся расширить сферу нашего участия в

этих процессах путем публикации научных, научно-педагогических, обзорных и альтернативно-обзорных ста-

тей по различным областям науки, техники и образовательным технологиям.

В разделе «Автоматика. Автоматизация в технических системах» представлено продолжение мате-

риалов к.т.н. М.Т. Омара и магистрантки Н.И. Рахымбаевой по тернарной алгебре. Читатели предыдущего и

настоящего номеров журнала могут получить достаточно полное представление о достижениях авторов в

теории тернарной алгебры, и мы предлагаем в последующих номерах журнала организовать диалог авторов

с читателями журнала. В статье профессора, д.т.н. А.И. Квасова, к.т.н. Д.Н. Титова и докторанта С.В. Григорьева предлагается

новое решение проблемы энергосбережения при сохранении качества светодиодного освещения различных

объектов.

Интересно анализировать статьи магистрантов, представленные совместно с научными руководителя-

ми. В статье магистранта 2-го года обучения Н.Е. Узденбаева и доцента, к.т.н. М.Л. Каракулина имитацион-

ные исследования электромеханических процессов в электроприводе механизма подъѐма экскаватора ЭКГ-8И

дополняются новыми техническими решениями по выравниванию магнитных потоков в двухдвигательном

электроприводе.

В статье магистрантки 1-го курса Е.Ж. Данибековой, ст. препод. А.В. Сичкаренко и проф., д.т.н. И.В.

Брейдо анализируются процессы создания носителей информации на основе «законов Мура», ставятся задачи

построения средств отображения информации на базе LED-индикаторов, рассматриваются основные поло-жения будущей диссертационной работы и предлагаются аппаратные и программные решения светодиодной

системы отображения информации на базе LED-куба.

8 2/2014

Особенности магистерской подготовки на кафедре АПП КарГТУ, связанные с двудипломной системой обучения, отображаются в статьях магистрантов 1-го курса Е.А.Белоусова и Н.В. Воробьева совместно с научными руководителями из КарГТУ (профессор Фешин Б.Н.) и СПб НИУ ИТМО (доценты Толмачев В.А. и Усольцев А.А.) В этих статьях представлены списки решаемых задач диссертационных работ, прогнозируют-ся научные и практические результаты будущих диссертаций и приводятся первые результаты исследований.

Следующие статьи раздела связаны с высшим техническим образованием в Германии и Казахстане. Ста-тья профессора В.А. Лукаса является аналогом лекции, прочитанной в КарГТУ 15 октября 2014г. По согласо-ванию с профессором В.А. Лукасом лекция была преобразована в статью профессором кафедры АПП КарГТУ Фешиным Б.Н. Статья профессора А.М. Медведева (МАИ, г. Москва) написана по впечатлениям о Ростокском университете, где он прочитал курс лекций. Разрешение на публикацию статьи профессора МАИ А.М. Медве-дева было получено профессором кафедры АПП КарГТУ Фешиным Б.Н. в результате совместной переписки и согласования вопросов сотрудничества университетов и кафедр. Информация профессоров В.А. Лукаса и А.М. Медведева позволяет получить достаточно цельное представление о высшем образовании в Германии.

Статья зав. кафедрой АПП профессора И.В. Брейдо и профессора этой же кафедры Б.Н. Фешина позво-ляет получить представление об организации обучения бакалавров и магистров специальностей «Автомати-зация и управление», «Электроэнергетика» в КарГТУ.

В статьях В.А Лукаса, А.М. Медведева, И.В. Брейдо и Б.Н. Фешина не предпринимаются попытки крити-ческой оценки состояния действующих систем высшего образования в Германии, России и Казахстане с надеждой на получение от читателей мнений, замечаний и предложений, которые могут позволить организо-вать дискуссионный процесс оценки направлений развития систем высшего технического образования.

Раздел «Информация. Информатика. Информатизация» открывается статьѐй преподавателей Кара-гандинского государственного индустриального университета (Илькун В.И., Кунаев В.А., Фефелов А.М), осу-ществивших исследование искажений знаковых символов различных алфавитов и арабских цифр при передаче информации.

Не менее интересной является работа сотрудников кафедры ИВС КарГТУ (профессор Когай Г.Д. и др.), продолжающих разработку научных основ теорий защиты информации и криптографии на основе понятий детерминированного хаоса.

В цикле статей маститых и молодых ученых (профессор КарГТУ Портнов В.С., доцент КарГУ Юров В.М., магистрант М.С. Ахметов и др.), объединенных под названием «Энтропия и информация», исследуются и систематизируются процессы физических измерений, термодинамики и термодинамики информационных процессов на основе фундаментальных понятий физики и информации.

Информатизация общественных отношений, формирование и развитие механизма этих отношений в виде «электронного правительства» рассматривается в статье декана факультета информационных технологий КарГТУ к.т.н. Н.И. Томиловой и магистранта Ч.Д. Ахметова.

Информация о международном сотрудничестве КарГТУ в рамках проекта Темпус-4, приведенная в ста-тье профессоров КарГТУ И.В. Брейдо и Ю.Н. Пака, позволяет надеяться, что политические разногласия не коснутся систем высшего образования Казахстана, Европейского Союза и, возможно, России.

Полезную в методическом отношении информацию по электромагнитным помехам и электромагнитной совместимости представили в своих статьях преподаватели Костанайского государственного университета имени А. Байтурсынова к.т.н. В.Ю. Сапа и к.т.н. С.Б. Есимханов.

Разнообразность тематики статей второго раздела ещѐ раз подтверждает всеобъемлющий характер информатики и информационных технологий.

В третьем разделе журнала «Научно-педагогическая аттестация» мы продолжаем публикацию рецен-зий на учебные пособия доцента кафедры АПП КарГТУ, к.т.н., заместителя директора предприятия «Угле-сервис» АО «АрселорМиттал Темиртау» Л.А. Авдеева: «Автоматизированные системы контроля параметров дегазации в угольных шахтах»; «Автоматизированные системы контроля рудничной атмосферы»; «Интегри-рованные АСУ «Безопасность» угольной шахты»; «Эксплуатация автоматизированных систем в угольных шахтах», которые, вместе с ранее рецензируемыми монографией «Автоматизированные системы контроля и управления безопасностью угольных шахт» и учебным пособием «Искробезопасные датчики шахтного аэрога-зового контроля» (см. журнал А&И № 1(34), стр. 74-75), могут рассматриваться как полезный методический материал по автоматизации технологических процессов и производства на угольных шахтах.

В заключительном разделе журнала «Научные сообщения» представлены: информация заведующего ка-федрой АПП КарГТУ И.В. Брейдо о работе Симпозиума ДАААМ-25 и благодарственное письмо профессоров Б. Каталинича и С.М. Стажкова в адрес ректора КарГТУ академика А.М. Газалиева.

Dear authors and readers of the «Automatics. Informatics» journal! In this issue we continue to uphold the previ-

ously approved position of globality of information and information processes and are once again trying to expand our participation in these processes by printing scientific, educational, and review and alternative-opinion articles in vari-ous fields of science, technology and educational technologies.

In the «Automatics. Automation in technical systems» represented a continuation of findings by Cand.Sci. M.T. Omar and undergraduate N.I. Rahymbayeva on ternary algebra. Readers of previous and present issue of the journal

2/2014 9

can get complete picture of the authors achievements in the theory of ternary algebra, and we offer to organize a con-

versation between readers and authors in subsequent issues. Prof., Dr.Eng. A.I. Kvassov, Cand.Sci. D.N. Titov and doctoral student S.V. Grigoryev in their article propose a

new solution to the problem of energy saving while maintaining the quality of LED lighting of various objects. It is interesting to analyze the articles of undergraduates presented together with tutors. In the article of a second

year master's student N.E. Uzdenbayev and Cand.Sci. M.L. Karakulin simulation studies of electromechanical process-es in the electric drive of EKG-8I excavator lifting mechanism are complemented by new technical solutions on equaliz-ing the magnetic fluxes in the two-engine electric drive.

First year Master student E.Zh. Danibekova, senior teacher A.V. Sichkarenko and prof., Dr.Eng. I.V. Breydo in their article analyze the processes of creating «Moore's Law»-based data storage devices. The authors seek to build a display device based on LED-indicators, elaborate on the main provisions of the future dissertation and offer hardware and software solutions of LED information display systems based on LED-cube.

Articles of first-year undergraduates E.A.Belousov and N.V. Vorobyov coauthored with tutors from KSTU (Profes-sor Feshin B.N.) and St. Petersburg National Research University of Information Technologies (docents V.A. Tolmach-yov and Ussoltsev A.A.) describe features of master training at the Department of APP, KSTU, associated with double-diploma training system. These articles provide lists of assignments in the framework of dissertations give prognoses on scientific and applied findings of future dissertations and contain the first results of the research.

The consequent articles in this section are associated with higher technical education in Germany and Kazakhstan. Article by Professor V.A. Lucas is an analogue of a lecture delivered at KSTU on October 15, 2014. In agreement with Professor V. Lucas lecture was converted to article by Professor of the Department of APP, KSTU, Feshin B.N. The article by professor of MAI (Moscow) A.M. Medvedev was written on the base of impressions about the University of Rostock, where he gave lectures. Permission to reprint the article of Professor of MAI A.M. Medvedev was obtained by professor of the Department of APP, KSTU, Feshin B.N. as a result of the joint correspondence and coordination of issues of cooperation between universities and its departments. Data by professors V.A. Lucas and A.M. Medvedev pro-vides a fairly complete picture of higher education in Germany.

Article by the head of APP department prof. Breydo and B.N. Feshin, professor at the same department, provide an insight into training of bachelors and master’s students of the specialties «Automation and management», «Electric power engineering» at KSTU.

Articles by V.A. Lucas, Feshin B.N., A.M. Medvedev, I.V. Breydo do not aim at criticizing current systems of higher education in Germany, Russia and Kazakhstan. The authors seek to get recommendations, opinions and proposals than may help to facilitate discussion and evaluation of modern development of higher technical education.

Section «Information. Informatics. Informatization» opens with the article by teachers of Karaganda State Indus-trial University (Ilkun V.I., Kunayev V.A., Fefelov A.M.), who studied the distortions of iconic symbols of different al-phabets and Arabic numerals in the transmission of information.

There is a very interesting article by the staff of the IVS department, KSTU (Professor Kogay G.D., et al.), who continue to develop the scientific basics of the theory of information security and cryptography based on the concepts of deterministic chaos.

A series of articles of venerable and young scientists (KSTU Professor Portnov V.S., KSU docent Yurov V.M., un-dergraduate Akhmetov M.S., et al.) entitled «Entropy and information ...» presents a systematic research of processes of physical measurement, thermodynamics and thermodynamics of information processes on the basis of fundamental concepts of physics and information.

Computerization of public relations, formation and development of the mechanism of these relations in the form of «electronic government» is addressed in article by dean of the department of information technology, KSTU, Cand.Sci. N.I. Tomilova and undergraduate Ch.D. Akhmetov.

Information about international cooperation of KSTU within the Tempus-4 project can be found in in article by KSTU professors I.V. Breydo and Yu.N. Pak. Their article suggests that political issues will not affect systems of higher education in Kazakhstan, the Euro-pean Union and, possibly, Russia.

Methodologically useful information on electromagnetic interference and electromagnetic compatibility is present-ed in articles by teachers from Baitursynov Kostanay State University, Cand.Sci. V.Yu. Sapa and Cand.Sci. S.B. Yes-imkhanov.

Various subjects of articles in the second section again confirm comprehensive nature of informatics and infor-mation technologies.

The third section of the journal, «Scientific and pedagogical certification», we continued to publish reviews of text-books by associate professor of APP department of KSTU, Cand.Sci., deputy director of the «Ugleservice», JSC com-pany «ArcelorMittal Temirtau» L.A. Avdeyev: «Automated systems of controlling coal mine degassing parameters»; «Automated control systems of Mine atmosphere»; «Integrated automated control system « Security « at coal mine»; «Operation of automated systems in coal mines», which, together with the previously reviewed monograph «Automated control systems and safety management of coal mines» and textbook «Intrinsically safe sensors of mine air and gas con-trol» (see the A&I journal No.1 (34), pages 74-75) can be considered as a useful teaching material concerning automa-tion of production processes at coal mines.

«Scientific Reports», the final section of the journal, presents information by the head of the APP Department of KSTU I.V. Breydo about the DAAAM-25 Symposium and a letter of appreciation of Professor B. Katalinic and S.M. Stazhkov to A.M. Gazaliyev, academician, rector of KSTU.

10 2/2014

АВТОМАТИКА. ТЕХНИКАЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДЕ

АВТОМАТТАНДЫРУ

АВТОМАТИКА. АВТОМАТИЗАЦИЯ

В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

УДК 519.854.33=93 © Омар М.Т., Рахымбаева Н.И., 2014

Основные комлогические операции тернарной логики (часть 2)

М.Т. ОМАР, к.т.н., ст. преподаватель, Н.И. РАХЫМБАЕВА, магистрант, бакалавр компьютерных наук, Карагандинский государственный технический университет, кафедра ИВС

Ключевые слова: комлогия, тернарная логика, неопределенность, истина, ложь, импликация, эквивалент-

ность, штрих Шеффера, стрелка Пирса, операция, программный код.

Комлогические операции реализуются на базе языка программирования 4th FORTH. На этом же

языке проводится логическая аргументация исследо-

вания. Рассматриваются тернарные операции им-

пликации, эквивалентности, штрих Шеффера и

стрелки Пирса. Приводятся их программные коды и

проверки. Представленные комлогические операции

открывают возможность создания нового научного

направления по конструированию логик с заданными

свойствами. Это необходимо для различных примене-

ний. Данные применения непосредственно проверя-

ются в информационных технологиях.

Логические операции, такие как аргументация и

показательства для комлогических операций тернар-

ной логики написаны на языке программирования 4th

FORTH. Изложены методы показательства програм-

мирования для верификации программных кодов. 1. Импликация. Импликация (лат. implicatio –

связь) – бинарная логическая связка, по своему при-

менению приближенная к союзам «если…, то…» [1].

Рассмотрим прямую импликацию для тернарной ло-

гики. Программный код для тернарной импликации с

тремя входами представлен ниже:

\ Проверка второго значения на 0

: CHECK2 ( a b -> m)

SWAP 0= IF CHECK4

ELSE 0

THEN ;

\ Проверка третьего значения,

\ если второе значение не 0

: CHECK3 ( a -> m)

DUP DUP 0= IF 0 2DROP ELSE

1 = IF 1 DROP

ELSE

-1 DROP

THEN THEN ;

\ Проверка третьего значения,

\ если второе 0

: CHECK4 ( a -> m)

0 <= IF -1 ELSE 1THEN ;

\ Импликация

: TIMP ( a b c -> m)

\ проверяем второе значение SWAP 0= IF CHECK2

ELSE CHECK3

THEN ;

Получаем результат, представленный ниже (при

различных значениях):

0 0 0 TIMP . -1 ok

0 0 1 TIMP . 1 ok

0 0 -1 TIMP . -1 ok

-1 0 1 TIMP . 0 ok

-1 0 0 TIMP . 0 ok

1 0 -1 TIMP . 0 ok

1 1 1 TIMP . 1 ok 1 1 -1 TIMP . -1 ok

1 1 0 TIMP . 0 ok

-1 1 0 TIMP . 0 ok

-1 1 1 TIMP . 1 ok

Импликация TIMP обладает следующими свой-

ствами:

● если второе и первое значения входа равны 0

(ноль), а третье значение равно 1 (единица), то на вы-

ходе также 1 (единица);

● если второе и первое значения входа равны 0

(ноль), а третье значение равно -1 (минус единица)

или 0 (ноль), то на выходе будет -1 (минус единица);

● если второе значение входа равно 0 (ноль), а

первое значение равно -1 (минус единица) или 1 (еди-

ница), то на выходе будет 0 (ноль); ● во всех остальных случаях значение на выходе

будет зависеть от третьего значения на входе, то есть:

○ если третье значение входа равно -1 (минус

единица), то на выходе также -1 (минус единица);

○ если третье значение входа равно 1 (единица),

то на выходе также 1 (единица);

○ если третье значение входа равно 0 (ноль), то

на выходе также 0 (ноль).

Автоматика. Техникалық жүйелерде автоматтандыру

2/2014 11

Программный код для тернарной импликации с

двумя входами:

: TIMP2 ( a b -> m)

SWAP -1 = IF CHECK3

ELSE -1

SWAP DROP

THEN ;

Получаем результат, представленный ниже (при

различных значениях): 0 0 TIMP2 . -1 ok

-1 0 TIMP2 . 0 ok

1 0 TIMP2 . -1 ok

1 1 TIMP2 . -1 ok

1 -1 TIMP2 . -1 ok

-1 1 TIMP2 . 1 ok

-1 -1 TIMP2 . -1 ok

2. Эквиваленция. Эквиваленция (или эквива-

лентность) – двуместная логическая операция [2].

Программный код для тернарной эквивалентности с

тремя входами представлен ниже: \ Эквивалентность

: TEQU ( a b c -> m)

3DUP =

SWAP ROT =

3 ROLL 3 ROLL =

3DUP + + 0= IF 0

-ROT 2DROP NIP

ELSE + + -3 = IF -1

-ROT 2DROP NIP ELSE 1

THEN THEN ;

Получаем следующий результат (при различных значениях):

1 1 1 TEQU . -1 ok

1 -1 1 TEQU . 1 ok

1 -1 0 TEQU . 0 ok

0 0 0 TEQU . -1 ok

0 1 1 TEQU . 1 ok

-1 -1 -1 TEQU . -1 ok

0 -1 1 TEQU . 0 ok

-1 0 1 TEQU . 0 ok

Эквивалентность TEQU обладает следующими свойствами:

● на выходе 0 (ноль) тогда и только тогда, когда

значения всех входов не равны друг другу (разные);

● если значения всех трех входов равны друг дру-

гу (одинаковы), то на выходе -1 (минус единица);

● во всех остальных случаях на выходе будет 1

(единица).

Другими словами, свойства эквивалентности – это

отрицание свойства, исключающее ИЛИ:

: CEQU ( a b c -> )

3DUP

TEQU . ." = " TEXOR NE . ;

3. Штрих Шеффера. Штрих Шеффера по своей

сути является отрицанием логического умножения и

имеет обозначение – «НЕ-И» («NAND») [3]. Про-

граммный код для штриха Шеффера с тремя входами

представлен ниже:

\ Штрих Шеффера

: TESH ( a b c -> m)

3DUP

* * 0= IF -1

-ROT 2DROP NIP

ELSE + + -3 = IF 0

ELSE 1

THEN THEN ;

Получаем следующий результат (при различных

значениях): -1 -1 -1 TESH . 0 ok

-1 0 0 TESH . -1 ok

1 1 1 TESH . 1 ok

1 0 -1 TESH . -1 ok

0 0 1 TESH . -1 ok

1 1 -1 TESH . 1 ok

Штрих Шеффера TESH обладает следующими

свойствами:

● если хотя бы на одном из входов 0 (ноль), то на

выходе -1 (минус единица);

● при отсутствии 0 (ноль) на входах, если хотя бы на одном из входов 1 (единица), то на выходе также 1

(единица);


на всех входах -1 (минус единица).

4. Стрелка Пирса. Стрелка Пирса по своей сути

является отрицанием логического сложения и имеет

обозначение – «НЕ-ИЛИ» («NOR») [4]. Программный

код для стрелки Пирса с тремя входами представлен

ниже:

\ Стрелка Пирса : TEP ( a b c -> m)

DUP -1 = IF 0

-ROT 2DROP NIP

ELSE SWAP

DUP -1 = IF 0

-ROT 2DROP NIP

ELSE ROT

DUP -1 = IF 0

-ROT 2DROP NIP

ELSE 3DUP

+ + 0= IF -1 ELSE 1

-ROT 2DROP NIP

THEN THEN THEN THEN ;

Получаем следующий результат (при различных

значениях):

1 1 1 TEP . 1 ok

1 0 -1 TEP . 0 ok

0 0 1 TEP . 1 ok

-1 -1 1 TEP . 0 ok

0 0 0 TEP . -1 ok

Стрелка Пирса TEP обладает следующими свой-ствами:

● если хотя бы на одном из входов -1 (минус еди-

ница), то на выходе 0 (ноль);

● при отсутствии -1 (минус единица) на входах,

если хотя бы на одном из входов 1 (единица), то на

выходе также 1 (единица);


Автоматика. Автоматизация в технических системах

12 2/2014

на всех входах -1 (минус единица).

Вывод. К основным комлогическим операциям,

рассмотренным ранее (в части 1, А*И, 2014-1) добав-

лены важные для правил вывода операции тернарной

логики: импликация, эквивалентность, а также широ-

ко используемые при анализе и синтезе логических

устройств штрих Шеффера и стрелка Пирса. Они ха-

рактеризуется тем, что имеют три входа и обеспечи-вают возможность экспертной оценки силлогизмов

новых типов. Такого рода задачи важны в исследова-

ниях проблем искусственного интеллекта, принятия

решений, методах оптимизации дискретной техники,

алгоритмизации и программирования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ивин А.А. Импликации и модальности. – М.: ИФ РАН, 2004. – С. 49-62.

2. Александрова Р.А., Потапова А.М. Элементы теории множеств и математической логики: Практикум / Кали-нингр. ун-т. – Калининград, 1997. – 66 с. – ISBN 5-88874-059-4. (Занятие 15 http://mybiblioteka.com/book/204-,

02.02.2014). 3. Акимов О.Е. Дискретная математика: логика, группы,

графы, фракталы. – М.: Издатель АКИМОВА, 2005. – 656 с.: ил. ISBN 5-9900342-1-0 (Часть 1.1.d http://sceptic-ratio.narod.ru/ma.htm#dm, 02.02.2014).

4. Алгебра логики и цифровые компьютеры / Автор: Арка-дий Белоусов (http://alglib.sources.ru/articles/logic.php, 02.02.2014).

Омар М.Т., Рахымбаева Н.И. Тернарлы логика-

дағы негізгі комлогикалық операциялар (2-бөлім).

Комлогикалық операциялар 4th FORTH программа-

лау тілінің базасында жүзеге асырылады. Дәл осы

тілде зерттеуге логикалық дәлелдеме жүргізіледі.

Импликацияның, эквиваленттіліктің тернарлы опера-

циялары, Шеффер штрихы және Пирс стрелкалары

қарастырылады. Олардың программалық кодтары

мен тексерулері кӛрсетіледі. Ұсынылған комлогика-

лық операциялар берілген қасиеттері бар логикалар-

ды конструкциялау бойынша жаңа ғылыми бағыт

жасау мүмкіндігін ашады. Бұл әр түрлі қолданыс

үшін қажет. Қолданылу мәліметтері тікелей ақпа-

раттық технологияларда тексеріледі.

Оmar М.Т., Rakhymbayeva N.I. Basic Comlogical

Operations of Ternary Logics (Part 2).

Comlogical operations are realized on the basis of a programming language 4th FORTH. In the same lan-

guage the logical argument of research is carried out.

Ternary operations of implication, equivalence, Sheffer

stroke and Pierce functions are considered. Their pro-

gram codes and checks are given. The presented comlogi-

cal operations open possibility of creation of the new sci-

entific direction on designing the logician with the set

properties. It is necessary for various applications. These

applications are directly checked in information technolo-

gies.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:

Омар Марс Танзилулы, старший преподаватель

кафедры ИВС Карагандинского государственного

технического университета, кандидат технических

наук по специальности «Автоматизация производ-ственных процессов». Создатель КОМЛОГИИ, автор

языка программирования MOOR на гос. языке (лати-

нице). Область научных интересов: информационные

системы, компьютерная логика, числовые и логиче-

ские системы.

Рахымбаева Назерке Иманбакытовна, бакалавр

компьютерных наук Манчестерского университета

(Англия), магистрант специальности «Информацион-

ные системы» Карагандинского государственного

технического университета. Область научных инте-

ресов: информационные системы, антиспам-фильт-

ры, компьютерная логика, числовые и логические си-

стемы, язык программирования 4thFORTH.

УДК 519.854.33 © Омар М.Т., Рахымбаева Н.И., 2014

Законы, теоремы и формулы модальной логики


Ключевые слова: комлогия, тернарная логика, теорема, антилогизм, умножение, эквивалентность, силло-

гизм, композиция, экспортация, импортация.

Рассматриваются законы трѐхзначной алгебры

по аналогии с целочисленной булевой алгеброй. Ис-

пользован прямой метод построения и исследования

законов тернарной алгебры на базе языка программи-

рования 4th Forth. Исследованы теоремы и формулы

тернарной алгебры, такие как антилогизмы, умно-жение, эквивалентность, силлогизм и композиция.

Изложены теоремы экспортации и импортации.

Приводятся их программные коды. Представленные

комлогические операции открывают возможность

создания нового научного направления по конструиро-

ванию логик. Это необходимо для различных примене-

ний с непосредственной проверкой их в информацион-

ных технологиях.

Антилогизм – это формула логики, выражающая


2/2014 13

несовместимость посылок категорического силлогиз-

ма с отрицанием его заключения. Он основан на свой-

стве логического следования, состоящем в том, что

следствие не может быть ложно при истинности по-

сылки (или посылок).

: A132 CR ." [{p&q}->s]<->[{p&s~}->q~] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TAND2 K TIMP2

I K NE TAND2 J NE TIMP2 <->

LOOP LOOP LOOP CR .27 ;

: A1321 CR ." [(p&q)->s]<->[(q&s~)->p~] антило-

гизм "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TAND2 K TIMP2

J K NE TAND2 I NE TIMP2

<->


Теорема умножения – это импликация с исполь-

зованием конъюнкции и дизъюнкции.

: A1381 CR ." [(p->q)->[(r&p)->(r&q)] теорема умножения конъюнкции "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

K I TAND2 K J TAND2 TIMP2

TIMP2


: A1383 CR ." [(p->q)->[(r|p)->(r|q)] теорема умно-

жения дизъюнкции "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

K I TOR2 K J TOR2 TIMP2 TIMP2


Теоремы об эквивалентности. Теорему-эквива-

ленцию можно сформулировать в виде «утверждение

Р справедливо тогда и только тогда, когда истинно

утверждение Q. Эквивалентное суждение, где связаны

два суждения двойной условной зависимостью.

: A141 CR ." ((p<->q<->s)<->(s<->q<->p) "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TEQU K J I TEQU

<->


: A142 CR ." (p<->q<->s)<->(p~<->q~<->s~) "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TEQU

I NE J NE K NE TEQU

<->


: A1431 CR ." (p<->q)->(p->q) "

2 -1 DO 2 -1 DO

I J <-> I J TIMP2

TIMP2

LOOP LOOP CR .9 ;

: A1432 CR ." (p q s <->) [(pq->) (qs->) (ps->)

TAND ] -> "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TEQU

I J TIMP2 J K TIMP2 I K TIMP2 TAND

TIMP2

LOOP LOOP LOOP CR .9 .9 ;

: A1433 CR ." (p q s <->) [(p (qs->)->] -> "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TEQU

I J K TIMP2 TIMP2

TIMP2

LOOP LOOP LOOP CR .9 .9 ; : A1441 CR ." (p->q)<->[p->(p&q)] "

2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

I I J TAND2 TIMP2

<->

LOOP LOOP CR .9 ;

: A1442 CR ." (pqs<->) -> [p (pqs&)->] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TEQU

I I J K TAND TIMP2

TIMP2

LOOP LOOP LOOP CR .9 .9 ; : A145 CR ." (p->q)<->[(p|q)<->q] "

2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

I J TOR2 J <->

<->

LOOP LOOP CR .9 ;

: A1451 CR ." (p->q)<->[(p|q)->q] "

2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

I J TOR2 J TIMP2

<-> LOOP LOOP CR .9 ;

: A1461 CR ." (p<->q)->[(p&r)<->(q&r)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J <->

I K TAND2 J K TAND2 <->

TIMP2


: A1462 CR ." (p<->q)->[(p|r)<->(q|r)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J <->

I K TOR2 J K TOR2 <-> TIMP2


"Парадоксальные" теоремы об условных форму-

лах.

: A1511 CR ." q->(p->q) "

2 -1 DO 2 -1 DO

J

I J TIMP2

TIMP2

LOOP LOOP CR .9 ;

: A1512 CR ." p~->(p->q) " 2 -1 DO 2 -1 DO

I NE

I J TIMP2

TIMP2

LOOP LOOP CR .9 ;

: A1521 CR ." (p&q)->(p<->q) "

2 -1 DO 2 -1 DO


14 2/2014

I J TAND2

I J <->

TIMP2

LOOP LOOP CR .9 ;

: A1522 CR ." (p~&q~)->(p<->q) "

2 -1 DO 2 -1 DO

I NE J NE TAND2

I J <->

TIMP2 LOOP LOOP CR .9 ;

: A1541 CR ." (p->q)|(q->p) "

2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

J I TIMP2

TOR2

LOOP LOOP CR .9 ;

Силлогизм и композиция. Силлогизм – это выведе-

ние следствия, заключения из определенных посылок,

то есть из двух суждений, имеющих субъектно-

предикатную форму, следует новое суждение, кото-рый также имеет субъектно-предикатную форму.

Modus ponens и modus tollens (А161. |- [ p & ( p ->

q ) ] -> q и А1611. |- [ q ~ & ( p -> q ) ] -> p ~ ). Если

известно, что предложения Р и P -> Q истинны, то

модус поненс позволяет вывести Q.

: A161 CR

." modus ponens: [p&(p->q)]->q "

2 -1 DO 2 -1 DO

I

I J TIMP2

TAND2 J TIMP2

LOOP LOOP CR .9 ;

Согласно правилу вывода модус толленс, если из-

вестно, что P -> Q являются истинным и Q ложно,

можно вывести ~P.

: A1611 CR

." modus tollens: [q~&(p->q)]->p~ "

2 -1 DO 2 -1 DO

J NE

I J TIMP2

TAND2 I NE TIMP2

LOOP LOOP CR .9 ;

Полный силлогизм – это силлогизм, в котором

выражены все его части (обе посылки и заключение).

: A162 CR ." [(p->q)&(q->r)]->(p->r) "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

J K TIMP2

TAND2

I K TIMP2

TIMP2

LOOP LOOP LOOP CR .27 ; : A1621 CR ." [(q->r)&(p->q)]->(p->r) "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

J K TIMP2

I J TIMP2

TAND2

I K TIMP2

TIMP2


: A1622 CR ." [(p<->q)&(q<->r)]->(p<->r) "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J <->

J K <->

TAND2

I K <->

TIMP2

LOOP LOOP LOOP CR .27 ; : A1623 CR ." {(p->q)&[(q&s)->r]}->[(p&s)->r] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

J K TAND2

I2 TIMP2

TAND2

I K TAND2

I2 TIMP2

TIMP2

LOOP LOOP LOOP LOOP CR .27 CR .27 CR .27 ;

где I2 индекс, отсутствующий в Win32Forth

CODE I2 push ebx

mov ebx, 9 CELLS [ebp]

add ebx, 10 CELLS [ebp]

next c;

: A163 CR ." [(p->q)&(q->r)&(r->s)]->(p->s) "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

J K TIMP2

K I2 TIMP2

TAND

I I2 TIMP2 TIMP2


: A164 CR ." [(~p->q)&(q->r)]->(~p->r) "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I NE J TIMP2

J K TIMP2

TAND2

I NE K TIMP2

TIMP2


: A1641 CR ." [(~p->q)&(q->r)&(r->s)]->(~p->s) " 2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I NE J TIMP2

J K TIMP2

K I2 TIMP2

TAND

I NE I2 TIMP2

TIMP2


Закон композиции – это общее название ряда ло-

гических законов, позволяющих объединять следствия

определенных условных высказываний или разделять

их основание [4]. С помощью операции композиции функций из элементарных функций можно получить

более сложные функции.

Композиция конъюнкций: если верно, что если

первое, то второе, и если второе, то третье, то верно,

что если первое, то второе и третье.

: A1651 CR ." [(p->q)&(p->s)]<->[p->(q&s)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO


2/2014 15

I J TIMP2

I K TIMP2

TAND2

I

J K TAND2

TIMP2

<->


: A1652 CR ." [(p->q)&(r->q)]<->[(p|r)->q] " 2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

K J TIMP2

TAND2

I K TOR2

J TIMP2

<->


: A1661 CR ." [(p->q)&(r->s)]->[(p&r)->(q&s)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

K I2 TIMP2 TAND2

I K TAND2

J I2 TAND2

TIMP2

TIMP2

LOOP LOOP LOOP LOOP CR .27 CR. 27 CR .27 ;

: A1662 CR ." [(p->q)&(r->s)]->[(p|r)->(q|s)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

K I2 TIMP2

TAND2 I K TOR2

J I2 TOR2

TIMP2

TIMP2


Композиция дизъюнкций: если дизъюнкция двух

высказываний влечет третье высказывание, то каждый

из членов этой дизъюнкции влечет это высказывание.

: A167 CR ." [(p->q)|(p->s)]<->[p->(q|s)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2 I K TIMP2

TOR2

I

J K TOR2

TIMP2

<->


: A1671 CR ." [(p->q)&(r->q)]<->[(p&r)->q] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2

K J TIMP2

TOR2 I K TAND2

J TIMP2

<->


Теоремы об экспортации и импортации. Логиче-

ский закон о заменимости в определенных случаях

конъюнкции импликацией, и наоборот называется

законом экспортизации-импортизации. Другими сло-

вами, первое и второе влечет третье только тогда, ко-

гда первое влечет, что второе влечет третье. Данный

закон составляется из двух импликаций: закон экспор-

тизации [(p&q)->r]->[p->(q->r)] и закон импортизации

[p->(q->r)] -> [(p&q)->r].

: A170 CR ." [(p&q)->r]<->[p->(q->r)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TAND2 K TIMP2

I

J K TIMP2

TIMP2

<->


: A1705 CR ." [p->(q->r)]<->[q->(p->r)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TIMP2 TIMP2

J I K TIMP2 TIMP2 <->


"Экспортационные" аналоги теорем А16. Все формулы А16, имеющие вид (P&Q)->R, имеют экпор-

тационные аналоги вида P->(Q->R).

: A172 CR ." (p->q)->[(q->r)->(p->r)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2 J K TIMP2

I K TIMP2

TIMP2 TIMP2


Отрицание условных предложений:

: A182 CR ." (p->q)~->(p->q~) "

2 -1 DO 2 -1 DO I J TIMP2 NE I J NE TIMP2

TIMP2

LOOP LOOP CR .9 ;

Вывод. Новое направление в науке связано с изу-

чением математической и философской логики и кон-

струированием новой компьютерной логики. Кон-

струирование логики в программной инженерии – это

систематический, дисциплинный, измеримый подход

к развитию, оперированию и обслуживанию, который

интегрирует принципы математики, информатики и компьютерных наук. Исследованы теоремы и форму-

лы тернарной алгебры: антилогизмы, умножение, эк-

вивалентность, силлогизм и композиция, экспортация

и импортация.


1. Словарь по логике. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС / А.А. Ивин, А.Л. Никифоров. 1998 (источник: http://yanko.lib.ru/books/dictionary/slovar-po-logike.htm, Дата: 22.10.2014).

2. Омар М.Т. Комлогия. – Караганда: Изд-во КарГТУ. 2009.

– 152 с.

Омар М.Т., Рахымбаева Н.И. Модальді логика

заңдары, теоремалары және формулалары.

Үш мәнді алгебраның заңдылықтары бүтін санды

Буль алгебрасына ұқсастығы бойынша қарастырыла-

ды. 4th Forth программалау тілінің базасында тернар-

лы алгебра заңдарын құру мен зерттеудің тікелей әді-


16 2/2014

сі қолданылған. Тернарлы алгебраның антилогизмдер,

кӛбейту, эквиваленттілік, силлогизм және компози-

ция сияқты теоремалары мен формулалары зерттел-

ген. Экспортация және импортация теоремалары тү-

сіндірілген. Олардың программалық кодтары кӛрсе-

тіледі. Ұсынылған комлогикалық операциялар берілген

қасиеттері бар логикаларды конструкциялау бойын-

ша жаңа ғылыми бағыт жасау мүмкіндігін ашады.

Бұл оларды ақпараттық технологияларда тікелей кӛрсету арқылы әр түрлі қолданыс үшін қажет.

Оmar М.Т., Rakhymbayeva N.I. Laws, Theorems,

and Formulas of Modal Logics.

There are considered the laws of three-digit algebra by analogy with integer Boolean algebra. The direct

method of construction and research of laws of ternary

algebra on the basis of a programming language 4th

Forth is used. Theorems and formulas of ternary algebra,

such as antilogism, multiplication, equivalence, a syllo-

gism and composition are investigated. Theorems of an

exportation and an importation are stated. Their program

codes are given. The presented comlogical operations

open possibility of creation of the new scientific direction

on designing the logician. It is necessary for various ap-

plications with their direct check in information technolo-gies.


Омар М.Т. (см. стр. 12).

Рахымбаева Н.И. (см. стр. 12).

УДК 519.854.33 © Омар М.Т., Рахымбаева Н.И., 2014

Основные принципы и теоремы трехзначных систем


Ключевые слова: комлогия, закон, теорема, принцип, тождество, отрицание, противоречие, исключенное

четвертое, конъюнкция, дизъюнкция, импликация.

Комлогические операции логических законов реа-

лизуются на базе языка программирования 4th FORTH.

Рассматриваются принципы тернарной алгебры по

аналогии с логическими законами булевой алгебры.

Приведены принципы отрицания, противоречия и ис-

ключенного четвертого. Расписан закон контрапози-

ции с тремя путями доказательства. Представлены

законы эквивалентности для конъюнкции и дизъюнк-

ции. Приводятся их программные коды. Представ-

ленные комлогические операции расширяют возмож-

ности логических операций, которые способствуют построению силлогизмов.

Принцип тождества. Положение «всякая мысль

тождественна сама себе» и есть первый принцип ло-

гики как науки. В виде формулы этот принцип запи-

сывается следующим образом, "P=P", где символом P

обозначена любая мысль [1]. На языке программиро-

вания принцип тождества для тернарной логики пред-

ставлен ниже:

: A100 CR

." [p] <-> [p] принцип тождества "

2 -1 DO I I <->

LOOP CR . . . ;

где \ Эквиваленция

: <-> ( a b -> c)

TEXOR2 NE ;

Принципы отрицания. Отрицание в логике – это

унарная операция над суждениями, результатом кото-

рой является суждение (в известном смысле), «проти-

воположное» исходному [2]. Существуют три вариан-

та отрицания:

● отрицание отрицания (А101. |- p ~ ~ <-> p):

: A101 CR

." отрицание отрицания: p~~ <-> p " CR

." на входе " CR

." -1 0 1 <-Top " CR

." на выходе "

2 -1 DO I NE NE

LOOP .S ;

● отрицание конъюнкции (А102. |- [p&q&s]~ <-

> [p~|q~|s~] и А1021. |- [p&q&s] <-> [p~|q~|s~]~):

: A102 CR

." [p&q&s]~ <-> [p~|q~|s~] отрицание

конъюнкции "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TAND NE

I NE J NE K NE TOR

<->

LOOP LOOP LOOP CR ; : A1021 CR ." [p&q&s]<->[p~|q~|s~]~ "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TAND

I NE J NE K NE TOR NE

<->

LOOP LOOP LOOP CR ;

● отрицание дизъюнкции (А103. |- [p|q|s]~<-


2/2014 17

>[p~&q~&s~] и А1031. |- [p|q]<->[p~&q~]~):

: A103 CR ." [p|q|s]~<->[p~&q~&s~] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TOR NE

I NE J NE K NE TAND

<->

LOOP LOOP LOOP CR ;

: A1031 CR ." [p|q|s]<->[p~&q~&s~]~ "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO I J K TOR

I NE J NE K NE TAND NE

<->

LOOP LOOP LOOP CR ;

Закон отрицания выражает преемственность, связь

нового со старым, повторяемость на высшей стадии

развития некоторых свойств низшей стадии, обосно-

вывает прогрессивный характер развития.

«...Отрицание как раз и есть (рассматриваемое со

стороны формы) движущее начало всякого развития:

разделение на противоположности, их борьба и раз-

решение, причем (в истории отчасти, в мышлении вполне) на основе приобретенного опыта вновь дости-

гается первоначальный исходный пункт, но на более

высокой ступени» [3].

Принцип противоречия – это принцип о том, что

два противоречащих суждения не могут быть одно-

временно истинными и выражается как А105. |- ( p & p

~ ) ~. Он является фундаментальным законом для со-

временной математики. На языке программирования

данный принцип выражается следующим образом:

: A105 CR ." (p&p~)~ принцип противоречия " 2 -1 DO

I I NE TAND2 NE

LOOP CR . . . ;

: A1055 CR ." (q&q~)-> p антецедент - ложь "

2 -1 DO 2 -1 DO

I I NE TAND2

J TIMP2

LOOP LOOP CR .9 ;

где .9 – это программа для вывода результата на

экран:

: .9 CR 9 0 DO . LOOP ;

Принцип исключѐнного четвертого (А106. |- p|p~)

– это когда любое высказывание может быть либо

ИСТИННЫМ, либо ЛОЖНЫМ, либо НИ ИСТИН-

НЫМ и НИ ЛОЖНЫМ одновременно. «Четвертого не

дано». То есть два значения «истинно» и «ложно» яв-

ляются не полными альтернативами. Это не контра-

дикторные, а контрарные понятия. То есть не проти-

воречивые, а только противоположные. А полностью

контрадикторными являются понятия – «известное...»

и «неизвестное по логическому значению суждение». : A106 CR ." p|p~ принцип исключѐнного четвер-

того "

2 -1 DO

I I NE TOR2

LOOP CR . . . ;

: A1065 CR ." p->(q|q~) консеквент - истина "

2 -1 DO 2 -1 DO

I

J J NE TOR2

TIMP2

LOOP LOOP CR ;

Теорема – это предложение, истинность которого

доказывается на основе аксиом или ранее доказанных

теорем. Теоремы часто формулируются в виде импли-

каций. Импликативная структура наиболее удобна для выделения условия и заключения теоремы (того, что

дано, и того, что необходимо доказать). Если импли-

кация Р => Q выражает некоторую теорему, то осно-

вание импликации P выражает условие, а следствие Q

- заключение теоремы. Условие или заключение в

свою очередь может не быть элементарным высказы-

ванием, а иметь определенную логическую структуру,

чаще всего конъюнктивную или дизъюнктивную.

Теоремы о конъюнкции (А110. |- (p&q&s) -> p).

: A110 CR ." (p&q)->p "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TAND I TIMP2

LOOP LOOP LOOP CR ;

\ А111. |- (p&q&s)<->(s&q&p) коммутативность

конъюнкции

: A111 CR ." (p&q&s)<->(s&q&p) "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TAND

K J I TAND

<->

LOOP LOOP LOOP CR ;

\ А112. |- [p&(q&s)]<->[(p&q)&s] ассоциативность конъюнкции

: A112 CR ." [p&(q&s)]<->[(p&q)&s] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TAND2 TAND2

I J TAND2 K TAND2

<->


где .27 – это программа для вывода результата на

экран:

: .27 CR

28 1 DO . LOOP ; \ А113. |- [p&(q|s)]<->[(p&q)|(p&s)]

\ дистрибутивность конъюнкции относительно

дизъюнкции

: A113 CR ." [p&(q|r)]<->[(p&q)|(p&r)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TOR2 TAND2

I J TAND2 I K TAND2 TOR2

<->

LOOP LOOP LOOP CR ;

\ А114. |- p<->(p&p&p) идемпотентность конъ-

юнкции

: A114 CR ." p<->(p&p&p) " 2 -1 DO

I I I I TAND

<->

LOOP CR . . . ;

Законы эквивалентности для конъюнкции А115. |-

p <-> [ p & ( p | q | s ) ] и А116. |- p <-> [ p & ( q | q ~ ) ]

представлены ниже:


18 2/2014

: A115 CR ." p<->[p&(p|q|s)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I I I J K TOR TAND2

<->

LOOP LOOP LOOP CR ;

: A116 CR ." p<->[p&(q|q~)] "

2 -1 DO 2 -1 DO

I I J J NE TOR2

TAND2 <->

LOOP LOOP CR ;

Теоремы о дизъюнкции (a120. |- p->(p|q|s)).

: A120 CR ." p->(p|q|s) "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I I J K TOR TIMP2

LOOP LOOP LOOP CR ;

\ a121. |- (p|q|s)<->(s|q|p) коммутативность дизъ-

юнкции

: A121 CR ." (p|q|s)<->(s|q|p) "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TOR K J I TOR TIMP2 LOOP LOOP LOOP CR ;

\ a122. |- [p|(q|s)]<->[(p|q)|s] ассоциативность дизъ-

юнкции

: A122 CR ." [p|(q|s)]<->[(p|q)|s] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TOR2 TOR2 I J TOR2 K TOR2 <->

LOOP LOOP LOOP CR ;

\ a123. |- [p|(q&s)]<->[(p|q)&(p|s)]

\ дистрибутивность дизъюнкции относительно

конъюнкции

: A123 CR ." [p|(q&s)]<->[(p|q)&(p|s)] " 2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J K TAND2 TOR2

I J TOR2 I K TOR2 TAND2

<->

LOOP LOOP LOOP CR ;

\ a124. |- p<->(p|p|p) идемпотентность дизъюнкции

: A124 CR ." p<->(p|p|p) "

2 -1 DO

I I I I TOR

<->

LOOP CR . . . ; Законы эквивалентности для дизъюнкции А125. |-

p <-> [ p | ( p & q & s ) ] и А126. |- p <-> [ p | ( q & q ~ )

] представлены ниже:

: A125 CR ." p<->[p|(p&q&s)] "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I I I J K TAND TOR2 <->

LOOP LOOP LOOP CR ;

: A126 CR ." p<->[p|(q&q~)] "

2 -1 DO 2 -1 DO

I I J J NE TAND2 TOR2 <->

LOOP LOOP CR ;

Теоремы об импликации. Теорему-импликацию

можно сформулировать в виде «если условие теоре-

мы, то заключение теоремы». Закон контрапозиции –

это классический закон логики, утверждающий, что в

том случае, если посылка Р влечет некое следствие Q,

то это следствие (т.е. «не Q») влечет отрицание этой

посылки (т.е. «не Р»). Используя данный закон, можно

менять местами основание и следствие условного вы-

сказывания.

: A131 CR ." (p->q->s)<->(s~->q~->p~) контрапо-

зиция "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J TIMP2 J K TIMP2

TAND2

I K TIMP2

TIMP2 K NE J NE TIMP2

J NE I NE TIMP2 TAND2

K NE I NE TIMP2 TIMP2 <->


: A1311 CR ." (p->q~->s~)<->(s->q->p~) "

2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I J NE TIMP2 J NE K NE TIMP2

TAND2 I K NE TIMP2 TIMP2

K J TIMP2 J I NE TIMP2 TAND2

K I NE TIMP2 TIMP2 <->


: A1312 CR ." (p~->q->s)<->(s->q~->p) " 2 -1 DO 2 -1 DO 2 -1 DO

I NE J TIMP2 J K NE TIMP2 TAND2

I NE K NE TIMP2 TIMP2

K J NE TIMP2 J NE I TIMP2 TAND2

K I TIMP2 TIMP2 <->


Можно еще придумать 24 разные комбинации 3^3.

Вывод. Исследованы логические законы, теоремы

и формулы по аналогии с логическими законами бу-

левой алгебры. Использован прямой метод построения и исследования законов тернарной алгебры на базе

языка программирования 4thForth для принципа тож-

дества, отрицания, противоречия и исключенного чет-

вертого. Предоставлены программные коды по зако-

нам эквивалентности для конъюнкции и дизъюнкции.


1. Заочное дистанционное образование с получением госу-дарственного диплома Московского государственного индустриального университета (МГИУ) через Internet. Принцип тождества.

2. Электронный источник: www.wikipedia.ru, от 02.05.2014. 3. Маркс К., Энгельс Ф. Т. 20. С. 640-641. 4. Омар М.Т. Комлогия. – Караганда: Изд-во КарГТУ. 2009.

– 152 с.

Омар М.Т., Рахымбаева Н.И. Үш мәнді жүйелер-

дің негізгі принциптері мен теоремалары.

Логикалық заңдардың комлогиялық операциялары

4th FORTH программалау тілінің базасында жүзеге

асырылады. Тернарлы алгебраның принциптері Буль

алгебрасының логикалық заңдарына ұқсастығы

бойынша қарастырылады. Терістеу, қайшылық және

жойылған тӛртінші принциптері келтірілген. Дәлел-

деудің үш жолымен контрапозициялау заңы кӛрсетіл-

ген. Конъюнкция мен дизъюнкция үшін эквивалентті-

лік заңдары ұсынылған. Олардың программалық код-

тары кӛрсетіледі. Ұсынылған комлогиялық операция-

лар силлогизмдерді құруға ықпал ететін логикалық операция мүмкіндіктерін кеңейтеді.


2/2014 19

Оmar М.Т., Rakhymbayeva N.I. Basic Principles

and Theorems of ternary Systems.

Comlogical operations of logical laws are realized on

the basis of programming language 4th FORTH. The prin-

ciples of ternary algebra by analogy with logical laws of

Boolean algebra are considered. The principles of denial,

a contradiction and excluded the fourth are given. The

law of contraposition with three ways of the proof is

painted. Laws of equivalence are provided for conjunction

and a disjunction. Their program codes are given. The

presented comlogical operations expand possibilities of

logical operations which promote creation of syllogisms.


Омар М.Т. (см. стр. 12).

Рахымбаева Н.И. (см. стр. 12).

УДК 62-83:621.879 © Каракулин М.Л., Узденбаев Н.Е., 2014

Имитационное моделирование двухдвигательного электропривода механизма подъема экскаватора ЭКГ-8И

М.Л. КАРАКУЛИН, к.т.н., доцент, Н.Е. УЗДЕНБАЕВ, магистрант, Карагандинский государственный технический университет, кафедра АПП

Ключевые слова: кинематическая схема, система управления, электродвигатель, характеристика, мате-

матическая модель, имитационное моделирование, магнитный поток, ток возбуждения, колебание, режим.

Проведен анализ кинематической схемы двухдви-

гательного электропривода механизма подъема. При-

ведено математическое описание двухдвигательного

электропривода, разработана структурная схема электропривода. В среде пакета прикладных про-

грамм Matlab-Simulink разработана имитационная

модель двухдвигательного электропривода. Проведе-

на серия имитационных экспериментов, результаты

которых позволили произвести анализ электромеха-

нических процессов в электроприводе. Высказано

предположение о причинах выхода из строя одного из

двигателей. Даны рекомендации по совершенствова-

нию системы управления электроприводом.

В процессе эксплуатации многодвигательных

электроприводов механизма подъема одноковшовых экскаваторов типа ЭКГ-8И наблюдается преждевре-

менный выход из строя одного из двигателей. После

ремонта электродвигателя, а именно после перемотки

поврежденных обмоток и последующей установки его

на прежнее место, очень часто наблюдается выход из

строя уже второго электродвигателя. В таких случаях

бывает целесообразным отремонтировать (перемо-

тать) сразу два двигателя, хотя из строя вышел непо-

средственно только один.

Для анализа вероятных причин отказов электро-

двигателей механизма подъема экскаваторов типа ЭКГ-8 проведены исследования с использованием

методов имитационного моделирования.

На рисунке 1 представлена кинематическая схема

механизма подъема одноковшового экскаватора ЭКГ-

8И.

1 – электродвигатели; 2 – тормозные устройства; 3 – упругие муфты; 4 и 5 – шестерни редуктора;

6 – барабаны, 7 – подшипники

Рисунок 1 – Кинематическая схема механизма подъема

Двухдвигательный электропривод механизма подъ-ема экскаватора ЭКГ-8И выполнен по системе Г-Д,

содержит генератор типа 2ПЭМ 151-8С и два электро-

двигателя независимого возбуждения типа ДЭ-816.

На рисунке 2 представлена упрощенная принципи-

альная схема электропривода подъема экскаватора


20 2/2014

ЭКГ-8И. Два двигателя соединены последовательно и

получают питание от одного генератора. Обмотки

возбуждения двигателей включены между собой па-

раллельно. Последовательно с каждой обмоткой

включены регулировочные сопротивления. Для регу-

лирования тока возбуждения генератора и скорости

вращения двигателей применены два магнитных уси-

лителя МУП1 и МУП2.

В экскаваторных электроприводах управление двигателями осуществляется по якорной цепи по си-

стеме управляемый преобразователь – двигатель [1]. В

качестве управляемого преобразователя на схеме ри-

сунка 2 используется генератор постоянного тока.

Система уравнений, описывающих электропривод

подъема без учета реакции якорей и влияния вихре-

вых токов, имеет следующий вид [2]:

1 2

1 1 1 1 1 1

2 2 2 2 2 2

1 1 1 1 13

2 2 2 2 23

13 23 3 3

13 13 1 3

23 23 2 3

1 1 1 1 1

2

,

( / ) ,

( / ) ,

( / ) ,

( / ) ,

( / ),

,

,

( / ),

г

я я я я е

я я я я е

м я у

м я у

у у c

у

у

в в в в в

в

U U U

U i R L di dt С Ф

U i R L di dt С Ф

J d dt С Ф i M

J d dt С Ф i M

M M M J d dt

M C dt

M C dt

U i R L di dt

U

2 2 2 2

1 1

2 2

( / ),

( ),

( ),

в в в в

в

в

i R L di dt

Ф f i

Ф f i

(1)

где Uг, Uя1, Uя2, Uв1, Uв2 – напряжение генератора, яко-

ря электродвигателя и напряжения возбуждения

электродвигателей, соответственно;

iя, iв1, iв2 – ток якоря и токи возбуждения соответ-

ствующих двигателей;

1, 2, 3 – частота вращения 1-го, 2-го электро-двигателей и приведенная скорость рабочего ме-

ханизма, соответственно;

M13у, M23у, Mс – упругие моменты электродвигате-

лей и момент сопротивления, соответственно;

Ф1, Ф2 – основные магнитные потоки соответ-

ствующих электродвигателей;

Rя1, Rя2, Rв1, Rв2 – сопротивления якорей и обмоток

возбуждения электродвигателей, соответственно;

Lя1, Lя2, Lв1, Lв2 – индуктивности якорных цепей и

обмоток возбуждения электродвигателей, соответ-

ственно; J1, J2, J3 – моменты инерции электродвигателей и

передаточного устройства, соответственно;

C13, C23 – жесткости механических связей;

Се1, Се2, См1, См2 – конструктивные постоянные

электродвигателей.

Представленной системе уравнений соответствует

структурная схема, изображенная на рисунке 3.

По представленной структурной схеме с исполь-

зованием ППП Matlab-Simulink была разработана

имитационная модель двухдвигательного электропри-

вода механизма подъема экскаватора ЭКГ-8И. Пара-

метры модели определены по техническим характери-стикам электропривода: Pн = 190 кВт; ωн = 77,5 рад/c;

Мн = 2450 Нм; iн = 680 А; Uн = 300 В; Фн = 0,09 Вб;

Rя = 0,004 Ом; Uв = 85 В; Rв1 = Rв2 = 3,5 Ом.

При моделировании учитывалось и то обстоятель-

ство, что электродвигатели одинакового типа могут

иметь неидентичные технические характеристики.

Причем эта разница допускается техническими усло-

виями, расхождение в механических характеристиках

может достигать 20-25%.

В связи с этим, исследования производились на

модели электропривода, содержащего идентичные электродвигатели, и на модели с разницей магнитных

потоков электродвигателей в пределах 15-20%, что

вполне может соответствовать реальному разбросу

параметров. В процессе имитационных экспериментов

изучалась реакция электропривода на управляющие и

возмущающие воздействия. Анализ проведенных экс-

периментов показал, что разброс характеристик элек-

тродвигателей значительно ухудшает режимы работы

электропривода.

Рисунок 2 – Упрощенная принципиальная схема электропривода подъема


2/2014 21

Рисунок 3 – Структурная схема двухдвигательного электропривода

Приведенные ниже результаты имитационного моделирования проводились при заданной разнице

основных магнитных потоков порядка 15%, магнит-

ный поток первого двигателя был больше второго.

На рисунке 4а представлен график зависимости

упругого момента М13у, а на рисунке 4б – график раз-

ности упругих моментов М13у и М23у. При пусках ам-

плитуда упругого момента М13у достигает почти дву-

кратного значения от номинального момента, а в

установившихся режимах возникают слабозатухаю-

щие колебания. На рисунке 5 показан график разности

ЭДС электродвигателей Е1-Е2. Как видно из рисунка

разница ЭДС колеблется в пределах 30130 В, и это

приводит к перенапряжениям одного из электродвига-телей.

Опыты, поставленные для электропривода с иден-

тичными характеристиками электродвигателей, пока-

зали, что разницы в моментах и ЭДС двигателей не

наблюдается, а колебания в упругих связях быстро

затухают.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что

для улучшения режимов работы электропривода

необходимо минимизировать разницу основных маг-

нитных потоков электродвигателей, двигатели долж-

ны обладать, по возможности, одинаковыми механи-ческими характеристиками. Неполной идентичностью

характеристик приводных электродвигателей и объяс-

няется возникновение механических перегрузок и

электрических перенапряжений. Устранение разброса

параметров электродвигателей технологическими ме-

тодами – задача трудновыполнимая. Одним из реаль-

ных путей улучшения режимов работы электроприво-

дов является их модернизация, суть которой заключа-

ется в дополнении существующей структуры систе-

мой выравнивания магнитных потоков. Оценить непо-

средственно величину магнитного потока электродви-гателя, не нарушая его конструкции, достаточно труд-

но, однако оценить разницу магнитных потока элек-

тродвигателей можно косвенно.

а)

б)

Рисунок 4 – Графики упругих моментов


22 2/2014

При последовательном соединении двух двигате-

лей происходит перераспределение напряжений со-

гласно выражению:

1 1 1 1 1 2 2 2 2 2; .е я я е я яU С Ф I r U С Ф I r (2)

Если предположить, что сопротивления якорных

цепей двигателей rя1 и rя2 одинаковые и в процессе

эксплуатации меняться не будут, то перераспределе-

ние напряжений в основном будет зависеть от разни-

цы основных магнитных потоков двигателей. Скоро-

сти двигателей в электроприводе с относительно же-

сткими связями принято считать одинаковыми, конст-

руктивные постоянные так же считаются одинаковы-

ми. Из выражения (2) видно, что значение напряжения

будет большим там, где больше магнитный поток [3].

Это предположение можно использовать для оценки

разницы магнитных потоков косвенным методом. На рисунке 6 представлена функциональная схема

двухдвигательного электропривода с системой вырав-

нивания магнитных токов.

Данное решение предполагает разделить цепи воз-

буждения. Все электрические машины будут возбуж-

даться от индивидуальных тиристорных преобразова-

телей. Сигнал задания для тиристорных преобразовате-

лей, питающих цепи возбуждения электродвигателей,

будет состоять из двух составных: общей и корректи-

рующей. Общая часть для обоих электродвигателей

определяется штатной системы управления, а коррек-

тирующая часть будет формироваться системой вырав-

нивая магнитных потоков на основе информации от

датчиков напряжения (ДН1, ДН2) и датчика тока (ДТ1).

Магнитные потоки электродвигателей корректи-

руются одновременно, но с противоположными зна-

ками. Корректировка магнитных потоков будет осу-ществляться до тех пор, пока перераспределение

напряжений на электродвигателях не станет в преде-

лах заданного значения. Чем меньше разброс основ-

ных магнитных потоков, тем меньше разница напря-

жений на электродвигателях. По этому признаку и

будет осуществляться выравнивание магнитных пото-

ков в двухдвигательном электроприводе.

Следует отметить, что при данном техническом

решении все изменения сведены к минимуму. Все

электрические машины остаются прежними и на сво-

их местах, изменения коснуться только системы

управления. Данное решение позволит минимизиро-вать материальные затраты, необходимые для прове-

дения модернизации действующего парка одноковшо-

вых экскаваторов.

Рисунок 5 – График зависимости разности ЭДС двигателей Е1-Е2

Рисунок 6 – Функциональная схема двухдвигательного электропривода с системой выравнивания магнитных токов


2/2014 23


1. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управле-ние электроприводами. – Л.: Энергоиздат, 1982. – 392 с.

2. Лисицын Д.В., Костров О.О. О модернизации многодви-гательных электроприводов действующего парка одно-ковшовых экскаваторов // Научно-технический журнал «Автоматика и информатика». Выпуск 1-2 (26-27). Кара-ганда: Изд-во КарГТУ, 2010. С. 24-27.

3. Брейдо И.В., Лисицын Д.В. Выравнивание магнитных потоков в многодвигательных электроприводах механиз-ма поворота одноковшовых экскаваторов // Там же. Вы-пуск 2 (33). Караганда: Изд-во КарГТУ, 2013. С. 32-35.

Каракулин М.Л., Үзденбаев Н.Е. ЭКГ-8И экска-

ваторы көтеру механизмінің екі қозғалтқышты

электр жетегін еліктей модельдеу.

Кӛтеру механизмінің екі қозғалтқышты электр

жетегінің кинематикалық сұлбасына талдау жүргі-

зілген. Екі қозғалтқышты электр жетегіне матема-

тикалық сипаттама жасалған, электр жетегінің

құрылымдық сұлбасы әзірленген. Matlab-Simulink қол-

данбалы программалар пакетінің ортасында екі қоз-

ғалтқышты электр жетегіне еліктеу моделі жасал-

ған. Еліктеу эксперименттер сериясы жүргізілген,

олардың нәтижелері электр жетегіндегі электр ме-ханикалық процестерге талдау жүргізуге мүмкіндік

берді. Қозғалтқыштардың біреуінің істен шығу се-

бептері туралы болжам ұсынылған. Электр жетегін

басқару жүйелерін жетілдіру бойынша ұсыныстар

берілген.

Каrakulin M.L., Uzdenbayev N.Ye. Imitation Model-

ing Two-Engine Electric Drive of Excavator EKG-8I

Lifting Mechanism.

There was carried out the analysis of the kinematic

scheme of the two-engine electric drive of the lifting

mechanism. The mathematical description of the two-

engine electric drive is provided, the block diagram of the

electric drive is developed. In the environment of the

package of applied Matlab-Simulink programs the imitat-

ing model of the two-engine electric drive is developed. A

series of imitating experiments which results permitted to make the analysis of electromechanical processes in the

electric drive is carried out. It is suggested about the rea-

sons of failure of one of engines. There are made recom-

mendations on improvement of the control system of the

electric drive.


Каракулин Михаил Леонидович, доцент кафедры

АПП КарГТУ. В 1966 г. окончил Карагандинский по-

литехнический институт по специальности «Горная

электромеханика» с квалификацией горный инженер –

электромеханик. В 1989г. защитил кандидатскую дис-сертацию в Днепропетровском горном институте.

Область научных интересов – системы управле-

ния тяговым электроприводом; нетрадиционные ис-

точники электроэнергии.

Узденбаев Нурсултан Ерканиевич, магистрант

кафедры АПП КарГТУ. В 2013 г. окончил Карагандин-

ский государственный технический университет по

специальности «Радиотехника, электроника и теле-

коммуникации» с квалификацией – бакалавр радио-

техники, электроники и телекоммуникаций.

УДК 621.31 © Квасов А.И., Титов Д.Н., Григорьева С.В., 2014

Двухконтурное регулирование параметрами системы светодиодного освещения

А.И. КВАСОВ, д.т.н., профессор, академик КазНАЕН, Д.Н. ТИТОВ, к.т.н., директор департамента науки, С.В. ГРИГОРЬЕВА, докторант, Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева

Ключевые слова: светодиод, кристалл, температура, элемент Пельтье, система освещения, интеллекту-

альная система.

Предложена двухконтурная схема регулирования

системы светодиодного освещения, позволяющая по-

высить надежность и время эксплуатации освети-

тельных приборов. Новым является регулирование

температуры кристалла светодиода за счет исполь-зования элемента Пельтье с автоматическим регули-

рованием температуры пластины. Проведены натур-

ные испытания с опытным образцом светодиодного

светильника, выполненного в стандарте «Арм-

стронг». За время наблюдения за работой системы

освещения и сравнения ее с имеющимися осветитель-

ными приборами, основанными на люминесцентных

лампах, были получены данные по экономии электро-

энергии. Так, в режиме работы светодиодной систе-

мы освещения с датчиком движения, по сравнению с

люминесцентными лампами, экономия составляет: с датчиком движения 91%, без датчика движения

55%.

Главное требование, предъявляемое к системе

освещения, – это обеспечение заданного уровня осве-

щенности. Необходимо также соблюдение санитарных


24 2/2014

требований, таких как спектральный состав света и

частота мерцания. Все эти требования призваны со-

здать максимальный комфорт для зрения и обеспечить

максимальную эффективность и безопасность работы

людей.

Следующим по значимости является требование

экономической эффективности, т.е. минимум затрат

на создание и эксплуатацию системы освещения. Сле-

дует подчеркнуть особую важность этой составляю-щей. Она напрямую связана с энергетической эффек-

тивностью системы освещения, которая зависит от

коэффициента полезного действия осветительных

приборов, от интенсивности их использования по

уровню производимого света и по времени использо-

вания.

Совершенно очевидно, что существуют два

направления технического прогресса в области элек-

трического освещения: совершенствование электриче-

ских осветительных приборов и совершенствование

систем управления электрическим освещением.

Светодиодные лампы освещения как новый вид экономичных источников света становятся все более

востребованными. Увеличивается количество объек-

тов, в которых традиционные источники света заме-

нены на энергосберегающие лампы освещения. Сего-

дня светильники со светодиодными лампами исполь-

зуются в производственных цехах и на складах, на

объектах ЖКХ, в офисах, торговых центрах, медицин-

ских учреждениях, выставочных залах и других типах

общественных помещений.

Сегодня около 19% мирового потребления элек-

троэнергии приходится на долю искусственного света. Модернизация старой системы освещения снижает

потребление энергии и эксплуатационные расходы до

30%. Использование интеллектуальных систем управ-

ления освещением может обеспечить экономию до

90%. Такие системы базируются на самодиагностике

устройства освещения в реальном времени с исполь-

зованием различных видов датчиков (температура,

освещенность, время, движение). Управление такой

системой в классическом случае осуществляется за

счет контроллера, поддерживающего требуемые ре-

жимы работы светодиодов [1, 2]. Разработанная система контроля и управления

освещением [3] позволяет обеспечить требуемый уро-

вень освещенности без потери надежности работы

системы. Однако данная система, как и другие свето-

диодные системы освещения, регулирует работу за

счет изменения режима работы драйвера светодиодов.

В то же время при эксплуатации систем освещения,

особенно внешнего, происходит значительное изме-

нение температуры внешней среды, которое приводит

к температурным колебаниям кристалла светодиода.

Изменения светового потока осветительного прибора,

вызванные температурными изменениями кристалла светодиода, обычно компенсируются за счет драйвера.

Пассивная система охлаждения, используемая в све-

тодиодных осветительных приборах, не позволяет

поддерживать температурные режимы кристаллов

светодиодов в рекомендованном производителями

температурном диапазоне. Так как при температурах

внешней среды 35°С-40°С при пассивном охлаждении

температура кристалла будет составлять 70°С-80°С

[4].

Переход от обычных источников освещения к све-

тодиодным системам диктует необходимость других

принципов проектирования для достижения преиму-

ществ светодиодного освещения.

В данной работе предлагается для компенсации

изменения температуры кристалла светодиода доба-

вить дополнительный контур регулирования темпера-туры, где в качестве элемента управления использу-

ются пластины Пельтье, позволяющие осуществлять

регулирование во всем диапазоне температур зимнего

и летнего времени.

Для надежной работы светодиодного осветитель-

ного прибора была разработана схема управления

освещением, включающая два контура регулирования

(рисунок 1). Данная схема поддерживает за счет пер-

вого контура регулирования требуемую температуру

кристалла светодиода. Второй контур регулирования

обеспечивает требуемую освещенность за счет изме-

нения режимов работы драйвера. Рассмотрим работу данной схемы. Первый контур

регулирования поддерживает требуемый температур-

ный режим в диапазоне, обеспечивающем устойчивую

работу светодиода 4, при котором в течение заявлен-

ного фирмой-производителем времени работы свето-

диод не деградирует. Регулировка осуществляется

автоматически, изменяя рабочее напряжение элемента

Пельтье 3 с помощью разработанного источника пи-

тания 2. В качестве датчика температуры служит тер-

морезистор 5.

Второй контур регулирования обеспечивает по-стоянный уровень освещенности за счет управления

мощностью светодиода 4 с помощью ШИМ регулиро-

вания драйвера 1. Управляет работой драйвера микро-

контроллер STM32. Контрольный сигнал для управ-

ления поступает с фотосопротивления 6 на контрол-

лер 7, выполняющий программу с необходимым сце-

нарием работы светодиода.

Для обеспечения работы осветительной системы

только в присутствии людей используется датчик

движения 8. Сигнал с датчика поступает на контрол-

лер и обеспечивает включения или выключение си-стемы в зависимости от присутствия людей. Для запи-

си алгоритма интеллектуальной системы работы мик-

роконтроллера используется персональный компью-

тер 9 с необходимым программным обеспечением.

В качестве источника светодиодного излучения

для прибора освещения был выбран сверхяркий све-

тодиод японской корпорации Nichia LED NСSL219B с

тепло-белой температурой излучения, мощностью

1Вт, световым потоком 126Лм, рабочим током 350

мА, углом направленности 120°.

Главная задача светодиодного драйвера – обеспе-

чить на выходе постоянный стабильный ток, незави-симо от изменения питающего напряжения и количе-

ства светодиодов в цепочке. Для обеспечения продол-

жительного срока службы, высокой надежности и ста-

бильности характеристик светодиодных светильников

важно поддерживать высокую стабильность тока. При

этом возникает вопрос о выборе схемы источника пи-

тания (драйвера).


2/2014 25

1 – драйвер управления светодиодом; 2– источник питания управления температурой элемента Пельтье; 3 – элемент Пельтье; 4 – светодиод; 5 – терморезистор; 6 – фоторезистор; 7 – микроконтроллер STM32;

8 – датчик движения; 9 – ПК с программой интеллектуального управления

Рисунок 1 – Схема управления светодиодной системой освещения

За основу управляемого драйвера была взята мик-

росхема Supertex HV9910 (фирма Supertex inc.USA,

США) – высокоэффективный недорогой ШИМ-стаби-

лизатор тока светодиодов. HV9910 – универсальный

стабилизатор тока сверхярких светодиодов с напря-

жением питания от 8В до 450В и выходным током

более 1А обеспечивает максимальную гибкость и ве-

ликолепные параметры конструкции. Диапазон рабо-

чих температур от –40°С до +85°С. Постоянство ярко-

сти цепочки светодиодов осуществляется за счѐт ста-билизации выходного тока, при этом значения этого

тока легко программируются от нуля до максимума

как с помощью навесного резистора, так и с помощью

внешних низкочастотных ШИМ импульсов в диапа-

зоне до нескольких килогерц. Выходная мощность

нагрузки управляется внешним MOSFET транзисто-

ром на фиксированной частоте до 300 КГц.

Схема включения микросхемы HV9910 показана на рисунке 2. Микросхема стабилизирует ток на све-

тодиодах по пиковому значению. Значение тока сни-

мается непосредственно с резистора датчика тока RCS,

ток поступает на компаратор (вывод микросхемы CS)

и сравнивается с опорным сигналом 250 мВ. Если

напряжение на RCS превышает 250 мВ, происходит

выключение ключа Q1. Использование HV9910 обес-

печивает гибкость управления светодиодами и увели-

чивает срок их службы.

Рисунок 2 – Стандартная схема включения микросхемы HV9910


26 2/2014

Управляемый драйвер на базе микросхемы

HV9910 создавался на производственной базе «Энер-

гия» ВКГТУ им. Д. Серикбаева (рисунок 3). После

сборки электронного прибора производилась настрой-

ка его параметров при помощи осциллографа. Основ-

ным параметром настройки является стабилизация тока в 350 mA для безаварийной работы сверхярких

светодиодов. Далее собранный управляемый драйвер

проходил стендовые испытания в течение 7 дней на

возможные срывы в его работе.

Рисунок 3 – Собранная печатная плата

управляемого драйвера

Для регулирования температуры светодиода с ис-пользованием элемента Пельтье разработана кон-

струкция, приведенная на рисунке 4.

Для управления пластиной Пельтье, позволяющей

регулировать температуру кристалла светодиода был

изготовлен источник питания с обратной связью, ре-

гулирующий выходное напряжение в зависимости от

величины сопротивления терморезистора, измеряю-

щего температуру. В качестве элемента Пельтье была

выбрана модель 801-2002-01, имеющая следующие

характеристики: Pmax: 22W, Thmax: 60°C Макс: 7A,

Umax: 6В, Вес: 28gr, Ncella 49.

Принципиальная схема данного источника пита-

ния с элементом Пельтье (рисунок 5) была разработа-

на и подробно описана в монографии [5]. Для реали-зации требуемых параметров питания (ток – 5А) при-

меняется микросхема LM 723 (фирма Texas

Instruments, США). Регулировка подаваемого напря-

жения на элемент Пельтье осуществляется за счет из-

менения регулируемого сопротивления R задающего

опорное напряжение через R1 на вход 6 микросхемы.

Данное напряжение появляется в результате сравне-

ния сопротивлений R8 и R, где R8 является терморе-

зистором, закрепленным на радиаторе светодиода.

Рисунок 4 – Конструкция для охлаждения светодиода с помощью элемента Пельтье

Рисунок 5 – Принципиальная схема источника питания


2/2014 27

Внешний вид изготовленной системы автоматиче-

ской регулировки температуры элемента Пельтье по-

казан на рисунке 6.

Рисунок 6 – Внешний вид источника с элементами контроля и управления температуры элемента Пельтье

Поскольку при эксплуатации осветительных си-

стем в течение суток происходит изменение есте-

ственного освещения в зависимости от времени года

нами была разработана программа интеллектуального

управления освещением для микроконтроллера

STM32L-Discovery (фирма STMicroelectronics, Швей-цария). Плата STM32L-Discovery разработана на ос-

нове серии микроконтроллера STM32L на ядре Cortex-

M3. Представляет полноценный инструментарий,

включающий в себя оценочную плату, программатор

и отладчик с поддержкой программных средств разра-

ботки. В основе STM32L-Discovery заложен 32МГц

микроконтроллер STM32L152RBT6 с 128Kb Flash,

16Kb RAM и 4Kb EEPROM. Также на плате имеется встроенный контроллер LCD 8х40 и LCD дисплей

24х8 в форм-факторе DIP28. Данная плата имеет воз-

можность измерения потребляемого тока.

Испытание разработанной интеллектуальной све-

тодиодной системы освещения проводились на двух

этажах учебного корпуса Восточно-Казахстанского го-

сударственного технического университета им. Д. Се-

рикбаева (рисунок 7). На одном этаже использовались люминесцентные лампы дневного света, а на другом

этаже светодиодные работающие в двух режимах: в

обычном режиме без системы управления и с исполь-

зованием системы интеллектуального управления.

Для сравнения экономичности работы для каждо-

го сегмента были установлены электронные счѐтчики,

связанные с ЭВМ. Информация о расходе электро-

энергии и эффективности работы систем освещения отображалась на мониторе и записывалась в базу дан-

ных. Экспериментальные данные для одного светиль-

ника типа Армстронг показаны на графике (рисунок 8).

Рисунок 7 – Освещение LED светильниками коридора учебного корпуса

Рисунок 8 – Общие затраты на эксплуатацию

тенге/год

Видно, что использование интеллектуальной си-

стемы освещения управления светодиодным освеще-

нием позволяет сэкономить электроэнергию практи-

чески в 10-12 раз по сравнению с имеющимся в насто-

ящее время освещением на основе люминесцентных

ламп. Также данные натурные измерения показали,

что использование светодиодов позволяет сэкономить

электроэнергию в 2-3 раза даже без использования систем автоматизации.

В статье представлены результаты разработки и

внедрения интеллектуальной двухконтурной системы

регулирования работы светодиодного осветительного

прибора, позволяющей поддерживать заданный свето-

вой поток и температуру мощных светодиодов.

Натурные испытания показали стабильность рабо-

ты разработанной системы, что позволило создать опытно-промышленный образец светодиодного осве-

тительного прибора.

Внедрение предложенной системы управления

способствует решению актуальной для Казахстана

проблемы энергосбережения при сохранении качества

освещения.


28 2/2014


1. Chiogna M., Mahdavi A., Albatici R., Frattari A. Energy efficiency of alternative lighting control systems // Lighting Research and Technology. 2012. – vol. 44. – P. 397-415.

2. Singhvi V., Krause A., Guestrin C., Garret Jr., Matthews HS. Intelligent light control using sensor networks. Proceedings of the 3rd International Conference on Embedded Networked Sensor Systems, San Diego, California, USA, 2005. – P. 218-

229. 3. Györök G., Григорьева С. Поиск оптимальных параметров

работы светодиодных систем освещения. Международная научно-практическая конференция «Зеленая экономика – будущее человечества». – Усть-Каменогорск, 2014. – Т.2. – С. 62-71.

4. Титов Д.Н., Бакланов А.Е., Яковлев А.Н., Гурин С.Ю. Компьютерное моделирование тепловых процессов в светодиодных осветительных приборах // Труды X меж-

дународной азиатской школы-семинара «Проблемы оп-тимизации сложных систем», 25 июля – 5 августа 2014 г. (Кыргызская Республика). Часть 2. С. 669-675.

5. Györök G. Számitógép perifeák I. –Budapest, 2013. – 215 с.

Квасов А.И., Титов Д.Н., Григорьева С.В. Жарық

диодты жарықтандыру жүйесінің параметрлерін

екі контурлы реттеу.

Жарық беретін аспаптардың сенімділігі мен пай-

даланылу мерзімін арттыруға мүмкіндік беретін жа-

рық диодты жарықтандыру жүйелерін реттеудің екі контурлы сұлбасы ұсынылған. Пластина темпера-

турасын автоматты түрде реттейтін Пельтье эле-

ментін қолдану арқылы жарық диодты кристалдың

температурасын реттеу жаңа болып табылады.

«Армстронг» стандартында орындалған жарық ди-

одты шамдардың тәжірибелік үлгісімен заттай сы-

нақтар жүргізілді. Жарықтандыру жүйесінің жұ-

мысын және оны люминесцентті шамдарға негіздел-

ген қолда бар жарықтандыру аспаптарымен салыс-

тыруды бақылау барысында электр энергиясын үнем-

деу бойынша мәліметтер алынды. Осылайша, қозға-лыс қадағасы бар жарық диодты жарықтандыру

жүйесінің жұмыс режимінде, люминесцентті шам-

дармен салыстырғанда, үнемдеу: қозғалыс қадағасы-

мен 91%-ды, қозғалыс қадағасынсыз 55%-ды құрайды.

Кvassov A.I., Titov D.I., Grigoryeva S.V. Two-

Contour Regulation of LED Lighting System Parame-

ters.

There is proposed the double-circuit scheme of regu-

lation of the LED lighting scheme permitting to increase reliability and time of operation of illuminants. The regu-

lation of temperature of the crystal of the light-emitting

diode due to use of Peltier element with automatic control

of temperature of the plate is new. Natural tests with a

prototype of the LED lamp executed in the Armstrong

standard are carried out. During supervision over work of

system of lighting and its comparison with the available

illuminants based on luminescent lamps data on economy

of the electric power were obtained. So, in working hours

of LED system of lighting with the motion sensor, in com-

parison with luminescent lamps, the economy makes: with

the motion sensor 91%, without motion sensor 55%.


Квасов Андрей Иванович, д.т.н., профессор, ака-

демик КазНАЕН, РГП на ПХВ Восточно-Казахстан-

ский государственный технический университет им.

Д. Серикбаева, Республика Казахстан.

Титов Дмитрий Николаевич, к.т.н., директор

департамента науки РГП на ПХВ Восточно-

Казахстанский государственный технический универ-

ситет им. Д. Серикбаева, Республика Казахстан.

Григорьева Светлана Владимировна, докторант

специальности «Автоматизация и управление», РГП

на ПХВ Восточно-Казахстанский государственный

технический университет им. Д. Серикбаева, Респуб-

лика Казахстан.

УДК 001.83(100):378.1 © Лукас В.А., 2014

Система высшего технического образования Германии

В.А. ЛУКАС, к.т.н., профессор, Берлинский технический университет, Германия

Ключевые слова: международное сотрудничество, высшее образование, Болонская реформа, бакалавриат,

магистратура, Германия, характеристика, учебный план, направление, программа, специализация.

Материал настоящей статьи составлен по тези-

сам доклада, прочитанного профессором Лукасом В.А. 15 октября 2914г. в Карагандинском государ-

ственном техническом университете. В статье при-

водится информация, позволяющая получить пред-

ставление о количественных и качественных харак-

теристиках системы высшего образования в Герма-

нии. Приводятся показатели, определяющие особен-

ности системы высшего образования Германии, и

результаты, отражающие ход его реформирования в германских вузах. Примеры образовательных про-

грамм технических университетов Берлина, Клауста-

ля и Магдебурга позволяют получить представление о

направлениях специализации и объемах получаемой

информации бакалавров и магистрантов в техниче-

ских вузах Германии.


2/2014 29

Введение Основные цели Болонской реформы заключаются

в обеспечении единого образовательного простран-

ства, сопоставимости дипломов, 2-ступенчатой систе-

ме обучения, единой накопительной системе учѐта

результатов учѐбы в кредит-пунктах (ECTSECTS),

мобильности студентов и, безусловно, рациональны и

привлекательны. В системе высшего образования

Германии неменьшее значение имеют факторы обес-печения объективной потребности в дифференциации

целей и уровней высшего образования (ВО), исходя из

необходимого соответствия между рынком труда и

возможностями высшей школы (ВШ). Это проявляет-

ся в том, что рынок труда требует наличия: а) специа-

листов-эксплуатационников (пользователей); б) спе-

циалистов-разработчиков (проектировщиков и науч-

ных работников). Система ВО удовлетворяет эти по-

требности путем реализации подсистемы общего про-

фессионального высшего образования и подсистемы

специализированного высшего образования. Исходя

из этого, существуют различные цели, программы, объѐмы и сроки подготовки для «пользователей» и

для «разработчиков», а 2-ступенчатая система ВО

обеспечивает реальную возможность для такой диф-

ференциации. Обучение в рамках подобной системы

обеспечивает возможность дать значительному коли-

честву молодых людей общее высшее образование в

широких областях знаний; востребованному количе-

ству – специализированное профессиональное высшее

образование, более длительное и более глубокое; всем

– удовлетворение интересов людей с разными способ-

ностями и с разными целями жизни. Необходимость дифференциации высшего образования в Германии

подтверждается всей предыдущей практикой трудо-

устройства и производственными биографиями моло-

дых людей.

1. Характеристика системы высшего образова-

ния Германии (по состоянию в 2012/13 учебном

году)

В стране с 80-миллионным населением, хорошо

развитой экономикой и промышленным производ-

ством, в системе ВО имеется 427 высших учебных заведений (вузов), в т.ч.: университетов – 108, специа-

лизированных высших школ (СВШ) – 215, в которых

обучается приблизительно 2,5 млн студентов, в т.ч. в

университетах – 1,6 млн, в СВШ – 0,8 млн, в бака-

лавриате – 2,2 млн, в магистатуре – 0,2 млн, по инже-

нерным наукам – 0,3 млн человек.

Ежегодный выпуск школьников составляет 900

тыс. человек, из них с правом поступления в вуз – 450

тыс. человек. В год окончания школ в вузы поступают

не более 40 % школьников. Приѐм на 1-й семестр дос-

тигает 500 тыс. чел., из них: в университеты – 300 тыс.

чел., в СВШ – 190 тыс. чел., на бакалавриат – 400 тыс. чел. Приѐм в магистратуру до 90 тыс. чел. В большин-

стве вузов Германии прием осуществляется по конкур-

су аттестатов и нет ограничений на минимальный уро-

вень баллов, характеризующих уровень знаний абиту-

риентов. Приѐм в магистратуру проводится по средне-

му баллу и составляет 15-20 % от общего количества

выпущенных в анализируемом году бакалавров.

В 2012 году вузы Германии выпустили около 413

тыс. чел., в т.ч.: из университетов – 224 тыс. чел., из

СВШ – 126,5 тыс. чел., бакалавров – 183,2 тыс. (ср.

возр. – 25 лет), магистров – 58,6 тыс. (ср. возр. – 30

лет), дипломированных специалистов ≈ 132,6 тыс., по

инженерным направлениям ≈ 77,8 тыс. чел. Защиту

докторских диссертаций в 2012 году осуществили ≈

27 тыс. человек в возрасте до 33 лет, а защиту профес-

сорских диссертаций (хабилитацию) – 1646 чел. (средний возраст этой группы ученых-педагогов со-

ставил 41 год).

Кадровый потенциал вузов Германии насчитывал

в 2012 г. до 620 тыс. чел., среди которых 340 тыс. чел.

являлись представителями научно-педагогической

специализации. 43 тыс. человек работали на должно-

стях профессоров и имели соответствующее звание. В

этом же году существовали следующие коэффициен-

ты наставник/студент: количество студентов на одно-

го профессора – 55:1; количество студентов на одного

научно-педагогического работника – 11:1, в том числе

в университетах – 10:1, в СВШ – 15:1. При этом коли-чество выпускников на одного научно-педагогическо-

го работника в университетах было не более – 2:1, а в

СВШ – 4:1.

Госбюджетное финансирование системы высшего

образования составило: в 2012 году 36,8 млрд евро, в

т.ч.: на НИР по грантам и договорам ≈ 4,4 млрд евро;

годовой расход на одного студента – 7300 тыс. евро: в

университетах – 8500 евро, в СВШ – 4000 евро. Рас-

ходы на подготовку одного бакалавра: в университе-

тах – 28 тыс. евро, в СВШ – 13 тыс. евро. Расходы на

подготовку одного магистра: в университетах – 19 тыс. евро, в СВШ – 8 тыс. евро. В среднем расходы на

дипломированного специалиста были на уровне 50

тыс. евро.

Ключевой в системе ВО Германии является роль

профессора вуза: – годовой расход госбюджетных

средств на обучение и НИР в расчѐте на одного про-

фессора вуза составляет 400 тыс. евро: в университе-

тах ≈ 580 тыс. евро, в СВШ ≈ 173 тыс. евро. Объѐм

научно-исследовательских работ (НИР) по договорам

в расчѐте на одного профессора вуза достигал в

2012/2013 учебном году в среднем величины 142 тыс. евро. В некоторых в университетах этот показатель

равнялся 240 тыс. евро, а в СВШ ≈ 21 тыс. евро.

2. Особенности системы высшего образования

Германии

На момент анализа в системе ВО Германии суще-

ствуют следующие особенности:

● новые интегрированные образовательные про-

граммы; англоязычные образовательные про-

граммы;

● дуальное образование (производственное обу-

чение на предприятии, во время 5–6-го семест-ров или летних отпусков);

● вынужденная большая самостоятельность и ак-

тивность студентов в учѐбе и в еѐ организации;

● разделѐнность обучения на 2 фазы: базовые се-

местры и профилирующие семестры;

● ограниченный объѐм гуманитарных дисциплин

для технических специальностей; насыщенная


30 2/2014

научно-общественно-культурная жизнь вуза;

● развитая инфраструктура, современная лабора-

торная база;

● обучение в вузах – почти бесплатное: есть толь-

ко семестровые взносы (500 евро) на управлен-

ченские расходы (канцелярские, на конспекты

лекций, ВТ, проездной билет);

● образовательный (50-%-ный) кредит: по Феде-

ральному закону о поддержке образования (BаföG) 550 тыс. студентов получают 400-660

евро в месяц (+113 евро на ребѐнка);

● государственную стипендию 300 евро получают

только 8 % студентов;

● в магистратуру из бакалавриата могут посту-

пить от 10 до 30 % (иногда все, при среднем

балле < 2,5-3) до защиты бакалаврской работы,

на другие специальности и даже факультеты

(после переходного, 7-го семестра);

● последний семестр бакалавриата и магистрату-

ры может быть без аудиторных занятий (только

выпускная работа); ● результативность и трудоѐмкость учѐбы харак-

теризуется следующими показателями: в се-

местре 15 недель по 20 академических часов

аудиторных занятий, т.е. семестровый лимит

аудиторного времени составляет: 20 акад.час. х

15 нед. = 300 академических часов;

● семестровый объѐм всех дисциплин: 30 кредит-

пунктов (к.-п.), отсюда «учѐтная цена» одного

к.-п.: 300 : 30 = 10 академических часов;

● с учѐтом СРС (домашние задания, подготовка к

экзамену) общая трудоѐмкость 1 к.-п. ≈ 25÷30 часов;

● студент в течение всего семестра должен зани-

маться (750÷900) час. (≈ (25÷30) час. х 30 к.-п.)

или по (30÷40) часов в неделю (при продолжи-

тельности семестра 24 недели).

3. Ход реформирования системы высшего об-

разования в вузах Германии

В Евросоюзе глобальной целью системы высшего

образования к 2020 году считается привлечение к

обучению 40 % молодых людей, закончивших гимна-

зии (в 2010 – 34 %). Болонская реформа проходит в 47

странах, охватывает 4000 вузах с 20 млн студентов и

1,5 млн научно-педагогических сотрудников. В 95 %

вузов введена 2-ступенчатая система: бакалавриат 6-8 семестров (180-240 кредит-пунктов) – магистратура 4-

2 семестра (120-60 кредит-пунктов).

В Германии приѐм в бакалавриат и магистратуру

ведется с 2000 года. Выпуск бакалавров и магистров

осуществляется с 2008 года.

Основные результаты реформирования системы

ВО характеризуются следующими показателями:

1. 87 % образовательных программ переведены в

2012/2013 учебном году на 2-ступенчатую

структуру.

2. 80 % студентов поддерживают цели Болонской

системы. 3. 75 % студентов – одобряют 2-ступенчатую

структуру высшего образования.

4. 50 % студентов – считают необходимым нали-

чие 6 семестра в бакалавриате.

5. 274 германских вуза сотрудничают с 4000 зару-

бежными вузами из 141 страны.

6. Количество студентов, обучающихся некоторое

время за рубежом, за 10 лет удвоилось и соста-

вило 90 тыс. чел.

4. Примеры систем высшего технического

образования Германии

Технический университет Клаусталя.

На рисунках 1 и 2 в виде блок-схем отображаются

образовательные программы бакалавриата и маги-

стратуры технического университета Клаусталя.

Рисунок 1 – Бакалавриат


2/2014 31

Рисунок 2 – Магистратура

Берлинский технический университет

В Техническом университет Берлина в 2012/13

учебном году обучались 31962 студента. На 1-й се-

местр вуза было принято 4062 чел. Приѐм на про-

фильный семестр в этом же году составил 7225 чел. В

университете функционировали 38 программ бака-

лавриата и 61 программа магистратуры. В 2011 г. уни-

верситет выпустил около ≈ 4300 чел., в т.ч.: бакалав-

ров ≈ 950, магистров ≈ 290. В 2012г. были осуществ-лены защиты 461 докторской диссертации (PhD) и 15

профессорских работ. Персонал университета насчи-

тывал 8096 сотрудников, из них: 2465 научно-

педагогических работников, 2524 работающих сту-

дента (studentische Hilfskräfte), 3016 – сотрудников по

научным проектам, 324 профессора (из них – 68 по

проектам), 179 – гостевых, внештатных и профессо-

ров-почасовиков. Финансовые возможности универ-

ситета в 2013 г. составляли 447 млн евро, в т.ч.: из

госбюджета – 287 млн евро, по научно-

исследовательским проектам – 160 млн евро.

Университет (рисунок 3) располагается в 36 зда-ниях на площади – 2 х 3 км.

В 2012 г. IV факультет «Электротехника и инфор-

матика» реализовывал 3 образовательные программы

по направлениям:

● «Электротехника» (в течение 7 семестров по

этому направлению обучались: в бакалавриате –

724 чел., в магистратуре – 287 чел., на специа-

литете (подготовка инженеров) – 236 чел.);

● «Информатика» (6 сем.: 636 бак., 317 маг., 166

инж.);

● «Техническая информатика» (7 сем.: 312 бак,

125 маг., 409 инж.).

В структуру IV факультета входили институты:

● энерготехники и автоматизации энерготехники;

● высокочастотной и полупроводниковой техни-

ки;

● телекоммуникационных систем; ● технической информатики и микроэлектроники;

● программирования и теоретической информа-

тики;

● методов экономической информатики и количе-

ственных методов.

Предметные отделения (Fachgebiete) Института

энерготехники и автоматизации энерготехники вклю-

чают профессуры:

● «Электрический привод»;

● «Силовая электроника»;

● «Техника высоких напряжений»;

● «Светотехника»; ● «Электронная измерительная и диагностическая

техника»;

● «Сенсорика и акторика (технические средства

автоматики)»;

● «Электроника и обработка сигналов медицин-

ских измерений»;

● «Электросети и использование регенеративных

видов энергии»;


32 2/2014

● «Системы авторегулирования».

В профессуре «Системы авторегулирования» ра-

ботают: 1 (один) штатный профессор и 1 (один) госте-

вой профессор, 22 инженера и 8 магистров (среди них

20 чел. в штате ТУБ и 10 чел. в штате Института М.

Планка) Руководитель профессуры – проф. J.J. Raisch.

Далее приводятся примеры образовательных про-

грамм.

Рисунок 3 – Комплекс зданий технического университета Берлина

Учебный план бакалавриата по направлению «Электротехника» в техническом университете Берлина


2/2014 33

Структура учебного плана магистратуры по направлению «Электротехника»

в техническом университете Берлина

В представленном плане профилизация магистрантов проводится по направлениям: электрическая энерго-

техника; автоматизация; информационная технология; коммуникационные системы; микросистемная техника;

интегрированные системы.

Учебный план магистратуры по направлению «Энерготехника и технологические процессы»


Учебный план магистратуры по направлению «Регенеративные энергосистемы»



34 2/2014

Учебный план бакалавриата по направлению «Машиностроение» в Магдебургском университете

Лукас В.А. Германиядағы жоғары техникалық

білім беру жүйесі.

Бұл мақаланың материалы профессор В.А. Лукас-

тың Қарағанды мемлекеттік техникалық универси-

тетінде 2014 жылдың 15 қазанында оқыған баяндама

тезистері бойынша жазылған. Мақалада Германия-

дағы жоғары білім беру жүйесінің мӛлшерлік және

сапалық сипаттамалары туралы түсінік алуға мүм-

кіндік беретін ақпарат ұсынылады. Германиядағы

жоғары білім беру жүйесінің ерекшеліктерін анық-

тайтын кӛрсеткіштер және оның Германияның жо-

ғары оқу орындарын реформалауын кӛрсететін нәти-

желер беріледі. Берлин, Клаусталь және Магдебург техникалық университеттерінің білім беру бағдарла-

маларына қатысты ұсынылған мысалдар Германия-

ның техникалық жоғары оқу орындарындағы маман-

дандыру бағыттары туралы және бакалаврлар мен

магистранттар алатын ақпараттың кӛлемі жайлы

түсінік алуға мүмкіндік береді.

Lukas V.A. System of Higher Technical Education

of Germany.

The material of the present article is made according

to theses of the report made by professor Lucas V.A. On

October 15, 2914 at the Karaganda State Technical Uni-

versity. The information permitting to gain an impression about quantitative and qualitative characteristics of the

system of higher education in Germany is provided in the

article. The indicators defining features of the system of

higher education of Germany, and the results reflecting

the course of its reforming in the German higher educa-

tion institutions are given. Examples of educational pro-

grams of technical universities of Berlin, Klaustal and

Magdebourg permit to gain an impression about the di-

rections of specialization and volumes of the received in-

formation of bachelors and undergraduates at technical

colleges of Germany.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ:

Вильмар Адольфович Лукас является специали-

стом в областях автоматического регулирования,

автоматизации процессов обогащения полезных иско-

паемых и высшего технического образования. Долгое

время Лукас В.А. работал проректором Уральской

горно-геологической академии (г. Екатеринбург) и

профессором кафедры автоматизации технологиче-

ских процессов. В настоящее время Лукас В.А. про-живает в Германии и работает в Берлинском техни-

ческом университете.


2/2014 35

УДК 001.83(100):378.1 © Медведев А.М., 2014

Высшее техническое образование в Германии

А.М. МЕДВЕДЕВ, д.т.н., профессор, Московский авиационный институт (МАИ), Россия

Ключевые слова: высшее образование, студент, Германия, технология, учебная программа, сотрудниче-

ство, система подготовки.

Статья позволяет сравнить систему подготовки

технических специалистов за рубежом с отечествен-

ными реалиями. На какие ориентиры следует рав-

няться, что стоит взять на вооружение отече-

ственным высшим учебным заведениям и какой поли-

тике должно отвечать государство, – ответы на

эти и многие другие вопросы можно узнать в мате-

риале, подготовленном одним из самых известных экспертов в данной области.

Соприкоснуться со средой немецкой высшей

школы мне позволила Программа сотрудничества с

Институтом приборостроения и схемотехники Уни-

верситета г. Ростока (Германия) (см. рис. 1), куда я

был приглашен профессором Матиасом Новоттником

для прочтения гостевой лекции на актуальную тему

бессвинцовых технологиий пайки (см. рис. 2). В тече-

ние лекции я основательно критиковал эту техноло-

гию и, надо сказать, аудитория горячо аплодировала.

Спросите: «Почему?» Да потому, что германские спе-

циалисты и сами воспринимают это новшество как авантюру, но не смеют в этом признаться. Бессвинцо-

вая технология их кормит: Институт получает множе-

ство заказов на разработку конкретных технологий,

связанных с бессвинцовой пайкой. И с этого момента

меня заинтересовали подробности жизни высшей

школы в Германии.

Надо сказать, меня давно уже занимал вопрос: Как

в условиях конкурентной борьбы, в условиях реально-

го рынка распространяются новые технологии? То,

что на их языке обозначается, как «NOW-HOW»?

Здесь я получил ответ. Зарождение и распространение новых технологий идет через Учебные институты

(университеты) и Исследовательские институты, такие

как Институт Надежности и Микроинтеграции им.

Фраунгофера (Fraunhofer IZM) в Берлине. Т.е. именно

ВУЗы являются центрами распространения современ-

ных технологий и это коренным образом отличает их

от наших университетов.

Оказывается, на предприятиях Германии, как пра-

вило, нет службы Главного технолога. Технологии

вообще и конкретно для изготовления какого-либо

изделия заказываются ВУЗам, где создается не только технологическая документация, но и проводятся все-

возможные испытания, доказывающие состоятель-

ность предлагаемых технологий. Чтобы выполнять

такую миссию, лаборатории ВУЗов оснащаются по

последнему слову науки и техники. Это касается не

только оснащения производственным оборудованием,

на котором отрабатываются реальные технологии, но

и испытательными и исследовательскими приборами.

Профессор Новоттник, например, весьма горд послед-

ним приобретением – самым современным растровым

микроскопом с заводским номером 2 (см. рис. 3). Все

оснащение ВУЗов по заказам профессуры за редким

исключением оплачивается из Федерального бюджета.

Рисунок 1 – Фасад старинного здания Ростокского Университета

Рисунок 2 – В аудитории Ростокского Университета

Рисунок 3 – Самый современный электронный растровый микроскоп – гордость кафедры


36 2/2014

Таким образом, другой важный принцип немецких

ВУЗов – тесная связь учебного процесса и научных

исследований. В университетах Германии работает

много известных ученых. В лабораториях при универ-

ситетах часто совершаются открытия мирового уров-

ня. Научные и учебные процессы не ограничиваются

одними лишь теоретическими занятиями и разработ-

ками. В немецких ВУЗах дают опыт практической

работы по профессии. С фундаментальными исследо-ваниями здесь соседствуют прикладные науки. Все

это повышает конкурентоспособность и карьерные

шансы выпускников немецких ВУЗов.

Все научные организации Германии работают в

тесном сотрудничестве, отсутствует разрыв между

вузовской и промышленной наукой. Такой подход

облегчает передачу новых технологий не только из

одного научного учреждения в другое, но и, что

наиболее важно, из ВУЗов в промышленность, уско-

ряя тем самым процесс внедрения изобретений и реа-

лизации научного потенциала страны.

Важно, что практикуются не только стажировки работников фирм в вузах, но и работа студентов и мо-

лодых ученых в фирмах. В особенности это характер-

но для специальных (профессиональных) ВУЗов, где

даже преподаватели обязаны периодически сами про-

ходить практику по своему профилю на какой-либо

фирме. При ВУЗах создаются демонстрационные и

консультационные центры для ознакомления предста-

вителей фирм с новыми достижениями науки в клю-

чевых областях.

В системе высшего образования Германии не су-

ществует понятия годовых «курсов». Конечно, учеб-ные планы строятся из групп дисциплин, формируе-

мых по принципу «от простого к сложному». Для всех

курсов обучения в соответствии с рекомендованным

учебным планом требуется сдача промежуточных эк-

заменов, однако по многим дисциплинам студенты

сами делают выбор в отношении изучаемых предме-

тов и расписания занятий, то есть самостоятельно со-

ставляют программу на каждый семестр.

Учебный год начинается примерно 15 октября и

состоит из двух семестров. В конце каждого из них

учащийся собирает специальные сертификаты тех спецкурсов и лекций, которые он прослушал, и в том

случае, если он набрал определенное их количество,

может подать заявку на экзамен и сдать его. В этом –

преимущество и недостаток немецких ВУЗов, потому

что студенты могут безбоязненно предаваться развле-

чениям вместо учебы и растягивать обучение на неог-

раниченный срок. Чтобы отучиться по рекомендован-

ному плану и получить специальность, студент немец-

кого университета учится в среднем 14 семестров, то

есть, семь лет. По сравнению с мировым уровнем, это

достаточно долго. Но учащиеся могут следовать инди-

видуальному учебному плану и расписанию экзаменов, по которому высшую школу можно закончить за 4 го-

да. Неограниченное время обучения в ВУЗах Германии

стало своего рода проблемой для их руководства, ко-

торое, в конце концов, стало бороться с вечными сту-

дентами. Теперь, если человек учится больше норми-

рованного времени – обычно это 5-7 лет, ему прихо-

дится выплачивать за учебу небольшие суммы.

Какова система приема в технические ВУЗы?

Обязательное школьное обучение длится с 6 до

18-летнего возраста. После четырех лет Начальной

школы ученик может выбирать между Основной шко-

лой (неполное среднее образование), Реальной шко-

лой (10 классов), Гимназией или Всеобщей школой.

Имеются и особые школы со специально обученными

преподавателями для трудных детей.

Документ об окончании полной народной и ре-альной школ дает право на поступление в профессио-

нальные училища; реальная школа вместе с тем от-

крывает возможность обучения в профессиональных

школах более высокой ступени, а при сдаче дополни-

тельных экзаменов – в гимназии. Аттестат гимназии,

обучение в которой длится до 13 класса включитель-

но, позволяет поступить в ВУЗ.

Единственные учебные заведения, дающие доступ

к высшему образованию, – гимназии. В течение учебы

происходит отсев школьников, который особенно ве-

лик после 10 класса, на переходе из средней на стар-

шую ступень гимназии (11-13 классы). Заканчивают гимназию в 13 классе лишь половина из тех, кто по-

ступил в нее. Уровень образования в гимназиях Гер-

мании заметно выше, чем в нашей средней школе.

Поэтому шанс поступить в германский ВУЗ у выпуск-

ников нашей школы весьма невелик. Чаще это удается

тем, кто закончил второй курс российского ВУЗа.

При поступлении в ВУЗ организуется конкурс ат-

тестатов (типа нашего ЕГЭ). На престижные специ-

альности (юристы, медики, стоматологи) конкурс 4-5

человек на место. Наименьший конкурс на техниче-

ские специальности, особенно электротехнического профиля. На них принимают абитуриентов практиче-

ски с любыми оценками.

После окончания гимназии (в 18 лет) юноши слу-

жат 10 месяцев в армии с достойным жалованием, с

которым при остром желании можно приобрести по-

держанный автомобиль. Молодой человек после

службы в армии уже достаточно самостоятелен, чтобы

отказаться от дальнейшей учебы и пойти работать,

сразу обеспечивая себе материальное благополучие и

свободу. Либо он может продолжить обучение и жить

на стипендию или подработки. То, что мы считаем стипендией, на самом деле в Германии – кредит на

обучение, позволяющий тратить 600 евро в месяц.

После окончания учебы студент обязан вернуть поло-

вину суммы кредита. Те, кто умудряются тратить в

месяц 300 евро, возвращают должную сумму сразу

после окончания ВУЗа.

Обучение в ВУЗах Германии бесплатное, но в пе-

речень расходов (70-100 евро) входит пользование

библиотекой, льготный проезд на всех видах город-

ского транспорта, организационные расходы. Студен-

там предоставляется весомая скидка в студенческих

столовых. Кстати, кормят очень качественно и сытно (см. рис. 4). Студентов также обеспечивают бесплат-

ным благоустроенным общежитием. При желании

обрести больший комфорт комната в студенческом

общежитии на одного человека стоит примерно 120

евро.

Библиотека Ростокского университета поражает

масштабом фондов, размещенных на трех этажах гро-


2/2014 37

мадного здания (см. рис. 5). Кажется, здесь есть все,

что издается в мире. Встречаются и русские издания

(см. рис. 6).

Рисунок 4 – Студенческая столовая Университета

Рисунок 5 – Этажи библиотеки Университета

Рисунок 6 – В библиотеке Университета есть и русские книги

В начале обучения студент изначально выбирает

сам или с подсказки профессора тему своих исследо-

ваний и разработок, согласовывает план ее реализации

и следует этому плану. Это позволяет студенту сразу

же включиться в проблемное обучение, когда он слу-

шает лекции не столько для того, чтобы сдать экзамен

(как у нас – догматический принцип обучения), а для решения задач по своей теме (проблемный принцип

обучения). Каждая разработка студента доводится до

«железа» в лабораторном производстве ВУЗа (см. рис.

7, 8), затем проходит функциональные испытания и

защищается на малом совете кафедры. Таким образом,

студент немедленно начинает ощущать себя в среде

новейших научных исследований и разработок. Ото-

бранные профессором студенты работают с ним над

решением задач по заказным работам.

Все вышеописанное работает в полном соответ-

ствии с главным принципом высшего образования в

Германии – «академической свободой» – когда в

немецкий университет может поступить каждый име-

ющий аттестат выпускника гимназии соответствую-

щего профиля. В соответствии с принципом «акаде-

мической свободы» обучение является бесплатным.

Рисунок 7 – Один из испытательных стендов

в лаборатории кафедры

Рисунок 8 – Сборочный автомат для установки электронных компонентов на плату

Более того, германское правительство приняло

специальную программу привлечения иностранных

студентов в Германию. Такая политика объясняется тем, что в Германии не так уж много собственных

природных ресурсов, поэтому самый главный капитал

для этой страны – интеллектуальный, самое главное

богатство – знания. Имеется и еще одна причина –

сокращение числа немецких студентов, поступающих

на технические, инженерные, естественно-научные

специальности. Университеты материально заинтере-

сованы в том, чтобы привлекать иностранных студен-

тов и аспирантов, которые могут выполнить значи-

тельный объем научно-исследовательской и препода-

вательской работы. Студенты-иностранцы, получив-

шие образование в немецких ВУЗах, – проводники прогерманской ориентации в той стране, откуда они

вышли, и, следовательно, потенциальные партнеры в

социально-экономической сфере.

Международное же сотрудничество в области об-

разования активно стимулирует Германская служба

академических обменов – Deutscher Akademischer

Austauschdienst (DAAD – ДААД). ДААД развивает

международные связи в сфере высшей школы путем


38 2/2014

обмена студентами, аспирантами и учеными; посред-

ством информационно-издательских программ, кон-

сультационных услуг. Стоит отметить, что ежегодно

ДААД выделяет стипендии по целому ряду программ

в России – краткосрочные и годовые стипендии для

выпускников ВУЗов всех специальностей с целью

повышения научной квалификации и проведения

научно-исследовательской работы.

Медведев А.М. Германиядағы жоғары техника-

лық білім беру.

Мақала отандық реалийлері бар шетелде техни-

калық мамандарды даярлау жүйесін салыстыруға

мүмкіндік береді. Қай бағдарды ұстанған дұрыс,

отандық жоғары оқу орындарының басты назарға

алатыны не және мемлекет қандай саясатқа жауап

беру керек, – осы және басқа да сұрақтарға жауап-

ты осы саладағы әйгілі сарапшылардың бірі дайында-

ған материалдан табуға болады.

Меdvedev А.М. Higher technical Education in

Germany.

The article permits to compare the system of training

technical specialists abroad with domestic realities. On

what reference points it is necessary to equal, what do-

mestic higher educational institutions should adopt and

what policy the state is to answer, – the answers to these

and many other questions can be learned in the material

prepared by one of the most famous experts in the field.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ:

Медведев Аркадий Максимович, профессор ка-

федры 307 «Технология приборостроения» МАИ. Фа-

культет: № 3, «Системы управления, информатика и

электроэнергетика», специалист по сварочным тех-

нологиям, производству микросхемотехники, нано-

технологиям в электронной промышленности и выс-

шему техническому образованию.

УДК 001.83(100):378.1 © Брейдо И.В., Фешин Б.Н., 2014

Высшее техническое образование по специальностям «Автоматизация и управление», «Электроэнергетика» в КарГТУ

И.В. БРЕЙДО, д.т.н., профессор, зав. кафедрой, Б.Н. ФЕШИН, д.т.н., профессор, Карагандинский государственный технический университет, кафедра АПП

Ключевые слова: образование, бакалавриат, магистратура, Казахстан, программа, специализация, обуче-

ние, мобильность.

Приводятся оценки достижения основных прин-

ципов Болонского процесса на примере обучения по

специальностям «Автоматизация и управление»,

«Электроэнергетика» на кафедре АПП КарГТУ.

Предлагаются учебные планы, разработанные в рам-ках стандартов МОН РК для обучения магистрантов

по образовательным программам специальности

«Автоматизация и управление»: «Автоматизация

технологических комплексов»; «Управление промыш-

ленными роботами»; «Управление мобильными робо-

тами»; «Автоматизация технологических комплексов

промышленного производства» и программы «Элек-

тропривод и автоматизация технологических ком-

плексов» специальности «Электроэнергетика». Да-

ѐтся краткая характеристика и особенности систе-

мы высшего технического образования РК (по состо-янию в 2014/15 учебном году).

Введение

Реформы системы высшего образования РК, осно-

ванные на принципах Болонского процесса и заклю-

чающиеся в обеспечении единого образовательного

пространства, сопоставимости дипломов, 2-ступен-

чатой системе обучения, единой накопительной си-

стеме учѐта результатов учѐбы в кредит-пунктах

(ECTSECTS) и мобильности студентов в той или иной

мере реализуются в Карагандинском государственном

техническом университете, в том числе и на кафедре

автоматизации производственных процессов (АПП). В 2013 г. кафедра прошла международную аккредита-

цию по специальности «Автоматизация и управление»

в агентстве ASSIN, а в 2014 г. независимое агентство

аккредитации и рейтинга (НААР) провело аккредита-

цию по специальностям бакалавриата и магистратуры

«Автоматизация и управление», «Электроэнергетика»,

а также докторантуры по специальности «Электро-

энергетика».

Сертификаты упомянутых агентств предполагают

признание дипломов бакалавров, магистров и докто-

рантов в странах, подписавших Болонскую деклара-цию.

Сложным для выполнения является принцип мо-

бильности студентов. Здесь существуют отдельные

эпизодические результаты обучения бакалавров спе-

циальностей «Автоматизация и управление», «Элек-

троэнергетика» в странах дальнего (Италия, студентки

гр. АиУ-10-3 Живова Е.Ю., Ситдикова Е.В.), ближне-

го (Россия, Узбекистан, Киргизия) зарубежья, в дру-


2/2014 39

гих ВУЗах Казахстана (г. Темиртау, Карагандинский

государственный индустриальный университет;

г. Чимкент, Ю-КазГТУ). Более продвинутым является

процесс мобильности магистрантов, который выпол-

нялся в рамках программ УШОС (Нурмагамбетова Г.,

Омаров А.С., Тохметова К.), ТЕМПУС (Белоусов Е.А.,

Рисунок 1


40 2/2014

Воробьев Н.В.), а также по коллективным и индиви-

дуальным соглашениям об обмене магистрантов в

рамках стажировок, предусмотренных рабочими

учебными планами с рядом университетов России

(г.Москва, МЭИ, МЭИ-FESTO; г. Томск, ТПУ (Ави-

лов И.Д., Скублин В.А., Омаров А.К., Нысанбаева

М.С.; г.Омск, ОмГТУ, 20 магистрантов специальности

«Автоматизация и управление» в течение 3 лет) и

дальнего зарубежья (г. Берлин, Берлинский техниче-ский университет, 10 магистрантов специальности

«Автоматизация и управление»). К вопросу мобиль-

ности можно отнести и технологию 2-дипломного

образования, реализованную кафедрой АПП КарГТУ

совместно с МЭИ-FESTO (Шарый С.), ТПУ (Авилов

И.Д., Скублин В.А.) и СпБ НИУ ИТМО (г. Санкт-

Петербург, Белоусов Е.А., Воробьев Н.В.). Расшире-

нию географии мобильности студентов и магистран-

тов в сторону стран дальнего зарубежья препятствуют

ограниченные финансовые ресурсы, выделяемые

МОН РК, и языковые барьеры, связанные со слабым

владением английским языком магистрантами

КарГТУ.

Своеобразность единой накопительной системы

учѐта результатов учѐбы в кредит-пунктах

(ECTSECTS) в РК и на кафедре АПП КарГТУ заклю-чается в технологии реализации рабочих учебных

планов, подчиняющихся стандартам МОН РК. Рас-

смотрим, с целью определения этих особенностей,

рабочие учебные планы магистрантов специальности

«Автоматизация и управления» и «Электроэнергети-

ка» (см. рисунки 1, …, 5) с 2-годичным сроком обуче-

ния в научно-педагогической магистратуре.

Рисунок 2


2/2014 41

Рисунок 3

Магистранты специальности «Автоматизация и

управление» имеют возможность выбрать одну из че-

тырех образовательных программ (см. рис. 1, …, 4):

«Автоматизация технологических комплексов»,

«Управление промышленными роботами», «Управле-

ние промышленными роботами», «Автоматизация

технологических комплексов промышленных произ-

водств». Для магистрантов специальности «Электро-

энергетика» выбор заключается в определении кафед-

ры, на которой им предстоит обучаться, так как, кроме

кафедры АПП КарГТУ, эту специальность курирует кафедра энергетики (Э) КарГТУ. На кафедре АПП

обучение осуществляется по образовательной про-

грамме (см. рис. 5) «Электропривод и автоматизация

технологических комплексов», а на кафедре Э суще-

ствуют образовательные программы «Электроснабже-

ние» и «Нетрадиционные и возобновляемые источни-

ки электроэнергии».

Стандарт МОН РК предусматривает следующую

классификацию учебных дисциплин, в которых выде-

ляются компоненты:

1. базовые дисциплины (47.61%):

- обязательные компоненты (19%);

- компоненты по выбору (28%),

2. профилирующие дисциплины (52.23%):

- обязательные компоненты (4.76%);

- компоненты по выбору (47.61%). В базовых дисциплинах обязательные компонен-

ты включают дисциплины общеобразовательной и

культурной направленности, а в составе компонентов

по выбору присутствует дисциплина «Деловой казах-

ский» (4.76% из 28%). Суммарное количество учеб-


42 2/2014

ных дисциплин «сопровождения» составляет

19%+4.76%=23.76%. На рисунке 1 представлен учеб-

ный план с полной раскладкой всего двухгодичного

процесса обучения, а на рис. 2, …, 5 части плана, свя-

занные с дополнительными видами обучения и итого-

вой аттестацией, не приводятся.

Далее, по аналогии с [1, 2], отметим характери-

стики и отличия действующей системы высшего тех-

нического образования РК на примере опыта реализа-ции рабочих учебных планов кафедрой АПП КарГТУ.

Характеристика и особенности системы выс-

шего технического образования РК (по состоянию

в 2014/15 учебном году)

● Количество грантов на специальности бакалавриата

«Автоматизация и управление», «Электроэнерге-

тика» устанавливается МОН РК отдельно для обу-

чающихся на государственном и русском языках.

В последние 5-10 лет происходит ежегодное со-

кращение грантов этих специальностей на 5-10%.

● Проходные баллы (по результатам ЕНТ и КТА)

для поступления на гранты рассматриваемых спе-

циальностей неизменно высокие и держатся на

уровне 80-95 баллов.

● Для обучения на коммерческой основе требуется

набрать не менее 50 баллов на ЕНТ и КТА.

● Приѐм в магистратуру проводится по результатам

сдачи экзамена по иностранному языку и ком-

плексного экзамена по специальности. Количество грантов на специальности «Автоматизация и

управление», «Электроэнергетика» устанавлива-

ется МОиН РК и составляет 5-10 % от количества

бакалавров-грантников, выпущенных в анализи-

руемом году.

● Обучение магистрантов производится на русском

языке, программы готовятся на государственном и

русском языках. Отдельные элементы образова-

тельных программ переводятся на английский

язык.

Рисунок 4


2/2014 43

Рисунок 5

● Научно-исследовательская работа, исследователь-

ская и педагогическая практики включены в рабо-

чий учебный план 2-4 семестров (см. рис. 1). Про-

изводственной практики в учебном плане нет.

● Самостоятельность студентов и магистрантов

ограничивается рамками рабочего учебного плана.

● Последний семестр, при обучении в бакалавриате

и магистратуре, отводится для итоговой аттеста-

ции (см. рис. 1). ● Большой объѐм образовательно-культурных дис-

циплин (до 25% в магистратуре и более в бакалав-

риате) регламентируется стандартами МОН РК.

● На кафедре АПП КарГТУ существует современ-

ная лабораторная и компьютерная база, содержа-

щая компоненты основных мировых производите-

лей средств и систем автоматизации, автоматизи-

рованного электропривода, а также общего и спе-

циализированного программного обеспечения.

● Стипендиальный фонд существует для обладате-

лей грантов успешно осваивающих учебные про-

граммы (т.е. не имеющих оценки ниже В-).

Послесловие

Авторы настоящей статьи предполагают, что ин-

формация об обучении на кафедре АПП КарГТУ (а

также информация в статьях профессоров В.А. Лукаса

и А.М. Медведева [1, 2] даст возможность заинтересо-

ванным лицам провести сравнение результатов внед-рения Болонского процесса в Казахстане, Германии и,

возможно, в России. Поэтому здесь и выше не пред-

принимаются попытки критической оценки состояния

действующих систем высшего образования Германии,

России и Казахстана с надеждой на получение от чи-

тателей мнений, замечаний и предложений, которые

могут позволить организовать дискуссионный процесс

оценки направлений развития систем высшего техни-

ческого образования.


44 2/2014

Брейдо И.В., Фешин Б.Н. ҚарМТУ-да «Авто-

маттандыру және басқару», «Электр энергетика-

сы» мамандықтары бойынша жоғары техникалық

білім беру.

ҚарМТУ-дың ӚПА кафедрасында «Автоматтан-

дыру және басқару», «Электр энергетикасы» маман-

дықтары бойынша оқыту мысалында Болон процесі-

нің негізгі принциптерінің жетістіктерін бағалау бе-

ріледі. «Автоматтандыру және басқару»; «Техноло-гиялық кешендерді автоматтандыру»; «Ӛнеркәсіп

жұмыстарын басқару»; «Мобильді жұмыстарды

басқару»; «Ӛнеркәсіп ӛндірісінің технологиялық ке-

шендерін автоматтандыру» мамандықтарының

білім беру бағдарламалары бойынша және «Электр

энергетикасы» мамандығының «Электр жетегі және

технологиялық кешендерді автоматтандыру» бағ-

дарламасы бойынша магистранттарды оқытуға ар-

налған ҚР БҒМ стандарттарының аясында әзірлен-

ген оқу жоспарлары ұсынылады. ҚР жоғары техни-

калық білім беру жүйесінің қысқаша сипаттамасы

мен ерекшеліктері (2014/15 оқу жылындағы жағдай бойынша) кӛрсетіледі.

Breydo I.V., Feshing B.N. Higher Technical Educa-

tion in Specialty «Automation and Control», «Electric

Power Engineering».

There are presented the estimates of achieving the

basic principles of the Bologna Process on the example of

training in specialties «Automation and Control», «Power

industry» at the KSTU APP chair. The curricula devel-

oped within the RK MES standards for training under-

graduates on educational programs of specialty «Automa-

tion and Control» are proposed: «Automation of techno-

logical complexes»; «Control of industrial robots»; «Con-

trol of mobile robots»; «Automation of technological

complexes of industrial production» and «Electric Drive

and Automation of Technological Complexes» program of

specialty «Power industry». The short characteristic and features of system of the RK higher technical education is

given (on the state of 2014/15 academic year).


Брейдо Иосиф Вульфович, заведующий кафедрой

автоматизации производственных процессов

КарГТУ, д.т.н., профессор специалист: по автомати-зированному электроприводу; системам автомати-

ческого управления и контроля; нетрадиционным и

возобновляемым источникам электроэнергии; эври-

стическим системам обучения в высшей школе; меж-

дународному дистанционному обучению.

Фешин Борис Николаевич, профессор кафедры

автоматизации производственных процессов, д.т.н.,

профессор специалист: по системам автоматическо-

го управления и контроля; эвристическим системам

обучения в высшей школе; международному дистан-

ционному обучению.

УДК 681.5 © Брейдо И.В., Сичкаренко А.В., Данибекова Е.Ж., 2014

Разработка средств отображения информации на базе LED-индикаторов

И.В. БРЕЙДО, д.т.н., профессор, зав. кафедрой, А.В. СИЧКАРЕНКО, ст. преподаватель, Е.Ж. ДАНИБЕКОВА, магистрант, Карагандинский государственный технический университет, кафедра АПП

Ключевые слова: светодиодный куб, разработка, программа управления, плата EasyPIC7, блок индикации,

алгоритм.

Рассматриваются основные положения маги-

стерской диссертационной работы: цель, идея, за-

щищаемые научные положения, научные результаты,

новизна. Описывается получившее широкое распро-

странение применение полупроводниковых индикато-

ров. Например, использование дискретных светодио-

дов в рекламе и при наблюдении за параметрами тех-

нологического процесса. Приводится описание свето-диодного куба как объекта управления. Предложена

структура и техническая реализация средства отоб-

ражения информации на базе LED-куба. Также опи-

сываются алгоритм и программа управления свето-

диодным кубом.

Согласно эмпирическому наблюдению, сделанно-

му в 1975 году Гордоном Муром, которое в современ-

ной формулировке предусматривает удвоение количе-

ства транзисторов, размещаемых на кристалле инте-

гральной схемы каждые 24 месяца и которое впослед-

ствии вследствие своей реалистичности стало назы-

ваться «законом Мура» [1], настоящее развитие элек-

тронных кристаллов происходит экспоненциально.

Значительные успехи, достигнутые в области вы-числительной техники и разрабатываемых на ее осно-

ве цифровых аппаратурных комплексов, стимулиро-

вали широкий фронт работ по созданию электронных

индикаторных устройств и систем [2].

Высокие технические характеристики полупро-

водниковых индикаторов обеспечили их успешное

внедрение в качестве элементов индикации в аппара-


2/2014 45

туре, используемой в различных областях народного

хозяйства.

Одним из достоинств полупроводниковых инди-

каторов является возможность бесшовной стыковки

благодаря особенностям их конструктивного испол-

нения в виде унифицированных модулей. Модульная

конструкция индикаторов также обеспечивает высо-

кую ремонтопригодность устройств отображения ин-

формации. Следующим немаловажным достоинством полу-

проводниковых индикаторов является совместимость

уровней их управляющих напряжений и потребляе-

мых токов с напряжениями логических уровней и то-

ками микросхемной техники, что позволяет сократить

объемы схем управления полупроводниковыми инди-

каторами, а также повышает их надежность за счет

использования элементной базы, выполненной только

по полупроводниковой технологии.

Использование дискретных светодиодов наблюда-

ется также и в наружной рекламе: это различные све-

тодиодные матрицы, табло, кубы и т.д. Данный вид рекламы становится очень популярным и, соответ-

ственно, экономически привлекательным для рекла-

модателей.

В рамках диссертационной работы создается све-

тодиодное средство отображения информации, кото-

рое в дальнейшем будет использовано для привлече-

ния студентов кафедрой АПП. Светодиодный куб как

объект управления представляет большой интерес для

специалистов в области автоматизации и управления.

При разработке системы управления светодиодным

средством отображения информации осуществляется интеграция платы EasyPIC7 в систему управлении.

Разработка программного обеспечения на базе

MPLAB 8.40 требует знаний в области программиро-

вания, а именно, языка низкого уровня ассемблер или

компилятора для контроллеров MicroCip на базе языка

Си. Следовательно, магистерская работа на тему «Раз-

работка средств отображения информации на базе

LED-индикаторов» вполне оправдана.

Целью диссертационной работы является разра-

ботка и изготовление средств отображения информа-

ции на основе LED-индикаторов, а также разработка и отладка программного обеспечения. Главная идея ра-

боты заключается в том, чтобы, используя возможно-

сти оборудования кафедры АПП, создать светодиод-

ное средство отображения информации для изучения

его функциональных возможностей и дальнейшего

использования при отображении параметров техноло-

гического процесса.

Научная проблема состоит в поиске оптимальной

структуры аппаратной части и программных решений.

Защищаемые научные положения: разработанное

средство отображения информации обеспечивает оп-

тимальное применение аппаратной структуры систе-мы его управления в связке с разрабатываемым про-

граммным обеспечением.

Научные результаты: разработанное средство

отображения информации на базе LED-индикаторов,

аппаратная часть системы управления и программное

обеспечение.

Научные ценности (новизна) работы: алгоритм

преобразования входной информации в виде текста,

файлов трехмерных изображений и другого мульти-

медийного контента в статический или динамический

массив данных, обеспечивающий отображение ин-

формации с помощью имеющих два состояния LED-

индикаторов, расположенных равноудаленно так, что

они образуют куб.

Практическая ценность: разработанная система

отображения информации на основе LED-индикато-ров позволит изучать функциональные возможности

аппаратной части платы EasyPIC7 и производить от-

ладку программного обеспечения для управления све-

тодиодным кубом.

Предлагаемая структура базируется на технических

решениях, отработанных при написании дипломного

проекта, в качестве которого был изготовлен LED-куб.

Структурная схема представлена на рисунке.

Светодиодный куб представляет собой матрицу

светодиодов размерностью 8х8х8. В структуру также

входит буфер данных и плата управления EasyPIC7.

Буфер данных представляет собой совокупность клю-чей, резисторов и управляющих микросхем. Он со-

единен с блоком индикации 8 анодами (8 слоев) и 64

катодами, определяющими знакоместо в слое. Буфер

данных получает питание от блока питания +5 В.

Входящая в буфер данных информация поступает с

PORTС платы EasyPIC7. А входной информацией для

платы EasyPIC7 является исходный код программы

(HEX-код), который загружается с персонального

компьютера через USB-порт. Данный код создается в

программной среде MPLAB 8.40, затем, используя

mikroPROGSuite, HEX-код программы записывается в управляющую плату EasyPIC7.

Существует два основных способа индикации све-

тодиодов: статическая и динамическая индикация.

Самый простой вид индикации – статический. При его

использовании индикатор постоянно находится в од-

ном из двух состояний – включен или выключен. До-

стоинства: состояние индикатора не изменится, пока

не будет подана новая входная информация; макси-

мальная яркость индикатора. Недостатки: каждый

индикатор требует установки резистора. При динами-

ческой индикации светодиоды зажигаются по очере-ди. А за счет инерции глаза кажется, что индикатор

горит постоянно. Из ее основных плюсов – требуется

гораздо меньше внешних элементов. Основной минус

– для нее постоянно требуется внимание процессора.

В рамках созданного дипломного проекта, в про-

грамме управления светодиодным кубом использова-

лась статическая индикация.

Программа управления светодиодным кубом

представляет собой определенную последователь-

ность действий. Сначала объемная фигура разбивается

на слои и точки (8 слоев и 64 точки), затем создается

массив чисел в шестнадцатеричном коде, который определяет данную фигуру. Далее преобразованный

массив передается из ПК в EasyPIC7 и после выпол-

нения подпрограммы «Индикация» подсвечивается

первый из слоев отображаемой фигуры. Затем по-

вторно выполняется подпрограмма «Индикация» до

тех пор, пока не будет передан весь массив чисел,

описывающих трехмерную фигуру [3].


46 2/2014

Структурная схема светодиодного куба

Для использования динамической индикации

необходимо осуществлять переключение между слоя-

ми через каждые 5 мс, таким образом создаѐтся трѐх-

мерная статическая фигура [3].

Разработанный на базе дипломного проекта све-

тодиодный куб позволяет создавать различные свето-

вые эффекты, в том числе надписи.

Однако данная размерность куба не позволяет со-

здавать сложные эффекты, объемные и движущиеся

надписи. Поэтому было принято решение на базе по-

лученных знаний и опыта создать светодиодное сред-ство отображения информации, удовлетворяющее

данным требованиям. Его разработка и изготовление,

создание программы управления и являются целью

магистерской диссертации.


1. Медведев А.М. Нанотехнологии в электронике // Журнал «Производство электроники». № 3. 2011.

2. Васерин Н.Н, Дадерко Н.К., Прокофьев Г.А. Применение полупроводниковых индикаторов. – Л.: Энергоиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1991. – 168 с.

3. Данибекова Е.Ж., Сичкаренко А.В. Разработка програм-

мно-аппаратного комплекса «Светодиодный куб» // Тру-ды международной научно-практической конференции «Наука, образование, производство – ведущие факторы Стратегии «Казахстан – 2050» (Сагиновские чтения №6) 26-27 июня 2014 г. Караганда: Издательство КарГТУ, 2014.

Брейдо И.В., Сичкаренко А.В., Дәнібекова Е.Ж.

Ақпаратты LED-индикаторлар базасында бейнелеу

құралдарын әзірлеу.

Магистрлік диссертациялық жұмыстың негізгі

ережелері қарастырылады: мақсаты, идеясы, қорға-

латын ғылыми ережелер, ғылыми нәтижелер, жаңа-

лығы. Кеңінен тараған жартылай ӛткізгіш индика-

торларды қолдану сипатталады. Мысалы, дискретті

жарық диодтарын жарнамада және технологиялық

процесс параметрлерін қадағалау кезінде қолдану.

Басқару объектісі ретінде жарық диодты кубтың

сипаттамасы беріледі. Ақпаратты LED-куб базасын-

да кӛрсету құралдарының құрылымы мен техникалық

жүзеге асырылуы ұсынылады. Сонымен бірге жарық

диодты басқару алгоритмі мен программасы сипат-

талады.

Breydo I.V., Sichkarenko A.V., Danibekova Ye.Zh.

Developing Information Display Facilities Based on

LED-Indicators.

There are considered the basic provisions of master's

dissertation thesis: the purpose, idea, the protected scien-

tific provisions, scientific results, novelty. The widely

adopted use of semiconductor indicators is described. For

example, use of discrete light-emitting diodes in advertis-ing and at supervision over parameters of technological

process. The description of a LED cube as object of man-

agement is provided. The structure and technical realiza-

tion of means of display of information on the basis of a

LED cube is offered. There is also described the algorithm

and the program of management of a LED cube.


Брейдо И.В. (см. стр. 44).

Сичкаренко Андрей Владимирович, старший

преподаватель кафедры автоматизации производ-

ственных процессов КарГТУ. Область научных инте-

ресов: разработка средств и систем автоматическо-

го управления и контроля технологическими процес-

сами на микропроцессорной базе.

Данибекова Екатерина Жанатовна, выпускница

кафедры автоматизации производственных процес-

сов КарГТУ по специальности «Автоматизация и

управление», магистрант 1 курса. Область научных

интересов: микропроцессорная системотехника.


2/2014 47

УДК 001.83(100):378.1 © Белоусов Е.А., Фешин Б.Н., Толмачев В.А., 2014

Следящий электропривод роботов с многомассовыми исполнительными осями

Е.А. БЕЛОУСОВ1, магистрант,

Б.Н. ФЕШИН1, д.т.н., профессор,

В.А. ТОЛМАЧЕВ2, к.т.н., доцент,

1Карагандинский государственный технический университет, кафедра АПП,

2Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных

технологий механики и оптики

Ключевые слова: магистратура, диссертация, тема, система, управление, робот, многомассовый, элек-

тропривод, моделирование, параметр, оптимизация

Обосновывается тема магистерской диссерта-

ционной работы. Приводится список задач, решение которых предстоит получить. Устанавливаются

цель и идея научно-исследовательской работы (НИР).

Прогнозируются защищаемые научные положения,

научные результаты, научные и практические ценно-

сти (новизна) НИР. Представлена двухмассовая рас-

четная схема механической части электропривода с

учетом жесткости, вязкости и приведенных зазоров.

Приводится математическая модель расчетной схе-

мы. Результаты моделирования расчетной схемы в

среде МаtLAB-Simulink подтверждают необходи-

мость целенаправленного управления многомассовы-

ми роботами в функции точности, быстродействия и энергетических затрат.

Введение

Роботы и робототехнические комплексы с много-

массовыми исполнительными осями широко приме-

няются на современном промышленном производстве.

Примерами подобных систем на кафедре автоматиза-

ции производственных процессов (АПП) КарГТУ яв-

ляются учебные стенды фирмы FESTO: следящий и

шаговый электроприводы FESTO; робототехнический

комплекс станций сортировки, переноса и сбора штучных изделий FESTO; мобильный робот

ROBOTINO; станция транспортировки и сортировки

штучных изделий FESTO, а также учебный робот-

манипулятор типа «рука-захват». Известно, что мно-

гомассовые конструкции существенно усложняют

процессы исследования, качественно и количественно

меняют статические и динамические характеристики

работы роботов и робототехнических комплексов как

объектов управления [1, 2]. Достижения теории элек-

тропривода и робототехники, а также специализиро-

ванные программные пакеты прикладных программ (например, МаtLAB-Simulink и т.п.) позволяют ста-

вить и решать задачи оценки влияния конструктивных

особенностей роботов и настроечных параметров си-

стем управления на режимы и качество работы мно-

гомассовых роботов и робототехнических систем, по-

этому тема магистерской диссертационной работы –

«Следящий электропривод роботов с многомассовыми

исполнительными осями» – является актуальной.

В диссертации необходимо рассматривать слож-

ные многомассовые роботы как объекты управления и

определять для них условия, при которых будут с

достаточной точностью, быстродействием и при ми-нимальных энергетических затратах воспроизводить-

ся заданные траектории движения многомассовых

исполнительных осей.

Научные задачи диссертации представлены сле-

дующей последовательностью разделов и подразделов

НИР:

1. Анализ роботов как объектов с многомассовы-

ми исполнительными осями.

1.1. Назначение и требования к режимам работы

роботов как объектов с многомассовыми исполни-

тельными осями.

1.2. Следящий электропривод FESTO как объект контроля, управления и исследования.

1.3. Робототехнический комплекс станций сорти-

ровки, переноса и сбора штучных изделий FESTO как

объект контроля, управления и исследования.

1.4. Учебный робот-манипулятор как объект кон-

троля, управления и исследования.

2. Разработка математических моделей режимов

работы роботов с многомассовыми исполнительными

осями.

2.1. Конструктивные и расчетные схемы роботов с

многомассовыми исполнительными осями. 2.2. Координатные системы представления рас-

четных схем роботов с многомассовыми исполни-

тельными осями.

2.3. Разработка технологии исследования динами-

ческих и статических характеристик роботов как объ-

ектов с многомассовыми исполнительными осями.

2.4. Математические модели динамических и ста-

тических режимов работы роботов как объектов с

многомассовыми исполнительными осями.

2.5. Имитационные исследования динамических и

статических режимов работы роботов как объектов с многомассовыми исполнительными осями.

3. Системы управления и контроля следящих

электроприводов роботов с многомассовыми испол-

нительными осями.

3.1. Принципы построения систем управления

следящих электроприводов роботов как объектов с


3.2. Конструктивные решения систем управления




48 2/2014

3.3. Математические модели систем управления



3.4. Имитационные исследования динамических и

статических режимов работы систем управления ро-

ботов как объектов с многомассовыми исполнитель-

ными осями.

4. Разработка рекомендаций по исследованию,

настройке и наладке систем управления следящих электроприводов роботов как объектов с многомассо-

выми исполнительными осями.

4.1. Настройка САУ следящих электроприводов


тельными осями по критериям точности.



тельными осями по критериям быстродействия.



тельными осями по критерию минимума энергопо-

требления. Цель НИР «Следящий электропривод роботов с

многомассовыми исполнительными осями», заключа-

ющаяся в разработке программно-методического

обеспечения и проведении имитационных исследова-

ний следящих систем автоматического регулирования

электроприводов роботов, достижима при решении

множества перечисленных задач.

Идея НИР заключается в возможности проверки гипотез и допущений, положенных в основу построе-

ния математических моделей элементов и САУ элек-

троприводов роботов, путем имитационных исследо-

ваний (в среде специализированных пакетов приклад-

ных программ (ПП) типа Simulink и/или Work

Bench(Multisim)) с последующим сопоставлением мо-

дельных результатов (в виде статических и динами-

ческих характеристик) с траекториями перемещения

исполнительных осей реальных роботов.

Прогнозируются следующие возможные защища-

емые научные положения, научные результаты, научные и практические ценности (новизна) НИР:

● условия, при которых будут воспроизводиться за-

данные траектории движения многомассовых ис-

полнительных осей, определяются решениями за-

дач параметрической оптимизации САУ электро-

приводов роботов;

● математические модели элементов роботов, ма-

нипуляторов и их систем управления, апробиро-

ванные для конкретных объектов и конкретных

условий эксплуатации, являются актуальными

научными результатами;

● результаты имитационных исследований элемен-тов роботов, манипуляторов и их систем управле-

ния в виде множеств типа {конструкция много-

массового робота, структура и параметры системы

электропривода; статические характеристики; ди-

намические характеристики; критерии качества;

энергетические и электромагнитные характери-

стики} составляют ценную базу научных данных;

● образовательная компонента множества решае-

мых задач составляет практическую ценность

НИР.

Расчетными схемами роботов с многомассовыми

исполнительными осями являются схемы, получаемые

как модификация известной конструкции «привод –

передаточный механизм (например, редуктор) – ис-

полнительный механизм (например, захват, бур, ….)».

Двухмассовая расчетная схема механической части

электропривода имеет вид, изображенный на рисунке

1, а соответствующая ей система уравнений c учетом

жесткости, вязкого трения и зазоров в кинематических передачах представлена ниже [2, 3]

1 1 1

12 12 1

2

12 2 2 2 2

( ) ( ) ( ) ( )

( ) 1 ( ) ,

( ) ( ) ( ) ( ) ,

C C C

C C C

M t M t M t M t

dM t b sign M J

dt

dM t M t M t M t J

dt

где

12 12 1 2

1 2

12 1 2

( ) ( )2

при ,2

0 при ,2

З

КП

З

КП

КП

М C t t

М

12

12 12 . .12B T

dMM M

dt – упругий момент с учетом

внутреннего вязкого трения;

КП – кинематическая погрешность передач;

1СМ и 2СМ – активные постоянные моменты нагруз-

ки на соответствующих валах;

1 1 1

2 2 2

( ( )),

( ( )),

C C

C C

M M sign t

M M sign t

где 1СМ , 2СМ – моменты сухого трения на соответ-

ствующих валах;

1 . .1 1

2 . .2 2

( ) ( ),

( ) ( ),

C B T

C B T

M t t

M t t

где 1 2( ), ( )С СМ t М t – моменты вязкого трения на со-

ответствующих валах.

Рисунок 1 – Двухмассовая расчетная схема

механической части электропривода

Схема моделирования механической системы в

среде MATLAB приведена на рисунке 2.

На рисунке 3 приводится результат моделирова-

ния по координатам ω1, ω2, рад/с.


2/2014 49

Рисунок 2 – Структурная схема двухмассовой механической системы при M(t) = MH · 1(t) (модель М1)

Рисунок 3 – График зависимостей ω1(t) и ω2(t) при M(t) = MH · 1(t)

Характер изменения ω1(t) и ω2(t) подтверждает

необходимость целенаправленного управления элек-

троприводом робота для обеспечения устойчивости и

качественного переходного процесса по точности,

быстродействию и энергетическим затратам на пере-мещение многомассовой исполнительной оси.


1. Юревич Е.И. Основы робототехники. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 416 с.

2. Брейдо И.В. Фешин Б.Н. Имитационное моделирование и параметрическая оптимизация автоматизированных элек-

троприводов. Караганда: КарГТУ, 2003. – 130 с. 3. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатом-

издат, 1985. – 560 с.

Белоусов Е.А., Фешин Б.Н., Толмачев В.А. Көп

массалы атқарушы осьтері бар роботтардың қада-

ғалаушы электр жетегі.

Магистрлік диссертациялық жұмыстың тақы-

рыбы негізделеді. Шешілуі тиіс мәселелердің тізімі

беріледі. Ғылыми-зерттеу жұмысының (ҒЗЖ) мақ-

саты мен идеясы анықталады. ҒЗЖ-да қорғалатын

ғылыми ережелер, ғылыми нәтижелер, ғылыми және

практикалық құндылықтар (жаңалығы) болжанады. Қаттылықты, тұтқырлықты және берілген саңы-

лауларды ескерумен электр жетегіндегі механикалық

бӛліктің екі массалы есептеу сұлбасы ұсынылған.

Есептеу сұлбасының математикалық моделі беріледі.

Есептеу сұлбасын МаtLAB-Simulink ортасында мо-

дельдеу нәтижелері дәлдік, тез әрекет ету функция-

ларында және энергетикалық шығындарда кӛп масса-

лы роботтарды мақсатты басқару қажеттілігін

дәлелдейді.

Beloussov Ye.A., Feshin B.N., Tolmachyov V.А.

Follow-up Electric Drive with Multimass Executive Ax-

es.

There is justified the subject of master's dissertation

thesis. The list of tasks which decision should be received is provided. The purpose and idea of scientific research

work (NIR) are established. The protected scientific provi-

sions, scientific results, scientific and practical values

(novelty) of NIR are predicted. The two-mass settlement

scheme of mechanical part of the electric drive taking into

account rigidity, viscosity and the given gaps is submitted.

The mathematical model of the settlement scheme is given.

Results of modeling of the settlement scheme in the

MATLAB-Simulink environment confirm need of purpose-

ful control of multimass robots as the accuracy, speed and

power expenses.


Белоусов Евгений Александрович, магистрант


сов КарГТУ, бакалавр по специальности «Электро-

энергетика». Закончил обучение на кафедре АПП в

2014г. по специализации «Электропривод и автома-

тизация технологических комплексов».

Фешин Б.Н. (см. стр. 44).

Толмачев Валерий Александрович, доцент ка-федры электротехники и прецизионных электромеха-

нических систем СПб НИУ ИТМО, к.т.н., доцент,

специалист по управлению прецизионными электро-

механическими системами.


50 2/2014

УДК 001.83(100):378.1 © Воробьев Н.В., Фешин Б.Н., Усольцев А.А., 2014

Методика анализа электромагнитных процессов в подсистемах автоматизированного электропривода

Н.В. ВОРОБЬЕВ1, магистрант,

Б.Н. ФЕШИН1, д.т.н., профессор,

А.А. УСОЛЬЦЕВ2, к.т.н., доцент,

1Карагандинский государственный технический университет,

2Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных

технологий механики и оптики

Ключевые слова: магистратура, диссертация, тема, стенд, асинхронный, электропривод, электромаг-нитный, процесс, моделирование.

Обосновывается тема магистерской диссерта-

ционной работы. Приводится список задач, решение

которых предстоит получить. Описывается стенд,

на котором предполагается решать задачи маги-

стерской диссертации. Устанавливаются цель и идея

научно-исследовательской работы (НИР). Прогнози-

руются защищаемые научные положения, научные

результаты, научные и практические ценности (но-

визна) НИР. Приводится одна из возможных мате-

матических моделей электромагнитных процессов в

асинхронном двигателе. Первоначальный анализ

электромагнитных процессов предполагается осуще-ствить путем имитационного моделирования. Пред-

лагается программный аналог модели процессов в

среде МаtLAB-Simulink.

Достижения силовой электроники позволили по-

высить качество технологических процессов в различ-

ных отраслях промышленности с помощью внедрения

автоматизированного частотно-управляемого асин-

хронного электропривода.

Очевидными фактами являются энергосбереже-

ние, высокая точность изменения координат, возмож-ности внедрения бездатчиковых систем управления

(например, векторных), высокая надежность и культу-

ра обслуживания подобных систем электропривода.

В меньшей степени анализируются динамические

процессы автоматизированного частотно-управляемо-

го асинхронного электропривода, сопровождающиеся

появлением электромагнитных помех, которые при

пренебрежении нормами проектирования, требовани-

ями стандартов электробезопасности и электромаг-

нитной совместимости, могут влиять на работоспо-

собность электронного оборудования, средств связи и обслуживающего персонала.

В магистерской диссертационной работе «Мето-

дика анализа электромагнитных процессов в подси-

стемах автоматизированного электропривода «пред-

принимается попытка решить экспериментально и

аналитически некоторые задачи, связанные с электро-

магнитной совместимостью работы в промышленных,

лабораторных и бытовых условиях автоматизирован-

ных частотно-управляемых асинхронных электропри-

водов. Рассматриваемая работа имеет высокую сте-

пень возможного положительного решения в связи с

тем, что объектом исследования является высокотех-

нологичный стенд-имитатор частотно-регулируемых

насосных агрегатов [1]. Стенд-имитатор включает:

электродвигатель постоянного тока мощностью 0,5

кВт; асинхронный электродвигатель мощностью 0,5

кВт и синхронной скоростью 1500 об/мин; датчик

крутящего момента силы; датчик обратной связи с

разрешением 2000 дискрет/оборот; блок питания

(преобразователь напряжения) двигателя постоянного

тока; блок питания (преобразователь частоты) асин-

хронного двигателя; блок тормозных резисторов; бло-ки электрических измерений (2 шт.) для двигателя

постоянного тока и асинхронного двигателя; блок

цифровой индикации крутящего момента силы и ско-

рости вращения; компьютер.

На стенде предусмотрена возможность взаимного

нагружения двигателей. Для обеих машин использу-

ются преобразователи с возможностью реализации

режимов динамического торможения (со сбросом

энергии на тормозные резисторы). Преобразователи

имеют возможность программирования в среде Mex-

BIOS [2] с изменением структуры и параметров сис-темы управления, а также существует дополнительная

возможность управления по стандартным аналоговым

и цифровым интерфейсам (RS-485 и/или RS-232).

Блоки питания содержат дифференциальные автоматы

для подачи питания. На блоках предусмотрены выво-

ды для обеспечения возможности измерения токов,

напряжений, мощности на входе и выходе преобразо-

вателей. Предусмотрена возможность переключения с

ручного управления на автоматическое. Специальные

блоки электрических измерений предусматривают

измерение (расчет) мощности, тока, напряжения и других электрических величин с возможностью выво-

да информации на компьютер. Встроенное программ-

ное обеспечение для преобразователей электродвига-

телей обеспечивает: управление асинхронным элек-

тродвигателем (с обратной связью и без обратной свя-

зи); управление двигателем постоянного тока с (об-

ратной связью и без обратной связи); формирование

произвольной механической характеристики нагрузки

(момент в функции скорости вращения), в том числе

вентиляторной характеристики; возможность измене-


2/2014 51

ния структуры и параметров программного обеспече-

ния через визуальную среду разработки программ.

Научные задачи диссертации представлены сле-

дующей последовательностью разделов и подразделов

НИР:

1. Анализ эффективности автоматизации техноло-

гических процессов на базе частотно-управляемого

асинхронного электропривода.

1.1. Формализация принципов построения систем автоматизации на базе частотно-управляемого асин-

хронного электропривода.

1.2. Анализ применения частотно-управляемого

асинхронного электропривода в различных отраслях

промышленности.

1.3. Систематизация стандартов на электробез-

опасность и электромагнитную совместимость при

эксплуатации частотно-управляемого асинхронного

электропривода.

1.4. Опыт исследования и анализа электромагнит-

ных процессов в подсистемах автоматизированного

электропривода. 2. Стенд-имитатор частотно-управляемого элек-

тропривода насосных агрегатов насосных станций

теплоснабжающих комплексов мегаполисов как объ-

ект исследования и преобразования электромагнитных

и электромеханических процессов.

2.1. Назначение, конструкция и принцип действия

стенда-имитатора.

2.2. Структурные, принципиальные и монтажные

схемы стенда-имитатора.

2.3. Технические характеристики силового обору-

дования, средств контроля и автоматизации стенда-имитатора.

2.4 Функциональные возможности и режимы ра-

боты стенда-имитатора.

2.5 Программно-алгоритмическое обеспечение

стенда-имитатора.

3. Анализ, расчет и исследования электромагнит-

ных процессов в системах электропривода стенда-

имитатора.

3.1. Контроль и наблюдение электромагнитных

процессов в системах электропривода стенда-

имитатора. 3.2. Математические модели электромагнитных

процессов в системах электропривода стенда-имита-

тора.

3.3. Математические модели систем управления

электроприводом стенда имитатора.

3.4. Экспериментальные исследования динамиче-

ских режимов систем электропривода на стенде-

имитаторе.

3.5. Имитационные исследования систем управле-

ния электроприводом стенда имитатора в среде про-

граммных комплексов имитационного и схемотехни-

ческого моделирования. 4. Разработка методики расчета электромагнитных

процессов в системах электропривода стенда имита-

тора.

4.1. Алгоритмы расчета электромагнитных про-

цессов в системах электропривода стенда имитатора.

4.2. Технология экспериментальной оценки элек-

тромагнитных процессов в системах электропривода

стенда имитатора.

4.3. Оценка адекватности и принятие решений.

4.4. Разработка программно-алгоритмического обе-

спечения для расчета и оценки электромагнитных про-

цессов в системах электропривода стенда-имитатора.

Очевидно, что цель НИР «Методика анализа

электромагнитных процессов в подсистемах автома-

тизированного электропривода», заключающаяся в разработке инструкций (последовательности опера-

ций и логических операций, т.е. алгоритмов), дости-

жима при решении множества перечисленных задач.

Идея НИР заключается в сопоставлении резуль-

татов экспериментальных (на стенде-имитаторе) и

имитационных исследований (в среде специализиро-

ванных пакетов прикладных программ (ПП) типа

МаtLAB-Simulink и/или Work Bench(Multisim)) с целью выбора эффективных алгоритмов анализа электро-

магнитных процессов в подсистемах автоматизиро-

ванного электропривода.

Прогнозируются следующие возможные защища-

емые научные положения, научные результаты,

научные и практические ценности (новизна) НИР:

● функциональные и программно-аппаратные воз-

можности стенда-имитатора достаточны для ре-

шения задачи разработки методики анализа элек-

тромагнитных процессов в подсистемах автомати-зированного электропривода;

● стенд-имитатор позволяет решить задачу выбора

структуры и параметров автоматизированного

электропривода промышленного объекта с целена-

правленно заданной нагрузкой;

● результаты исследований на стенде-имитаторе в

виде множеств типа {структура и параметры систе-

мы электропривода; статические характеристики;

динамические характеристики; критерии качества;

энергетические и электромагнитные характеристи-

ки} составляют ценную базу научных данных; ● образовательная компонента множества решаемых

задач составляет практическую ценность НИР.

Хорошим началом для решения множества пере-

численных выше задач являются теоретические и

практические результаты [3,4] не потерявшие свою

актуальность при условии применения их к современ-

ным электродвигателям, электроприводам и специа-

лизированным ПП. Воспользуемся моделью для рас-

чета электромагнитных переходных процессов асин-

хронных двигателей, из [3, стр. 54-57], и трансформи-

руем еѐ в среду ПП Simulink. Модель в осях X, Y име-

ет вид:

1

1 1 2 , 1

1

1 1 2 , 1

2

2 1 , 2

2

2 1 , 2

,

1 2 1 2

,

,

,

,

3* ( ),

2

x

x s x r s x O эл y

y

y s y r s y O эл x

x

r x s r x O эл y

y

r y s r x O эл x

п O эл r

y x x y

s

dU d K d

dt

dU d K d

dt

dd K d s

dt

dd K d s

dt

P KM

X


52 2/2014

где ωо,эл = 2πf (f – частота сети),

Pn – число пар полюсов АД.

Значение остальных коэффициентов, входящих в

уравнения, определяются параметрами схемы заме-

щения АД.

1 0 ,sx x x 2 0 ,rx x x 0 ,s

s

XK

X 0 ,r

r

XK

X

1 ,s rK K 1 0,

,эл

s

s

rd

X

2 0,,

эл

r

r

rd

X

где X2 и r2 – приведенные к статорной цепи сопротив-

ления обмотки ротора АД.

Для выбора масштаба рекомендуются следующие

максимальные значения зависимых переменных [3]:

1max 1 ,max2 ,фU U 1 ,max

1max

0,

,ф

эл

U

max 2 .kM M

Входные воздействия в модели U1x и U1y выбира-

ются произвольно с учетом соотношения

2 2

1 1 12 .x y ФU U U

На рисунке изображен программный аналог элек-

тромагнитных процессов асинхронного двигателя в

среде ПП Simulink.

Программный аналог электромагнитных процессов асинхронного двигателя в среде ПП Simulink


2/2014 53


1. Дементьев Ю.Н., Фешин Б.Н., Крицкий А.Б. Стенд-имитатор электротехнических комплексов теплоснабжа-ющих систем мегаполисов // Алматы. Журнал «Вестник автоматизации» №3(45), сентябрь, 2014. С. 61-65.

2. ООО «Мехатроника – ПРО». Каталог продукции. Изд-во ТПУ. – Томск: Изд-во ТПУ, 2012. – 24 c.

3. Рожанковский Ю.В. Расчеты динамических режимов в

электроприводе на аналоговых вычислительных машинах АВК-31. – М.: Моск. энерг. ин-т, 1987. – 64 с.

4. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатом-издат, 1985. – 560 с.

Воробьев Н.В., Фешин Б.Н., Усольцев А.А. Авто-

маттандырылған электр жетегінің ішкі жүйеле-

ріндегі электр магниттік процестерді талдау әдіс-

темесі.

Магистрлік диссертациялық жұмыстың тақы-

рыбы негізделеді. Шешілуі тиіс мәселелердің тізімі беріледі. Магистрлік диссертацияның мәселелері ше-

шілуі тиіс стенд сипатталады. Ғылыми-зерттеу жұ-

мысының (ҒЗЖ) мақсаты мен идеясы анықталады.

ҒЗЖ-да қорғалатын ғылыми ережелер, ғылыми нәти-

желер, ғылыми және практикалық құндылықтар

(жаңалығы) болжанады. Асинхронды қозғалтқышта-

ғы электрмагниттік процестердің ықтимал мате-

матикалық модельдерінің бірі келтіріледі. Электр

магниттік процестерді бастапқы талдауды еліктей

модельдеу жолымен жүзеге асыру болжанады. Про-

цестер моделінің МаtLAB-Simulink ортадағы програм-

малық аналогы ұсынылады.

Vorobyov N.V., Feshin B.N., Ussoltsev А.А. Meth-

odology of Analyzing Electromagnetic Processes in Au-

tomated Electric Drive Subsystems.

There is justified the subject of master's dissertation

thesis. The list of tasks which decision should be received

is provided. The stand at which it is supposed to solve

problems of the master thesis is described. The purpose

and the idea of the research work (RW) are established.

The protected scientific provisions, scientific results, sci-entific and practical values (novelty) of NIR are predicted.

One of possible mathematical models of electromagnetic

processes is brought in the asynchronous engine. The ini-

tial analysis of electromagnetic processes is supposed to

be carried out by imitating modeling. There is proposed

the program analog of model of processes in the

MATLAB-Simulink environment.


Воробьев Николай Владимирович, магистрант


сов КарГТУ, бакалавр по специальности «Электро-

энергетика». Закончил обучение на кафедре АПП в

2014г. по специализации «Электропривод и автома-

тизация технологических комплексов».

Фешин Б.Н. (см. стр. 44).

Усольцев Александр Анатольевич, доцент ка-

федры электротехники и прецизионных электромеха-

нических систем СПб НИУ ИТМО, к.т.н., доцент,

специалист по управлению прецизионными электро-

механическими системами.

54 2/2014

АҚПАРАТ. ИНФОРМАТИКА. АҚПАРАТТАНДЫРУ

ИНФОРМАЦИЯ. ИНФОРМАТИКА. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ

УДК 158.1+62.506.23 © Илькун В.И., Кунаев В.А., Фефелов A.M., 2014

Исследование искажений знаковых символов различных алфавитов и арабских цифр при передаче информации

В.И. ИЛЬКУН, к.т.н., доцент кафедры «Технологические машины и транспорт», В.А. КУНАЕВ, магистр, инженер Лаборатории инженерного профиля, A.M. ФЕФЕЛОВ, магистр, Карагандинский государственный индустриальный университет

Ключевые слова: символ, буква, алфавит, знак, кодирование, матрица, искажение.

Рассмотрены вопросы психофизиологического

восприятия словесно-цифровой информации в контек-

сте эволюции различных алфавитов, определены общ-

ности в конструкции ряда букв алфавитов кириллицы

и латиницы и их влияние на потерю читаемости сло-

весно-цифровых сообщений. Приведен доработанный

авторами алфавит геометрических знаков, пригод-ный для кодирования передаваемой оператором ин-

формации, и варианты цифро-буквенных матриц, со-

ставленных с применением как арабской, так и рим-

ской цифровой символики.

Умение оценивать читаемость фрагментарно

отображаемых символов (букв, цифр) является важ-

ным как в теоретическом плане (с точки зрения

осмысления процесса воспринимаемой человеком-

оператором информации, представляемой с искажени-

ем вследствие частичной потери смыслового содер-

жания букв, составляющих слова, набора цифр, со-держащих осведомительную информацию), так и в

практическом (с позиции оценки надежности средств

отображения информации (СОИ)). Оба аспекта необ-

ходимо учитывать при выработке инженерно-

психологических решений в процессе проектирования

и конструирования опознаваемых знаков СОИ, распо-

ложенных на различных пультах управления, табло,

рекламных информационных табло, билбордах и т.д.

В публикациях, посвященных, распознаванию

символов, констатируется, что знаки, состоящие из

прямых линий, опознаются быстрее или точнее, чем знаки, состоящие из криволинейных фрагментов;

асимметричные знаки опознаются быстрее, чем сим-

метричные, слова с преобладанием в знаках, цифрах,

буквах вертикальных линий определяются легче; зна-

ки, находящиеся в прямом контрасте с остальными,

распознаются быстрее, чем в обратном; различные

цифры распознаются неодинаково точно [I].

В последней четверти ХХ в. получили распростра-

нение знакосинтезирующие цифро-буквенные индика-

торы, содержащие определенное количество сегментов

размерной формы, с помощью которых можно воспро-

изводить все буквы заданного алфавита (например,

русского) и арабские цифры от 0 до 9. Для видеотер-

минальных устройств были созданы целые комплексы,

состоящие из нескольких алфавитов, набора символов

и арабских цифр различного начертания.

При построении мнемосхем и кодировании ин-формации текста следует оценивать различные знако-

вые системы с точки зрения эффективности их приме-

нения. Учитывая достаточно сложный характер про-

цесса приема и переработки информации с акцентом

на свойство четкости восприятия и имеющийся опыт

человека, способного воспринимать полное событие

по некоторым элементам (фрагментам), можно выде-

лить определенные сигнальные элементы, которые

несут в себе больше информации, чем другие. Иска-

жения этих элементов при передаче информации вы-

зывают больше всего ошибок, снижающих достовер-

ность сообщения. По этим сигнальным элементам че-ловек-оператор может восстанавливать передаваемую

информацию, утраченную при ее передаче вследствие

частичной потери смыслового значения отдельных

знаков (символов). Признаки (элементы), несущие

основную информацию об объекте (процессе) и поз-

воляющие полностью восстановить смысловой харак-

тер сообщения с последующей передачей его операто-

ру или соответствующим декодирующим устрой-

ствам, являются информационными признаками объ-

екта. Для определения информативности признаков

символов применяют методики случайной фрагмента-ции изображения и посегментной (поэлементной)

фрагментации [I].

Пиктограммы (лат. pictus – разукрашенный + греч.

γραμα – запись) – буквально писанный красками. Кар-

тографические знаки (изображения) – уменьшенные,

обобщенные (оптимизированные) изображения по-

верхности планет, построенные по определенному

математическому закону, показывающие с помощью

обозначений, применяемых на географических картах

и других картографических документах, изображения

Ақпарат. Информатика. Ақпараттандыру

2/2014 55

различных объектов, их качественные и количествен-

ные характеристики.

Буквы можно классифицировать по основным

применяемым алфавитам на арабской, греческой, ла-

тинской, русской основе, а также современное слого-

вое индийское письмо – деванагари [3], состоящее из

отдельных начертаний (гласных, согласных), связан-

ных изображением знаков цифр от 0 до 9, не совпада-

ющих по начертанию ни с арабским, ни с римским алфавитами.

В таблице 1 приведены основные отличительные

особенности алфавитов различных стран мира. Анализ

содержания таблицы 1 показал, что латинский шрифт

является наиболее востребованным в большинстве

государств. Причина этому не только в небольшом

алфавите (26 букв), но и в том, что языки, построен-

ные на графической основе латинского языка, суще-

ствуют в странах – бывших колониях и доминионах

Великобритании, а также других государствах (Фран-

ции, Германии, Финляндии и бывших прибалтийских

республиках СССР). В настоящее время латинский

шрифт используется в качестве международного в

аэропортах, морских гаванях, железнодорожных вок-

залах практически всех развитых и развивающихся

стран мира.

Русский алфавит распространен в международном масштабе меньше, чем латинский, хотя общее графи-

ческое начертание имеют по крайней мере 11 букв

обоих алфавитов. В настоящее время практически

повсеместно в мире используют арабский цифровой

ряд от 0 до 9. Авторы работы [I] предлагают также

подобрать несколько конфигураций цифр для синте-

зируемых сегментных алфавитов (кроме 5-сегментно-

го (рисунок 1), а также 7-, 9-, 10-сегментного).

Таблица 1 – Основные отличительные особенности различных буквенных алфавитов [2, 4]

№ п/п

Наименование алфавита (страна)

Количество знаков (букв)

в алфавите

Страны, в которых графиче-ская система данного алфа-

вита принята за основу Примечание

1 Арабский 28 (всего) Афганистан, Иран (Персия),

Малайзия, Пакистан

2 Армянский, грузинский

39 (всего) Армения и Грузия имеют свою графическую систе-му алфавита. В обоих языках существуют отличи-тельные особенности в написании отдельных букв

3 Греческий (Греция) 24 (всего)

4 Деванагари (Индия) 13 гласных,

34 согласных Северная Индия

Наиболее распространенное современное индийское письмо на языках хинди, маратхи, непали и др.

В [3] два значения согласных

5 Итальянский (Италия) 21 всего

6 Латинский 26 (всего)

Великобритания, Германия, Франция, Австралия, Новая Зеландия, страны Северной

и Южной Америки, Латвия, Литва, Эстония, Финляндия

Применяется в качестве второго официального языка

7 Русский (Россия) 33 (всего) Болгария, Сербия,

Украина, Белоруссия Алфавит Казахстана построен

на графической системе кириллицы

А1 – пиктограммы; А2 – картографические знаки; А3 – буквы; А4 – цифры специальной конфигурации (5-сегментная); А5 – геометрические фигуры

Рисунок 1 – Примерные алфавиты знаков [I]

Информация. Информатика. Информатизация

56 2/2014

Геометрические фигуры также могут применяться

для построения алфавитов знаков (рисунок 2), хотя их

смысловое исполнение не может ограничиваться лишь

одной конфигурацией рассматриваемой фигуры. Как

правило, внутри такой геометрической фигуры распо-

лагают те же пиктограммы, например дорожные знаки

(запрещающие, предупреждающие и др.).

На основании работы [I] нами предложено дора-

ботать алфавит геометрических фигур для повышения его информативности, добавив по нижней горизон-

тальной стороне квадрата буквы «К», «Ж», «3», «Г»,

обозначающие красный, желтый, зеленый и голубой

цвета соответственно. Аналогично вдоль правой вер-

тикальной стороны квадрата дополнительно пронуме-

ровать интервалы римскими цифрами I, II, III, IV, рас-

положенными соответственно против заглавных букв

А, В, С, Д. Доработанный таким образом алфавит гео-

метрических знаков представлен на рисунке 2.

Таким образом, получаем следующие виды мат-

риц алфавитов.

1. Двухмерная ФР – форма-размер;

ФО – форма-ориентация;

ФЦ – форма-цвет.

Варианты записи матрицы двухмерного алфавита

имеют вид

(I, II, III, IV)x(1,2,3,4)=4х4=16; (I, II, III, IV)x(A, В,

С, Д)=4х4=16;

(I, II, III, IV)х(К,Ж,3,Г)=4х4=16.

2. Трехмерная

ФРО – форма-размер-ориентация;

ФРЦ – форма-размер-цвет; ФОЦ – форма-ориентация-цвет.

Варианты записи матрицы трехмерного алфавита

имеют вид

(I, II, III, IV)x(1,2,3,4)х(А,В,С,Д)=4х4х4=64;

(I, II, III, IV)х(1,2,3,4)х(К,Ж,3,Г)=4x4x4=64; (I, II,

III, IV)x(A, В, С, Д)х(К,Ж,3,Г)=4х4х4=64.

3. Четырехмерная

ФРОЦ – форма-размер-ориентация-цвет.

Варианты записи матрицы четырехмерного алфа-

вита имеют вид

(I, II, III, IV)x(1, 2, 3, 4)x(A, В, С, Д)х(К, Ж, 3, Г)=4х4х4х4=256.

Таким образом, матрица (рисунок 3) алфавита

геометрических знаков более информативна при мак-

симальной компактности.

Как известно, отражение буквенно-цифровой ин-

формации чаще всего помещается в матрицах 2x3,

2x4, 3x4, 5x7 и т.д. Кроме того, при начертании букв и

цифр в письмах, технических документах возможны

искажения отдельных графических символов (нару-

шения с точки зрения их информативности). В таких

случаях оценку нарушений целостности букв класси-

фицировали следующим образом. Группа 1. При дефекте конструкции букв проис-

ходит их трансформация в другие буквенные символы

в зависимости от начертания буквы-оригинала.

Группа 2. При дефекте конструкции буквы-

оригинала она трансформируется в арабскую цифру.


оригинала она превращается в параллельные, наклон-

ные или ломаные линии, зачастую с потерей читаемо-

сти.


оригинала контур буквы искажается с потерей читае-

мости.

В таблице 2 приведены результаты анализа иска-

жений читаемости букв русского и латинского алфа-

витов (в традиционном начертании). Сопоставление

возможных искажений читаемости букв в русском и латинском алфавитах (таблица 2) показало, что:

а) в обоих алфавитах насчитывается по крайней

мере 11 букв, имеющих идентичное или близкое к

нему начертание;

б) количество возможных вариантов искажений

при восприятии букв русского алфавита составляет 32

(97%), латинского 22 (85%), что свидетельствует о

более высокой надежности последнего.

Рисунок 2 – Алфавит геометрических знаков

Примечание. Одно-, двух-, трех-, четырехэле-

ментные – количество возможных вариантов искаже-

ний читаемости букв.

Приведенная оценка надежности является ориен-

тировочной, так как зависит от конфигурации элемен-

тов, составляющих букву (или матрицы выбранной

конструкции). Однако более чем двенадцатипроцент-

ная разница в надежности алфавитов способствует

предпочтительному выбору латинского алфавита, что

и было сделано (с учетом также и других факторов).

В случае дефектов цифровых символов могут воз-никнуть следующие варианты нарушения восприятия:

а) цифровой символ остался читаемым при нару-

шении конструкции цифр;

б) цифра трансформируется в другой цифровой

символ;

в) цифра при трансформации может потерять свой

смысл;

г) полное исчезновение цифры;

д) цифра может превращаться в буквенный сим-

вол (букву).

В таблице 3 приведены результаты анализа иска-жений читаемости арабских цифр (в стилизованном

начертании).


2/2014 57

Таблица 2 – Анализ возможных искажений читаемости букв русского и латинского алфавитов (в традиционном

начертании)

№ п/п

Вид дефекта при нарушении конструкции (читаемости)

букв

Возможные начертания буквы при трансформации

Возможное ко-личество вариан-тов искажений

Примечание

Русский алфавит (кириллица)

1. Трансформация одних букв в

другие

А→Л; В→Б; Д→Л; Е→С; Ж→К; 0→С, Г; П→Г;

Р→F; С→Г, L; У→Ч; Ф→Р; Ы→Ь, Ъ; Й→И;

Ё→Е. Ъ→Ь

15

13 – одноэлементных, причем в одном случае

1 – одноэлементный (Р→F) (латинская) 2 – двухэлементный («O»), причем в од-

ном случае С→L (латинская)

2. Трансформация букв в араб-

ские цифры Г→1; М→1; T→1;

Б→5; 8→9 5 все одноэлементные

3. Трансформация букв в парал-лельные или наклонные ли-

нии

И→11; К→<; Л→/,\; Н→| |; П→| |; X→/,\

6 4 – одноэлементных («И», «К», «Н», «П»)

2 – двухэлементных («Л», «Х»)

4. Трансформация букв в нечи-

таемые символы

Э→Э, Э, Э, Э; Ц→Ц, Ц, Ц

2 1 – одноэлементный («Э») 1 – трехэлементный («Ц»)

Ш→III, I I, II Щ→III, I I, II

2 2 – трехэлементных («Ш», «Щ»)

Я→ ; Ъ→Ь 2 2 – одноэлементных («Я», «Ъ»)

Латинский алфавит (латиница)

1. Tрансформация одних букв в

другие L→1; G→С; Q→D; R→Р; Е→С; 0→С; T→1; U→I

8 все одноэлементные

2. Tрансформация букв в цифры М→1; T→1; В→9; U→1 4 все одноэлементные

3. Трансформация букв в парал-лельные, наклонные или ло-

маные линии

К→I; N→| |, \; Z→=Z, /; X→ \, /; Y→ , ; V→\, /;

Н→| |, –

7 1 – двухэлементный («К»)

и 6 – двухэлементных

(«V», «N», «Y», «X», «Z», «H»)

4. Трансформация букв в нечи-

таемые символы R→I, P; W→\ /, \ \, /; S→' 3

1 – трехэлементный («W»), 1 – двухэлементный («R»), 1 – одноэлементный («S»)

Таблица 3 – Результаты анализа искажений читаемости арабских цифр (в традиционном начертании)

№ Вид дефекта при нарушении кон-

струкции (начертания) цифр Полученное цифровое преобразо-

вание цифры в цифру (букву)

Возможное ко-личество вариан-тов искажений

Примечание

а) Трансформация цифры одного на-минала в цифру другого наминала

5 1 – трехэлементный («8»),

2 – одноэлементных («9», «4»)

б) Цифра при трансформации пре-

вращается в букву 1 1 – одноэлементный

в) Цифра при трансформации стано-вится нечитаемой. 7

2 – трехэлементных («5», «4»), 1 – двухэлементный («3»)

г) Цифра при трансформации остает-ся читаемой 4

4 – одноэлементных

д) Возможно полное исчезновение

цифры простой формы 1

Из таблицы 3 следует, что возможное число вари-

антов искажений при восприятии арабских цифр рав-но 18, в том числе в одном случае возможна транс-

формация цифры в букву. Искаженное восприятие

букв и цифр можно снизить путем усложнения матри-

цы, если буквы и цифры выводятся совместно на одно

табло (экран).


1. Практикум по инженерной психологии / Под ред. докт. психолог. наук А.А. Крылова и докт. психолог. наук В.А.

Ганзена. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1978. – 178 с. 2. Советский энциклопедический словарь. М.: Советская

энциклопедия, 1980. – 1600 с. 3. МСЭ. 3-е изд. (в 9 томах) / Гл. ред. Б.А. Введенский. Том

3. (Горняцкий – Илосос). – М.: ГНИ БСЭ, 1959. – 1257 с. 4. МСЭ. 3-е изд. (в 9 томах) / Гл. ред. Б.А. Введенский. Том

1. (А – Буковина). – М.: ГНИ БСЭ, 1958. – 1277 с.

Илькун В.И., Қонаев В.А., Фефелов А.М. Ақпа-

рат беру кезінде әр түрлі әліппе мен араб сандары-

ның белгілік символдарының бұрмалануын зерттеу.

Әр түрлі әліппелер эволюциясының контексінде

сӛздік-сандық ақпаратты психофизиологиялық қа-

былдау мәселелері қарастырылған, кириллица мен ла-

тын әліппесінің бірқатар әріптер конструкциясында-

ғы жалпылықтар және олардың сӛздік-сандық хабар-

ламаларды оқылу жоғалымдарына әсері анықталған.

Оператор беретін ақпаратты кодтау үшін жарам-

ды біз аяқтаған геометриялық белгілер әліппесін

және араб сандық символикасын да, рим сандық сим-

воликасын да қолданумен құрылған сандық-әріптік

матрицалар нұсқаларын ұсындық.

Ilkun V.I., Kunayev V.A., Fefelov А.М. Studying

Different Alphabets Sign Symbols Distortion in Infor-

mation Transmitting.


58 2/2014

There are considered the issues of psychophysiologi-

cal perception of verbal and digital information in the

context of evolution of various alphabets are considered,

communities in designs of a number of letters of alphabets

of Cyrillics and Latin and their influence on loss of read-

ability of verbal and digital messages are defined. The

alphabet of geometrical signs suitable for coding of in-

formation transferred by the operator finished by us and

options of the digital-alphabetic matrixes made with ap-plication of both the Arab, and Roman digital symbolics is

provided.


Илькун Владимир Иванович, кандидат техниче-

ских наук, доцент кафедры «Технологические машины

и транспорт» Карагандинского государственного

индустриального университета. Область научных ин-

тересов: научно-исследовательская работа, история.

Кунаев Вячеслав Александрович, магистр техни-

ческих наук, инженер Лаборатории инженерного

профиля Карагандинского государственного инду-

стриального университета. Область научных инте-

ресов: научно-исследовательская работа, история,

философия, религиоведение, перспективы автомоби-

лестроения.

Фефелов Алексей Михайлович, магистр техниче-

ских наук, Карагандинский государственный инду-стриальный университет.

УДК 004.056.55 © Тен Т.Л., Когай Г.Д., Смаилова Н.К., Каюмов Д.С., 2014

Разработка научных основ формализации взаимосвязи детерминированного хаоса и криптографии

Т.Л. ТЕН1, д.т.н., профессор,

Г.Д. КОГАЙ2, к.т.н., доктор PhD, профессор,

Н.К. СМАИЛОВА2, магистрант,

Д.С. КАЮМОВ2, магистрант,

1Карагандинский экономический университет Казпотребсоюза, кафедра ИВС,

2Карагандинский государственный технический университет, кафедра ИВС

Ключевые слова: защищенность, криптостойкость, шифрование, технология, секретность, защита, без-

опасность, криптографический метод, алгоритм, детерминированный хаос, канал, связь, сеть.

Одно из современных перспективных направлений

криптографической защиты информации в распреде-

ленных компьютерных сетях есть применение алго-

ритмов, основанных на поведенческих свойствах не-

линейных динамических систем, так называемом

«детерминированном хаосе». Исследования в области

применения хаоса в системах связи открывают ши-

рокие возможности для практических применений в

таких направлениях, как: синхронизация приемника и передатчика; фильтрация шумов; восстановление

информационных сигналов, а также разработка ал-

горитмов кодирования-декодирования, позволяющих

представить произвольное цифровое сообщение через

символическую динамику хаотической системы.

Рассмотренная простейшая нелинейная динами-

ческая модель демонстрирует многообразие типов

поведения, варьирующее от простых точек равнове-

сия до множественных периодических или хаотиче-

ских, в зависимости от значений коэффициента, ха-

рактеризующего ключевую последовательность

криптографической системы, и постоянной времени, характеризующей динамические свойства системы.

Свойства исследованного отображения можно ис-

пользовать для генерации псевдослучайных чисел

криптографической системы.

Предлагаемый криптографический метод базиру-

ется на том, что шифрование информации происхо-

дит с помощью таких стабилизированных циклов,

когда в качестве передаваемого сигнала используют-

ся возмущения, а ключом для расшифровки полученно-

го сообщения служат вид и параметры отображе-

ния.

В настоящее время проблемы обеспечения сек-ретности передачи и извлечения информации в рас-

пределенных компьютерных сетях, ее защиты от не-

санкционированного доступа третьими лицами явля-

ются наиболее актуальными, так как нынешнее время

называют эпохой информации. Обладание секретно-

сти передачи и извлечения информации в распреде-

ленных компьютерных сетях, особенно наиболее све-

жей, актуальной и недоступной другим потребителям

делает ее обладателя всемогущим и богатым челове-

ком. Информация на сегодняшний день – самый доро-

гой ресурс и ее защищенность наиболее актуальная

тема исследований. Непрерывный поиск новых техно-логий защиты данных обусловлен не столько желани-

ем повысить количественную криптостойкость тради-

ционных систем шифрования (обладающих и без того

большим запасом прочности), а сколько необходимо-


2/2014 59

стью не зависеть от существующих стандартов и «не-

решенных» математических проблем, которые могут

внезапно перестать быть препятствием перед зло-

умышленником.

Актуальность темы. Общепризнанным стратеги-

ческим фактором роста конкурентоспособности госу-

дарства является эффективное применение в различ-

ных сферах его деятельности информационных техно-

логий. Однако использование информационных тех-нологий немыслимо без повышенного внимания к

вопросам информационной безопасности.

Современное состояние проблемы. На данный

момент в мире существует множество алгоритмов,

обеспечивающих различные уровни криптографиче-

ской стойкости, основанные на различных принципах

защиты, от применения секретных алгоритмов (мо-

рально устаревшие методы), до использования мате-

матических методов, основанных на вычислительной

сложности. Одно из современных перспективных

направлений криптографической защиты информации

в распределенных компьютерных сетях есть примене-ние алгоритмов, основанных на поведенческих свой-

ствах нелинейных динамических систем, так называе-

мых «детерминированном хаосе».

Цель работы – повышение надежности информа-

ционной безопасности, путѐм реализации алгоритмов

криптографического метода защиты передачи шифро-

ванной информации по каналам связи в распределен-

ных сетях с использованием отображений нелинейных

динамических систем.

Модели хаотических процессов

Понятие хаоса, точнее детерминированного хаоса, является сравнительно новым понятием в теории си-

стем – оно появилось в 70-х годах ХХ века. Хаотиче-

ские системы представляют новый класс моделей не-

определенности, отличающихся по своим свойствам

от других моделей (стохастических, нечетких и т.п.).

В детерминированной модели будущую траекторию

можно предсказать на сколь угодно большое время

вперед, зная текущее состояние системы, а в стоха-

стической модели ошибка прогноза растет экспонен-

циально, следовательно, возможен прогноз на ограни-

ченное время вперед, определяемое допустимой ошибкой. Процессы в хаотических моделях имеют вид

нерегулярных колебаний, в которых меняются, «пла-

вают» как частота, так и амплитуда [1-2].

В течение нескольких десятилетий линейные мо-

дели колебаний и нелинейные модели с предельными

циклами удовлетворяли потребности инженеров. Счи-

талось, что они описывают все возможные типы коле-

баний детерминированных систем. Это убеждение

поддерживалось и математическими результатами:

например, известная теорема Пуанкаре-Бендиксона [2]

утверждает, что единственно возможные виды огра-

ниченных установившихся движений в непрерывных системах второго порядка – это либо состояние равно-

весия, либо предельный цикл. Однако в середине ХХ

в. сами математики обнаружили, что уже для систем

третьего порядка это не так – в системе становятся

возможными весьма сложные движения – ограничен-

ные непериодические колебания. Настоящий перево-

рот начался с работы Е. Лоренца [3], опубликованной

в 1993 г., где было показано, что качественный харак-

тер явлений атмосферной турбулентности, описывае-

мых сложными уравнениями в частных производных

Навье-Стокса, может быть передан простой нелиней-

ной моделью 3-го порядка:

1

2 1

2

1 2 1 3

3

3 1 2

,

,

.

dxx x

dt

dxrx x x x

dt

dxbx x x

dt

(1)

Решения системы (1) при некоторых значениях

параметров (например при σ = 10, r = 97, b = 8/3) вы-

глядят как нерегулярные колебания. Траектории в

пространстве состояний (фазовом пространстве) могут

приближаться к предельному множеству (аттрактору),

имеющему весьма причудливое строение. Внимание к

подобным моделям было привлечено после работы Д.

Рюэля и Ф. Таксена, которые назвали такие аттракто-

ры «странными», а также работы Т. Ли и Дж. Йорке, которые ввели термин «хаос» для обозначения подоб-

ных нерегулярных явлений в детерминированных си-

стемах.

Серьезные исследования хаотических явлений

были выполнены также в 1970-1980-х годах в научных

школах Москвы (А.Н. Колмогоров, Я.Г. Синай, В.И.

Арнольд и их ученики), Нижнего Новгорода (Ю.И.

Неймарк, Л.П. Шильников и их ученики). В дальней-

шем хаотическое поведение было обнаружено в

огромном количестве систем в механике, лазерной

физике и радиофизике, химии, биологии и медицине,

в электронных цепях и т.д. Разработанные новые ме-тоды аналитического и численного исследования си-

стем, показали, что хаос возникает, когда траектории

системы глобально ограничены и локально неустой-

чивы. В хаотической системе сколь угодно малое

начальное расхождение траекторий не остается ма-

лым, а в течение некоторого времени растет экспо-

ненциально. Частотный спектр хаотической траекто-

рии является непрерывным. Во многих случаях по-

добные нерегулярные, непериодические колебания

лучше отражают свойства процессов, протекающих в

реальных системах. Следует отметить, что «на глаз» отличить хаотический процесс от квазипериодической

может быть не менее трудно, чем периодический про-

цесс от квазипериодического.

Простейшими моделями хаотических процессов,

как известно, являются динамические системы с дис-

кретным временем – одномерные отображения, опи-

сываемые разностными уравнениями вида:

1 ( , ), 0,1,2,..., ( , ),n n nx x n x a b (2)

где υ – нелинейная или кусочно-линейная итератив-

ная функция, сохраняющая меру в области опре-

деления отображения (2);

λ – параметр, определяющий особенности дина-

мики отображения.

Простейшие модели динамического хаоса не утра-

тили своего и научного, и методологического значе-ния для нелинейной науки. Собственно, первые серь-


60 2/2014

езные шаги на пути ее изучения и начинаются со сце-

нария М. Фейгенбаума – перехода к хаосу, обнару-

женного впервые именно для одномерных отображе-

ний и впоследствии нашедшего экспериментальное

подтверждение при изучении ряда физических явле-

ний. Второй важный пример связан с развитием фун-даментальной концепции, предложенной коллективом

авторов во главе с И.Р. Пригожиным относительно

определяющей роли хаоса в возникновении «стрелы

времени» (необратимости физических процессов при

наличии обратимого характера уравнений движения) с

привлечением в качестве базового объекта теории

простейшего диадического отображения (сдвига Бер-

нулли) [4]. Конкретные применения моделей «малоразмерной

нелинейной динамики» для анализа нерегулярных

процессов продолжаются и по сей день, причем в раз-

нообразных отраслях знания – в физике (от механики

до космологии), в информационных технологиях, эко-

номике, финансовой математике и т.д., но научная

значимость подобных «простых» моделей заключает-

ся, прежде всего, в возможности (в определенных случаях) точного аналитического вычисления основ-

ных траекторных, вероятностных и спектральных ха-

рактеристик изучаемого хаотического процесса. Ис-

следование же численными методами более сложных

чувствительных к изменениям начальных условий

систем в связи с особой структурой машинных чисел

и нарушением правил «обычной» арифметики может

сталкиваться с большими проблемами, вплоть до по-явления результатов, на самом деле являющихся ма-

шинными «фантомами».

Терминология в области хаотических моделей еще

не устоялась, и существует несколько различных

определений хаотических систем. Приведем одно из

простейших. Рассмотрим динамическую систему в

непрерывном времени

,dx

F xdt

(3)

где x = x(t) Rn – вектор состояния системы, 0 ≤ t < ∞.

Определение 1. Замкнутое множество Ω Rn называется аттрактором системы, если:

а) существует открытое множество Ω0 Ω такое, что все траектории x(t) системы (3), начинающиеся в

Ω0, определены при всех t ≥ 0 и стремятся к Ω при

t → ∞ (т.е. dist (x(t),Ω) → 0 при t → ∞, если x(0) Ω0,

где dist (x,Ω) = inf yΩ ||x – y|| – расстояние от точки х до множества Ω);

б) никакое собственное подмножество Ω этим

свойством не обладает.

Определение 2. Аттрактор называется странным,

если он ограничен, и любая траектория, начинающая-

ся на нем, неустойчива по Ляпунову.

Странный аттрактор обладает следующими свой-

ствами [2, c.153]: 1) занимает ограниченную область фазового про-

странства {x}, к которой по истечении большого ин-

тервала времени притягиваются все достаточно близ-

кие траектории из так называемой области притяже-

ния. Сам аттрактор состоит как бы из одной траекто-

рии, т.е. траектория с течением времени должна прой-

ти через каждую точку аттрактора;

2) чувствителен к начальным условиям, т.е., не-

смотря на сжатие в объеме, не происходит сокраще-

ния длин во всех направлениях и расстояния между

первоначально сколь угодно близкими точками на

аттракторе через достаточно большое время становят-ся конечными;

3) аттрактор должен быть структурно устойчивым

и типичным, т.е. малые изменения параметра в

F(x = F(x)) изменяют структуру аттрактора непрерыв-

ным образом и множество параметров, для которых

x = F(x) порождает странный аттрактор, не должно

быть множеством меры 0.

Определение 3. Система называется хаотической, если у нее существует хотя бы один странный аттрак-

тор.

Неустойчивость по Ляпунову характеризует ос-

новное свойство хаотических колебаний, называемое

«сверхчувствительностью», или «чувствительной за-

висимостью» от начальных условий: любые две сколь

угодно близкие траектории обязательно удаляются

друг от друга на конечное расстояние. Имеются и другие определения странных аттрак-

торов и хаоса. Для некоторых общепризнанно хаоти-

ческих систем полное доказательство хаотичности до

сих пор неизвестно, хотя численных и эксперимен-

тальных подтверждений накоплено предостаточно.

Поэтому основным методом изучения хаотических

систем остается численное исследование – имитаци-

онное моделирование и оценка различных характери-

стик.

Применение методов и моделей хаотических про-

цессов в системах связи Обилие работ, посвященных возможности приме-

нения хаотических процессов для передачи сообще-

ний, позволяет говорить о сложившемся направлении

как в области телекоммуникаций, так и в области ис-

следований динамического хаоса. Этим задачам по-

священы специальные выпуски журналов IEEE Trans-

actions on Circuits and Systems, International Journal of

Circuit Theory and Applications, обзоры и монографии.

В работе [5] указаны три отличительные черты

хаотических процессов, благодаря которым перспек-

тивно применение динамического хаоса для передачи информации:

1) Широкополосность. Хаотические сигналы не-

периодичны и обладают непрерывным спектром. Для

многих типов хаотических сигналов этот спектр зани-

мает весьма широкую полосу, и, кроме того, вид спек-

тральной характеристики можно задавать. В системах

связи широкополосные сигналы используются для

борьбы с искажениями в каналах распространения

сигнала, в частности, с такими эффектами, как затуха-

ние сигнала в некоторой полосе частот или с узкопо-

лосными возмущениями. Таким образом, хаотические

сигналы потенциально применимы для систем связи, использующих широкий диапазон частот;

2) Сложность. Хаотические сигналы имеют слож-

ную структуру и весьма нерегулярны. Один и тот же

хаотический генератор может создавать совершенно

разные процессы при весьма незначительном измене-

нии начальных условий. Это значительно затрудняет


2/2014 61

определение структуры генератора и предсказание

процесса на какое-нибудь длительное время. Сигналы

сложной формы и непредсказуемого поведения явля-

ются классическими видами сигналов, используемых

в криптографии, что дает еще одну возможность при-

менения хаоса;

3) Ортогональность. В силу нерегулярности хао-

тических сигналов, их автокорреляционная функция

обычно весьма быстро затухает. Поэтому сигналы от нескольких генераторов вполне можно считать некор-

релированными, ортогональными. Это свойство ука-

зывает на применимость хаотических сигналов для

многопользовательских систем связи, в которых один

и тот же диапазон частот используется несколькими

пользователями одновременно.

Исследования в области применения хаоса в си-

стемах связи открывают широкие возможности для

практических применений в таких направлениях как:

синхронизация приемника и передатчика [4-5]; филь-

трация шумов [2]; восстановление информационных

сигналов [3], а также разработка алгоритмов кодиро-вания-декодирования, позволяющих представить про-

извольное цифровое сообщение через символическую

динамику хаотической системы [2, 4].

В настоящее время известно, что хаотические сиг-

налы, генерируемые нелинейными детерминирован-

ными динамическими системами, так называемый

динамический хаос, обладают целым рядом свойств,

способствующих применению этих сигналов для пе-

редачи информации. Предложен ряд конкретных схем передачи информации, использующих динамический

хаос, в частности, схема хаотической маскировки ин-

формационного сигнала [3]; схемы с нелинейным

подмешиванием информационного сигнала в хаотиче-

ский [2, 5] и др. Обсуждаются возможности создания

прямохаотических систем связи, в которых хаотиче-

ские колебания выступают в качестве носителя ин-

формации, генерируемого непосредственно в области частот, где происходит передача информации [1].

В работе [2] приводится классификация динами-

ческих систем с точки зрения возможности их исполь-

зования в качестве источников хаотического сигнала,

содержащего кодированную информацию, который

может быть передан и подвергнут дешифрованию в

приемнике с малыми искажениями. Основной резуль-

тат работы состоит в том, что передача информации с

очень малой вероятностью ошибки может быть вы-

полнена в том случае, если скорость генерирования информации хаотической системой, т.е. топологиче-

ская энтропия системы не меньше, чем скорость вы-

работки информации источником сообщения (т.е.

шенноновской энтропии) за вычетом условной энтро-

пии, вызванной ограничениями в канале связи

(например, шумовые искажения).

Многие статьи посвящены передаче сообщений с

помощью модулированного хаотического сигнала.

Такой способ модуляции имеет ряд преимуществ, по

сравнению с традиционно используемой модуляцией

гармонического сигнала. Действительно, если в слу-

чае гармонических сигналов управляемых характери-стик всего три (амплитуда, фаза и частота), то в случае

хаотических колебаний даже небольшое изменение

параметра дает надежно фиксируемое изменение ха-

рактера колебаний [1]. Это означает, что у источников

хаоса с изменяемыми параметрами имеется широкий

набор схем ввода информационного сигнала в хаоти-

ческий (т.е. модуляции хаотического сигнала инфор-

мационные). Кроме того, хаотические сигналы прин-

ципиально являются широкополосными. В системах

связи широкая полоса частот несущих сигналов ис-

пользуется как для увеличения скорости передачи ин-формации, так и для повышения устойчивости работы

систем при наличии возмущений. Шумоподобность и

самосинхронизируемость систем, основанных на хао-

се, дают им потенциальные преимущества и над тра-

диционными системами с расширением спектра, бази-

рующимися на псевдослучайных последовательно-

стях.

Рассмотрим подробнее некоторые схемы приме-

нения хаоса для передачи сообщений. К первым и,

пожалуй, наиболее часто цитируемым публикациям

по передаче сообщений с помощью хаотических сиг-

налов относятся работы [1, 2], в которых передатчик строится как система Лоренца, уравнения которой

после масштабирования приводятся к виду:

( ),

20 ,

5 .

u v u

v ru v uw

w uv bw

(4)

В соответствии с (4) построена аналоговая элек-

тронная цепь, имеющая параметры σ = 16, r = 45.6,

b = 4.0 (переменные u, v, w отвечают напряжениям на

выходах операционных усилителей). Уравнения при-

емника взяты в виде:

( ),

20 ,

5 .

s s s

s s s

s s s

u v u

v ru v uw

w uv bw

(5)

Уравнения (5) похожи на (4), за исключением то-

го, что правая часть (5) зависит не от своей перемен-

ной состояния us, а от переменной u, которая таким

образом может рассматриваться как поступающий на

приемник выходной сигнал передатчика. Методом

функций Ляпунова в работах [1, 3] показано, что си-

стемы (4) и (5) синхронизируются, т.е. невязка между

их соответствующими переменными состояния асимптотически стремится к нулю. Другими словами,

(5) является асимптотическим наблюдателем для (4).

Для передачи двоичного сигнала коэффициент b пере-

датчика (4) изменялся, принимая значение b = 4.4,

соответствующее двоичной «единице», тогда как ис-

ходное значение b = 4.0 означало двоичный «ноль».

При изменении величины b в (4) до b = 4.4 в системе

(5) резко возрастает уровень сигнала рассогласования

e = u – us (т.к. параметр b наблюдателя (5) отличается

от значения b в системе (4)). Усреднением e2(t) опре-

делялось, какой из сигналов был передан. В работах [4, 5] продемонстрирована и возмож-

ность применения хаоса для защиты информации.

Предложенный там подход известен под названием

«хаотического маскирования» (chaotic masking) и со-

стоит в том, что в передатчике к информационному

полезному сигналу добавляется хаотический, а в при-


62 2/2014

емнике происходит восстановление полезного сигнала

из смеси. Для выделения полезного сигнала использо-

вано свойство робастности процесса синхронизации

систем (5), (4). Система (5) может, тем самым, рас-

сматриваться как фильтр, настроенный, нестрого го-

воря, в резонанс к хаотическому генератору (5). По-

скольку полезный сигнал m(t) имеет принципиально

другую форму, чем хаотический, его можно восстано-

вить, подавая на вход приемника (5) смешанный сиг-нал s(t) = m(t) + u(t), а затем на выходе приемника вос-

становить по оценке ur(t) переменной u(t) по формуле

m’(t) = s(t) – ur(t).

К настоящему времени предложены различные

методы использования хаотических процессов для

хранения и кодирования информации. Начинают раз-

виваться принципиально новые системы обработки

информации – хаотические процессоры. Возможности

таких процессоров продемонстрированы разработкой

программного комплекса «Associative Memory for

Pictures», предназначенного для записи и извлечения

изображений, а также систему управления факси-мильными документами «FacsDataWizard». Развитием

этой системы явился программный комплекс «Неза-

будка», защищенный патентами Российской Федера-

ции и США. Задачей комплекса является поиск доку-

ментов (с идентификацией места в документе) при

запросах на естественном языке. Информация запо-

минается и хранится в виде траекторий дискретной

хаотической системы. Соответствующее хаотическое

отображение строится в процессе кодирования ин-

формации. При старте с произвольных начальных

условий траектория после переходного процесса при-тягивается к одному из имеющихся циклов и воспро-

изводит соответствующую информацию.

В большинстве современных систем связи в каче-

стве носителя информации используются гармониче-

ские колебания. Информационный сигнал в передат-

чике модулирует эти колебания по амплитуде, частоте

или фазе, а в приемнике информация выделяется с

помощью обратной операции – демодуляции. Моду-

ляция носителя может осуществляться либо за счет

модуляции уже сформированных гармонических ко-

лебаний, либо путем управления параметрами генера-тора в процессе формирования колебаний.

На рисунке показана простейшая схема связи с

использованием хаоса. Передатчик и приемник вклю-

чают в себя такие же нелинейные и линейные систе-

мы, как источник. Дополнительно в передатчик вклю-

чен сумматор, а в приемник – вычитатель. В суммато-

ре производится сложение информационного сигнала

и хаотического сигнала источника, а вычитатель при-

емника предназначен для выделения информационно-

го сигнала путем обратной операции. При этом сигнал

в канале хаосоподобный и не содержит видимых при-

знаков передаваемой информации, что позволяет пе-редавать конфиденциальную информацию. Сигналы в

точках A и A', B и B' попарно равны. Поэтому при

наличии входного информационного сигнала S на

входе сумматора передатчика такой же сигнал будет

выделяться на выходе вычитателя приемника.

Все это стимулировало активные исследования

хаотических коммуникационных систем. К настояще-

му времени на основе хаоса предложено несколько

подходов для расширения спектра информационных

сигналов, построения самосинхронизующихся прием-

ников и развития простых архитектур передатчиков и

приемников.

Идея большинства предложенных решений бази-

руется на синхронизации приемником исходного не-

возмущенного хаотического сигнала, генерируемого

передатчиком. С помощью таких схем связи может передаваться

как аналоговая, так и цифровая информация с различ-

ными скоростями информационных потоков и разной

степенью конфиденциальности.

Еще одним потенциальным достоинством схем

связи с использованием хаоса является возможность

реализации новых методов разделения каналов, что

особенно важно в многопользовательских коммуни-

кационных системах (рисунок).

Пример схемы связи с использованием хаоса

Шумоподобность и самосинхронизируемость си-

стем, основанных на хаосе, дают им потенциальные

преимущества над традиционными системами с рас-

ширением спектра, базирующимися на псевдослучай-

ных последовательностях. Кроме того, они допускают

возможность более простой аппаратной реализации с

большей энергетической эффективностью и более высокой скоростью операций.

Выводы

1. На сегодняшний день существует много теоре-

тических исследований и практических разработок,

свидетельствующих о возможности применения де-

терминированного хаоса в телекоммуникациях и свя-

зи. В основном, это работы, посвященные возможно-

сти применения хаотических процессов для кодирова-

ния и передачи данных.

2. Исследованное однопараметрическое отобра-

жение имеет циклы с любым периодом, в том числе и апериодические траектории. Такие траектории при

последовательных итерациях будут нерегулярным,

хаотическим образом блуждать внутри замкнутой об-

ласти.

3. Рассмотренная простейшая нелинейная дина-

мическая модель демонстрирует невообразимое мно-

гообразие типов поведения, варьирующее от простых

точек равновесия до множественных периодических

или хаотических, в зависимости от значений коэффи-

циента, характеризующего ключевую последователь-


2/2014 63

ность криптографической системы и постоянной вре-

мени, характеризующую динамические свойства си-

стемы. Свойства исследованного отображения можно

использовать для генерации псевдослучайных чисел

криптографической системы.

4. Предлагаемый криптографический метод бази-

руется на том, что шифрование информации происхо-

дит с помощью таких стабилизированных циклов, ко-

гда в качестве передаваемого сигнала используются возмущения, а ключом для расшифровки полученного

сообщения служит вид и параметры отображения.


1. Шустер Г. Детерминированный хаос: Введение. – М.: Мир, 1998. – 240 с.

2. Lorenz E.N. Deterministic Nonperiodic Flow. – J. Athmos.Sci.20, 2001. – 130 p.

3. Baptista M.S. Cryptography with chaos // Phys. Lett. A. – 1998. – P. 50-54.

4. Abel A., Schwarz W. Chaos communication principles, schemes, and system analysis // Proc. IEEE. – 2002. – P. 691-

710. 5. Cuomo K.M., Oppenheim A.V., Strogatz S.H.

Synchronization of Lorenz-based chaotic circuits with application to communications // IEEE Trans. Circ. Syst. II. – 1993. – V. 40. – № 10. – P. 626-633.

Тен Т.Л., Когай Г.Д., Смаилова Н.К., Каюмов

Д.С. Детерминдендірілген хаос пен криптография-

ның өзара байланысын қалыптастырудың ғылыми

негіздерін әзірлеу.

«Детерминдендірілген хаос» деп аталатын сы-

зықтық емес динамикалық жүйелердің тәртіптік қа-

сиеттеріне негізделген алгоритмдерді қолдану ақпа-

ратты таратылған компьютерлік желілерде крип-

тографиялық қорғаудың заманауи перспективалы бағыттарының бірі болып табылады. Хаосты байла-

ныс жүйелерінде қолдану облысындағы зерттеулер

оларды мынадай бағыттарда практикалық қолдану-

да үлкен мүмкіндіктер ашады: қабылдағыш пен та-

ратқышты синхрондау; шуылдан тазарту; ақпарат-

тық сигналдарды қалыпқа келтіру, сонымен бірге

ретсіз жүйенің символдық динамикасы арқылы еркін

сандық хабарламалар ұсынуға мүмкіндік беретін код-

тау-кодсыздау алгоритмдерін әзірлеу.

Қарастырылған қарапайым сызықтық емес дина-

микалық модель криптографиялық жүйенің басты

ретін сипаттайтын коэффициенті мәндеріне және жүйенің динамикалық қасиеттерін сипаттайтын

тұрақты уақытқа қарай қарапайым теңдік нүктеле-

рінен кӛптеген периодтық немесе еркін нүктелерге

дейін түрленетін тәртіп типтерінің кӛптігін кӛрсе-

теді. Зерттелген бейнелеудің қасиеттерін крипто-

графиялық жүйенің жалған-кездейсоқ сандарын із-

дестіру үшін қолдануға болады.

Ұсынылып отырған криптографиялық әдіс ақпа-

ратты шифрлау тұрақтандыру циклдарының кӛмегі-

мен жүргізілетіндігіне негізделеді, бұл кезде берілетін

сигнал ретінде ауытқу қолданылады, ал алған хабар-ламаны шифрлау кӛзі ретінде бейнелеу түрі мен пара-

метрлері алынады.

Ten T.L., Kogay G.D., Smaylova N.K., Kayumov

D.C. Developing Scientific Bases of Formalizing Rela-

tion of Deterministic Chaos and Cryptography.

One of the current promising directions of crypto-

graphic information security in the distributed computer

networks is application of the algorithms based on behav-

ioral properties of nonlinear dynamic systems, so-called

«deterministic chaos». Application of chaos research in

communication systems open up great opportunities for practical applications in such directions as: clocking re-

ceiver and transmitter; noise filtering; date signal recov-

ery, and also development of the coding/decoding algo-

rithms that allow submitting any digital message through

symbolical dynamics of chaotic system.

The simplest nonlinear dynamic model shows a varie-

ty of behaviors varying from simple equilibrium point to

multiple periodic or chaotic models depending on values

of the coefficient characterizing the key sequence of cryp-

tographic system and time constant characterizing dynam-

ic properties of system. Properties of the studied display

can be used for generation of pseudorandom numbers of cryptographic system.

The suggested cryptographic method is based on the

fact that data encryption happens by such stabilized cycles

when disturbances are used as the transmitted signal, and

type and display setup are used as a decryption of the

received message.


Тен Татьяна Леонидовна, д.т.н., профессор, ав-

тор более 170 публикаций, научная деятельность свя-

зана с грантовой инновационной госбюджетной НИР «Разработка системы защиты информации в рас-

пределенных сетях на основе детерминированного

хаоса» с 2012 г. по 2014 г., по которой изданы за два

года: 4 монографии, 2 учебных пособия.

Когай Галина Давыдовна, к.т.н., доктор PhD,

автор более 180 публикаций, является руководителем

грантовой инновационной госбюджетной НИР «Раз-

работка системы защиты информации в распреде-

ленных сетях на основе детерминированного хаоса» с

2012 г. по 2014 г.

Смаилова Назгуль Кайратовна, магистрант

специальности «Вычислительная техника и про-

граммное обеспечение», научная деятельность связа-

на с грантовой инновационной госбюджетной НИР

«Разработка системы защиты информации в рас-

пределенных сетях на основе детерминированного

хаоса» с 2012 г. по 2014 г.

Каюмов Даулет Саруарович, магистрант специ-

альности «Вычислительная техника и программное

обеспечение», научная деятельность связана с гран-товой инновационной госбюджетной НИР «Разра-

ботка системы защиты информации в распределен-

ных сетях на основе детерминированного хаоса» с

2012 г. по 2014 г.


64 2/2014

УДК 536.75 © Портнов В.С., Юров В.М., Ахметов М.С., Дуганова Г.К., Мукашева Л.С., 2014

Энтропия и информация. Часть 1

В.С. ПОРТНОВ1, д.т.н., профессор кафедры «Геология и геофизика»,

В.М. ЮРОВ2, к.т.н., доцент кафедры «Физика твердого тела»,

М.С. АХМЕТОВ1, магистрант кафедры «Геология и геофизика»,

Г.К. ДУГАНОВА1, руководитель студенческого отдела,

Л.С. МУКАШЕВА1, инженер кафедры «Геология и геофизика»,


2Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова

Ключевые слова: совокупность, содержание, энергия, термодинамика, вероятность, распределение, ста-

тистика, функция, синтез информации.

Установлена связь взаимодействия объектов,

обеспечивающих содержание информации. Приведена

сводка концепции «Энтропия – информация». Показа-

но существование функции состояния физической

системы как меры количества информации. При раз-

личных условиях и признаках энтропия-информация

может суммироваться. Фундаментом всех физиче-

ских процессов является синтез информации. Он пре-

вращает энтропию как меру информации. Синтез ин-

формации происходит так, что гарантирует суще-ствование устойчивого потока, который описывает-

ся как последовательность стационарных состояний.

Любая часть совокупности взаимодействующих

объектов (в частности, и один из объектов) может изучаться с целью извлечения информации о другой

части этой совокупности (в частности, о другом от-

дельном объекте), так как взаимодействие обеспечи-

вает соответствие состояний, т.е. отражение, содержа-

ние информации. Объекты, образующие информаци-

онную систему, могут иметь совершенно произволь-

ную природу. Термодинамика – наука, казалось бы,

весьма далекая от рассмотрения информационных

аспектов энергетических превращений, не смогла

обойтись без введения понятия энтропии, которую

уже Больцман называл «мерой недостающей инфор-мации». Эти примеры призваны, подчеркнуть еще раз

ту мысль, что информационные свойства присущи

любым взаимодействиям.

Энтропия термодинамической системы dQ

ST

(где Q – полученная системой от среды теплота, а Т –

температура процесса) была введена в 1865 г. Рудоль-

фом Клаузиусом. В 1872 г. Людвиг Больцман вводит статистическую энтропию S = klnW (здесь W – вероят-

ность макросостояния, отождествляемая с числом

микросостояний системы при условии их равноверо-

ятности, а k – коэффициент пропорциональности, за-

висящий от принятой размерности энтропии). Дж.В.

Гиббс [1] для статистического обоснования термоди-

намики вводит в 1902 г. вероятностные представле-

ния:

( , ) ln ( , ) ,S k p q p q dpdq (1)

(здесь p(p,q) – плотность вероятности распределения

обобщенных координат q и импульсов р в фазовом

пространстве системы; k – размерный множитель).

В 1948 г. Клод Шеннон [2] предложил формулу

для оценки неопределенности кодовой информации в

каналах связи, называемую энтропией Шеннона:

1

lnn

i i

i

S k p p

, где pi – вероятность встречаемости

символа i в коде, содержащем N символов, k – размер-

ный множитель. В 1953 г. появляется работа А.Я.

Хинчина [3], где формула Шеннона аксиоматически

применяется для описания неопределенности схем в

теории вероятности. В работах Роберта Мак Артура [4] в 1955 г. аналог формулы Шеннона появился как

мера биологического разнообразия экологических

сообществ: 1

ln ,W

i i

i

n nS

n n

здесь ni – численность i-й

популяции в сообществе из W видов. А.Н. Колмогоров

[5] с коллегами в 1956 г. развили вероятностное опре-

деление энтропии ( ) ln ( )S f x f x dx для приложе-

ния к теории информации (f(x) здесь функция распре-

деления случайной величины х). В 1958 г. А.Н. Кол-

могоров [6] ввел для динамических систем метриче-

скую энтропию, или К-энтропию, которая пропорцио-

нальна скорости изменения статистической энтропии

Больцмана.

В основе всей теории информации лежит откры-тие, заключающееся в том, что информация допускает

количественную оценку. Наиболее четко, вплоть до

введения количественной меры информации, эта

мысль была высказана Хартли в 1928 г. [7], а затем

развита и обобщена Шэнноном, Винером, фон Нейма-

ном, Фишером, Колмогоровым и другими.

Приведем краткую сводку концепции «энтропии-

информации», предложенную недавно А.М. Хазеном

[8].

Физическая информация – это мера устранѐнной

неопределѐнности состояния физической системы, т.е.

характеристика обратная энтропии физической систе-мы. Еѐ величина и изменения задают факт существо-

вания физических объектов и процессов.

Существует функция состояния любой физиче-

ской системы – «энтропия-информация» – мера коли-

чества информации в пределах заданных признаков и

условий для наиболее вероятного состояния системы

из многих элементов. Энтропия-информация как

функция состояния системы определяется в виде:

S = KlnΩ = –KlnΨ, где K – адиабатический инвариант


2/2014 65

системы (минимальная дискретная единица изменения

энтропии-информации в системе), Ω – функция, опи-

сывающая число возможных состояний системы, об-

разованной многими элементами, Ψ – функция, опи-

сывающая вероятности этих состояний системы

(Ψ ≤ 1).

Энтропия-информация может суммироваться при

разных входящих в еѐ определение признаках и усло-

виях, учитывая уравнения связи их между собой. Для любых входящих в определение энтропии признаков и

условий существует нуль отсчѐта энтропии-информа-

ции, который зависит от них. Локальный (соответ-

ствующий какой-либо иерархической ступени) нуль

энтропии соответствует максимально возможной

оставшейся энтропии для каждой из нижних ступеней

иерархии энтропии данной системы. Энтропия-инфор-

мация есть знакопостоянно определѐнная переменная.

Существование разных нулей отсчѐта разрешает в

конкретных задачах использовать еѐ с отрицательным

знаком.

Фундаментом всех физических процессов являют-ся процессы синтеза информации (на основе цепочки:

случайность-условие-запоминание) и комплексного

роста энтропии-информации (имеющей иерархиче-

скую структуру). Синтез информации превращает эн-

тропию как меру информации, которой недостаѐт до

полного описания системы, в параметры состояния

физических систем (например, материальных объек-

тов).

Основополагающим принципом процессов физи-

ческого мира является принцип максимума производ-

ства энтропии: «Формирование физических объектов и их взаимодействий происходит так, что это гаранти-

рует возможный в данных условиях максимум их спо-

собности к превращениям». Количества энтропии-

информации в природе растут самопроизвольно, по-

скольку все процессы в системах из многих элементов

самопроизвольно происходят в сторону увеличения

количества информации, необходимого для описания

индивидуальных элементов системы при заданных

для них признаках и условиях.

Согласно принципу максимума производства эн-

тропии, синтез информации об адиабатическом инва-рианте в определении энтропии происходит так, что

гарантирует существование устойчивого, по Ляпуно-

ву, потока (в котором возмущения устойчиво нарас-

тают). По определению устойчивость этого потока

означает, что его можно описать как последователь-

ность стационарных состояний. В каждом из них ло-

кально действует принцип минимума производства

энтропии Пригожина или другие условия самооргани-

зации. Это возможно потому, что условный экстремум

энтропии-информации связан с седловой точкой еѐ

функции: максимум производства энтропии-информа-

ции для одной группы условий совместим с миниму-мом самой энтропии-информации для другой. В одной

плоскости выполняется условие Ляпунова для дина-

мических равновесий – обеспечивается минимум эн-

тропии, соответствующей адиабатическому инвариан-

ту, и максимум производства энтропии. Но в перпен-

дикулярной плоскости, которая проходит через седло-

вую точку, выполняется условие Пригожина для ста-

тических равновесий – обеспечивается максимум эн-

тропии и минимум производства энтропии.

Энтропия-информация есть функция комплексно-

го переменного. Еѐ действительная составляющая –

«семантическая информация» – отображает роль энер-

гетических экстремумов в синтезе информации о фи-

зических процессах. Запоминание при синтезе инфор-

мации определяется критериями устойчивости в ком-

плексной плоскости. В природе доминирует стремление к состояниям

динамических или статических равновесий. Они не

превращаются в «тупики равновесия» потому, что

синтез информации на основе принципа максимума

производства энтропии-информации гарантирует воз-

можность их преодоления.

Существует иерархическая структура энтропии-

информации для разных уровней организации физиче-

ских систем и взаимодействий, а также уровней орга-

низации биологических и социальных систем. Каждый

уровень организации систем возникает спонтанно

вследствие проявления принципа максимума произ-водства энтропии в отношении определѐнного коли-

чества элементов нижележащего по отношению к

нему уровня организации. Эта самоорганизация эле-

ментов систем представляет собой синтез энтропии-

информации.

При иерархическом синтезе информации энтропия

внешне уменьшается за счѐт того, что объект, возни-

кающий в результате самоорганизации элементов си-

стемы, существует как иерархическое целое (объект

для предыдущего уровня иерархии, он же – элемент

для последующего). Но в действительности энтропия-информация объекта нового уровня иерархии органи-

зации равна сумме энтропии-информации всех со-

ставляющих его элементов нижележащих иерархиче-

ских уровней.

По отношению к иерархическому ряду роста эн-

тропии-информации хаос сформированных новых

элементов становится источником нового роста эн-

тропии-информации, дополнительного к тому, кото-

рый участвовал в возникновении этих иерархически

новых элементов и их признаков. В этом участвует

подвод энергии к системе, который становится осно-вой для дальнейшего роста энтропии-информации как

хаоса этих новых элементов.

Высота ступеней иерархии энтропии-информации

(количеств информации внутри ступеней) экспонен-

циально падает. Это воспринимается человеком как

кажущееся упорядочение (уменьшение энтропии) по

мере иерархического усложнения систем.


1. Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика:

Избранные труды. – М.: Наука, 1982. – 584 c. 2. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике.

– М.: ИЛ, 1963. – 829 c. 3. Хинчин А.Я. Понятие энтропии в теории вероятностей //

УМН. 1953. – Т.8. – Вып. 3. – С. 3-20. 4. Мидлтон Д. Статистическая теория обнаружения сигна-

лов // В сб.: Прием сигналов при наличии шума. – М: ИЛ. 1960. – С. 25-56.

5. Колмогоров А.Н. Теория передачи информации // Изве-стия АН СССР, 1957. – С. 66-99.


66 2/2014

6. Колмогоров А.Н. Три подхода к определению понятия количества информации // Проблемы передачи информа-ции, 1965. – Т.1. – Вып. 1. – С. 3-34.

7. Хартли Р. Передача информации // В кн.: Теория инфор-мации и ее приложения. – М.: Физматгиз, 1959. – С. 24-54.

8. Хазен А.М. Введение меры информации в аксиоматиче-скую базу механики. – М.: РАУБ, 1998. – 312 с.

Портнов В.С., Юров В.М., Ахметов М.С., Дұға-

нова Г.К., Мұқашева Л.С. Энтропия және ақпарат.

1-бөлім.

Ақпараттың мазмұнын қамтамасыз ететін объ-

ектілердің ӛзара әрекетінің байланысы анықталған.

«Энтропия – ақпарат» концепциясы туралы мәлімет берілген. Ақпарат кӛлемінің шамасы ретінде физика-

лық жүйенің күйлік функциясының бар екендігі

кӛрсетілген. Әр түрлі жағдайлар мен белгілер кезінде

энтропия-ақпаратты жинақтауға болады. Ақпарат-

ты синтездеу барлық физикалық процестердің негізі

болып табылады. Ол энтропияны ақпарат ӛлшемі

ретінде ӛзгертеді. Ақпаратты синтездеу стационар-

лық күйлер ретінде сипатталатын тұрақты ағын-

ның бар екендігіне кепіл береді.

Portnov V.S., Yurov V.M., Akhmetov M.S., Duganova

G.K., Mukasheva L.S. Entropy and Information. Part 1.

Connection of object interaction providing infor-

mation content is established. The report of «Entropy-

information» concept is provided. Physical system state as

information measures is shown. Under different condi-

tions and features entropy-information can be summa-

rized. The base of all physical processes is information

fusion. It turns entropy as information measure. Infor-

mation fusion takes place so that guarantees steady flow

which is described as sequence of stationary states.


Портнов Василий Сергеевич, родился 13.06.1948 г.

на Украине. После окончания Киевского геолого-разведочного техникума работал в Мангышлакской

геофизической экспедиции. В 1972 г. окончил Караган-

динский политехнический институт. Руководитель

Управления послевузовским образованием, профессор,

доктор технических наук, академик МАИН. Специа-

лист в области оценки качества руд и запасов место-

рождений геофизическими методами. Имеет более

300 научных и научно-методических трудов, 10 изоб-

ретений и свидетельств об интеллектуальной соб-

ственности. Подготовил 2-х кандидатов технических

наук. Член редакционного совета «Труды Универси-

тета» (КарГТУ), почетный профессор кафедры «Нефтепромысловая геология, горное и нефтегазовое

дело» РУДН. Обладатель государственного гранта

«Лучший преподаватель вуза» за 2009 год.

Юров Виктор Михайлович, к.ф.-м.н., доцент, ди-ректор научно-исследовательского центра «Ионно-

плазменные технологии и современное приборострое-

ние», КарГУ им. Е.А. Букетова.

Ахметов Марлен Сабитович, магистрант ка-

федры «Геология и геофизика» Карагандинского госу-

дарственного технического университета.

Дуганова Гульден Канатовна, руководитель сту-денческого отдела Карагандинского государственно-

го технического университета.

Мукашева Ляззат Серикбаевна, инженер кафед-

ры «Геология и геофизика» Карагандинского государ-ственного технического университета.

УДК 536:536.75 © Портнов В.С., Юров В.М., Ахметов М.С., Дуганова Г.К., Мукашева Л.С., 2014

Энтропия и информация. Физические измерения и термодинамические модели. Часть 2








Ключевые слова: измерение, управляющее воздействие, преобразование, прибор, датчик, энергия, коорди-

ната, регистрационный параметр.

Определены проблемные вопросы термодинами-ческой модели физических измерений. Описано разли-

чие активного и пассивного измерения. Активное из-

мерение обосновано как термодинамический процесс

перехода системы одного равновесного состояния в

другое. Описано взаимодействие измерительной си-

стемы и измерительного прибора. Определена связь

измерений и термодинамических моделей с последо-вательностью из пяти этапов преобразований. Пока-

зана необходимость включения согласующего эле-

мента для термодинамического анализа активного

измерения. Пассивное измерение сводится к процессу

обнаружения. Активный сигнал является аналоговым,

а пассивный в виде любого позиционного кода.


2/2014 67

Для термодинамического рассмотрения процесса

измерения представляется целесообразным выделить

три проблемных вопроса [1]:

1) связано ли получение информации с уменьше-

нием статистической энтропии системы (с негэнтро-

пийным эффектом) и какова эта связь;

2) каково компенсирующее, этот негэнтропийный

эффект, увеличение энтропии в системе за счет дис-

сипации энергии (и какова диссипация энергии, если негэнтропийный эффект отсутствует);

3) за счет чего удается после измерения обеспе-

чить дополнительный негэнтропийный эффект в дру-

гой подсистеме посредством управляющего воздей-

ствия.

В зависимости от ответа на третий и связанный с

ним первый вопрос различают два вида измерения:

активное и пассивное. Основным признаком класси-

фикации является, соответственно, возможность (или

невозможность) непосредственного использования

результата измерения в качестве управляющего воз-

действия. Возможность непосредственного использо-вания результата измерения для управления в актив-

ном измерении обеспечивается тем, что и сам резуль-

тат измерения, и измеряемый параметр представлены

активно: в виде скалярной физической величины; для

пассивного измерения такие ограничения не требуют-

ся. Кроме того, следствием данной классификации

является то, что активное измерение непременно свя-

зано с негэнтропийным эффектом, а пассивное – нет.

Под измерением обычно понимается любой про-

цесс однозначного преобразования измеряемой физи-

ческой величины в некоторую другую физическую величину, называемую регистрирующим параметром.

Так как активное измерение непременно предше-

ствует управлению, представим его как термодинами-

ческий процесс перехода системы из одного равно-

весного состояния в другое. Будем предполагать, что:

1. Измеряемая физическая величина является

внутренним параметром (обобщенной координатой

или обобщенной силой) исследуемой системы (ИС);

2. В качестве регистрирующего параметра выбра-

на скалярная физическая величина, которая характе-

ризует состояние измерительного прибора (ИП), явля-ется его обобщенной координатой и потому допускает

ее использование в качестве управляющего параметра;

3. В процессе взаимодействия информационной

системы (ИС) с ИП (т.е. в процессе измерения) уста-

навливается новое стационарное значение регистри-

рующего параметра, однозначно связанное с измеряе-

мой величиной.

Согласно сказанному, для реализации активного

измерения только тогда достаточно ограничиться од-

ним этапом преобразования, т.е. одним актом элемен-

тарного информационного взаимодействия ИС с ИП,

когда: а) измеряемая величина удовлетворяет условию 1)

и притом является обобщенной силой;

б) она может быть непосредственно преобразова-

на в регистрирующий параметр, удовлетворяющий

условиям 2, 3.

В общем случае это не так, и для измерения может

использоваться длинная цепь последовательных пре-

образований. Представляется, однако, что для выяс-

нения общих термодинамических закономерностей

достаточно рассмотреть цепочку из пяти этапов (пре-

образований):

.l q F y x (2)

Здесь q – обобщенная координата, F – обобщенная

сила, а х – регистрирующий параметр. Таким образом,

конечная часть цепочки (2) – от q до х – соответствует, согласно предыдущему, активному измерению.

Если, например, измеряемый параметр – давление

газа, т.е. обобщенная сила F, то, согласно а), б), как

легко видеть, достаточно ограничиться одним актом

элементарного информационного взаимодействия

(F → х, где х – например, перемещение сжимаемой

газом пружины). Для этого достаточно соединить ре-

зервуар исследуемого газа с прибором в виде неболь-

шого цилиндра с поршнем, сжимающим пружину.

Если же измеряемый параметр – объем газа

(обобщенная координата q, соответствующая положе-

нию поршня в исследуемом цилиндре), то требуется датчик для преобразования q в обобщенную силу F.

Например, это может быть потенциометрический дат-

чик. Существенно, что любой такой датчик должен

включать в себя источник энергии. Если в первом

случае (при измерении давления) источником свобод-

ной энергии, обеспечивающей взаимодействие ИС с

ИП, была сама ИС, то во втором случае (при измере-

нии объема) – ИС вместе с датчиком, включающим в

себя источник энергии, например, электрической.

Действие обобщенной силы F на ИП, приводящее

к соответствующему изменению координаты х, не всегда может реализоваться непосредственно. Напри-

мер, если F – измеряемое напряжение в исследуемой

электрической цепи, а х – угол поворота стрелки с

пружиной, то у – установившееся в процессе измере-

ния значение тока, или заряда, или напряжения в цепи

прибора, непосредственно действующее на стрелку.

Параметр y и устройство, реализующее этап F → y (2),

будем называть согласующим.

Таким образом, для термодинамического анализа

активного измерения в общем случае следует не-

сколько усложнить модель элементарного информа-ционного взаимодействия, включив в нее согласую-

щий элемент (с непосредственно измеряемым пара-

метром y).

На основании сказанного и модели элементарного

информационного взаимодействия можно конкрети-

зировать модель активного измерения следующим

образом.

Всякое активное физическое измерение связано со

взаимодействием двух систем – исследуемой и изме-

рительного прибора – таким, что происходит обмен

энергией между ИС и ИП, вследствие чего изменяется

значение параметра х регистрирующего устройства измерительного прибора. Диссипативные процессы,

связанные с энергетическим обменом между ИС и ИП,

являются единственной возможной причиной необра-

тимости физического измерения.

Предполагается, что ИС и ИП помещены в термо-

стат с температурой Т. Тепловые флуктуации пара-


68 2/2014

метров F, у и х являются единственной неустранимой

причиной погрешности измерения. Измерение по-

строено на том, что имеется однозначное соответствие

между средними (по реализации флуктуации) значе-

ниями F, у, х, и по значению х судят об измеряемой

величине F. Предполагается линейная связь между F,

y, х.

Все сказанное относится к активному измерению.

Видно, что для термодинамических характеристик активного измерения существенна только классиче-

ская (макроскопическая) часть измерительного при-

бора.

1. Могут быть, однако, многочисленные ситуации,

когда измеряемый параметр l (классический или кван-

товый) не удовлетворяет условию 1) и поэтому дол-

жен быть преобразован в физическую величину, удо-

влетворяющую условию 1). На пути этого преобразо-

вания часто (явно или неявно) присутствует промежу-

точный этап, на котором l оставляет след λ (1) в неко-

тором закодированном виде. Поясним сказанное на

примерах возможных пар l – λ: - частота обнаруживаемого сигнала – положение

(или номер) перестраиваемого резонатора приемника;

- дальность до объекта – временной интервал, от-

меченный зондирующим и отраженным импульсами;

- угол, под которым виден излучающий (или от-

ражающий) объект, – угол поворота антенны прием-

ника (или ее номер, если используется многоканаль-

ная схема);

- разность фаз или скорости двух электромагнит-

ных сигналов – интерференционная картина в месте

их встречи и т.п. Видно, что след λ представляет собой позицион-

ный код измеряемой величины и явно присутствует

при таких измерениях, когда предполагается наличие

наблюдателя. Поэтому часто λ принимается в качестве

окончательного результата измерения. Таким образом,

начальная часть цепочки (2) l → λ схематически изоб-

ражает пассивное измерение.

Для преобразования λ к F недостаточно использо-

вать датчик типа, описанного выше в преобразовании

q → F (например, потенциометрический датчик).

Необходимо еще предварительно преобразовать отре-зок длины (или времени) в обобщенную координату –

скалярную физическую величину.

Ранее этап преобразования l → λ на схеме (2) реа-

лизовался человеком-оператором – путем последова-

тельного совмещения некоторого считывающего ме-

ханизма с началом и концом отрезка (так называемый

полуавтоматический съем данных). Мы рассматрива-

ем лишь физические системы, поскольку описание

действий человека как физической системы затрудни-

тельно. Кроме того, в современных автоматических

системах реализуется автоматический съем данных,

который, как правило, бывает связан с процессом об-наружения. Разность моментов обнаружения пробного

зондирующего сигнала, отраженного от начала и кон-

ца отрезка, пропорциональна его длине.

Таким образом, пассивное измерение либо прямо

сводится к процессу обнаружения (первые три приме-

ра пар l – λ, приведенные выше), либо требует приме-

нения этапа обнаружения для считывания пассивного

результата измерения. Поэтому в качестве модели

пассивного измерения принимается в дальнейшем

процесс обнаружения.

Опишем термодинамическую модель процесса об-

наружения. Исследуем согласованный приемник, ко-гда его постоянная времени τ совпадает с длительно-

стью ̂ сигнала. В согласованном приемнике Δν = 1/τ

– эффективная полоса пропускания и одновременно

эффективная ширина спектра сигнала. Такой прием-ник представляет собой колебательную систему с од-

ной степенью свободы, т.е. подобен осциллятору. Предположим, что этот приемник помещен в тер-

мостат с температурой T. Тогда его средняя энергия в

равновесии равна T. При появлении на его входе сиг-

нала энергия последнего поглощается приемником и

затем диссипируется в термостате. Однако до того как

рассеяться, сигнал наводит в приемнике ток и ЭДС,

которые вызывают срабатывание некоторой схемы,

выдающей стандартный выходной сигнал, означаю-

щий, что обнаружение на данном отрезке времени

длительности τ произошло. Среднеквадратическое значение флуктуации энер-

гии классического осциллятора равно его средней

энергии T. Поэтому приемник нельзя рассчитывать на

прием сколь угодно малого сигнала, так как он тогда

будет непрерывно срабатывать от флуктуации, т.е. от

теплового шума. Для уменьшения этих ложных сраба-

тываний (ложных тревог) устанавливается некоторый

порог, превышающий (как правило, в несколько раз)

значение среднеквадратической флуктуации энергии

(а значит, и среднее значение энергии) T. Чем выше

порог, тем меньше вероятность ложных тревог ω_

(или ошибки 1-го рода), но и тем выше требования к энергии сигнала, так как обнаружение состоится при

превышении порогового уровня Еп энергией сигнала

(на входе приемника) Ес.

Кроме того, за счет флуктуации энергии шума в

смеси сигнала с шумом оказывается необходимым не

просто превысить пороговое значение Еп, но и обеспе-

чить запас энергии. Чем выше этот запас (Е0/Еп > 1),

тем ниже вероятность ω+ необнаружения (ошибки

второго рода).

Рост энтропии термостата при обнаружении

ΔST = Ес/T. Выяснение связей между диссипируемой энергией (т.е. энергией сигнала Ес. на входе приемни-

ка) и информационными характеристиками процесса

обнаружения является основной задачей анализа мо-

дели пассивного измерения. Требования к надежности

обнаружения (величине, обратной вероятностям оши-

бок ω–_ или ω+) оказывается возможным связать с

необходимым значением точности определения l и F

(см. (2)). Само измерение F происходит на втором

этапе и является активным измерением.

В заключение обратим внимание на то, что следу-

ет отличать описанный только что процесс пассивного

измерения от процесса фиксации (запоминания) ре-зультата активного измерения в пассивном виде. Этап

пассивного измерения предшествует этапу активного

измерения: управляющий сигнал непосредственно

следует за измерительным (регистрирующим), а

управляющее устройство находится в непосредствен-

ном контакте с измерительным.


2/2014 69

Если же управляющее устройство удалено от из-

мерительного во времени или в пространстве, то ре-

зультат измерения требуется либо запомнить, либо

передать по линии связи, либо ввести в машину для

его обработки. Во всех этих случаях следует преобра-

зовать регистрирующий параметр к виду, удобному

для запоминания или счета, или энергетически выгод-

ному для передачи. Это означает переход из аналого-

вой в цифровую форму. Цифровая форма представле-ния числа (позиционный код) по приведенной класси-

фикации является пассивной, так как не может быть

непосредственно (без преобразования вновь в анало-

говый сигнал) использована для управления.

Таким образом, активный сигнал является всегда

аналоговым – скалярной физической величиной, а

пассивный может быть в виде любого позиционного

кода.


1. Поплавский Р.П. Термодинамика информационных про-цессов. – М.: Наука, 1981. – 255 с.



Физикалық өлшемлер және термодинамикалық мо-

дельдер. 2-бөлім.

Физикалық ӛлшемдердің термодинамикалық мо-

делінің проблемалық мәселелері анықталған. Белсенді

және бейтарап ӛлшеудің айырмашылығы сипаттал-

ған. Белсенді ӛлшеу жүйенің бір тепе-теңдік күйден

басқа күйге кӛшуінің термодинамикалық процесі ре-

тінде негізделген. Ӛлшеу жүйесі мен ӛлшеу аспабы-ның ӛзара әрекеттесуі сипатталған. Түрленудің бес

кезеңінің ретімен ӛлшемдер мен термодинамикалық

модельдердің байланысы анықталған. Белсенді ӛлшеу-

ді термодинамикалық талдау үшін келісім элементін

қосу қажеттілігі кӛрсетілген. Бейтарап ӛлшеу табу

процесіне жатады. Белсенді сигнал ұқсас болып та-

былады, ал бейтарап сигнал кез келген позициялық

код түрінде болады.

Portnov V.S., Yurov V.M., Akhmetov M.S., Duga-

nova G.K., Mukasheva L.S. Entropy and Information.

Physical Measurements and Thermodynamic Models.

Part 2.

Problematic issues concerning thermodynamic model

of physical measurements are determined. Difference be-

tween active and passive measurement is described. Ac-

tive measurement is proved as thermodynamic process of

system transition of one equilibrium state into another.

Interaction of a measuring system and a measuring device

is described. Connection of measurements and thermody-

namic models with sequence of five step transformations

is defined. The coordinating element need for a thermody-

namic analysis of the active measurement is shown. The

passive measurement amounts to a discovery process. The active signal is analog, and passive can be any position

code.


Портнов В.С. (см. стр. 66).

Юров В.М. (см стр. 66).

Ахметов М.С. (см стр. 66).

Дуганова Г.К. (см стр. 66).

Мукашева Л.С. (см стр. 66).

УДК 536.75:004 © Портнов В.С., Юров В.М., Ахметов М.С., Дуганова Г.К., Мукашева Л.С., 2014

Энтропия и информация. Термодинамика информационных процессов. Часть 3








Ключевые слова: энергия, информация, априорная и апостериорная информация, распределение, точ-

ность, погрешность, соотношение, измеряемая величина, количество информации.

Исследована термодинамика информационных процессов. Установлены предельные соотношения

между термодинамическими и информационными

характеристиками. Определена относительная точ-

ность однократного измерения. Для характеристики

всего процесса измерения использовано отношение

априорной среднеквадратической погрешности к апо-

стериорной. Определено среднее количество инфор-мации, характеризующее процесс измерения с учетом

того, что максимальной энтропией обладает равно-

мерное распределение. Определено априорное распре-

деление. Апостериорное распределение имеет харак-

тер распределения Гаусса. Определена энтропийная

эффективность процесса измерения.


70 2/2014

Развитие классической термодинамики в середине

XIX века стимулировалось потребностями в источни-

ках энергии. Создание тепловых машин и вопросы

преобразования энергии определили надолго интерес

к энергетическим процессам. Первая работа С. Карно

[1] положила начало термодинамике. Развитие фено-

менологической термодинамики в дальнейшем связа-

но с работами В. Томсона [2] и Клаузиуса [3]. Началу

статистической термодинамики положили работы Максвелла [4], Больцмана [5], Планка [6] и Гиббса [7].

Из этих работ видно, что классическая термодинамика

– это термодинамика энергетических процессов. Ее

основной объект исследования – равновесные состоя-

ния. При этом относительные флуктуации любой мак-

роскопической величины малы вследствие очень

большого числа частиц в системе.

В середине ХХ века благодаря работам голланд-

ско-бельгийской школы (Пригожин, де Грот, Мазур и

их сотрудники) сложилась термодинамика необрати-

мых процессов [8, 9], которая рассматривает не равно-

весные, но стационарные состояния. Пригожин пред-ложил новый общий принцип – принцип наименьшего

производства энтропии, оказавшийся для решения

практических задач более удобным, чем принцип

Оснагера.

Венгерский физик И. Дьярмати [10] поставил во-

прос о соотношении между принципами Онсагера и

Пригожина и формах уравнений последующих при-

ближений, поскольку уравнения Онсагера являются

линейным приближением. Дьярмати удалось найти

общие положения неравновесной термодинамики и

проверить их правильность на ряде частных задач. Термодинамика необратимых процессов – это

термодинамика открытых систем. В последние деся-

тилетия термодинамика открытых систем получила

большое развитие, благодаря основополагающим ра-

ботам Пригожина [11] и Хакена [12]. Последнему

принадлежит и термин «синергетика» – новое объеди-

няющее междисциплинарное направление, выявившее

принципиальную роль коллективных, кооперативных

взаимодействий в возникновении и поддержании про-

цессов самоорганизации в различных открытых си-

стемах. Отметим также, что практически параллельно раз-

вивалась (работы Стратоновича [13] и др.) и нелиней-

ная статистическая термодинамика необратимых про-

цессов, получившая широкое применение в самых

различных областях техники.

Рассмотрим некоторые элементы термодинамики

информационных процессов, предложенные в работах

[14, 15-17]. Эта модель оказалась полезной при рас-

смотрении широкого круга явлений и процессов [18,

19].

Исследование основной проблемы термодинамики

информационных процессов – установление предель-ных соотношений между важнейшими термодинами-

ческими и информационными характеристиками –

естественно начать с первичного информационного

процесса – измерения. Именно измерение является

главным источником получения количественной ин-

формации о явлениях и объектах материального мира

(как природных, так и технических). Для дальнейшего

существенно, что никакое управление немыслимо без

измерения и любая система (любой процесс) управле-

ния обязательно содержит в себе измерительный эле-

мент (этап).

Определим относительную точность 1/σx одно-

кратного измерения

2 2

01/ | ( ) | .x x x l l l

Эта величина имеет смысл либо как характери-

стика одной реализации измерения в области, либо

при оценке постоянной величины. В последнем слу-

чае, говоря о точности величины l, обычно предпола-

гают, что l0 = lmin = 0. В первом же случае для характе-

ристики всего процесса измерения в области опреде-

лим среднюю относительную точность 1/σ как отно-

шение априорной среднеквадратической погрешности

к апостериорной:

2

2 2

1 ( ).

x x Dx

x x

Часто вводят относительную погрешность 2

через безразмерную переменную

0

max min

/ ( ) / ,

1,

m mx x l l l

и тогда 2 2 2

01/ / / .D D

Введем еще относительный (приведенный) разре-

шаемый интервал

| |, 0.

2

p

p

m m

x x xP

x x

Будем называть 1/ε – разрешающей способностью,

1/ω – надежностью 1/σ, 1/σ0 – точностью измерения.

Остается определить среднее количество инфор-

мации I (х, х'), характеризующее процесс измерения.

Имеем:

( , ) ( ) ( / ),I x x H x MH x x

где H(x) – начальная энтропия, выражающая неопре-

деленность априорного распределения P(x); H(x/x') –

условная энтропия, характеризующая апостериорную

неопределенность х при измеренном значении x' (т. с.

неопределенность распределения P(x/x'), МН(x/x') –

усредненное по P(x') значение условной энтропии

H(x/x').

Учитывая, что максимальной энтропией на отрез-

ке обладает равномерное распределение, всюду, если

не оговорено противное, априорное распределение измеряемой величины будем полагать равномерным.

Плотность распределения:

( ) 1/ , .mp x const x x X

Заметим, что это ограничение несущественно для

связи энергетических характеристик со средней точ-ностью 1/σ; при неравномерном распределении изме-

нится лишь связь между σ и σ0.

Что же касается апостериорного распределения,

то оно имеет характер распределения Гаусса (также

обладающего максимальной энтропией, но при задан-


2/2014 71

ной дисперсии). Плотность апостериорного распреде-

ления: 2

2

0 0

1(| |) exp .

22

.

x xp p x x

x

x x

Здесь имеем:

2 2 2

0

1 1, .

12 12mDx x

Если при σ0 << 1 (точные измерения) пренебречь

отличием р(х') от p(x), то получим:

2 2

2

1 1 1 6 1 1 1, ln ln ln 0,17 ln .

2 2 2

1.

I x xe

Таким образом, при высокой точности 1/σ измере-

ния, количество информации определяется ее лога-

рифмом (ln1/σ) достаточно точно (было взято отноше-

ние дисперсий столь разных распределений, как рав-

номерного и нормального).

В рамках такой модели энтропийная эффектив-

ность η процесса измерения мала даже при оптималь-

ной (предельно близкой к обратимой) его реализации:

max

1 1ln 1, 1.

2 2

I

T

NIe

S

При увеличении погрешности (уменьшении по-

лезного эффекта) энтропийная эффективность растет,

однако никогда не достигает значения 1, как это сле-

довало бы из оценок Бриллюэна. Верхняя граница

η < 1 могла бы быть достигнута лишь при σ2 >> 1, I → 0. Не говоря уже о бессмысленности измерения,

увеличивающего (а не уменьшающего) априорную

неопределенность измеряемой величины, даже фор-

мально значение η = 1 является недостижимым.

Подчеркнем вновь, что энтропийная эффектив-

ность η тем ниже, чем выше полезный негэнтропий-

ный эффект, который в случае измерения в точности

равен количеству полученной информации. Поэтому η

можно в данном случае назвать информационным кпд

процесса измерения.

В отличие от информационного, механический КПД

max

min

1 2 , ,2

мех

z

U TU T

U Q U

и тем меньше отличается от 1, чем больше полезный

эффект (переданная энергия U).

Для процесса измерения предельные оценки энер-

гетической цены точности eσ и единицы количества

информации eI равны:

min2 ,

(1/ )

zQe T

т.е. при оптимальном замедлении процесса цена точ-

ности постоянная.

Однако при необратимой реализации процесса

энергетическая цена точности

min( ) / 21/

zнQ

e T

растет пропорционально точности.

Из предыдущих формул имеем:

min 222 , 1,

ln(1/ )

Iz

I

Q T ee T

I I

2 2

( )

2

2

, 1,2

1ln 1 , 1,

I

н

I

TeT

e I

T

т.е. для σ2 < 1 не только при необратимой, но и при

оптимальной реализации процесса цена единицы ко-

личества информации I растет экспоненциально (от-

носительно I).


1. Карно С. Размышления о движущей силе огня и о маши-нах, способных развивать силу // В кн.: Второе начало термодинамики / Под ред. А.К. Тимирязева. – М.-Л.: ОНТИ, 1934. – С. 17-61.

2. Томсон-Кельвин В. О динамической теории теплоты. О

проявляющейся в природе общей тенденции к рассеянию механической энергии // В кн.: Второе начало термоди-намики / Под ред. А.К. Тимирязева. – М.-Л.: ОНТИ, 1934. – С. 161-18.

3. Клаузиус Р. Механическая теория тепла // В кн.: Второе начало термодинамики / Под ред. А.К. Тимирязева. – М.-Л.: ОНТИ, 1934. – С. 71-158.

4. Максвелл Дж. О регуляторах // В кн.: Теория автомати-

ческого регулирования. – М.: Изд-во АН СССР, 1949. – С. 9-29.

5. Больцман Л. Лекции по теории газов. – М.: Гостехиздат, 1956. – 242 с.

6. Планк М. Единство физической картины мира. – М.: Наука, 1966. – 186 с.

7. Гиббс Дж.В. Основные принципы статистической меха-ники. – М.-Л.: Гостехиздат, 1946. – 212 с.

8. Денбиг К. Термодинамика стационарных необратимых процессов. – М.: ИЛ, 1954. – 356 с.

9. Де Грот С.Р. Термодинамика необратимых процессов. – М.: Гостехиздат, 1956. – 412 с.

10. Дьярмати И. Неравновесная термодинамика. – М.: Мир, 1974. – 304 с.

11. Пригожин И., Николис Ж. Биологический порядок, структура и неустойчивость // УФН, 1973. И.109. – № 3.

– С. 517-544. 12. Хакен Г. Информация и самоорганизация. – М.: Мир,

1991. – 240 с. 13. Стратонович Р.Л. Нелинейная неравновесная термоди-

намика. – М.: Наука, 1985. – 480 с. 14. Поплавский Р.П. Термодинамика информационных про-

цессов. – М: Наука, 1981. – 255 с. 15. Портнов В.С. Термодинамический подход к задачам гео-

физического опробования железорудных месторожде-

ний: Монография. Караганда: КарГТУ, 2003. – 212 с. 16. Портнов В.С., Юров В.М. Термодинамические аспекты в

магнитометрии // Труды КарГТУ, 2003. – Вып. 2. – С. 36-41.

17. Юров В.М. Термодинамика люминесцирующих систем // Вестник КарГУ. Физика, 2005. – С. 13-19.

18. Портнов В.С., Юров В.М. Связь магнитной восприимчи-вости магнетитовых руд с термодинамическими пара-

метрами и содержанием железа // Известия ВУЗов, Гор-ный журнал, 2004. – № 6. – С. 122-126.

19. Яворский В.В., Юров В.М. Прикладные задачи термоди-намического анализа неравновесных систем. – М.: Энер-гоатомиздат, 2008. – 336 с.


72 2/2014



Ақпараттық процестер термодинамикасы. 3-бөлім.

Ақпараттық процестердің термодинамикасы

зерттелген. Термодинамикалық және ақпараттық

сипаттамалар арасындағы шекті қатынастар кӛр-

сетілген. Бір реттік ӛлшемнің салыстырмалы дәлдігі

анықталған. Ӛлшеу процесін сипаттау үшін априор-

лы орташа квадрат қателіктің апостериорлыға қа-тынасы қолданылған. Біркелкі таралудың максимум

энтропияға ие болатындығын ескерумен ӛлшеу проце-

сін сипаттайтын ақпараттың орташа кӛлемі анық-

талған. Априорлы таралу анықталған. Апостериолы

таралу Гаусс таралуының сипатына ие болады. Ӛл-

шеу процесінің энтропиялық тиімділігі анықталған.

Portnov V.S., Yurov V.M., Akhmetov M.S., Duga-

nova G.K., Mukasheva L.S. Entropy and Information.

Thermodynamics of Information Processes. Part 3.

Thermodynamics of information processes is investi-

gated. Limit relations between thermodynamic and infor-

mation characteristics are established. Relative precision

of a single measurement is determined. Relation of priory

to a posteriori standard deviation is used for a charaster-

istic of all measurement process. The average information

content on the measurement process is determined taking

into account that a uniform distribution has the maximum

entropy. A prior distribution is determined. A posterior

distribution has a Gaussian distribution. Entropy efficien-

cy of the measurement process is determined.


Портнов В.С. (см. стр. 66).

Юров В.М. (см стр. 66).

Ахметов М.С. (см стр. 66).

Дуганова Г.К. (см стр. 66).

Мукашева Л.С. (см стр. 66).

УДК 004.056.55 © Томилова Н.И., Ахметов Ч.Д., 2014

«Информационный Казахстан – 2020»

Н.И. ТОМИЛОВА, к.т.н., доцент, Ч.Д. АХМЕТОВ, магистрант, Карагандинский государственный технический университет, кафедра ИВС

Ключевые слова: электронное правительство, информация, система, общество, государство, коммуника-

ция, услуга, ресурс, процесс, интернет, технология, инфраструктура, сервис, стратегия.

В статье основной акцент сделан на одной из со-

ставляющих информационного общества – формиро-

вании и развитии «электронного правительства» в

Казахстане, которое успешно реализуется, о чѐм

свидетельствуют высокие международные рейтинги.

В рейтинге ООН Е-Government Survey-2012 «Элек-

тронное правительство для людей», опубликованном в начале марта 2012 года, Казахстан занял 38-е ме-

сто, поднявшись на 8 позиций, по сравнению с 2010

годом. По индексу е-участия Казахстан вместе с

Сингапуром разделил 2-е место. «Электронное пра-

вительство» – это механизм функционирования пра-

вительства и местных органов власти, базирующийся

на широком применении информационных технологий

с использованием объединенных информационных ре-

сурсов (государственных органов) и максимально ори-

ентированный на предоставление услуг гражданам и

организациям. В Стратегическом плане развития

Республики Казахстан до 2020 года отмечено, что стремительное развитие и адаптация информацион-

но-коммуникационных технологий (ИКТ) становятся

важными факторами модернизации общества, влияя

не только на экономические показатели, но и на образ

жизни людей. На примере «электронного правитель-

ства» наглядно видна значимость развития ИКТ как

для совершенствования государственного управления

в целом, так и для экономики и жизни граждан со-

временного Казахстана.

Глобализация и современный научно-технический

прогресс стремительно меняют облик современного

мира. Можно отметить, что его сущность во многом

определяют ряд взаимосвязанных процессов, касаю-щихся повышения роли информации и знаний:

- информация и знания становятся важным ресур-

сом и подлинной движущей силой социально-

экономического развития;

- формируется рынок информации и знаний как

фактор производства наравне с рынками природных

ресурсов, труда и капитала;

- стремительно растет удельный вес отраслей,

обеспечивающих создание, передачу, обработку и ис-

пользование информации;

- развитая информационная инфраструктура пре-

вращается в условие, определяющее национальную и региональную конкурентоспособность не в меньшей

степени, чем, например, транспортная инфраструкту-

ра;

- развитие и активное внедрение во все сферы дея-

тельности новых информационно-коммуникационных

технологий (ИКТ) существенно меняет модели обра-

зования, труда, общественной жизни и отдыха.


2/2014 73

Современный этап научно-технической револю-

ции, внедрение во все сферы жизни ИКТ, изменяю-

щих уклад жизни людей и составляют фундамент и

материальную базу для перехода к информационному

обществу с высоким социально-экономическим, поли-

тическим и культурным развитием.

Повсеместно наблюдаются такие тенденции, как:

- трансформация общественных институтов и

сфер человеческой деятельности под воздействием ИКТ;

- прогресс во всех сферах разработки, производ-

ства и внедрения современных технологий;

- стремление к формированию развитой информа-

ционной среды, адекватной задачам социально-эконо-

мического развития страны;

- обеспечение равноправного гарантированного

доступа населения к информационным ресурсам;

- подготовка граждан, общественных институтов,

бизнеса и органов государственной власти всех уров-

ней к жизни в условиях информационного общества.

Во многих экономически высокоразвитых странах (например Канада, Корея, Малайзия, Сингапур, США)

разработаны и реализуются стратегии и комплексные

программы информационного развития как общества

в целом, так и отдельных сфер деятельности.

Не составляют исключения и государства, образо-

вавшиеся на постсоветском пространстве. Например,

долгосрочной стратегической целью государственной

информационной политики Российской Федерации и

государственной политики Республики Беларусь в

области информатизации является переход к новому

этапу развития – построению информационного об-щества и вхождению в мировое информационное со-

общество.

Анализ вышеперечисленных стратегий и про-

грамм показывает, что ведущая роль в формировании

национальной стратегии информационного развития,

в консолидации всех слоев общества для достижения

поставленных целей информационного и инновацион-

ного развития, в координации бизнеса, всех обще-

ственных институтов и граждан по реализации нацио-

нальной стратегии отводится государству [2].

В Казахстане реализация намеченных стратегиче-ских планов информационного развития осуществля-

ется в рамках Государственной программы «Инфор-

мационный Казахстан – 2020» (ГПИК-2020), утвер-

жденной Указом Президента Республики Казахстан от

1 февраля 2010 года № 922 «О Стратегическом плане

развития Республики Казахстан до 2020 года».

Опираясь на международный опыт построения

информационного общества и положения вышепере-

численных документов, ГПИК-2020 определены че-

тыре ключевых направления:

- обеспечение эффективности системы государ-

ственного управления; - обеспечение доступности информационно-ком-

муникационной инфраструктуры;

- создание информационной среды для социально-

экономического и культурного развития общества;

- развитие отечественного информационного про-

странства.

В рамках данных направлений посредством по-

всеместного внедрения ИКТ будут решены задачи по

совершенствованию государственного управления,

созданию открытого и мобильного правительства,

развитию доступности информационной инфраструк-

туры. Учитывая, что развитие информационного об-

щества должно сопровождаться развитием людских

ресурсов, Программой предусмотрены условия для

создания возможностей гражданам освоить и полу-

чить навыки работы с информационными технологи-ями посредством электронного образования, пожиз-

ненного обучения и подготовки, работать дистанци-

онно, получать услуги доступного электронного здра-

воохранения. Также, в целях построения более откры-

той, доступной и конкурентоспособной экономики

нашей страны, ГПИК-2020 предусматривается макси-

мальное внедрение интеллектуальных систем в осно-

вополагающие отрасли экономики.

Эффективность политики перехода к информаци-

онному обществу зависит от консолидации усилий

бизнеса и государства по широкому применению ИКТ

и оказанию электронных услуг. Предполагается, что завершающим этапом реали-

зации перехода Казахстана к информационному об-

ществу станет Государственная программа «Инфор-

мационный Казахстан – 2030».

Одним из неотъемлемых фрагментов «информа-

ционного общества» является «электронное прави-

тельство» (ЭП), работающее на базе информационной

инфраструктуры органов государственной власти,

обеспечивающее эффективную реализацию большин-

ства функций государственного управления и в

первую очередь, ориентированную на взаимодействие государственного аппарата с гражданами и бизнес-

структурами на основе новых информационных тех-

нологий.

Для осуществления правильной стратегии и так-

тики на каждом из этапов формирования инфраструк-

туры ЭП, рациональной организации, координации и

взаимодействия всех участников процесса – исполни-

тельной, законодательной и судебной властей всех

уровней, частного сектора, университетов, обще-

ственных организаций и граждан необходима соответ-

ствующая концепция. Переход на электронное взаи-модействие в масштабе страны фактически означает

трансформацию всех основных форм деятельности

правительственных учреждений и является сложным

процессом, требующим значительных финансовых

затрат и решения целого комплекса взаимосвязанных

политических, правовых, административных и техно-

логических вопросов.

«Электронное правительство» – это механизм

функционирования правительства и местных органов

власти, базирующийся на широком применении ин-

формационных технологий с использованием объеди-

ненных информационных ресурсов [государственных органов] и максимально ориентированный на предо-

ставление услуг гражданам и организациям.

Построение такой масштабной и важной системы

не представляется возможным без соответствующей

законодательной базы. В основу системы вошли сле-

дующие основные законы РК.

Закон Республики Казахстан «Об административ-


74 2/2014

ных процедурах» № 107-II от 27 ноября 2000 года.

Закон направлен на установление административных

процедур, способствующих совершенствованию орга-

низации управленческой деятельности, обеспечению

бесперебойного функционирования государственных

органов, оперативному принятию управленческих

решений, соблюдению прав и свобод граждан, защите

государственных интересов, недопущению использо-

вания государственными служащими должностных полномочий во внеслужебных целях, а также деятель-

ности по оказанию государственных услуг [1].

Закон Республики Казахстан «Об информатиза-

ции» № 217-III от 11 января 2007 года. Закон устанав-

ливает правовые основы информатизации, регулирует

общественные отношения, возникающие при созда-

нии, использовании и защите электронных информа-

ционных ресурсов и информационных систем [1].

Закон Республики Казахстан «Об электронном до-

кументе и электронной цифровой подписи» № 370-II

от 7 января 2003 года. Закон направлен на регулиро-

вание отношений, возникающих при создании и ис-пользовании электронных документов, удостоверен-

ных посредством электронных цифровых подписей,

предусматривающих установление, изменение или

прекращение правоотношений, а также прав и обязан-

ностей участников правоотношений, возникающих в

сфере обращения электронных документов, включая

совершение гражданско-правовых сделок [1].

К стратегическим целям перехода к ЭП следует

отнести:

- повышение открытости и прозрачности деятель-

ности правительства, снижение уровня бюрократии при обращении граждан и бизнес-структур к прави-

тельственным услугам;

- реализацию прав граждан на доступ ко всем ви-

дам открытой государственной информации, имею-

щей индивидуальную и общественную значимость;

- увеличение уровня прогнозируемости обще-

ственных процессов и степени управляемости и само-

управляемости общества;

- обеспечение единства общенационального ин-

формационного пространства, а также эффективного

использования государственной информационно-коммуникационной инфраструктуры;

- обеспечение необходимого уровня общественно-

го контроля над деятельностью государственных ор-

ганов и организаций, становление демократии и ин-

ститутов гражданского общества, обеспечение граж-

данских свобод;

- поддержку процессов информатизации обще-

ства, достижение качественно новых состояний в сфе-

ре образования, информационной культуры.

Для достижения указанных целей необходимо

решить следующие задачи:

- создать нормативно-правовую и методологиче-скую базу, позволяющую государству, гражданам и

организациям функционировать в условиях информа-

ционного общества;

- интегрировать информационные ресурсы и си-

стемы органов государственной власти;

- организовать общественные центры универсаль-

ного (с учетом наличия средств, уровня подготовки и

образования, возраста и социального положения) до-

ступа к государственным информационным ресурсам

и услугам;

- оптимизировать структуру государственного ап-

парата и всю систему государственного управления;

- сформировать стратегию повышения качества и

доступности государственных услуг, основой которой

является разработка стандартов предоставления госу-

дарственных услуг в электронной форме и реинжини-ринг бизнес-процессов государственных органов;

- развернуть системы профессионального образо-

вания и переподготовки в сфере информационно-

коммуникационных технологий.

Стратегические рамки ЭП РК были разработаны и

утверждены еще в 2004 году, после одобрения «Кон-

цепции электронного правительства». Внедрение

электронного правительства осуществляется в три

этапа.

Первой этап – информационный, 2005-2007 годы,

развитие электронного правительства в большей сте-

пени заключалось в создании инфраструктуры: веб-портала и шлюза, электронного межведомственного

документооборота, удостоверяющих центров, единой

транспортной среды. Также в 2007 году в постоянную

эксплуатацию введены государственные базы данных

физических и юридических лиц, соединенные по всей

стране в единые реестры. Было реализовано 20 интер-

активных услуг государственных органов через веб-

портал, который стал единой точкой доступа к элек-

тронным услугам государственных органов.

Второй этап – интерактивный, 2008-2010 годы,

был сосредоточен на развитии разнообразных серви-сов, охватывающих все сферы жизнедеятельности

граждан и функционирования государственных орга-

нов, а также проведении полномасштабного пере-

смотра административных процессов. На данном эта-

пе были внедрены такие системы, как государственная

база данных «е-лицензирование», платежный шлюз е-

правительства, единая нотариальная система «Е-

нотариат», продолжалась выдача электронных цифро-

вых подписей населению.

В 2007 году была подготовлена Программа разви-

тия ЭП и План действий на 2008-2010 годы, целью которых являлось повышение качества и эффективно-

сти государственного управления и процессов предос-

тавления социально значимых государственных услуг.

Третий этап – транзакционный, реализация кото-

рого началась в 2010 году, предполагает создание в

Казахстане информационного общества, охватываю-

щего все стороны государственной деятельности и

предоставления услуг. Новая Программа развития

ИКТ была утверждена в рамках Государственной про-

граммы по форсированному индустриально-иннова-

ционному развитию Казахстана. Программа развития

ИКТ осуществляется на протяжении пяти лет, с 2010 по 2014 год. Программа главным образом направлена

на развитие информационного общества, и одна из

приоритетных задач нацелена на развитие электрон-

ных услуг и электронного правительства. Программа

состоит из двух этапов: институционализация сектора

ИКТ и создание ресурсов для долгосрочного развития

(2010-2011 годы) и эффективное использование воз-


2/2014 75

можностей ИКТ предприятиями, органами государ-

ственного управления и обществом (2012-2014 годы)

[2].

Стратегические планы ежегодно пересматривают-

ся, текущий план охватывает период с 2010 по 2014

годы. Помимо стратегических планов в сфере элек-

тронного правительства существуют также и общие

долгосрочные планы развития, оказывающие влияние

на стратегию электронного правительства – прежде всего, это долгосрочная стратегия развития Казахста-

на «Казахстан – 2030».

В рамках данных направлений посредством по-

всеместного внедрения ИКТ решаются задачи по со-

вершенствованию государственного управления, со-

зданию открытого и мобильного правительства, раз-

витию доступности информационной инфраструкту-

ры. Учитывая, что развитие информационного обще-

ства должно сопровождаться развитием людских ре-

сурсов, Программой предусмотрены условия для со-

здания возможностей гражданам освоить и получить

навыки работы с информационными технологиями посредством электронного образования, пожизненно-

го обучения и подготовки, работать дистанционно,

получать услуги доступного электронного здраво-

охранения. Также, в целях построения более откры-

той, доступной и конкурентоспособной экономики

нашей страны, Программой предусматривается мак-

симальное внедрение интеллектуальных систем в ос-

новополагающие отрасли экономики [3].

Эффективность политики перехода к информаци-

онному обществу зависит от консолидации усилий

бизнеса и государства по широкому применению ИКТ и оказанию электронных услуг.

Предполагается, что завершающим этапом реали-

зации перехода Казахстана к информационному об-

ществу станет Государственная программа «Инфор-

мационный Казахстан – 2030».

В Стратегическом плане развития Республики Ка-

захстан до 2020 года отмечено, что стремительное

развитие и адаптация ИКТ становятся важными фак-

торами модернизации общества, влияя не только на

экономические показатели, но и на образ жизни лю-

дей. На примере электронного правительства нагляд-но видна значимость развития ИКТ как для совершен-

ствования государственного управления в целом, так

и для экономики и жизни граждан современного Ка-

захстана [3].

В рейтинге ООН Е-GovernmentSurvey-2012 «Элек-

тронное правительство для людей», опубликованном в

начале марта 2012 года, Казахстан занял 38-е место,

поднявшись на 8 позиций по сравнению с 2010 годом.

По индексу е-участия Казахстан вместе с Сингапуром

разделил 2 место [2].

В нашей статье основной акцент сделан на одной

из составляющих информационного общества – фор-мировании и развитии электронного правительства,

которое успешно реализуется, о чѐм свидетельствуют

высокие международные рейтинги. Однако, реализуе-

мая задача формирования информационного обще-

ства, безусловно, шире, чем развитие электронного

правительства и отрасли телекоммуникаций.

Так, основными тенденциями отрасли телекомму-

никаций являются развитие инфраструктуры, базиру-

ющейся на высокоскоростных оптических и беспро-

водных технологиях, предоставление мультимедий-

ных услуг населению и организациям, внедрение и

развитие цифровых технологий телерадиовещания, а

также увеличение уровня цифровизации местной те-

лефонной связи.

Развитие сетей связи по обеспечению доступа к

сети Интернет идет в Казахстане опережающими тем-пами. Пользователями сети Интернет являются 53,5 %

населения Казахстана (согласно оперативным данным

Агентства по статистике Республики Казахстан за 2

квартал 2012 года).

В настоящее время в Республике Казахстан внед-

ряется технология 4G, развитие сетей широкополос-

ного доступа (далее – ШПД) к сети Интернет осу-

ществляется с использованием таких технологий, как:

ADSL, CDMA/EVDO, 3G, FTTH. Ведется постоянная

работа по совершенствованию процессов в области

средств массовой информации и развитию отече-

ственной индустрии производства развлекательного и информационного контента.

Об успехах на этом пути и международном при-

знании достижений Казахстана свидетельствует тот

факт, что в Отчете по глобальной конкурентоспособ-

ности 2012-2013 гг. Всемирного экономического фо-

рума рейтинг конкурентоспособности Казахстана

поднялся на 21 позицию и достиг 51 места. В рейтинге

Международного Союза Электросвязи Казахстан за

последний год поднялся с 72-го места на 68 по индек-

су развития ИКТ [2].

Таким образом, анализ текущей ситуации свиде-тельствуют об успешной реализации Казахстаном

крупномасштабных комплексных государственных

стратегий информационного развития и формирова-

ния эффективной системы государственного управле-

ния.


1. Законы РК – http://online.zakon.kz 2. Государственная программа «Информационный Казахстан –

2020» – http://egov.kz/wps/portal/Content?contentPath=/egovcon-tent/transports/communications/article/gp_inf_kaz_2020&lang=ru

3. Стратегический план развития Республики Казахстан до 2020 года – http://ru.government.kz/docs/u100000922_20100201.htm

Томилова Н.И., Ахметов Ч.Д. Ақпараттық

Қазақстан – 2020.

Мақалада басты назар ақпараттық қоғамды

құраушылардың бірі – Қазақстанда «электрондық

үкімет» қалыптастыру мен дамытуға аударылған, ол

қазіргі сәтте жүзеге асырылып келеді, бұған жоғары халықаралық рейтингтер дәлел бола алады. 2012

жылғы наурыздың басында жарияланған БҰҰ-ның Е-

Government Survey-2012 «Адамдарға арналған элек-

трондық үкімет» атты рейтингте Қазақстан 38-ші

орынға ие болып, 2010 жылмен салыстырғанда, 8

орынға жоғары кӛтерілді. е-қатысу индексі бойынша

Қазақстан Сингапурмен бірге 2-ші орынды бӛліп ал-

ды. «Электрондық үкімет» – біріккен ақпараттық

ресурстарды (мемлекеттеік органдарды) қолдану ар-

қылы ақпараттық технологияларды кеңінен пайдала-


76 2/2014

нуға негізделетін және азаматтар мен ұйымдарға

қызмет кӛрсетуге максимум түрде бағдарланған

үкімет пен жергілікті билік органдарының қызмет

ету механизмі. Қазақстан Республикасының 2020

жылға дейін Стратегиялық даму жоспарында атал-

ғандай, Ақпараттық-коммуникациялық технология-

лардың (АКТ) екпінді дамуы мен бейімделуі экономи-

калық кӛрсеткіштерге ғана емес, сонымен бірге тұр-

ғындардың ӛмір салтына әсер ете отырып, қоғамды жаңғыртудың басты факторларына айналып келеді.

«Электрондық үкімет» мысалында жалпы мемлекет-

тік басқаруды жетілдіру үшін де, заманауи Қазақ-

станның экономикасы мен тұрғындарының ӛмірі

үшін де АКТ дамуының маңызды екендігі кӛрінеді.

Tomylova N.I., Akhmetov Ch.D. Information Ka-

zakhstan 2020.

The article focuses on one of the components of an in-

formation society which is formation and development of «electronic government» in Kazakhstan that is successful-

ly realized what high international rankings testify about.

In the rankings of the UN E-Government Survey-2012

«Electronic Government for People» published at the be-

ginning of March, 2012, Kazakhstan ranked 38th having

risen by 8 positions in comparison with 2010. On an e-

participation index Kazakhstan together with Singapore

shared the 2nd place. «The electronic government» is the

mechanics of the government and local authorities which

is based on broad application of information technologies

using the integrated information resources (state authori-

ties) and maximally focused on services to citizens and

organizations. In the Strategic development plan of the

Republic of Kazakhstan to 2020 it is noted that rampant

development and adaptation of the information and com-

munication technology (ICT) are important factors of so-

ciety modernization influencing not only economic indica-

tors, but also a way of life of people. On the example of

«electronic government» importance of ICT development both is visually seen to improvement of public administra-

tion in general, and to economy and life of citizens of

modern Kazakhstan.


Томилова Надежда Ивановна, к.т.н., доцент ка-

федры информационно-вычислительных систем Ка-

рагандинского государственного технического уни-

верситета. Область научных интересов: автомати-

зированные системы управления производством теп-

лоснабжающих предприятий, автоматизация, ин-

форматизация образовательных процессов, системы защиты информации.

Ахметов Чингиз Дулатович, магистрант ка-

федры информационно-вычислительных систем Ка-

рагандинского государственного технического уни-

верситета. Область научных интересов: Web-

приложения.

УДК 620.9.001.12/18.:83.(100)17 © Брейдо И.В., Пак Ю.Н., 2014

Сотрудничество с вузами Европейского Союза в рамках проекта Темпус-4

И.В. БРЕЙДО, д.т.н., профессор, зав. кафедрой АПП, Ю.Н. ПАК, д.т.н., профессор, руководитель УМО – проректор, Карагандинский государственный технический университет

Ключевые слова: сотрудничество, технология, энергосбережение, международный обмен, программа,

Темпус, мастер-класс, оборудование, возобновляемые, источники, энергия, лаборатории

Представлена информация о новой магистерской

программе «Экологический инжиниринг и устойчивое

развитие с применением возобновляемых источников

и биоотходов», разработанной в проекте Темпус-4.

Представлены сведения об обучающих семинарах,

стажировках преподавателей и магистрантов в Уни-

верситеты Европейского Союза, а также о мастер-

классах, проведенных в КарГТУ преподавателями

Рижского технического университета.

Описано оборудование для возобновляемой энер-гетики, приобретенное в рамках проекта.

Развитие сотрудничества с вузами Европейского

Союза (ЕС) направлено в том числе, на подготовку

специалистов, владеющих технологиями энергосбе-

режения и способных разрабатывать, модернизиро-

вать и внедрять энергосберегающие технологии и

оборудование в электроэнергетике и альтернативные

и возобновляемые источники энергии.

В рамках проекта «Темпус-4» в КарГТУ разрабо-

тана и внедрена магистерская программа «Экологиче-

ский инжиниринг и устойчивое развитие с примене-

нием возобновляемых источников и биоотходов».

В проекте приняли участие вузы Германии, Эсто-

нии, Латвии, России и Казахстана. От Казахстана в

проекте участвовали Костанайский государственный

университет (КГУ), Рудненский индустриальный ин-ститут (РИИ) и КарГТУ. Координатор проекта от

КарГТУ – проф. Пак Ю.Н.

Новая магистерская программа разработана в рам-

ках специальности «Электроэнергетика» с учетом

требований типового учебного плана в соответствии

со стратегическими задачами развития энергетики

Казахстана и с задачами Проекта Темпус-4.


2/2014 77

Для обучения персонала и студентов организова-

ны стажировки преподавателей и магистрантов в

Университеты-партнеры: Рижский технический уни-

верситет (РТУ), Таллиннский технологический уни-

верситет (ТТУ) и Висмарский университет приклад-

ных наук.

С 9 по 16 марта 2014 г. было проведено рабочее

совещание и семинары в Таллинне (ТТУ) и в Риге

(РТУ). В РТУ представлена презентация по состоянию

проекта в КарГТУ, в которой были обозначены, в том

числе приоритеты развития энергетики Казахстана:

● Создание и внедрение энергосберегающих тех-

нологий и оборудования.

● Разработка и внедрение возобновляемых ис-

точников энергии.

По результатам презентации, в соответствии с ре-

комендациями партнеров-университетов ЕС (ТТУ и

РТУ), в программу магистратуры введены новые дис-

циплины по возобновляемой энергетике.

Особый интерес для участников семинара пред-ставили экскурсии на когенерирующие станции, рабо-

тающие на мусоре и бытовых отходах (Эстония) и

древесной стружке (Латвия).

В период с 21 по 25 апреля 2014 г. КарГТУ посе-

тила делегация Рижского технического университета в

составе: Elina Dace, Dr.sc.ing., docent, Dagnija Blumber-

ga, Dr.habil.sc.ing., professor, Jelena Ziemele, Dr.sc.ing.,

docent, Edgars Vigants, Dr.sc.ing., docent.

Преподаватели РТУ провели семинар, мастер-

классы по экологическому инжинирингу, а также пре-

зентацию в рамках Международного конкурса энерго-сберегающих и экоохранных идей «Эргономика бу-

дущего». С группой студентов, магистрантов и препо-

давателей они выезжали на предприятие «Темiр», где

было проведено обследование энергоемкости и энер-

гоэффективности этого предприятия. В мастер-

классах и семинаре приняли участие 19 представите-

лей КарГТУ. Студенты, магистранты и преподаватели

представили презентации по решению энергосберега-

ющих проблем предприятия. Успешно защитившие

свои презентации получили международные сертифи-

каты «Certificate for participation in thematic lectures

(Environmental Technologies, Renewable Energy, Boiler Houses and Cogeneration, Energy Efficiency, Waste

management) from the Riga Technical University» (см.

рисунок 1).

Обучающий семинар и мастер-классы дали новые

знания обучаемым и преподавателям в области энер-

гоэффективности и энергосбережения и обучили пре-

подавателей новым методикам интерактивного обуче-

ния на базе промышленных предприятий.

В период с 28 июня по 5 июля 2014 г. на базе

Висмарского университета прикладных наук, техно-

логий, бизнеса и дизайна (Германия) был также про-

веден обучающий семинар. В семинаре, наряду с вузами России и Казахстана,

участниками проекта: Университет ИТМО (г. Санкт-

Петербург), ВлГУ (г. Владимир), КГТУ (г. Казань),

КГУ (г. Костанай), РИИ (г. Рудный), приняла участие

делегация КарГТУ в составе зав. кафедрой АПП,

д.т.н., проф. И.В. Брейдо; к.т.н., ст. преп. кафедры

ГЭФ Д.Ю. Пака и магистра А.Б. Ельшина.

Участники семинара были ознакомлены со струк-

турой, направлениями подготовки и лабораториями

Висмарского университета.

Университет обладает современной учебно-лабораторной базой по направлению мехатроника и

автоматизация, что было отмечено при посещении

лабораторий (рисунок 2).

Рисунок 1 – Сертификаты РТУ


78 2/2014

Рисунок 2 – Лаборатории мехатроники и автоматизации

Участники семинара посетили Технологический и

индустриальный центр Висмар/Шверин, который был

основан более 20 лет назад. За эти годы через него

прошли около 300 компаний, в которых работает око-

ло 2000 сотрудников. Он размещается на территории

Висмарского порта.

Центр выполняет работы, характерные для Техно-логических центров Германии, в том числе: консал-

тинг; представление в пользование научной инфра-

структуры; бизнес-инкубирование; сервисное обслу-

живание; сдача в аренду площадей.

Эффективность Центра определяется постоянным

взаимодействием малых и средних предприятий, ин-

новационных компаний и отдельных предприятий, а

также широким спектром льготных услуг и развитой

инфраструктурой, размещенных в одном месте.

На базе Центра функционирует ведущий мировой

разработчик и производитель высокочувствительных газохимических аналитических приборов для обнару-

жения и идентификации опасных газов, химических

веществ. Приборы широко используются в системах

безопасности многих стран для защиты от террори-

стических угроз.

Важнейшим направлением деятельности Центра

является бизнес-инкубирование, которым занимается

ATI Westmecklenburg, обеспечивающий весь комплекс

услуг по продвижению инноваций.

Срок бизнес-инкубирования 3-5 лет, по истечении

которых фирма покидает территорию Центра. До 10

лет и более на территории Центра могут находиться фирмы, входящие в состав его учредителей.

В бизнес-инкубаторе студенты получают практи-

ческие навыки решения проблем, имеют возможности

реализовать свои бизнес-идеи. Одна из технологий –

это создание групп, которые в течение 6-8 недель ре-

шают проблему, а затем проводится дуэль двух сту-

денческих групп. В состав групп набираются студен-

ты различных курсов и специальностей, образующие

единую команду.

В ATI проводятся технологические олимпиады

для школьников и студентов, которые пользуются большой популярностью, так как успешное участие в

олимпиадах дает перспективы хорошего трудоустрой-

ства.

Участники семинара отметили высокую эффек-

тивность работы ATI, комплексный подход к разви-

тию инновационного бизнеса, а также большие льготы

для участников инновационных проектов.

Запомнились также экскурсии в Солнечный центр

(рисунок 3) и Ветроэнергетический парк в г. Любов.

Участникам семинара были продемонстрированы

уникальные технологии и оборудование в области

солнечной и ветроэнергетики, а также методы и тех-

нологии, направленные на значительное снижение энергопотребления. Сильное впечатление произвел

факт снижения энергопотребления Солнечного цен-

тра, размещенного в средневековом, ранее заброшен-

ном здании, с 500 квт-час на кв. м. в год до 3.9 квт-час

на кв. м. в год. К одному из эффективных технических

решений следует отнести использование солнечной

электростанции, одновременно являющейся крышей

дома.

В результате комплексного решения проблем

энергопроизводства и энергопотребления появились

излишки электроэнергии, выработанной ветрогенера-торами, которая продается сетевой компании.

Рисунок 3 – В Солнечном центре

Большой интерес вызвала поездка на предприятие

по комплексному производству биогаза для выработ-

ки электроэнергии и удобрений.

При посещении завода по деревопереработке бы-

ли продемонстрированы технологии и оборудование

(рисунок 4), обеспечивающие полную безотходную

переработку древесного сырья, включая низкосорт-

ную древесину, стружку, отходы других деревообра-

батывающих предприятий в топливо и высокоэффек-

тивные удобрения.


2/2014 79

Рисунок 4 – Технологический процесс получения удобрений и электроэнергии из биогаза

Семинар продемонстрировал эффективную энер-

гетическую политику, оборудование и технологии по

снижению энергопотребления, развитию безотходных

производств и производству энергии из возобновляе-

мых источников в Германии.

По регламенту проекта «Темпус-4» часть средств

выделяется на приобретение оборудования.

На средства проекта приобретен комплект обору-

дования для научной и учебной лаборатории по инте-

грированным возобновляемым источникам электро-энергии и средствам их автоматизации. В состав обо-

рудования входят солнечные электростанции, а также

современные преобразователи и программно-аппарат-

ные средства автоматизации (рисунок 5). Во дворе

КарГТУ смонтирована солнечная электростанция на

основе двусторонних модулей.

Рисунок 5 – Учебная лаборатория по возобновляемой энергетике (КарГТУ, ауд. 134а, гл. корпус)

Научно-учебная лаборатория предназначена для

создания и изучения технологий совместного исполь-

зования возобновляемых и традиционных источников

энергии, что повышает устойчивость и стабильность

их работы. Силами преподавателей и магистрантов

смонтированы учебные стенды. Новое оборудование

ориентировано на обучение магистрантов по системам

автоматики возобновляемых источников энергии. Оно позволяет исследовать и разрабатывать принципы и

способы управления и преобразования энергии в ком-

бинированных возобновляемых источниках, рабо-

тающих автономно и совместно с промышленной се-

тью.

Таким образом, в рамках проекта «Темпус-4»

«Экологический инжиниринг и устойчивое развитие с

применением возобновляемых источников и биоотхо-

дов» налажено сотрудничество КарГТУ с вузами Ев-

ропейского Союза, что обеспечило создание и внедре-

ние новой магистерской программы в области энер-

гоэффективности и возобновляемой энергетики, мо-дернизацию лабораторной базы, повышение квалифи-

кации преподавателей и магистрантов, а также внед-

рение новых технологий практико-ориентированного

обучения.


1. Купавцев А.В. Деятельностный подход к профессиональ-ной подготовке в системе многоуровневого инженерного

образования // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана // Есте-ственные науки. – 2006. – № 4 – С. 106-119.

2. Ахмедиев С.К., Баженов А.Ш., Ельмуратов С.К. Совер-шенствование форм самостоятельной работы студентов по курсу строительной механики на основе программно-управляемого обучения // Тезисы докладов к республи-канскому совещанию «Новые методы в обучении» – Ал-маты: КазГУ, 1988.

Брейдо И.В., Пак Ю.Н. Темпус-4 жобасының

аясында Еуропа Одағының жоғары оқу орындары-

мен ынтымақтастық.

Темпус-4 жобасында әзірленген «Экологиялық

инжиниринг және жаңартылған энергия кӛзі мен биологиялық қалдықтарды қолдану арқылы тұрақты

даму» атты жаңа магистрлік бағдарлама туралы

ақпарат берілген. Оқыту семинарлары, оқытушылар

мен магистранттардың Еуропа Одағының Универси-

теттерінде машықтануы, сонымен бірге Рига техни-

калық университеті оқытушыларының ҚарМТУ-да

жүргізген шебер-кластары туралы мәлімет ұсыныл-

ған.

Жоба аясында сатып алынған, жаңартылған

энергетикаға арналған жабдық сипатталған.

Breydo I.V., Park Yu.N. Cooperation with Higher

Education Institutions of the European Union within the

Tempus-4 Project.

Information on the new master program «Ecological

Engineering and Sustainable Development with Applica-tion of Renewable Sources and Biowaste» developed in

the Tempus-4 project is provided. Information on the

training seminars, trainings for teachers and candidates

for a master's degree are presented to Universities of the

European Union, and also on the master classes held in

KSTU by teachers of the Riga Technical University.

The equipment for renewable power generation ob-

tained within the project is described.


Брейдо И.В. (см. стр. 44).

Пак Юрий Николаевич, руководитель УМО –

проректор КарГТУ, профессор кафедры геологии и

геофизики, д.т.н., профессор, специалист по геотех-

нологиям, системам обучения в высшей школе.

80 2/2014

ҒЫЛЫМИ-ПЕДАГОГИКАЛЫҚ АТТЕСТАТТАУ

НАУЧНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АТТЕСТАЦИЯ

Ғылыми және педагогикалық аттестаттау мәсе-

лесіне Журналдың бұл номерінде ҚарМТУ ӨПА кафедрасының доценті, т.ғ.к., «АрселорМиттал Темір-

тау» АҚ «Көмір сервис» кәсіпорны директорының орынбасары Л.А. Авдеевтің оқу құралдарына жа-

зылған пікірлерді жариялауды жалғастырамыз: 1. Көмір шахталарында газсыздандыру параметрлерін бақылаудың автоматтандырылған жүйелері;

2. Кеніш атмосферасын бақылаудың автоматтандырылған жүйелері;

3. Көмір шахтасының «Қауіпсіздігі» біріктірілген АБЖ; 4. Көмір шахталарында автоматтандырылған жүйелерді пайдалану.

«Автоматика. Информатика» журналы редакциялық кеңесінің мүшесі,

т.ғ.д., профессор Б.Н. Фешин

К вопросу о научной и педагогической аттестации

В настоящем номере журнала мы продолжаем публикацию рецензий на серию учебных пособий

доцента кафедры АПП КарГТУ, к.т.н., заместителя директора предприятия «Углесервис» АО «Арсе-лорМиттал Темиртау» Л.А. Авдеева:

1. Автоматизированные системы контроля параметров дегазации в угольных шахтах;

2. Автоматизированные системы контроля рудничной атмосферы;

3. Интегрированные АСУ «Безопасность» угольной шахты; 4. Эксплуатация автоматизированных систем в угольных шахтах.

Член редакционного совета журнала «Автоматика. Информатика», д.т.н., профессор Б.Н. Фешин

The Issue of Scientific and Pedagogical Certification

In the present issue of the journal we continue publishing the reviews of a series of manuals of associate

professor of KSTU APP chair, Cand.Tech.Sci., deputy director of the enterprise «Coal service» of JSC Arce-lorMittal Temirtau L.A. Avdeyev:

1. Automated monitoring systems of coal mine degassing parameters;

2. Automated monitoring systems of the mine atmosphere; 3. Integrated ACS «Safety» of a coal mine;

4. Operation of automated systems in coal mines.

Member of Editorial Board of the «Automatics. Informatics» Journal,

Dr.Eng., Professor B.N. Feshin

Ғылыми-педагогикалық аттестаттау

2/2014 81

Авдеев Леонид Анатольевич, 1949 г.р., кандидат технических наук, зам. директора по внедре-

нию новой техники и технологий предприятия «Углесервис» УД АО «АрселорМиттал Темиртау».

Почетный работник угольной промышленности, полный кавалер знака «Трудовая слава». Область научных интересов: Автоматизированные системы контроля и управления электропо-

треблением и безопасностью угольных шахт.

Имеет более 50 публикаций.

РЕЦЕНЗИЯ

на учебное пособие Авдеева Л.А.

«Автоматизированные системы контроля параметров дегазации в угольных шахтах»

Учебное пособие Авдеева Л.А. «Автоматизированные системы контроля параметров дегазации в угольных

шахтах» содержит 125 страниц печатного текста и 34 рисунка.

Пособие предназначено для магистрантов и докторантов специальностей «Автоматизация и управление» и

«Электроэнергетика» при освоении ими разделов профилирующих дисциплин «Автоматизация технических

систем», «Современные теории, методы и средства создания систем автоматизации и управления», «Автомати-

зация электротехнических комплексов горно-металлургического производства».

Представлен справочный материал, содержащий сведения о технологии, способах и методах проведения дегазационных работ в условиях угольных шахт, требования нормативной документации к поверхностным ста-

ционарным и передвижным вакуум-насосным станциям, используемых для дегазации угольных пластов.

Предлагаются данные о современных автоматизированных системах контроля дегазации – аппаратуре кон-

троля эффективности работы газоотсасывающих установок «КРУГ» производства компании «ИнГорТех» (Рос-

сия) и автоматизированной системы контроля параметров дегазации (АСК ПД), разработанной на предприятии

«Углесервис», которой в настоящее время оснащаются угольные шахты АО «АрселорМиттал Темиртау».

Рецензент: И.В. Брейдо, зав. кафедрой АПП КарГТУ, доктор технических наук.

РЕЦЕНЗИЯ на учебное пособие Авдеева Л.А.

«Автоматизированные системы контроля рудничной атмосферы»

Учебное пособие Л.А. Авдеева «Автоматизированные системы контроля рудничной атмосферы» содержит 115 страниц печатного текста и 29 рисунков.


«Электроэнергетика».

Научно-педагогическая аттестация

82 2/2014

В первой главе пособия приводятся сведения об особенностях, свойствах, параметрах шахтной атмосферы,

а также описаны принципы действия и технические характеристики приборов аэрогазового контроля для

угольных шахт.

Во второй главе сделан обзор современных систем автоматического аэрогазового контроля, применяемых в

зарубежных странах.

В третьей главе анализируются причины возникновения в шахтах взрывоопасных ситуаций, предлагается

методика расчета оптимального количества датчиков концентрации метана.

В четвертой главе описывается автоматизированная система контроля рудничной атмосферы – АСК РА,

применяемая на угольных шахтах АО «АрселорМиттал Темиртау», в том числе функции, технологических объ-ектов контроля, сведения о техническом и программном обеспечении.

Рецензент: Б.Н. Фешин, профессор кафедры АПП КарГТУ, доктор технических наук.

РЕЦЕНЗИЯ

на учебное пособие Авдеева Л.А.

«Интегрированная АСУ «Безопасность» угольной шахты»

Учебное пособие Авдеева Л.А. «Интегрированная АСУ «Безопасность» угольной шахты» содержит 119

страниц печатного текста и 18 рисунков.


«Электроэнергетика».

В первом разделе приводятся результаты исследований параметров настройки автоматизированных систем

аэрогазового контроля, используемых в угольных шахтах. При этом предложен вероятностный подход к повы-шению эффективности функционирования системы, выполнен анализ различных способов принятия решений в

системах газовой защиты, предложены варианты обоснования интервала дискретности опроса датчиков кон-

центрации метана.

Во втором разделе представлены основные положения по созданию интегрированной АСУ «Безопасность»

для угольной шахты. При этом представлены технологические основы и алгоритмы функционирования для ос-

новных подсистем – контроля и управления проветриванием и электроснабжением подготовительных забоев,

прогноза выбросоопасности, раннего распознавания подземных пожаров, централизованного управления под-

земным водоснабжением, непрерывного учета местонахождения людей в шахте, прогноза газовыделения на

добычном участке.

Рассмотрены вопросы многофакторного распознавания общешахтных аварийных ситуаций, представления

оперативной информации диспетчерскому персоналу, приводится функционально-алгоритмическая структура АСУ «Безопасность».

Пособие представляет практический интерес для специалистов в области использования современных при-

боров и систем аэрогазового контроля для угольных шахт.

Впервые в отечественной учебной литературе приводятся исследования режимов работы современных си-

стем аэрогазового контроля и предложены варианты развития подобных систем.

Рецензент: И.А. Мостипака, зав. лабораторией КарНИИПБ, кандидат технических наук.


«Интегрированная АСУ «Безопасность угольной шахты»

Учебное пособие Авдеева Л.А. «Интегрированная АСУ «Безопасность» угольной шахты» содержит 119

страниц печатного текста и 18 рисунков. Пособие предназначено для магистрантов и докторантов специальностей «Автоматизация и управление» и

«Электроэнергетика» при освоении ими профилирующих дисциплин «Автоматизация технических систем»,

«Современные теории, методы и средства создания систем автоматизации и управления», «Автоматизация

электротехнических комплексов горно-металлургического производства».

Материалы, представленные в пособии, являются результатами исследований, проведенных автором в про-

цессе разработки, внедрения и обслуживания автоматизированных систем аэрогазового контроля для шахт Ка-

рагандинского бассейна.

В первой главе на основе вероятностного подхода к анализу и методам повышения эффективности функци-

онирования систем приводятся результаты статистических исследований параметров настройки автоматизиро-

Ғылыми-педагогикалық аттестаттау

2/2014 83

ванных систем аэрогазового контроля, предлагается математическое описание объекта управления.

Во второй главе описываются результаты разработки интегрированной АСУ «Безопасность», в состав кото-

рой входят различные подсистемы, отображающие наиболее актуальные с точки зрения безопасности техноло-

гические объекты угольной шахты:

● контроль и управление проветриванием и электроснабжением подготовительных забоев;

● прогноз выбросоопасности пыли и газа;

● раннее распознавание подземных пожаров;

● управление подземным водоснабжением;

● непрерывный учет местонахождения людей в шахте; ● прогноз газовыделения на добычном участке.

Для каждой из подсистем предложены алгоритмы функционирования, структура технических средств и вы-

ходные формы отображения информации о состоянии подсистемы.

Рецензент: И.В. Брейдо, зав. кафедрой АПП КарГТУ, доктор технических наук.


«Эксплуатация автоматизированных систем в угольных шахтах»

Учебное пособие Авдеева Л.А. «Эксплуатация автоматизированных систем в угольных шахтах» содержит

113 страниц печатного текста и 18 рисунков.

Пособие предназначено для студентов, магистрантов и докторантов специальностей «Автоматизация и

управление» и «Электроэнергетика». В первом разделе приводятся определения и описываются особенности технического обслуживания под-

земных электроустановок и состав работ, производимых при этом.

Сведения об организации обслуживания автоматизированных систем и обучения диспетчерского персонала

(второй раздел пособия), результаты исследований эксплуатационных свойств автоматизированных систем

контроля, а также рекомендации для оптимизации структуры технических средств и профилактического об-

служивания систем контроля (третий раздел пособия), порядок проведения работ по оснащению шахт автома-

тизированными системами контроля и требования к соответствующей технической документации (четвертая

глава пособия), а также технологические операции, производимые при выполнении технического обслужива-

ния для различных компонентов автоматизированных систем контроля (пятая глава пособия), дают возмож-

ность получить цельное представление по эксплуатации автоматизированных систем в угольных шахтах.

Пособие представляет практический интерес для специалистов в области использования современных при-боров и систем автоматизированного контроля для угольных шахт.

Впервые в отечественной учебной литературе приводится подробный анализ и рекомендации по обслужи-

ванию автоматизированных систем контроля в угольных шахтах.

Рецензент: И.А. Мостипака, зав. лабораторией КарНИИПБ, кандидат технических наук.

84 2/2014

ҒЫЛЫМИ МӘЛІМДЕМЕЛЕР

НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ

Ғылыми мәлімдемелер туралы мәселеге

Үстіміздегі жылдың соңғы айы ғалымдар мен оқытушылардың – автоматика, автоматтандыру және жоғары

техникалық білім беру облысындағы мамандардың халықаралық кездесулері мен іскерлік байланыс орнату әре-

кеттеріне толы болды. Журналдың осы бөлімінде профессор И.В. Брейдоның тартымды оқиға – Венадағы

ДАААМ-25 Сиипозиумы туралы берген қысқаша ақпараты бұған дәлел бола алады. ДАААМ-25 Симпозиумы-

ның шешімдерін жүзеге асыру Симпозиум аяқталғаннан кейін бірден басталып кетті: ҚарМТУ-ға ДАААМ Пре-

зиденті профессор Бранко Каталинич пен «Синергия» жоғары оқу орны аралық желілік кеңесінің директорлар

кеңесінің төрағасы профессор Стажков С.М. келді. Бұл кездесу іскерлік ынтымақтастық туралы келісімге қол қоюмен, құрметті профессорлардың ҚарМТУ ректоры акалемик А.М. Ғазалиевпен кездесуімен, ӨПА кафед-

расының оқу және зерттеу зертханаларына барумен және профессор Бранко Каталиничтің студенттерге, маги-

странттар мен докторанттарға, қызметкерлерге және ӨПА кафедрасының оқытушыларына арналған бірегей

дәріс-сұхбатымен аталды.

Орын алған оқиғалардың маңыздылығы профессорлар Б. Каталинич пен С.М. Стажковтың ҚарМТУ ректо-

ры А.М. Ғазалиевке алғыс хат табыстауымен дәлелденді. Хаттың мәтіні төменде көрсетілген.

«Автоматика. Информатика» журналы редакциялық кеңесінің мүшесі, т.ғ.д., профессор Б.Н. Фешин

К вопросу о научных сообщениях

Последний месяц уходящего года оказался насыщенным международными встречами и деловыми контак-

тами ученых и преподавателей – специалистов в областях автоматики, автоматизации и высшего технического образования. Это подтверждает краткая информация профессора Брейдо И.В. в настоящем разделе журнала об

интересном событии – Симпозиуме ДАААМ-25 в Вене. Реализация решений Симпозиума ДАААМ-25 началась

практически сразу после его окончания: КарГТУ посетили Президент ДАААМ профессор Бранко Каталинич и

Председатель совета директоров межвузовского сетевого совета «Синергия» профессор Стажков С.М. Непро-

должительный визит ознаменовался подписанием соглашений о деловом сотрудничестве, встречами уважае-

мых профессоров с ректором КарГТУ академиком НАН РК Газалиевым А.М., посещением учебных и исследо-

вательских лабораторий кафедры АПП и уникальной лекцией-беседой, проведенной профессором Бранко Ката-

линичем для студентов, магистрантов, докторантов, сотрудников и преподавателей кафедры АПП.

Важность свершившихся событий была подтверждена благодарственным письмом профессоров Б. Катали-

нича и С.М. Стажкова в адрес ректора КарГТУ академика А.М. Газалиева. Текст письма приводится ниже.

Член редакционного совета журнала «Автоматика. Информатика», д.т.н., профессор Б.Н. Фешин

The Issue of Scientific Reports

The last month was rich in international meetings and contacts for our scientists and teachers who are specialists in

the area of automatics, automation, and higher technical education. This is exactly what Professor Breydo told us: he

described the symposium DAAAM-25 in Vienna.

Implementation of solutions of the Symposium DAAAM-25 began practically right after the termination of the

Symposium: KSTU was visited by the President of DAAAM professor Branko Katalinic and the Chairman of the direc-

tors board of the interuniversity network council «Synergy» professor Stazhkov S.M. The short visit was marked by

signing agreements of business cooperation, meetings respectful professors with KSTU rector, the academician Gaz-

aliyev A.M., visiting educational and research laboratories of the APP chair and unique lecture conversation which was

conducted by professor Branko Katalinic for students, undergraduates, doctoral candidates, employees and teachers of

the APP chair. The importance of accomplished facts was confirmed with the letter of thanks of professors B. Katalinic and S.M.

Stazhkov to KSTU rector, academician A.M. Gazaliyev. The text of the letter is given below.

Member of editorial board of the «Automatics. Informatics» journal,

Dr.Eng., prof. Feshin

Ғылыми мәлімдемелер

2/2014 85

Симпозиум ДАААМ-25 в Вене

В период с 25 по 30 декабря 2014г. в г. Вене, столице Австрии, проходил юбилейный Симпозиум, посвя-

щенный 25-летию создания DAAAM – международной организации по автоматизации в промышленности и

200-летию Венского Университета технологий.

Организатором и Президентом DAAAM является профессор Бранко Каталинич, ученый и специалист ми-

рового уровня в области мехатроники и автоматизации. Штаб-квартира организации находится в Вене.

В состав DAAAM входят представители стран всех континентов: Австралия, Северная и Южная Америка,

Африка, Европа и Азия, в том числе из таких стран, как Австралия, Австрия, Бразилия, Германия, Индия, Ка-

захстан, Канада, Китай, Россия, США, Франция, Южно-Африканская республика, Япония и др., всего – 53

страны.

По каждой из стран, входящих в состав организации, назначается президент. Президентом по Казахстану

является проф., д.т.н. И.В. Брейдо. DAAAM выпускает научный журнал, ежегодную международную научную книгу, ежегодно проводит док-

торскую школу, конференцию молодых исследователей и ученых и научный симпозиум DAAAM.

На пленарном заседании Симпозиума были представлены доклады ведущих ученых в области автоматиза-

ции и мехатроники, рассмотрены этапы развития промышленного обрудования и выполнен анализ перспектив

развития смарт-систем и технологий в автоматизации и мехатронике.

Рисунок 1 – В кулуарах Симпозиума. Слева направо: проф. И.В. Брейдо (КарГТУ);

Дважды Герой Советского Союза, летчик-космонавт, проф. А.С. Елисеев; проф. В.Г. Хомченко (ОмГТУ)

В рамках состоявшегося Симпозиума было проведено рабочее совещание по международному образова-тельному Интернет-проекту «Синергия».

На совещании присутствовали представители базовых вузов-участников проекта: Московского энергетиче-

ского института (МЭИ), Балтийского государственного технического университета (Военмех, Санкт-Петер-

бург), Омского государственного технического университета (ОмГТУ), Севастопольского национального тех-

нического университета (СевНТУ) и Карагандинского государственного технического университета (КарГТУ).

В совещании участвовали представители Фесто (Германия), Фесто-Дидактик и ТЦИ-Фесто (Россия).

В совещании приняли участие также недавно принятые в проект представители Дальневосточного Феде-

рального университета и Кыргызского государственного технического университета.

Рисунок 2 – На совещании по проекту Синергия. Слева направо: проф. О.С. Ипатов (СПГТУ); Т. Ферберне, руководитель Департамента экспорта Фесто-Дидактик по Восточной Европе;

Б. Шитов, руководитель Фесто-Дидактик по России; проф. С.М. Стажков,

руководитель проекта «Синергия» по России; проф. И.В. Брейдо (КарГТУ).

В качестве кандидатов и претендентов на прием в участники проекта присутствовали представители Санкт-

Петербургского государственного политехнического университета им. Петра Великого (СПГТУ), Новгородско-

го государственного университета им. Ярослава Мудрого и Уральского Федерального университета им.

Б.Н. Ельцина (УрФУ).

Научные сообщения

86 2/2014

На совещании были рассмотрены перспективы расширения проекта на основе создания иерархической сети

на базе региональных центров и возможности развития проекта «Синергия» по модели международного сетево-

го корпоративного университета.

На принятый в процессе Совещания в состав участников проекта СПГТУ возложены функции Северо-

Западного регионального центра Международного университетского сетевого проекта «Синергия».

Решено создать межвузовскую учебно-методическую рабочую группу из представителей каждого вуза-

участника проекта.

В весеннем семестре решили продолжить чтение лекций в режиме on-line по направлениям «Мехатроника и

робототехника», «Автоматизация технологических процессов и производств», «Управление в технических си-стемах», а координация подготовки к проведению on-line занятий возложена на КарГТУ.

Решено до начала весеннего семестра сформировать научно-технический совет проекта «Синергия» и обра-

титься к руководству ФЕСТО с предложением о формировании направлений научных исследований для моло-

дых ученых проекта.

Поручено привлечь к сотрудничеству по созданию сайта УрФУ и концерн ФЕСТО, а координация по со-

зданию сайта возложена на Северо-Западный региональный центр проекта.

До конца 2014 г. необходимо провести работу по уточнению и согласованию типового договора о сотруд-

ничестве между ТЦИ и вузами участниками проекта «Синергия», включая вузы стран-участников Таможенного

Союза.

Вузам-участникам проекта предложено проработать вопросы стимулирования преподавателей, привлекае-

мых для реализации инновационных программ обучения, а также обратиться к руководству ФЕСТО с предло-

жением проведения стажировок преподавателей проекта «Синергия» в учебных центрах ФЕСТО с целью их дальнейшего привлечения к реализации учебного процесса в университетах и по программам переподготовки,

реализуемым ФЕСТО-ДИДАКТИК РФ.

Решено согласовать с руководством ФЕСТО организацию и проведение производственных практик на про-

мышленных предприятиях ФЕСТО для лучших студентов проекта «Синергия», а также процедуру выдачи Сер-

тификатов ФЕСТО лучшим выпускникам магистратуры вузов-участников.

Предложено вузам-участникам проекта «Синергия» организовать формирование команд для участия в со-

ревнованиях WorldSkills.

КарГТУ поручено подготовить проект Меморандума об участии вузов проекта «Синергия» в международ-

ных образовательных программах, а Северо-Западному региональному центру – техническое сопровождение

on-line обучения.

Принято решение вузам подготовить статьи для публикации в специализированном выпуске журнала «Ав-томатика. Информатика» по проекту, а Международную научно-техническую интернет-конференцию молодых

ученых «Автоматизация, мехатроника, информационные технологии» считать конференцией проекта «Синер-

гия» и поддерживать участвующих в ней студентов, аспирантов и преподавателей.

Вузам-участникам поручено подготовить совместную статью о состоянии и перспективах развития проекта

«Синергия» для публикации в Анналах ДАААМ.

Таким образом, решения Совещания направлены на дальнейшее развитие перспективного сетевого между-

народного образовательного проекта «Синергия».

Важность проекта подтверждается тем фактом, что вопросы его развития рассматривались на отдельной

секции Симпозиума.

Рисунок 3 – На приеме у доктора В. Штоля. Слева направо: доктор В. Штоль; проф. Б. Каталинич (Вена), президент DAAAM, руководитель проекта «Синергия» от Фесто; проф. С.М. Стажков (Санкт-Петербург,

Военмех), руководитель проекта «Синергия» по России и проф. И.В. Брейдо (КарГТУ).

Во время приема, который доктор Вильфрид Штоль, один из владельцев международной корпорации

ФЕСТО, дал для участников проекта «Синергия», был отмечен вклад этого проекта в развитие международного

сетевого инженерного образования, а также подтверждена поддержка проекта со стороны ФЕСТО.

д.т.н., профессор И.В. Брейдо

Ғылыми мәлімдемелер

2/2014 87

Ректору Карагандинского государственного технического университета, академику НАН РК Газалиеву А.М.

Глубокоуважаемый Арстан Мауленович!

Позвольте выразить Вам благодарность за теплый, радушный прием, кото-рый Вы оказали нам во время нашего пребывания в Вашем уважаемом Уни-верситете, который за период Вашего руководства по праву стал ведущим тех-ническим высшим учебным заведением Казахстана.

Мы искренне признательны Вам за высокую оценку нашего скромного вкла-да в развитие сотрудничества между университетами проекта «Синергия», группы FESTO и DAAAM International и воспринимаем это в качестве аванса за нашу будущую работу.

Наилучшие пожелания здоровья и благополучия Вам и Вашим близким в Новом 2015 году.

Искренне Ваши

Президент of DAAAM International Vienna Univ. Prof. Dipl.-Ing.

Dr. techn. Dr. mult. h.c.

Бранко Каталинич

Председатель совета директоров межвузовского сетевого проекта

«Синергия», д.т.н., профессор

С. Стажков

88 2/2014

Уважаемые читатели!

Научно-технический журнал «АВТОМАТИКА ИНФОРМАТИКА», ISSN 1560-7305,

зарегистрирован в Министерстве информации Республики Казахстан (рег. свид. № 266-ж от 26.05.98 г. перере-

гистрационный № 4252-ж от 08.10.2003 г.), выходит 2 раза в год, объем 10-15 печ. листов, формат 60х84 1/8;

рабочие языки: казахский, русский и английский. Территория распространения: Республика Казахстан, страны

СНГ и дальнего зарубежья. Предполагается распространение электронного варианта журнала по всемирной сети INTERNET.

Журнал предназначен для докторантов и аспирантов, работников научно-исследовательских институтов,

профессорско-преподавательского состава и студентов высших учебных заведений, учителей и учащихся кол-

леджей, лицеев и школ, работников промышленных предприятий, акционерных обществ и коммерческих

структур, занимающихся вопросами информатизации и автоматизации.

Журнал знакомит читателей с основными теоретическими и прикладными аспектами информатики и авто-

матики, связи и телекоммуникаций, вычислительной техники, стандартизации и метрологии, результатами

научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, проводимых в Республике Казахстан, отдель-

ными разделами диссертационных работ. Широко представлены: передовой зарубежный и отечественный опыт

развития и внедрения информационных систем; аппаратно-программные комплексы и средства автоматизации,

результаты их внедрения; вести из ведущих мировых компаний. Журнал постоянно уделяет внимание вопросам компьютеризации, преподавания информатики, использова-

ния автоматизированных обучающих систем и разработки методических материалов для вузов, колледжей,

профессионально-технических школ и лицеев, средних школ.

Журнал предоставляет свои страницы для публикации рекламы, объявлений и сообщений для отечествен-

ных и иностранных фирм, на его страницах вы можете рассказать о своих предприятиях, их продукции, научно-

технических услугах и заключить долгосрочные договоры.

Журнал предлагает отечественным и зарубежным инвесторам на правах учредителей принять участие в под-

готовке и выпуске очередных тиражей журнала.

Реквизиты журнала: Республика Казахстан, 100027, Караганда, Б.Мира, 56, КарГТУ,

Кафедра АПП.

Тел.: 8-(721-2) 56-51-84

Факс: 8-(721-2) 56-03-28

Е-mail: [email protected].

Расчетный счет 001609735 в КФ АО «Банк Центр Кредит» г. Караганды

БИК 191801829, РНН 301700030344, КБЕ 16 Редакция журнала «АВТОМАТИКА ИНФОРМАТИКА»

С уважением, редколлегия журнала

2/2014 89

ПАМЯТКА

для авторов научно-технического журнала

«АВТОМАТИКА ИНФОРМАТИКА»

(ISSN 1560-7305)

1. Общие положения

Статья должна носить авторский характер, т.е. принадлежать лично автору или группе авторов, причем ко-

личество последних не должно быть более пяти.

Предпочтение отдается статьям, имеющим исследовательский характер и содержащим элементы научной

новизны. Рекомендуется аналитические результаты научных исследований подтверждать данными, получен-

ными экспериментальным путем или методами аналитического или имитационного моделирования.

Статья должна иметь законченный характер, то есть в ней рекомендуется отобразить кратко историю рас-

сматриваемого вопроса, поставить задачу, определить методику ее решения, привести результаты решения за-

дачи, сделать выводы и заключение, привести список литературы. Названия иностранных фирм, их продуктов и

приборов – в транскрипции первоисточника с указанием страны.

Не допускается использование в статьях фрагментов текста, рисунков или графиков из работ других авторов (или из Internet) без ссылки на них.

1.1. Материалы для публикации, подписанные авторами, включая текстовую и графические части, представ-

ляются в двух экземплярах в традиционной форме (выполненные машинописным способом), так и в виде тек-

стового файла на дискетах.

1.2. Формат бумаги – А4, печатать через 1,5 межстрочных интервала, шрифт 14.

1.3. При издании журнала используются казахский, русский и английский языки.

2. Статья и ее полная структура

2.1. УДК___________________ © Автор(ы), год

2.2. Название статьи.

2.3. Автор(ы), звание, должность, место работы.

2.4. Реферат на языке статьи. 2.5. Тело статьи (ГОСТ 7.3-77 «Оригиналы текстовые авторские и издательские»).

2.6. Литература (ГОСТ 7.1-84 «Библиографическое описание документов»).

2.7. От автора(ов) (дополнения, выражение благодарности, другие сведения по желанию).

2.8. Рефераты на казахском и английском языках, если язык статьи русский. В других случаях иные вари-

анты.

2.9. Сведения об авторе(ах): трудовая и творческая деятельность, научные интересы, успехи, монографии,

основные труды, разработки и т.д. Отдельные или совместные фотографии авторов в электронном варианте

в формате JPG. По желанию автора(ов) можно дать: почтовые адреса, контактные или сотовые телефоны, факс,

e-mail, сайт и т.п.

3. Требования к файлам

3.1. Статьи желательно готовить в «WORD 2000» (не ниже), шрифтом Times New Roman. Переносы ручные

и автоматические не производить. 3.2. Формулы должны быть набраны в формуляторе MathType или Equation.В статье не должно быть слож-

ных и громоздких формул и уравнений, особенно формульных таблиц, а также промежуточных математиче-

ских выкладок. Все сокращения и условные обозначения в формулах следует расшифровать, размерности фи-

зических величин давать в системе СИ, нумеровать следует только те формулы и уравнения, на которые есть

ссылка в тексте.

Импортирование формул претерпевает изменение их длины, так как журнальные статьи преобразуются в

две колонки. Ширина колонки 80 мм. Если формула не помещается в этот размер, то все переносы нужно вы-

полнять так, чтобы размещение было в этих пределах (сюда входит и порядковый номер формулы).

3.3. Таблицы. Для таблиц рекомендуется шрифт Times New Roman, размер шрифта (кегль) 14.

3.4. Графика. Рекомендуется компьютерная графика. Рисунки могут иметь расширения, совместимые с

Word 2000, т.е. CDR, JPG, PCD, TIF, BMP. 3.5. Для рисунков должен применяться шрифт Arial. Размер шрифта (кегль) 14. Рисунки должны быть хо-

рошего качества. Все буквенные обозначения, приведенные на рисунках, необходимо пояснять в основном или

подрисуночном тексте. Подписи под рисунками должны носить «текстовый» характер, то есть к сканированной

схеме подпись не должна выполняться на рисунке, а делаться под объектом в тексте. Это требование диктуется

тем, что сканированный текст невозможно форматировать.

3.6. Список литературы (только органически связанной со статьей) составляется в порядке цитирования и

дается в конце статьи. В тексте ссылки на литературу отмечаются порядковыми цифрами в квадратных скоб-

ках, а именно [1, 2].

4. Для переписки и контакта указать: адрес, телефон, факс, Е-mail

С УВАЖЕНИЕМ, РЕДАКЦИЯ ЖУРНАЛА «АВТОМАТИКА ИНФОРМАТИКА»

90 2/2014

© АВТОМАТИКА ИНФОРМАТИКА. 2014. №2 (35). 89 с.

Журнал 1998 жылдан шығарылады, жылына 2 рет шығады

1998 жылдың 26 мамырында №266-ж тіркеу куәлігі

және 2003 жылдың 8 қазанында № 4252-ж

қайта есепке алу куәлiктерiн

Қазақстан Республикасының Ақпарат министрлiгi берген

Журнал издается с 1998 года, выходит 2 раза в год.

Регистрационное свидетельство № 266-ж от 26 мая

1998 года и свидетельство перерегистрации

№ 4252-ж от 8 октября 2003 года выданы

Министерством информации Республики Казахстан

Редакциялық-баспа бөлімі меңгерушісі — Зав. редакционно-издательским отделом

К.К. Сагадиева

Редакторлар — Редакторы

Р.С. Искакова, Б.А. Асылбекова

Аудармашылар — Переводчики

Д.С. Байменова, Н.М. Драк

Компьютерлік ажарлау және беттеу — Компьютерный дизайн и верстка

М.М. Утебаев, У.Е. Алтайбаева

Қолжазба қайтарылмайды

Бұл басылымдағы материалдарды әр түрлi

әдiспен толық, немесе бӛлшектеп

қайталағанда, немесе кӛбейткенде

журналға сiлтеме жасау мiндеттi.

Жарнамалардың деректiлiгi үшiн

редакция жауап бермейдi

Рукописи не возвращаются

При полном или частичном воспроизведении или

размножении каким бы то ни было способом

материалов, опубликованных в настоящем

издании, ссылка на журнал обязательна.

Редакция не несет ответственности за

достоверность рекламных объявлений

Жарыққа шыққан күні Пішімі

Көлемі, б.т. Таралымы Тапсырыс

Индексі Келісімді баға

30.12.2014 60×84/8

11,3 300 307

75863 (25863)

Дата выхода в свет Формат Объем, п.л. Тираж Заказ Индекс Цена договорная

E-mail редакции: [email protected]

Отпечатано в типографии Карагандинского государственного технического университета Адрес типографии и редакции: 100027, г. Караганда, б. Мира, 56.

issn 1560-7305 2 (35) 20142/2013 1 issn 1560-7305 Журнал 1998 жылдан...

Documents