Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля

Аналіз методів представлення ієрархічної інформації в документо-орієнтованих базах даних

М.К. Дьомін, Ю.В. Полупан — Sat, 15 Mar 2025 00:00:00 +0000

Вибір ефективного методу представлення ієрархічної інформації у базах даних є важливим завданням при проєктуванні програмних систем, оскільки ієрархічні структури даних використовуються в багатьох сферах, зокрема у системах рекомендацій, управлінні ланцюгами поставок та аналітичних рішеннях. У статті аналізуються різні методи зберігання ієрархічних структур у документо-орієнтованих базах даних на прикладі MongoDB та порівнюється їх ефективність.

При роботі з невеликою кількістю ієрархічних даних майже будь-який метод буде функціонувати з прийнятною швидкістю. Однак у випадках, коли система працює з сотнями і навіть тисячами ієрархій, неправильний вибір способу їх зберігання може суттєво вплинути на продуктивність системи, збільшити операційні витрати та ускладнити обробку даних.

У рамках дослідження проаналізувані методи представлення ієрархічних структур у документо‑орієнтованих базах даних, виявлені їх переваги, недоліки та визначена їх швидкодія у реальних сценаріях використання.

Документо-орієнтовані бази даних, такі як MongoDB, надають гнучкі можливості для зберігання ієрархічних даних. У MongoDB можна використовувати кілька підходів до представлення ієрархій: метод збереження матриці суміжності, метод матеріалізованих маршрутів та метод вкладених множин.

У статі наведені результати тестування швидкодії зазначених методів для двох сценаріїв, а саме при використанні бази даних, встановленої на власний сервер, а також при використанні бази даних хмарного сервісу Microsoft Azure.

Вибір методу залежить від конкретних вимог до швидкості вибірки, задіяних операцій з ієрархіями та складності реалізації.

Метод збереження матриці суміжності показав себе набагато краще, ніж при роботі з реляційними базами даних і може використовуватися в багатьох сценаріях, оскільки він є найпростішим в реалізації. Але якщо для програмної системи характерні часті вибірки ієрархії або їх частин, то можна рекомендувати використання методу матеріалізованого маршруту оскільки він працює значно швидше, хоча і є більш складним у реалізації, та потребує більше пам’яті для збереження ієрархічної інформації. Метод вкладених множин не надає відчутних переваг для найбільш типових сценаріїв роботи. Дослідження є корисним для розробників, які проєктують системи, що працюють з великими обсягами ієрархічної інформації.

Моделювання комбінованого електромагнітного та електромеханічного приводу грохота для підвищення його ефективності

В.С. Моркун, Н.В. Моркун, С.М. Грищенко, Я.О. Грищенко — Sat, 15 Mar 2025 00:00:00 +0000

Розглянуто проблему підвищення ефективності класифікації часток подрібненої руди за крупністю в процесі її збагачення шляхом застосування для реалізації цієї операції грохота тонкого грохочення з комбінованим приводом і визначення основних закономірностей впливу параметрів вібрації просіювальної поверхні на основні характеристик процесу. Виконано теоретичний аналіз та комп’ютерне моделювання процесу тонкого грохочення рудного матеріалу. Грохот, як класифікуючий технологічний агрегат у процесі збагачення руди, розділяє вхідний подрібнений продукт за крупністю його частинок. Розглянуто динаміку як просіювальної поверхні, так і закономірності руху та взаємодії часток подрібненої руди. При моделюванні просіювальної поверхні грохота динаміку його вузлів доцільно представити у вигляді сукупності елементарних блоків, що включають елементи пружності, демпфування та маси. До основних статистичних параметрів, що описують характеристики контактних сил і силового ланцюга між частинками рудного матеріалу в процесі їх грохочення слід віднести співвідношення компонентів силового ланцюга та контактний кут. Доведено, що результати процесу вібраційного грохочення обумовлені зв’язками між параметрами вхідного рудного матеріалу, швидкістю транспортування, ефективністю просіювання та параметрами вібрації матеріалів. Параметрами вібрації визначено нахил поверхні екрана, кут вібрації, частоту та амплітуду вібрації. Показниками оцінки якості скринінгу є ефективність просіювання та швидкість транспортування рудного матеріалу. Досліджені залежності динаміки поверхні вібросита та частинок просіюваної руди використані при моделюванні руху грохота з комбінованим електромагнітним та електромеханічним приводом. Рух та взаємодія частинок рудного матеріалу на грохоті виражені через вектори розгалуження та орієнтації контактних сил. Отримано аналітичні вирази зв’язку швидкості транспортування рудного матеріалу і ефективності грохочення від кута вібрації просіювальної поверхні, які з високою вірогідністю відображають зазначені залежності.

Лазерне зварювання тонкостінних виробів з віссю обертання типу труба-штуцер виготовлених з корозійностійких високолегованих сталей

Ю.В. Юрченко, О.В. Сіора, М.В. Соколовський, Д.А. Гардер, А.В. Бернацький — Sat, 15 Mar 2025 00:00:00 +0000

Тонкостінні вироби з віссю обертання, виготовлені з різнорідних корозійностійких сталей, зокрема аустенітного та мартенситно-феритного класу, знаходять широке застосування в промисловості. Аустенітні сталі відзначаються високою корозійною стійкістю та механічними характеристиками при підвищених температурах, тоді як мартенситно- феритні сталі демонструють кращу стійкість до корозійного розтріскування та є більш економічною альтернативою для використання у водних середовищах. Зварювання таких різнорідних матеріалів супроводжується складнощами, пов’язаними з відмінностями у фізичних, механічних і металургійних властивостях, що призводить до утворення зон з підвищеними напруженнями та можливими структурними дефектами. Лазерне зварювання забезпечує мінімізацію теплового впливу та дає змогу контролювати структуру зварного з’єднання, однак його застосування для зварювання тонкостінних виробів із різнорідних сталей потребує подальших досліджень. Визначення впливу термічного циклу на властивості зварних з’єднань залишається актуальною проблемою, оскільки невідповідність геометричних параметрів зварного з’єднання може призвести до зниження втомної міцності деталей. У межах дослідження проведено зварювання стикових з’єднань тонкостінних виробів із віссю обертання, виготовлених із сталі 12Х18Н10Т (труба) та сталі 14Х17Н2 (штуцер), із застосуванням Nd:YAG-лазера «DY044» (потужність 4,4 кВт, довжина хвилі 1,06 мкм). Був обраний наступний оптимальний режим зварювання: потужність лазерного випромінювання P = 1 кВт, швидкість зварювання V_зв = 600 мм/хв, величина розфокусування лазерного випромінювання ∆F = +2 мм. Для захисту зварного з’єднання були використані два захисні гази: аргон подавався знизу зварюваних деталей із витратою 14 л/хв, а гелій – зверху із витратою 30 л/хв. Визначено, що всі зразки демонструють руйнування в зоні зварного з’єднання під дією вібраційних навантажень у діапазоні напружень 14–28 кгс/мм². Аналіз мікроструктури зламів підтвердив розвиток втомного руйнування, яке починається в зоні зварного з’єднання, а в окремих випадках переходить у тіло труби. Виявлено дефекти геометрії зварного з’єднання, зокрема увігнутість кореня на глибину до 0,2 мм, що перевищує допустимі значення. Також зафіксовано перевищення ширини зварного з’єднання на окремих зразках (до 1,5 мм за нормативу 1–1,1 мм). Металографічні дослідження не виявили дефектів у вигляді пор, раковин чи шлакових включень, а мікроструктура матеріалу деталей оцінена як задовільна. Твердість матеріалу штуцерів становить HRC31, що відповідає технічним вимогам. Перегрів зони зварювання та високі внутрішні напруження під час зварювання визначено як ключові фактори, що сприяють виникненню тріщин. Для усунення виявлених дефектів рекомендовано оптимізацію параметрів лазерного зварювання, зокрема потужності випромінювання та швидкості зварювання. Крім того, запропоновано заходи для зменшення ймовірності утворення гарячих тріщин, зокрема подрібнення зерна шляхом введення мікролегуючих елементів (Ti, B), використання додаткового сканування лазерного випромінювання або ультразвукової вібрації під час зварювання.

Застосування явища кавітації і кавітаційного реактору для інтенсифікації процесу естерифікації

М.С. Андреєв, Г.С. Столяренко — Sat, 15 Mar 2025 00:00:00 +0000

У статті досліджено використання явища кавітації для покращення процесу естерифікації, що відіграє важливу роль у хімічній та нафтохімічній промисловості. Розглянуто механізми формування кавітаційних бульбашок, їх вплив на фізико-хімічні характеристики середовища та прискорення реакцій у рідинних системах. Показано переваги кавітаційного реактора для удосконалення технологічних процесів, що сприяє підвищенню продуктивності та зниженню енергетичних витрат.

Естерифікація є поширеним способом синтезу складних ефірів, які знаходять застосування в органічному синтезі, виробництві біопалива, харчовій, косметичній та фармацевтичній галузях. Традиційні методи естерифікації вимагають значних енергетичних витрат та каталізаторів для ефективного перебігу реакцій. У роботі доведено, що використання кавітаційних явищ сприяє інтенсивнішому змішуванню реагентів, розриву міжмолекулярних зв’язків, підвищенню ефективності каталізу та скороченню тривалості процесу.

Розглянуто різні типи кавітаційних реакторів, серед яких гідродинамічні, ультразвукові та акустичні системи, а також їхній вплив на ефективність естерифікації. Наведено результати експериментальних досліджень, які демонструють, що застосування кавітації забезпечує стабільність продуктів реакції, мінімізує утворення побічних продуктів та збільшує вихід кінцевого ефіру. Визначено оптимальні параметри роботи кавітаційного реактора, такі як тиск, частота ультразвукових хвиль, температура та швидкість подачі реагентів.

Крім того, стаття містить аналіз економічної ефективності впровадження кавітаційних технологій у промисловість. Встановлено, що застосування кавітаційних ефектів сприяє значному зменшенню енергоспоживання, скороченню витрат на каталізатори та покращенню екологічних показників виробництва. Обговорено перспективи розвитку цієї технології, зокрема можливість її інтеграції у сучасні виробничі лінії та застосування у суміжних галузях промисловості.

Таким чином, результати дослідження підтверджують, що кавітація є потужним засобом для інтенсифікації естерифікаційних процесів, забезпечуючи підвищену ефективність реакцій, зниження енергетичних витрат та покращення якості кінцевого продукту. Використання кавітаційних технологій відкриває нові можливості для вдосконалення хімічних виробництв та підвищення їх конкурентоспроможності.

Cпособи переробки полімерних відходів

Б.П. Савчук, Д.В. Пушкарьов — Sat, 15 Mar 2025 00:00:00 +0000

Проведено аналіз існуючих способів утилізації пластикових відходів, таких як захоронення, спалювання, механічна та хімічна переробка. Показано переваги та недоліки існуючих способів утилізації та переробки пластмасових відходів в різних частинах світу. Так, захоронення та спалювання є найпоширенішими та найдешевшими способами утилізації полімерних відходів. Захоронення призводить лише до накопичення відходів на сміттєзвалищах, а спалювання полімерних відходів дозволяє регенерувати значну кількість енергії, що може бути використана в різних галузях. Проте спалювання генерує надмірне виділення парникового газу в атмосферу, що негативно впливає на навколишнє середовище. Механічна та хімічна переробка полімерних відходів дозволяє знижувати обсяги відходів та повторно використовувати матеріали. Проте при обробці пластиків важливою є проблема сортування відходів, що ускладнює переробку пластикових сумішей та знижує ефективність використання цих технологій.

Проведено пошук нових підходів в процесах утилізації та переробки полімерних відходів, що дозволять реалізувати принципи циклічного використання матеріалів.

Розглянуто особливості процесів переробки різних типів полімерних матеріалів методами механічної та хімічної переробки з попереднім сортуванням за типами. Встановлено можливості повторного застосування отриманих продуктів перероблення полімерних матеріалів. Проаналізовано можливість застосування біополімерів для вирішення проблеми утилізації полімерних відходів. Розглянуто можливість застосування принципів циклічної економіки до організації переробки відходів біополімерів. Показано можливість ефективного поєднання комплексних рішень в напрямку управління полімерними відходами при реалізації засад бережного виробництва.

Запропоновано комплексний підхід до переробки полімерних відходів синтетичних та біополімерів шляхом їх перетворення у продукти придатні для повторного використання з використанням сучасним методів та підходів, цифрових технологій та нових концепцій. Застосування елементів діджиталізації при організації переробки полімерних відходів дозволить перенести ці технології на наступний щабель розвитку для забезпечення сталого розвитку та покращення екологічної ситуації.

Дослідження процесів циклічної переробки ПВХ композитів

А.П. Савчук, Т.Р. Федорів — Sat, 15 Mar 2025 00:00:00 +0000

У роботі досліджено вплив пластифікаторів і наповнювачів на процес циклічної переробки жорсткої ПВХ композиції. Процес багатократної переробки жорсткої ПВХ композиції був змодельований за допомогою методики циклічної переробки на лабораторному устаткуванні з використанням одношнекового екструдера. В процесі циклічної переробки проводили вимірювання фізико-механічних і реологічних характеристик ПВХ композитів, таких як міцність на розрив відносне видовження та показник течії розплаву. Зокрема, було оцінено стабільність механічних властивостей та показника течії розплаву при додаванні пластифікатора та наповнювача, таких як діізононілфталат і карбонат кальцію відповідно. Встановлено, що введення 1 масової частини діізононілфталату дозволяє зберігати стабільними механічні характеристики ПВХ композиту протягом п’яти циклів переробки, що є важливим для підтримки постійних експлуатаційних властивостей матеріалу в умовах багаторазової переробки. Крім того, при додаванні карбонату кальцію в кількості до 10 масових частин зберігаються високі механічні властивості ПВХ композиту впродовж 5 циклів переробки, що дозволяє значно підвищити ефективність його використання в процесах циклічної переробки. Встановлено, що раціональні концентрації пластифікаторів і наповнювачів дозволяють значно поліпшити реологічні характеристики, зокрема, підвищення показника ПТР, що полегшує переробку ПВХ композиту в процесі екструзії та знижує енергетичні витрати при його переробці. В роботі запропоновано нову методику циклічної переробки жорсткої ПВХ композиції з додаванням до рецептури раціональної кількості пластифікатора та наповнювача. Дана методика дозволяє зберігати стабільність властивостей матеріалу протягом п’яти циклів переробки, що робить її економічно ефективною для використання в умовах виробництва з обмеженими ресурсами. Отримані результати є важливими для розробки технологій багаторазової переробки полімерних матеріалів, що відповідають принципам циклічної економіки, та можуть бути впроваджені у виробництво первинних ПВХ виробів з високими вимогами до експлуатаційних характеристик.

Викиди парникових газів від системи генерування енергії на викопаному паливі

І.В. Мелконова, Г.Л. Мелконов — Sat, 15 Mar 2025 00:00:00 +0000

Глобальне потепління є визнаною загрозою для стабільності клімату Землі. Єдиний шлях контролювати глобальне потепління означає контролювати концентрацію парникових газів у атмосфера. Є лише два способи зробити це: замінити паливо з високим вмістом вуглецю на паливо з низьким вмістом вуглецю або безвуглецеве паливо; виробляти та використовувати енергію більш ефективно.

Концентрація вуглекислого газу в атмосфері вперше в історії людства досягла максимального рівня, а 67% викидів парникових газів спричиняє саме енергетика і спалювання викопних видів палива. Великий рівень концентрації вуглекислого газу спостерігався близько 3 – 5 млн років тому, коли температура на Землі була на кілька градусів вища, ніж зараз. Зокрема у 2018 році цей показник становив 405,5 ppm. Зазвичай кількість CO2 змінюється в залежності від пори року, найбільші показники фіксуються у північній півкулі навесні та на початку літа. Проте середньорічна концентрація CO2 неухильно збільшується. Вчені пов’язують це з використанням твердих видів палива, адже 67% викидів парникових газів спричинено саме енергетикою та спалюванням викопних видів палива, що призводить до підвищення середньої глобальної температури.

З огляду на нагальну потребу посилення екологічного контролю за станом повітря, та пошуків шляхів зниження концентрації СО2 в атмосферному повітрі необхідні пошуки нових шляхів вирішення цієї ситуації та розробки систем моніторингу контролю атмосферних викидів. Ці заходи дадуть змогу значно зменшити обсяги викидів в атмосферу.

Прямі викиди від виробництва електроенергії базуються на національних даних або розраховуються на основі джерел виробництва електроенергії та коефіцієнтів викидів бази даних. Коефіцієнти викидів визначаються для країни і основних технологій, джерел палива, тому можуть не відображати реальні характеристики палива, зміни ефективності виробництва електроенергії, різні підходи до розподілу викидів у випадку когенерації та деякі інші фактори. Результати розрахунку залишкових коефіцієнтів для європейських країн публікуються щорічно. Залишкові коефіцієнти викидів для електроенергії можуть розраховуватися і на рівні окремих країн.

Oцінка впливу BIM-технологій на курс розвитку нафтогазової індустрії

Н.Я. Данилюк, А.М. Чеверда — Sat, 15 Mar 2025 00:00:00 +0000

Дана наукова стаття проводить всебічний аналіз впливу технологій будівельно-інформаційного моделювання (BIM) на сучасний курс розвитку нафтогазової індустрії, розкриваючи значення впровадження цих технологій у різні аспекти галузі. У статті розглядаються як поточні, так і перспективні виклики, з якими стикається нафтогазова індустрія в умовах постійного зростання складності проєктів та суворих вимог до ефективності й екологічної сталості. Особливу увагу приділено аналізу впливу BIM на всі етапи життєвого циклу проєктів, починаючи від концептуального проєктування та планування до будівництва, експлуатації та подальшого керування об'єктами. В рамках дослідження розкрито, як цифрові технології сприяють підвищенню точності прогнозування, оптимізації ресурсів, скороченню витрат і зменшенню ризиків під час реалізації проєктів у нафтогазовому секторі. Також досліджуються питання інтеграції BIM із традиційними процесами керування проєктами та об'єктами в галузі, а також їхній потенціал для досягнення більш сталого та ефективного функціонування індустрії. Додатково розглянуто вплив використання BIM на підвищення рівня безпеки праці, контроль за технічним станом об’єктів та їхню відповідність екологічним нормам, що набуває особливої важливості в умовах сучасного глобального порядку денного. Окремий розділ присвячено аналізу потенційних перешкод на шляху до впровадження BIM, включаючи технологічні, організаційні та фінансові бар'єри, та розгляду шляхів їх подолання через адаптацію бізнес-процесів та підвищення кваліфікації персоналу. Виявлено, що ключовими викликами є висока вартість впровадження нових технологій, необхідність змін у корпоративній культурі підприємств та інтеграція BIM із наявними цифровими платформами. Водночас дослідження підкреслює важливість стратегічного підходу до впровадження BIM, який має включати створення нормативно-правової бази, розвиток освітніх програм для спеціалістів галузі та впровадження системи безперервного моніторингу ефективності впроваджених рішень. Стаття надає детальні рекомендації щодо стратегічного впровадження BIM у нафтогазову галузь, враховуючи швидкий розвиток технологій і зміни в нормативно-правовій базі. Висвітлено також можливі шляхи розвитку цієї технології у майбутньому, її роль у забезпеченні стійкості та ефективності нафтогазових проєктів, а також у формуванні більш прозорого та інтегрованого підходу до керування нафтогазовими активами. Окремо розглянуто перспективи застосування BIM у поєднанні з іншими передовими технологіями, такими як штучний інтелект, Інтернет речей (IoT) та великі дані, що дозволяє створювати цифрові двійники об’єктів і прогнозувати їхню експлуатаційну ефективність у режимі реального часу. У кінцевому результаті, стаття пропонує бачення майбутнього нафтогазової індустрії в умовах активного застосування BIM-технологій, що дозволяє розширити межі можливого для цієї критично важливої галузі. Результати дослідження можуть бути корисними для науковців, інженерів, керівників підприємств та державних організацій, які займаються розробкою стратегій розвитку нафтогазового сектору та прагнуть підвищити його ефективність і конкурентоспроможність на глобальному рівні.

Застосування систем автоматичного проєктування (САПР) у розробці інноваційного поліграфічного обладнання: синтез функціональності та дизайну

M.A. Зенкін, A.І. Іванко, В.Ю. Мялковський — Sat, 15 Mar 2025 00:00:00 +0000

У статті проведено комплексне дослідження та обґрунтування науково-практичних підходів до інтеграції систем автоматизованого проєктування (САПР) у процеси створення інноваційних видів і серій поліграфічного обладнання, враховуючи синтез функціональності та естетичного дизайну, що сприяє вдосконаленню конструктивних і естетичних параметрів друкарських систем. Виявлено, що сучасні концепції промислового дизайну, які лежать в основі проєктування поліграфічного обладнання, передбачають детальний аналіз взаємодії людини з машиною, спрямований на оптимізацію форми, функціональності та візуального оформлення пристроїв. Досліджено роль САПР як ключового інструменту, який не лише підвищує технологічні характеристики друкарських систем, але й суттєво скорочує час розробки завдяки можливостям цифрового моделювання та оптимізації конструкцій. Оцінено переваги використання цифрових технологій, які замінюють традиційні методи креслення та моделювання, спрощуючи створення технічної документації та внесення змін до конструктивних параметрів. Обґрунтовано, що автоматизована генерація тривимірних візуалізацій у САПР забезпечує проєктування структури поліграфічних систем із врахуванням матеріалів, механічних властивостей та ергономічних характеристик, дозволяючи імітувати реальні умови експлуатації та проводити попередні тести без необхідності створення фізичних прототипів. Розроблено підходи до інтеграції САПР у спеціалізовані сфери, такі як автоматизоване промислове проєктування (CAID), концептуальне проєктування (CACD) та проєктування процесів (CAPP), що сприяють оптимізації моделювання та виявленню конструктивних недоліків на ранніх етапах. Запропоновано шляхи модернізації існуючих САПР-систем для підвищення їхньої гнучкості у розробці інноваційних конструкцій, враховуючи потреби поліграфічної галузі. Виявлено, що, попри значне зменшення часових і фінансових витрат завдяки САПР, залишаються технологічні бар’єри, пов’язані з недостатньою адаптивністю програмного забезпечення до створення складних механічних систем, що потребує подальших досліджень.

Актуальність забезпечення і методи підвищення безпеки руху пішоходів при перетині залізничних колій

Ю.З. Лесів, В.В. Ковальчук — Sat, 15 Mar 2025 00:00:00 +0000

Проведений аналіз динаміки аварійності на залізничному транспорті зі сторонніми особами, що виникли внаслідок наїзду рухомим складом з кожним роком зростає. Це пов’язано із збільшенням пішохідних потоків в урбанізованих містах, у яких залізниця розриває маршрути руху пішоходів, що в багатьох випадках призводить до порушень правил безпечного переходу пішоходами залізничних колій. Тому акутальною та своєчасною є задача забезпечення безпеки руху пішоходів при перетині залізничних колій. Метою статті є аналіз факторів та узагальнення методів, які впливають на забезпечення безпеки руху пішоходів при перетині залізничних колій в одному рівні Проаналізовано причини та фактори, які впливають на настання транспортних подій з учасниками руху при перетині залізничних колій. Встановлено, що основними причинами зростання аварійності з учасниками пішохідного руху в межах залізниці є несанціоновані переходи та відсутність засобів попередження транспортних подій. Проаналізовано сучасні методи, які впливають на забезпечення безпеки руху пішоходів при перетині залізничних колій. До них належать облаштування спеціальних пішохідних переходів із інформаційними, наочними та бар’єрними засобами попередження пішоходів про рух рухомого складу. Також встановлено, що на безпеку руху пішоходів впливають законодавчо-суспільні фактори в контексті питань формування безпечного середовища на залізницях. На основі аналізу світового досвіду та кращих практик підвищення безпеки руху на залізниці, у роботі запропоновано введення терміну «Залізничний пішохідний перехід» та його визначення. Наведено пропозиції розширення існуючої категорійності залізничних переїздів в Україні з поділом на пішохідний рух. Запропоновано рекомендації щодо удосконалення інфраструктури залізничних пішохідних переходів шляхом інтеграції інтелектуальних систем оповіщення та контролю. Визначено перспективні напрями досліджень у сфері підвищення безпеки руху на залізничних переходах, зокрема впровадження автоматизованих систем моніторингу та управління пішохідними потоками через залізничні колії.