Электромагнит расчет: Магнитек — Пример простейшего расчёта электромагнита

Магнитек — Пример простейшего расчёта электромагнита

Электромагнит применяется во многих электротехнических приборах. Он представляет собой катушку из проволоки, намотанной на железный сердечник, форма которого может быть различной. Железный сердечник является одной частью магнитопровода, а другой частью, с помощью которой замыкается путь магнитных силовых линий, служит якорь. Магнитная цепь характеризуется величиной магнитной индукции — В, которая зависит от напряженности поля и магнитной проницаемости материала. Именно поэтому сердечники электромагнитов делают из железа, обладающего высокой магнитной проницаемостью. 

   При конструировании электромагнитов весьма желательно получить большой силовой поток. Добиться этого можно, если уменьшить магнитное сопротивление. Для этого надо выбрать магнитопровод с наименьшей длиной пути силовых линий и с наибольшим поперечным сечением, а в качестве материала — железоматериал с большой магнитной проницаемостью.

   Другой путь увеличения силового потока путем увеличения ампервитков не является приемлемым, так как в целях экономии проволоки и питания следует стремиться к уменьшению ампервитков.

   Обычно расчеты электромагнитов делаются по специальным графикам. В целях упрощения в расчетах мы будем также пользоваться некоторыми выводами из графиков. Предположим, требуется определить ам-первитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке 4,а и сделанного из железа самого низкого качества.

   Рассматривая график намагничивания железа, нетрудно убедиться, что наиболее выгодной является магнитная индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2, что соответствует от 2 до 7 ампервиткам на 1 см. Для намотки катушек с наименьшим числом витков и более экономичных в смысле питания для расчетов надо принимать именно эту величину (10 000 силовых линий на 1 см2 при 2 ампервитках на 1 см длины). В этом случае расчет может быть произведен следующим образом. Так, при длине магнитопровода Z=/1-)-/2, равной 20 см -f- 10 см = 30 см, потребуется 2×30=60 ампервитков. 25 кг. При определении подъемной силы необходимо помнить, что она зависит не только от длины магнитопровода, но, и от площади соприкосновения якоря и сердечника. Поэтому якорь должен точно прилегать к полюсным наконечникам, иначе даже малейшие воздушные прослойки вызовут сильное уменьшение подъемной силы.

   Далее производится расчет катушки электромагнита. В нашем примере подъемная сила в 25 кг обеспечивается 60 ампервитками. Рассмотрим, какими средствами можно получить произведение N-J—60 ампервиткам.

   Очевидно, этого можно добиться либо путем использования большого тока при малом количестве витков катушки, например 2 а и 30 витков, либо путем увеличения числа витков катушки при уменьшении, тока, например 0,25 а и 240 витков. Таким обра-1 зом, чтобы электромагнит имел подъемную силу в 25 кг, на его сердечник можно намотать, и 30 витков и 240 витков, но при этом изменить величину питающего тока. Конечно, можно выбрать и другое соотношение.

   Однако изменение величины тока в больших пределах не всегда возможно, так как оно обязательно потребует изменения диаметра применяемой проволоки. Так, при кратковременной работе (несколько минут) для проводов диаметром до 1. мм допустимую плотность тока, при которой не происходит сильного перегревания провода, можно принять равной 5 A/мм2. В нашем примере проволока должна быть следующего сечения: для тока в 2A — 0,4 мм2, а для тока в 0,25A — 0,05 мм2.

   Каким же из этих проводов следует производить обмотку?
С одной стороны, выбор диаметра провода может определяться имеющимся у руководителя ассортиментом проволоки, с другой — возможностями источников питания как по току, так и по напряжению. Действительно, две катушки, одна из которых изготовлена из толстой проволоки в 0,7 мм и с небольшим числом витков — 30, а другая — из проволоки в 0,2 мм и числом витков 240, будут иметь резко различное сопротивление.

   Зная диаметр проволоки и ее длину, можно легко определить сопротивление. Длина проволоки равна произведению общего числа витков на длину одного из них (среднюю): l=Nxlt где lt — длина одного витка, равная 3,14 x Д. В нашем примере Д = 2 см, и 1г x 6,3 см. Следовательно, для первой катушки длина провода будет 30 x 6,3 = 190 см, а для второй — 240 X 6,3 = 1 512 см. Сопротивления обмоток будут также различными. 

   Пользуясь законом Ома, нетрудно вычислить необходимое напряжение. Так, для создания в обмотках тока в 2A необходимое напряжение равно 0,2B, а для тока в 0,25A — 2,5B.

   Таким образом, для питания первой катушки достаточно одного элемента или аккумулятора, причем для понижения напряжения приходится включать реостат; для питания второй катушки необходимо взять два элемента, соединяя их последовательно. Ясно, что во втором случае имеется меньше потерь электроэнергии и обмотка получается более выгодной.

   Анализ полученных результатов позволяет сделать еще такой вывод: диаметр проволоки подбирается так, чтобы питание катушки можно было производить только от одного элемента (или аккумулятора) без каких-либо реостатов, где энергия тратится непроизвольно. Нетрудно заметить, что при диаметре проволоки приблизительно 0,4 мм и силе тока около 0,4 а нужное напряжение для питания катушки составит 1,3-г-1,4 в,-то-есть как раз напряжение одного элемента.  

Таков элементарный расчет электромагнитов.

Все своими руками Электромагниты | Все своими руками

     Однажды, в очередной раз, перелистывая книгу, которую нашел у мусорного бачка, обратил внимание на простой, приблизительный расчет электромагнитов. Титульный лист книги показан на фото1.

      Вообще их расчет это сложный процесс, но для радиолюбителей, расчет, приведенный в этой книге, вполне подойдет. Электромагнит применяется во многих электротехнических приборах. Он представляет собой катушку из проволоки, намотанной на железный сердечник, форма которого может быть различной. Железный сердечник является одной частью магнитопровода, а другой частью, с помощью которой замыкается путь магнитных силовых линий, служит якорь. Магнитная цепь характеризуется величиной магнитной индукции — В, которая зависит от напряженности поля и магнитной проницаемости материала. Именно поэтому сердечники электромагнитов делают из железа, обладающего высокой магнитной проницаемостью. В свою очередь, от магнитной индукции зависит силовой поток, обозначаемый в формулах буквой Ф. Ф = В • S — магнитная индукция — В умноженная на площадь поперечного сечения магнитопровода — S. Силовой поток зависит также от так называемой магнитодвижущей силы (Ем), которая определяется числом ампервитков на 1см длины пути силовых линий и может быть выражена формулой:
Ф = магнитодвижущая сила (Ем) • магнитное сопротивление (Rм)
Здесь Ем = 1,3•I•N, где N — число витков катушки, а I — сила текущего по катушке тока в амперах. Другая составляющая:
Rм = L/M•S, где L — средняя длина пути силовых магнитных линий, М — магнитная проницаемость, a S — поперечное сечение магнитопровода. При конструировании электромагнитов весьма желательно получить большой силовой поток. Добиться этого можно, если уменьшить магнитное сопротивление. Для этого надо выбрать магнитопровод с наименьшей длиной пути силовых линий и с наибольшим поперечным сечением, а в качестве материала — железоматериал с большой магнитной проницаемостью. Другой путь увеличения силового потока путем увеличения ампервитков не является приемлемым, так как в целях экономии проволоки и питания следует стремиться к уменьшению ампервитков. Обычно расчеты электромагнитов делаются по специальным графикам. В целях упрощения в расчетах мы будем также пользоваться некоторыми выводами из графиков. Предположим, требуется определить ампервитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке 1,а и сделанного из железа самого низкого качества.

     Рассматривая график (к сожалению я его в приложении не нашел) намагничивания железа, нетрудно убедиться, что наиболее выгодной является магнитная индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2, что соответствует от 2 до 7 ампервиткам на 1 см. Для намотки катушек с наименьшим числом витков и более экономичных в смысле питания для расчетов надо принимать именно эту величину (10 000 силовых линий на 1 см2 при 2 ампервитках на 1 см длины). В этом случае расчет может быть произведен следующим образом. Так, при длине магнитопровода L =L1+L2 равной 20 см + 10 см = 30 см, потребуется 2×30=60 ампервитков.
Если диаметр D сердечника (Рис.1,в)примем равным 2 см, то его площадь будет равна: S = 3,14xD2/4 = 3,14 см2. 0тсюда возбуждаемый магнитный поток будет равен: Ф = B х S= 10000 x 3,14=31400 силовых линий. Можно приближенно вычислить и подъемную силу электромагнита (P). P = B2 • S/25 • 1000000 = 12,4 кг. Для двухполюсного магнита этот результат следует удвоить. Следовательно, Р=24,8 кг = 25 кг. При определении подъемной силы необходимо помнить, что она зависит не только от длины магнитопровода, но и от площади соприкосновения якоря и сердечника. Поэтому якорь должен точно прилегать к полюсным наконечникам, иначе даже малейшие воздушные прослойки вызовут сильное уменьшение подъемной силы. Далее производится расчет катушки электромагнита. В нашем примере подъемная сила в 25 кг обеспечивается 60 ампервитками. Рассмотрим, какими средствами можно получить произведение N•J = 60 ампервиткам.
Очевидно, этого можно добиться либо путем использования большого тока при малом количестве витков катушки, например 2 А и 30 витков, либо путем увеличения числа витков катушки при уменьшении тока, например 0,25 А и 240 витков. Таким образом, чтобы электромагнит имел подъемную силу в 25 кг, на его сердечник можно намотать и 30 витков и 240 витков, но при этом изменить величину питающего тока. Конечно, можно выбрать и другое соотношение. Однако изменение величины тока в больших пределах не всегда возможно, так как оно обязательно потребует изменения диаметра применяемой проволоки. Так, при кратковременной работе (несколько минут) для проводов диаметром до 1 мм допустимую плотность тока, при которой не происходит сильного перегревания провода, можно принять равной 5 а/мм2. В нашем примере проволока должна быть следующего сечения: для тока в 2 а — 0,4 мм2, а для тока в 0,25 а — 0,05 мм2, диаметр проволоки будет 0,7 мм или 0,2 мм соответственно. Каким же из этих проводов следует производить обмотку? С одной стороны, выбор диаметра провода может определяться имеющимся ассортиментом проволоки, с другой — возможностями источников питания, как по току, так и по напряжению. Действительно, две катушки, одна из которых изготовлена из толстой проволоки в 0,7 мм и с небольшим числом витков — 30, а другая — из проволоки в 0,2 мм и числом витков 240, будут иметь резко различное сопротивление. Зная диаметр проволоки и ее длину, можно легко определить сопротивление. Длина проволоки L равна, произведению общего числа витков на длину одного из них (среднюю): L = N x L1 где L1 — длина одного витка, равная 3,14 x D. В нашем примере D = 2 см, и L1 = 6,3 см. Следовательно, для первой катушки длина провода будет 30 x 6,3 = 190 см, сопротивление обмотки постоянному току будет примерно равно ? 0,1 Ом, а для второй — 240 x 6,3 = 1 512 см, R ? 8,7 Ом. Пользуясь законом Ома, нетрудно вычислить необходимое напряжение. Так, для создания в обмотках тока в 2А необходимое напряжение равно 0,2В, а для тока в 0,25А — 2,2В.
Таков элементарный расчет электромагнитов. Конструируя электромагниты, надо не только производить указанный расчет, но и уметь выбрать материал для сердечника, его форму, продумать технологию изготовления. Удовлетворительными материалами для изготовления сердечников в кружках являются прутковое железо (круглое и полосовое) и различные. железные изделия: болты, проволока, гвозди, шурупы и т. д. Чтобы избежать больших потерь на токах Фуко, сердечники для приборов переменного тока необходимо собирать из изолированных друг от друга тонких листов железа или проволоки. Для придания железу «мягкости» его необходимо подвергать отжигу. Большое значение имеет и правильный выбор формы сердечника. Наиболее рациональные из них кольцевые и П-образные. Некоторые из распространенных сердечников показаны на рисунке 1.

Просмотров:39 967

Определение тягового усилия электромагнита | CAE Expert

С целью верификации, уточнения, оптимизации предполагаемых силовых характеристик электромагнита была произведена серия расчётных экспериментов в среде моделирования ANSYS. Основными задачами численного эксперимента были:

1. Первая часть расчёта заключалась в подборе сталей для корпуса и втулки, чтобы силовые характеристики электромагнита при различном немагнитном зазоре удовлетворяли значениям, представленным в задании.
2. Во второй части работы для подобранной стали необходимо рассчитать тяговое усилие, приложенное к якорю электромагнита во всем диапазоне рабочего зазора при различных величинах токов обмотки.   

Геометрическая модель электромагнита. Распределение магнитной индукции в элементах рабочей зоны.

Топология электромагнита была весьма близка к осесимметричной, поэтому было принято допущение рассматривать электромагнит в осевой симметрии, на завершающем этапе проводить уточняющие расчёты на трехмерной геометрической модели. Задача затруднялась подготовкой большого количества данных основных кривых намагничивания нелинейных сталей.

Работа велась поэтапно:

Первая часть работы:

Моделирование магнитного поля в ANSYS Maxwell

• Подготовка геометрической модели, исключение из модели элементов не влияющих на распределение магнитного поля в расчётной области.

Упрощённая трехмерная модель электромагнита.

• Создание массива допустимых материалов для перебора.
• Проводился статический параметрический расчёт с перебором значений рабочего зазора для нескольких контрольных точек, нелинейных материалов, величин токов обмотки.

Streamline магнитной индукции. Магнитный поток замыкается через скрытые элементы корпуса и воздушный зазор, создавая втягиваемое усилие на якоре.

Вторая часть работы:

• Опираясь на первую часть расчёта была выбрана сталь для элементов модели, при которой значения тягового усилия электромагнита удовлетворяли заданию.
• Для построения характеристик тягового усилия во всем диапазоне хода якоря использовался параметрический расчёт с перебором значений зазора и приложенного намагничивающего тока.

Тяговое усилие во всем диапазоне ходя якоря для различного намагничивающего тока.

расчет и конструирование. Теория подобия магнитных систем.

Приборостроение

30. Электромагниты: расчет и конструирование. Теория подобия магнитных систем

Что касается электромагнитов как приборов, то их применяют в качестве коммутирующих устройств, в виде реле и удерживающих устройств.

Электромагнит-реле – устройство, которое состоит из постоянного электромагнита, из контактов для замыкания—размыкания, а также из обмотки возбуждения. Электромагнит срабатывает, замыкает или размыкает, в зависимости от появления тока в возбуждающей обмотке.

Для того, чтобы приводить в действие более мощные реле, для формирования выдержки времени, кодов и в других целях, нецелесообразно использовать только одно реле, для этого применяют как бы каскад из электромагнитных реле с различной мощностью.

Первичное реле – это то, которое срабатывает от первичного управляющего сигнала.

Вторичное реле служит для усиления сигнала первичного реле, для других целей. Можно использовать и следующие по порядку электромагнитные реле.

В конце каскада находится исполнительное реле, которое и управляет объектом, его выходной сигнал достаточен для этого. Реле, которое находится между исполнительным устройством и первичным реле, называется промежуточным: оно усиливает слабый выходной сигнал от первого реле до величины, достаточной для возбуждения обмотки исполнительного реле.

Если реле возбуждается при большем токе, чем задан, то его называют максимальным реле. Если наоборот, то минимальным. Если реле срабатывает по знаку или фазе управляющего сигнала, то его называют реле направленного действия.

Как достичь коммутации для требуемых мощностей, объяснено выше: путем усиления слабого сигнала через промежуточное реле.

Кроме вопроса коммутации мощности, существует вопрос о времени срабатывания электромагнитных устройств. Время срабатывания бывает на отключение и включение и обозначает.

t_с = t_тр + t_дв

Основные теоремы теории подобия магнитных систем.

Эти теоремы следующие.

1. Если две и более магнитные системы одинаковы по геометрии, то они имеют одинаковые конфигурации магнитных полей.

2. Если изменить конфигурацию магнитной системы в n раз, то, во-первых магнитный поток изменится в n2 раз, но напряженность магнитного поля и магнитная индукция не изменятся; во-вторых, изменение тока в n раз приводит к увеличению плотности тока во столько же раз и к уменьшению во столько же раз выделения тепла, теплоотдачи, условий охлаждения. В третьих, увеличение тока в n раз вызывает уменьшение плотности тока в магнитной системе во столько же раз, увеличение тех же параметров, которые перечислены выше (тепло и теплоотдача) во столько же раз.

3. Если увеличить геометрические размеры электромагнита в n раз, оставив неизменным условие охлаждения и число витков в обмотке, то при увеличении тока в ?n³ раз напряженность поля Н и магнитная индукция В возрастут в n² раз, потребляемая мощность – в n² раз, а насыщение магнитного поля не наступит.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Калькулятор магнитодвижущей силы • Магнитостатика, магнетизм и электродинамика • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Определения и формулы

Магнитодвижущая сила (МДС) представляет собой физическую величину, характеризующую магнитное действие электрического тока. Для соленоида с током магнитодвижущую силу можно определить по формуле

где F_m — магнитодвижущая сила, измеряемая в амперах, ампер-витках и иногда в гильбертах, I — ток в амперах и ω — число витков.

Если известны создаваемая соленоидом напряженность магнитного поля (поля H) и его длина, магнитодвижущую силу можно определить по формуле

где H — напряженность магнитного поля (поля H), измеряемая в амперах на метр (А/м) в СИ или в эрстедах (Э) в СГС и L — длина соленоида или длина окружности тороидальной катушки.

Общие сведения

Парадоксальным образом магнитные взаимодействия, считающиеся в физике более слабыми, чем электрические взаимодействия, помогли человеку обуздать электричество. К моменту открытия явлений электромагнетизма доступные технологии, помимо тягловой силы рабочего скота, использовали механическую энергию ветра, воды и тепловую энергию пара, которую относительно простыми способами и механизмами преобразовывали в механическую же энергию.

Слева направо: Майкл Фарадей, Джозеф Генри, Андре-Мари Ампер и Ханс Кристиан Эрстед. Источник: Википедия

Электромеханические устройства и электрические машины, основанные на открытии М. Фарадеем и Дж. Генри явлений электромагнитной индукции и самоиндукции, позволяли простыми техническими приёмами решить задачу превращения механической энергии в электрическую энергию и обратно. При этом преобразование одного вида энергии в другой происходило с высоким коэффициентом полезного действия. Применение явлений электромагнетизма послужило толчком для очередного технологического скачка, и человечество шагнуло из века пара, как условно называют 19-ое столетие, в 20-ый век электричества.

Высоковольтные электродвигатели на насосной станции

Техническими средствами новых технологий стали электрические машины в виде генераторов постоянного и переменного тока, генерирующие электричество за счёт механической энергии вращения, и электродвигатели, выполняющие обратную задачу.

Для преобразования электричества в поступательное движение служат электромеханические устройства разнообразного вида: электромагниты, соленоиды и реле. Именно последние стали предвестниками информационной революции, являясь первыми коммутационными устройствами с бинарным состоянием. Применение реле в качестве приёмника сигналов тока (в телеграфе) и его усиления для передачи на большие расстояния, позволили отделить информацию от физического носителя (бумаги или пергамента) и обеспечить её почти мгновенную передачу без помощи курьера или почтового голубя.

Историческая справка

Широкое применение магнитодвижущей силы немыслимо без надёжных генераторов электричества и устройств, преобразующих последнее в механическое движение.

Слева направо: Франсуа Жан Доминик Араго, Уильям Стёрджен, Эдвард Дэви и Сэмьюэл Морзе. Источник: Википедия

Первый соленоид, представлявший собой проволочную катушку с постоянным током, был изобретён французским учёным Андре-Мари Ампером в 1820 году для усиления открытого Х.Эрстедом магнитного действия тока, и применён соотечественником Ампера Франсуа Араго в опытах по намагничиванию стальных стержней. Магнитные свойства соленоида были экспериментально изучены Ампером в 1822 году, при этом была установлена эквивалентность соленоида постоянным природным магнитам.

Старинный трансформатор из экспозиции Канадского музея науки и техники в Оттаве.

Первый электромагнит был создан английским учёным Уильямом Стёрджоном в 1824 году. Он представлял собой катушку из неизолированного медного провода, который наматывался в один ряд на согнутый в виде подковы стержень из мягкого железа. По причине небольшого числа витков катушки, электромагнит Стёрджона был относительно слаб — он мог поднять вес около 4-х килограмм при протекании тока от отдельной батареи. При выключении тока намагниченный железный стержень не мог удержать и 200 грамм (за счёт остаточной намагниченности), что прекрасно демонстрировало принцип работы электромагнита.

В начале 30-годов 19-го столетия американский учёный и изобретатель Джозеф Генри популяризовал и последовательно улучшал конструкцию электромагнита. Применив изолирование медных проводов шёлковой нитью, Дж. Генри удалось получить многослойную обмотку и довести число витков в ней до нескольких тысяч. В результате его электромагнит мог поднять ферромагнитные материалы весом до 936 кг.

Честь изобретения электромеханического реле приписывают как Джозефу Генри, так и английскому учёному, врачу и изобретателю Эдварду Дэви. Любопытная деталь: оба изобрели его независимо друг от друга примерно в одно и то же время (1835—1837 гг.), работая над своими версиями телеграфного аппарата!

Реле Морзе в экспозиции Канадского военного музея связи и электроники, Кингстон, Онтарио

Реле, аналогичные показанному на этой иллюстрации, использовались в логических блоках космических ракет и кораблей почти до конца XX века

А идея применения именно электромагнитного реле в качестве цифрового (в современном понятии) усилителя постоянного тока зафиксирована в американском патенте от 1840 года на имя Сэмьюэла Морзе. Это изобретение произвело революцию в телеграфии — теперь с помощью реле можно было передавать сигналы телеграфа на сколь угодно большие расстояния, вплоть до межконтинентальных. В системах управления космических ракет, кораблей, станций и спутников двоичная логика, построенная с помощью релейных схем, применялась вплоть до конца ХХ века, несмотря на наличие бортовых вычислительных машин, которые стали использоваться в космической технике с начала семидесятых.

Магнитодвижущая сила. Определение

Магнитодвижущая сила (МДС) — физическая величина, характеризующая способность электрических токов создавать магнитные потоки.

Уравнение для магнитодвижущей силы, иначе называемое законом Хопкинсона:

F = Ф• R_m

где F — МДС, действующая в магнитной цепи, Ф — магнитный поток в цепи; Rm — магнитное сопротивление

Из уравнения видно, что оно эквивалентно уравнению для напряжения U (или, по-другому ЭДС) по закону Ома:

U = I • R

Магнитодвижущая сила для магнитных цепей является аналогом электродвижущей силы для электрических цепей, она — причина возникновения магнитного потока Ф.

В Международной системе единиц СИ магнитодвижущая сила измеряется в амперах (А), в системе СГС — в гилбертах (Гб)

1 А = 1,257 Гб

В электротехнике применяется другая единица измерения магнитодвижущей силы — ампер-виток, численно равный единице в СИ (амперу).

При этом магнитодвижущая сила F для соленоида, индуктора или электромагнита вычисляется по формуле:

F = ϖ• I

где F — МДС, действующая в магнитной цепи, ω — число витков в катушке устройства; I — электрический ток в проводнике.

С другими величинами измерения магнитодвижущей силы, применяемыми в различных приложениях, и их переводами из одной величины в другую, можно ознакомиться в конвертере физических величин.

Магнитодвижущая сила в электротехнике

Студийный магнитофон, конец 80-х гг. прошлого века

В современном мире существует множество примеров использования магнитодвижущей силы, в первую очередь в силовой электротехнике. Электромагниты весьма широко используются в электрических и электромеханических устройствах, включая: электродвигатели и генераторы, трансформаторы, разнообразные реле, электрические звонки и зуммеры, громкоговорители и наушники, магнитные замки, индукционные нагреватели и магнитные грузозахваты. Этот перечень можно дополнить устройствами магнитной записи и хранения данных, включая магнитофоны, видеомагнитофоны и жесткие диски.

Блок головок и головка чтения-записи жесткого диска

Электромагниты применяются в научном и медицинском оборудовании, являясь неотъемлемой частью масс-спектрометров, ускорителей частиц, устройств магниторезонансной томографии и устройств извлечения инородных магнитных предметов из тела человека. Электромагниты используют для сепарации магнитных материалов и предметов от немагнитных, а также в средствах электрической защиты и аварийного отключения.

Электромагниты

Конструкция и принцип работы

Электромагнитом называют устройство, которое способно создавать магнитное поле при протекании электрического тока. Типичный электромагнит состоит, по крайней мере, из одной обмотки, выполненной из проводящих материалов, и ферромагнитного магнитопровода — сердечника, который приобретает свойства магнита при протекании тока через обмотку.

Обмотки электромагнитов обычно изготавливаются из изолированного алюминиевого или медного провода. Хотя существуют электромагниты с обмотками из сверхпроводящих материалов. Магнитопроводы электромагнитов выполняются из магнитомягких материалов — электротехнической или конструкционной стали и чугуна, а также из железоникелевых или железокобальтовых сплавов.

По современным физическим представлениям, такие материалы состоят из крошечных намагниченных областей, называемыми магнитными доменами. Домены в отсутствие внешнего магнитного поля ориентированы хаотически и их суммарное магнитное поле равно нулю. При подаче тока в обмотку возникает магнитное поле, заставляющее домены перестраиваться в направлении этого поля, тем самым усиливая его. Когда внешнее поле для данного материала достигает некоторой максимальной величины, все домены ориентированы в направлении поля. Дальнейшее увеличение протекающего тока не приводит к увеличению поля за счёт доменов, это явление называется магнитным насыщением.

Магнитопроводы электромагнитов, в зависимости от назначения, могут иметь различную форму, в простейшем случае представляют собой набор П-образных пластин.

Работающий соленоид

Основное преимущество электромагнитов перед постоянными магнитами заключается в возможности быстрого регулирования силы притяжения (магнитодвижущей силы) изменением протекающего через обмотку тока. С другой стороны, именно это обстоятельство является недостатком электромагнитов по сравнению с постоянными магнитами, поскольку для поддержания магнитного поля требуется непрерывный расход электроэнергии.

Из-за этого электромагнитам присущи омические потери на нагрев проводов обмотки; помимо этого, для электромагнитов переменного тока характерны потери на вихревые токи Фуко и на переориентацию магнитных доменов материала сердечника. Последние потери называются потерями гистерезиса; для их снижения сердечники электромагнитов изготавливаются из специальных материалов с низкой коэрцитивной силой (малой остаточной намагниченностью или, что то же самое, с малой площадью петли гистерезиса). С этой же целью магнитопроводы электромагнитов переменного тока выполняются в виде набора тонких листов с изоляционным слоем на поверхности.

Из-за действия вышеизложенных факторов, напряженность магнитных полей обычных электромагнитов с сердечниками из ферромагнитных материалов ограничена значением в 1,6 Тл. Для получения более высоких значений напряжённости магнитного поля применяют электромагниты с обмотками из сверхпроводящих материалов без ферромагнитных сердечников.

Электромагнитная муфта

Широкое применение в современной технике нашли электромагнитные муфты, применяемые как для контактной, так и для бесконтактной передачи крутящего момента. При подаче электрического тока на обмотку электромагнитной муфты, последняя за счёт создаваемого магнитного поля притягивает арматуру ведомого вала с нагрузкой и из-за сил трения вал набирает обороты до скорости вращения ротора. При отключении тока, пружина отводит арматуру вала от ротора, и вал начинает вращаться свободно. Такой тип сцепления применяется во многих машинах и механизмах в различных областях техники, кроме того, он широко применяется для автоматизации производства. Магнитная муфта имеется практически в каждом современном автомобиле, где она используется для соединения вала компрессора кондиционера с коленчатым валом двигателя автомобиля.

Электромагнитная муфта компрессора автомобильного кондиционера

Уникальными возможностями по передаче крутящего момента в широком диапазоне усилий обладают электромагнитные муфты сцепления на ферромагнитных порошках. Они могут передавать крутящий момент почти линейно, что позволяет очень точно регулировать крутящий момент. Они находят применение в системах контроля натяжения проводов, фольги и лент при их производстве.

Кроме того, электромагнитные муфты нашли широкое применение в случаях, когда требуется передача крутящего момента через физический немагнитный барьер, разделяющий среды с различным состоянием вещества или различными агрессивными свойствами. Например: для бесконтактного перемешивания активных растворов в стеклянных емкостях химических лабораторий или для циркуляции воды в аквариумах.

Электромагниты на сверхпроводниках

Хотя идея построения таких электромагнитов была предложена ещё 1911 году голландским физиком Хейке Камерлинг-Онессом после открытия последним явления сверхпроводимости, первый практический электромагнит из сверхпроводящей ниобиевой проволоки, охлаждаемой жидким гелием до температуры 4,2°К, был построен только в 1955 году. Магнитное поле этого электромагнита составляло 0,7 Тл.

Слева направо: Хейке Камерлинг-Оннес, Карл Александр Мюллер и Йоханнес Георг Беднорц. Источник: Википедия

Открытие материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью швейцарским физиком Карлом Мюллером и его немецким коллегой Георгом Бернодцем в 1986 году на основе купратов, и последующие исследования в этой области, позволило создать электромагниты на высокотемпературных сверхпроводниках с температурой кипящего жидкого азота (–77°К или –196°С). Это обстоятельство значительно удешевило электромагнитные установки такого типа для получения магнитных полей высокой напряжённости.

В 2007 году электромагнит с обмотками из сверхпроводящего материала YBCO (иттрий-барий-медь-кислород) создал рекордное магнитное поле в 26,8 Тл.

К сожалению, сверхпроводимость современных сверхпроводящих материалов ограничена — под действием очень сильного поля или высокой плотности тока они перестают быть сверхпроводниками. Тем не менее, электромагниты на сверхпроводниках нашли применение не только в исследовательской технике, но и в практической медицине — их используют в установках для проведения магниторезонансной томографии.

Электромагнит Биттера

Френсис Биттер

Электромагнит (или соленоид) Биттера представляет собой электромагнит для создания сверхсильных стационарных магнитных полей. Этот тип электромагнита был изобретён американским физиком Френсисом Биттером в 1933 году и построен в 1936 году. Проработал до 1962 года и вплоть до 1958 года оставался самым мощным электромагнитом в мире, создававшим магнитное поле с магнитной индукцией в 10 Тесла. Кратковременно мог создавать поле в 15,2 Тл. Проблемы создания мощных электромагнитов связаны, в основном, с решением задач повышения тепловой устойчивости обмоток к нагреванию электрическим током, а также повышения механической прочности конструкции. Конструктивно представляет собой соленоид из набора медных дисков, разрезанных по радиусу и изолированных друг от друга дисками из слюды той же геометрии. Диски из меди и слюды, чередуясь между собой, образуют двойную спираль. С целью охлаждения, после формирования спиралей, в них высверливали несколько сотен отверстий, сквозь которые прокачивалась охлаждающая вода. Такая пакетная конструкция позволяла выдерживать огромные механические нагрузки, возникающие из-за действия силы Лоренца. Электрическая мощность установки достигала 2 МВт.

У современных магнитов такого типа изменены геометрия разреза дисков и форма отверстий (щелевые отверстия вместо круглых), а также изменены форма и размер пластин. Кроме того, современные конструкции выполняются в виде оппозитно расположенных отдельных секций, каждая из которых представляет собой несколько цилиндрически вложенных друг в друга соленоидов Биттера.

Учёным из университета Радбоуд в г. Неймеген, Нидерланды, удалось 31 марта 2014 года достичь рекордного значения стационарного магнитного поля для данного типа электромагнитов в 37,5 Тл при комнатной температуре.

Исполнительные электромеханизмы

Электромагнитный клапан

Электромагнитные приводы, непосредственно преобразующие энергию электрического тока в поступательное движение рабочего органа, называются исполнительным механизмом. Конструктивно представляют собой прямоходовой электромагнит с втягивающим подпружиненным якорем. Применяются в системах позиционного регулирования и управления, поскольку регулирующий орган такого привода имеет два конечных положения, соответствующих двум возможным положениям сердечника электромагнита.

Электромагнитный клапан

Электромагнитный клапан — это электромеханическое устройство, предназначенное для регулирования потоков жидкостей и газов. Конструктивно состоит из корпуса, соленоида с подвижным сердечником, на котором установлен диск или поршень, регулирующий поток.

Автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем

Клапан с одним выходом и одним входом, производит открывание и запирание потока. Аналогичный клапан с одним входом и двумя выходами выполняет переключение входного потока на соответствующий выход. Открывание (закрывание) или переключение клапана происходит путём подачи напряжения на катушку соленоида, при этом магнитный сердечник втягивается в соленоид, что и приводит к открытию, закрытию или переключению клапана. Для герметичности клапана его сердечник помещается внутри закрытой трубки, размещённой в соленоиде.

Электромагнитные клапаны применяются как в производственных технологических процессах, так и в быту. С их помощью можно дистанционно управлять подачей требуемого объёма жидкости, пара или газа в нужный момент времени, что находит, например, применение в системах полива, отопительных системах и других областях техники.

Примерами применения электромагнитных клапанов могут служить привычные для нас вещи: автоматическая стиральная машина (набор и слив воды), клапаны карбюратора, управления подачи воздуха на холостом ходу, переключения трансмиссии и другие электромагнитные клапаны автомобиля.

Расцепитель автоматического выключателя

Автоматический выключатель предназначен для подачи тока в электрическую цепь в нормальном режиме работы, и для разрыва цепи, отключая ток при аномальном его значении, например, при коротком замыкании.

Разрыв цепи осуществляется двумя типами расцепителей: тепловым и токовым мгновенного действия. Последний представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого может приводить в действие механизм расцепления при превышении значения тока, называемого током отсечки. Ток отсечки обычно выбирается в пределах 2–10 раз больше номинального.

Реле

Реле

Электромагнитное реле — устройство, предназначенное для замыкания или размыкания механических электрических контактов при подаче в обмотку реле электрического тока. Конструктивно электромагнитное реле состоит из электромагнита, подвижного якоря и механически связанного с якорем переключателя. Электромагнит реле представляет собой катушку с электрическим проводом, намотанным на сердечник (якорь). Для усиления магнитного потока электромагнит реле снабжается дополнительным магнитопроводом — ярмом.

Реле

В небольших реле якорь удерживается в исходном положении благодаря упругим свойствам механических контактов, в других случаях в конструкцию реле добавляется механическая пружина, которая возвращает якорь в исходное положение. При протекании электрического тока по обмотке реле электромагнит притягивает якорь, преодолевая усилие пружины, а якорь, толкая контакты, замыкает или размыкает их. Чувствительность реле к управляющему току зависит от числа витков в обмотке: чем выше число витков, тем чувствительнее реле.

В некоторых исполнениях реле может быть целая группа контактов, как нормально замкнутых, так и нормально разомкнутых при отсутствии управляющего тока. Различные варианты электромагнитных реле нашли широкое применение в телефонии и в устройствах автоматики и применялись до тех пор, пока не были вытеснены полупроводниковыми устройствами, выполняющими те же функции.

Отдельным классом реле являются шаговые искатели — электромеханические коммутационные устройства, которые применялись в системах телефонии, автоматизации и управления технологическими процессами. Шаговые искатели управляются сериями токовых импульсов и до появления полупроводниковых реле находили широкое применение в различных областях техники. Особенно широкое распространение получили декадно-шаговые искатели, применяемые в ранних конструкциях автоматических телефонных станций.

Шаговые искатели телефонной станции

Также отдельным классом слаботочных реле являются герконовые реле — устройства, состоящие из геркона и электромагнитной катушки. Геркон представляет собой пару (или больше) ферромагнитных упругих контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбочку с откачанным воздухом или заполненную инертным газом. Контакты геркона замыкаются при поднесении магнита или включении электромагнита. До недавнего времени находили широкое применение в качестве датчиков положения в устройствах автоматики, охранной сигнализации, компьютерной техники (клавиатуры, датчики бесщёточных двигателей постоянного тока приводов накопителей) и так далее. В последнее время герконовые датчики вытесняются датчиками Холла.

Геркон

Контакторы

Контакторы широко используются в электрооборудовании тепловозов и пассажирских вагонов

Разновидностью электромагнитного реле является контактор — двухпозиционное электромагнитное устройство, предназначенное для дистанционного включения и отключения силовых электрических цепей.

Конструктивно состоит из электромагнита, системы контактов (как подвижных, так и не подвижных) и дугогасительной системы. Кроме того, в конструкцию контактора входят и вспомогательные контакты для переключения цепей сигнализации и управления.

Контакторы применяются для коммутации электрических цепей промышленного тока при напряжении от нескольких десятков до нескольких тысяч вольт и токах до нескольких тысяч ампер. Основная область их применения — управление мощными электродвигателями на производстве и тяговыми двигателями на транспорте (электровозы, трамваи, троллейбусы, лифты и т.д.).

Примеры опытов по применению МДС

Для проведения опытов потребуется регулируемый источник питания постоянного тока, мультиметр (если источник питания не измеряет потребляемый ток) некоторое количество медного изолированного провода, стальной стержень, толстый гвоздь или болт и набор мелких металлических предметов — шайбы отлично подойдут.

Намотаем две катушки с одинаковым числом витков (около 100 витков) на каркас из любого изоляционного материала. В качестве такового прекрасно подойдёт каркас от старой шариковой ручки — лишь бы в её отверстие свободно входил гвоздь или стержень.

Опыт 1. Подключим одну из обмоток через мультиметр, выставленный на измерение тока, к источнику питания и регулятором напряжения установим значение тока через обмотку равным 1 амперу. Визуально определим количество шайб, которое может поднять наш доморощенный электромагнит.

Вывод: протекание постоянного тока через катушку превращает её в постоянный магнит.

Опыт 2. Не меняя установки регулятора источника питания, введём в обмотки гвоздь или стержень. При прежнем значении тока в 1 ампер сила притяжения магнита снова возросла.

Вывод: сила электромагнита увеличивается при использовании ферромагнитного сердечника.

Опыт 3. Увеличим ток через обмотку приблизительно до 2 А. Мы видим, что количество удерживаемых шайб увеличилось примерно вдвое.

Вывод: Увеличение тока, протекающего через обмотку, приводит к увеличению силы электромагнита.

Опыт 4. Подключим две обмотки, включённые последовательно, через мультиметр, выставленный на измерение тока, к источнику питания и регулятором напряжения снова установим значение тока через обмотки равным 2 амперам. Визуально определим количество шайб, которое теперь может поднять наш сдвоенный магнит. Его сила явно увеличилась вдвое.

Вывод: удвоение числа витков увеличивает силу электромагнита вдвое.

Общий вывод: электромагнит может использоваться для превращения электрической энергии в поступательное механическое движение.

Опыт 5. Для любителей экспериментальной физики предлагается вниманию занятная конструкция, использующая магнитодвижущую силу для приведения в действие модели поезда:

Для изготовления простого поезда из батарейки и двух магнитов нам потребуются примерно 50 метров медного неизолированного провода для намотки спирали, пара сильных неодимовых магнитов, батарейка (можно использовать AA) и пластмассовая или латунная шайба. Шайбу мы поставим на плюсовой вывод батарейки, чтобы выровнять поверхность и чтобы магнит не соскальзывал. Диаметр спирали должен быть таким, чтобы батарейка с магнитами свободно скользили внутри спирали. Немного графитового порошка будет действовать в качестве смазки. Один магнит установим на минусовой вывод батарейки, второй — на плюсовой. Не забудьте вставить изолирующую или латунную шайбу на плюсовой вывод батарейки. Теперь осталось вставить поезд в спираль и он начнет движение, потому что вся система представляет собой электромагнит.

Наша конструкция работает так. Поезд представляет собой вариант униполярного двигателя. Неодимовые магниты играют роль контактов батарейки, подключая её к оголённым виткам катушки из медного провода без изоляции, намотанного на стержень. Протекающий в катушке ток создаёт в ней магнитное поле, которое производит магнитодвижущую силу, которая толкает один магнит и притягивает другой.

Замечание: при повторении конструкции необходимо обращать внимание на направление намотки (левая или правая) катушки и «полярность» установки магнитов — «южный» S- полюс переднего магнита присоединяется к «+» батарейки, а к «—» подключается «северный» N-полюс второго магнита. Если ваша намотка не будет соответствовать рекомендуемой, просто переверните магниты. Если это кажется сложным, можно сделать так. Взять магниты так, чтобы они взаимно отталкивались, и прикрепить их к батарейке. Затем вставить батарейку в спираль. Если она стала двигаться, значит все сделано правильно. Если нет — попробуйте вставить ее другой стороной.

Опыт 6. В заключение попробуем заставить звучать старый жесткий диск. Почему его можно заставить звучать? Потому что громкоговорители электродинамического типа и жесткие диски имеют много общего. Давайте посмотрим внимательно. И там, и там есть катушки. И магниты. И там, и там катушки называются звуковыми. Если через катушку течет ток, он создает вокруг нее магнитное поле. В результате катушка притягивается к магниту или втягивается в зазор между магнитами. Все, что механически соединено с катушкой, также движется. Это может быть блок головок жесткого диска, представляющий собой пакет кронштейнов или рычагов с катушкой двигателя и головками чтения/записи. С таким же успехом это может быть диффузор громкоговорителя. Если изменить направление электрического тока в катушке, то направление магнитного поля вокруг нее тоже изменится, и катушка будет двигаться в противоположном направлении.

В громкоговорителе динамического типа усиленный звуковой сигнал, подаваемый на катушку, приводит к возникновению в ней электрического тока, в результате чего катушка перемещает диффузор, который создает звуковые волны. Как видно, в жестком диске происходит то же самое. Сигнал звуковой частоты приводит в движение катушку соленоидного двигателя, который поворачивает блок головок. Один из кронштейнов механически связан с пленкой, создающей звуковые волны на более низких частотах. На высоких частотах звуковые волны генерируют сами кронштейны с головками.

Возьмем старый неисправный жесткий диск и откроем крышку. Хорошо видно, как он устроен: несколько пластин и шпиндель, на котором они вращаются, а также блок головок с кронштейнами, головками чтения/записи и катушкой соленоидного двигателя между двумя сильными магнитами. Головки связаны с платой управления с помощью гибкого кабеля. В этом кабеле есть два проводника, которые соединяют катушку привода головок со схемой управления их движением.

Снимем соединитель блока головок и найдем контакты проводников от катушки привода. Эти проводники можно проследить визуально или воспользоваться мультиметром, замерив сопротивление между контактами разъема. Сопротивление этой катушки может составлять от 5 до 40 Ом. Теперь присоединим или припаяем к найденным контактам разъема пару проводов. Проверив еще раз сопротивление, чтобы убедиться, что мы определили проводники верно, подключим выход усилителя к нужным контактам. Подав напряжение звуковой частоты с усилителя, слушаем, что же получилось.

С огорчением услышим, что низкие частоты практически не воспроизводятся. Попробуем улучшить конструкцию. Для этого добавим простейший диффузор, который соединим с кронштейном блока головок и убедимся, что звук стал намного лучше!

Соленоидный линейный двигатель с блоком головок 200-мегабайтного накопителя на жестких магнитных дисках (80-е годы XX в. )

Кстати, а вы знаете, почему диски называют жесткими? Потому что когда-то были еще и гибкие диски, (дискеты), в которых информация хранилась на дисках из гибкой пластмассы, покрытых ферромагнитным слоем. Исторически первыми появились именно жесткие диски, на которых информация хранилась на жестких, в основном алюминиевых, покрытых ферромагнитным слоем пластинах.

А почему эту катушку привода головок иногда называют звуковой по-русски и всегда по-английски? Это название связано с тем, что в первых огромных, размером с большую стиральную машину, накопителях на съемных жестких дисках катушки линейных двигателей были цилиндрическими и были очень похожи на катушки громкоговорителей.

Автор статьи: Сергей Акишкин

Unit Converter articles were edited and illustrated by Анатолий Золотков

6.5. Расчет силы притяжения электромагнита

6.5. Расчет силы притяжения электромагнита.

Электромагниты в технических устройствах применяются для подъема грузов, переключения контактов реле магнитных пускателей, вентилей гидравлических систем, растормаживания механических тормозов и т. д.

На рис. 1.18 представлена схема магнитной цепи электромагнита.

Подвижная часть (якорь – 2, рис. 1.18) магнитопровода электромагнита отделена от его неподвижной части 1 рис. 1.18 воздушным зазором. При подключении намагничивающей обмотки к источнику электрической энергии возбуждается магнитное поле, возникает электромагнитная сила, действующая на якорь, и он, преодолевая силу тяжести, действие пружин и т. п., притягивается к неподвижной части магнитопровода.

Расчет силы притяжения электромагнита часто проводится приближенно, исходя из следующих соображений:
1. Ток I в обмотке имеет установившееся значение.

2. Сердечник 1 и якорь 2 не насыщены.

3. Потоком рассеяния Ф_р и выпучиванием магнитного поля в зазорах пренебрегают.

Вам также может быть полезна лекция «Процесс коммуникаций и их эффективность в управлении».

4. При изменении воздушного зазора на dl₀ магнитная индукция В₀ остается постоянной.

В таком случае можно считать, что механическая работа по перемещению якоря в направлении действия сил F на расстояние dl₀ равна изменению энергии магнитного поля в воздушных зазорах, вследствие уменьшения их объемов.

С учетом двух воздушных зазоров имеем:

                            механическая работа

             энергия магнитного поля в двух зазорах длиной dl₀, где – плотность электромагнитной энергии (энергия в единице объема зазора), S₀ – площадь одного воздушного зазора. Приравняв dW_мех и dW_эм, получим расчетную формулу силы притягивания электромагнита

Расчёт электромагнитов постоянного тока |

Электромагниты получили широкое распространение в различных областях промышленности. В настоящее время существуют электромагниты массой от нескольких десятков грамм до нескольких тонн.

Применение информационных технологий в расчётах электрических магнитов постоянного тока позволяет быстро и качественно производить необходимые расчёты с минимальными затратами интеллектуального труда и времени инженерного персонала и дает возможность инженерному персоналу сосредоточиться на решении более сложных задач.

Разработанная программа предназначена для расчёта электромагнитов постоянного тока броневого типа. Исходными данными для работы программы являются: напряжение питания, сила тяги электромагнита, его геометрические параметры, марка стали и обмоточного провода, а также величины воздушного и паразитного зазоров.

В результате работы программы производятся выбор и расчёт обмотки электромагнита, определяются число витков и диаметр провода в зависимости от его марки и способа укладки, а также рассчитываются мощность, потребляемая этой обмоткой, и температура её нагрева, делается вывод о работоспособности электромагнита.

Программа позволяет производить расчёт магнитных цепей для наиболее широко используемых марок сталей с учётом их аппроксимированных кривых намагничивания.

Компьютерная программа позволяет также протестировать обмотку, предложенную пользователем, определить температуру ее нагрева и допустимое время включения в сеть.

Программа разработана на языке программирования Delphi—5.5 для операционной системы Windows 98 и выше, имеет удобный графический интерфейс и оригинальный дизайн.

Разработанная программа позволяет, в случае если исходные данные заданы корректно, смоделировать работу электромагнита и продемонстрировать процесс притяжения якоря после подачи напряжения на его обмотку. Если расчёт магнитной цепи или обмотки не корректен, то появится сообщение о необходимости скорректировать исходные данные. Программа предназначена для сотрудников научно-исследовательских и проектных институтов, а также инженеров, занимающихся расчетами электромагнитов.

Статьи по теме

Подъемная сила электромагнита — способы увеличения напряженности магнитного поля

Для начала ознакомимся с производными выражениями для подъемной силы электромагнита: магнитное поле, напряженность магнитного поля.

Согласно Википедии, магнитное поле — это векторное поле, описывающее магнитное воздействие на движущиеся электрические заряды, электрические токи и магнитные материалы. В электромагнетизме магнитные поля окружают намагниченные материалы и создаются электрическими токами, такими как те, которые используются в электромагнитах, и электрическими полями, изменяющимися во времени.

Подъемная сила электромагнита (напряженность магнитного поля) Формула

Электрический ток (I) — скорость потока заряда (Q) в единицу времени (t). то есть I=Q/t и Q=It из этого уравнения, если вы увеличиваете ток, количество заряда также увеличивается. В инвариантном уравнении Лоренца магнитной силы:
F= qE+ qvB, где
F — магнитная сила
q — количество заряда
V — скорость заряженных частиц, которые в нашем случае являются электронами, текущими в проводниках, используемых для создания электромагнита. , B – плотность магнитного потока.

Как сделать электромагнит сильнее?

Это имеет то же значение, что и вопросы типа «как сделать электромагнит более мощным?», «как можно увеличить силу электромагнита?» или «как сделать электромагнит сильнее?»

Из приведенных выше уравнений ясно видно, как сила магнитного поля зависит от тока (I) и заряда (Q). Поскольку сила поля от электромагнита регулируется и пропорциональна току, протекающему через катушку, и количеству витков — «ампер-витков» катушки.

Таким образом, существует несколько способов увеличения электромагнитной силы :

Увеличение силы тока, протекающего по проводу – Магнитное поле создается током, протекающим по проводу. Чем больше ток, тем сильнее магнитное поле и, следовательно, сильнее электромагнит.
Однако следует иметь в виду, что существует предел силы магнитного поля, которое может поддерживать железный сердечник. Ток можно увеличить, но магнитная сила не увеличится пропорционально.Сердечник насыщается, и увеличение тока не вызовет соответствующего увеличения магнитного поля.

Добавление ферромагнитного сердечника — это также увеличивает магнитное поле (до определенного предела), а также помогает направить поле туда, где оно необходимо. Использование большого непрерывного ферромагнитного сердечника в сочетании с полюсными наконечниками правильной формы может сконцентрировать магнитное поле и сделать его еще сильнее между полюсными наконечниками.
Однако при высоких полях ферромагнитные материалы насыщаются и не дают дополнительных преимуществ.Самые сильные электромагниты на самом деле не используют сердечник — это катушки с воздушным сердечником. Обычно они работают с более высоким током и обычно имеют водяное охлаждение для отвода тепла. Еще более мощные электромагниты используют сверхпроводящий провод для предотвращения резистивных потерь.

Увеличение количества витков на сердечнике — Поскольку магнитное поле, создаваемое электромагнитом, зависит от количества витков катушки на единицу длины, его можно сделать более мощным, если иметь больше витков провода на заданной длине электромагнита.

Использование материала с высокой электропроводностью в качестве катушки (например, меди, серебра и т. д.)

Подводя итог, можно сказать, что напряженность магнитного поля электромагнита пропорциональна как количеству витков в обмотке, так и силе тока в проводе. Увеличение магнитной силы означает увеличение подъемной силы электромагнита.

Электромагнитный расчет системы заземления ветряной турбины

2. Человеко-машинные интерфейсы

Человеко-машинные интерфейсы (ЧМИ) касаются изучения двусторонней передачи записей между пользователями и машинами, которая устанавливает отношения с пользователем и создает пользователя опыт [13].Для людей естественно гордиться тем, что они производят, независимо от того, насколько это просто или сложно, как HMI. Плохой дизайн HMI рассматривался как переменная, способствующая аномальным обстоятельствам и, таким образом, подвергающая дизайн угрозам кибербезопасности. Если следовать принципам и практикам HMI, ожидается, что будет достигнуто следующее, чтобы дизайн был ориентирован на пользователя:

1. Необходимо учитывать цель пользователя, обязанности с компетенцией

2. Необходимо учитывать режим обработки информации пользователями и принятия решений.

3. Необходимо держать пользователя в курсе событий и состояния системы.

Если следовать всем этим принципам и практикам, они улучшат процесс кибербезопасности, но, к сожалению, различные конструкции HMI были созданы с минимальным участием человека, поэтому они ориентированы на технологии и не достигают желаемых результатов. Если цель и обязанности пользователей будут рассмотрены компетентно, угроза нападения уменьшится. Кроме того, в дизайн интерфейса должен быть встроен учет режима обработки информации и принятия решений пользователем.Успешное применение базовых принципов ведет к доверию, а уровень доверия пользователей к дизайну определяет, как они его используют. Например, если пользователь не доверяет сайту, он/она не предоставит данные кредитной карты. Если эти принципы нарушаются, это может привести к взлому кредитной карты. В таблице 1 показано соотношение между плохим HMI и эффективным HMI.

Трубопровод и прибороразборки (PID) Представительство	Макет согласуется с моделью операторов процесса (не PID)
Представление необработанных данных в виде чисел (температуры, давления и т. д.).)	Отображение состояния и значений процесса в виде информации, а не чисел
Без трендов	Ключевые показатели эффективности (KPI) в виде трендов
Яркие цвета, трехмерные тени	Серый фон, низкий контраст
Цветовая маркировка содержимого трубопроводов и сосудов	Последовательная визуальная и цветовая маркировка
Единицы измерения выделены крупным ярким текстом	Единицы измерения выделены малоконтрастным шрифтом, если они вообще используются

Таблица 91.24

Характеристики плохого и эффективного HMI.

Интеллектуальный человеко-машинный интерфейс или человеко-машинный интерфейс могут помочь уменьшить проблему безопасности. Типичным примером угрозы безопасности в киберпространстве является фишинг. Многие фишинговые веб-страницы представляют собой просто клоны реальных сайтов с незначительными перекосами или замаскированными элементами в определенных случаях. Свойства этих фишинговых сайтов сделали интеллектуальный HMI или HCI проблематичным для пользователей системы, а также несколько стратегий защиты от фишинга для их обнаружения. Злоумышленники смогли быстро отреагировать на инициативы по борьбе с фишингом, которые ограничивают эффективность попыток фишинга и защищают ничего не подозревающих пользователей.Несмотря на впечатляющие успехи антифишинговых систем, в последние годы эта атака остается одной из самых успешных. IUI можно использовать для снижения эффективности фишинговых атак и улучшения понимания потребителями связанных с ними угроз. Используя ИИ, интерфейс не только информирует пользователя о фишинговой атаке, но и обсуждает причины, по которым веб-сайт является фишинговым. Такая система предложена в [14].

2.1 Пользовательский интерфейс

Пользовательский интерфейс (UI) позволяет пользователю управлять программными приложениями или аппаратными устройствами, что позволяет пользователю взаимодействовать с программным или аппаратным обеспечением любого устройства, особенно вычислительных устройств. Пользовательские интерфейсы доступны как для аппаратных, так и для программных устройств. Типичным примером аппаратного устройства с пользовательским интерфейсом является пульт дистанционного управления; у него есть несколько кнопок и иногда экран для отображения основной информации. Однако пользователь может использовать кнопки, чтобы сообщить оборудованию, что делать или какие операции выполнять. Например, использование клавиатуры и мыши, каждая из которых имеет собственный пользовательский интерфейс, для запуска программы. Точно так же с помощью экранных меню программный графический пользовательский интерфейс можно использовать для управления цифровой камерой.Согласно [15] цель успешного пользовательского интерфейса, независимо от программы, состоит в том, чтобы быть удобным для пользователя.

Пользовательский интерфейс фокусируется на внешнем виде и стилях и служит точкой доступа, где пользователь взаимодействует с дизайном и функциями системы. Пользовательский интерфейс существует в трех формах, таких как графические пользовательские интерфейсы (GUI), пользовательские интерфейсы с голосовым управлением (VUI) и пользовательские интерфейсы на основе жестов (GbUI) [16]. Графический интерфейс позволяет пользователям взаимодействовать с визуальными представлениями цифровой панели управления или системы.Типичными примерами являются рабочие столы компьютеров и экраны мобильных телефонов. В отличие от GUI, VUI позволяет пользователям взаимодействовать с системами и компонентами с помощью голоса и речи. Типичными примерами являются Google Assistant на устройствах Google, Siri на устройствах iOS и Alexa на устройствах Amazon. VUI свирепствует с более интеллектуальными системами, поскольку существует потребность в высоком уровне распознавания голоса и обработки речи. В пользовательском интерфейсе на основе жестов пользователь больше вовлекается в трехмерное (3-D) пространство и использует жесты, особенно жесты рук, при взаимодействии с системой.Эти типы интерфейсов в основном используются в пространствах виртуальной реальности. Три ключевых элемента пользовательского интерфейса включают управление вводом, управление навигацией и информационный компонент. Интеграция обратной связи, связанной с киберугрозами, в пользовательский интерфейс для автоматического анализа настроений системы поможет квалифицировать потенциально новые типы атак или угроз.

2.2 Пользовательский опыт

В отличие от пользовательского интерфейса, который фокусируется на интерфейсах, пользовательский опыт (UX) описывает и концентрируется на опыте взаимодействия пользователя с системой.Взаимодействие, как правило, шире, чем интерфейсы, поскольку оно облегчает диалог и общение между пользователем и вычислительным устройством. Интерфейсы используются для взаимодействия. Три основных измерения UX — это пользователи, продукты и взаимодействия. UX помогает предоставить простой способ анализа взаимодействия пользователя с продуктом и того, что на него влияет. Опыт, полученный в результате взаимодействия пользователя с продуктом в данный момент времени и в определенных условиях, рассматривается как UX [17]. Это индивидуальное восприятие, возникающее в результате использования или предполагаемого использования продукта/услуги или системы.

UX занимается анализом, экспериментированием, созданием контента и созданием прототипов, тогда как пользовательский интерфейс — это метод визуального управления потребителем через все устройства через интерфейс продукта с использованием интерактивных элементов, включая моделирование киберугроз. Чтобы решить дилемму, UX фокусируется на всем, что касается пути пользователя во время и после процесса моделирования. Пользовательский интерфейс, с другой стороны, — это метод, который фокусируется именно на том, как выглядит и работает интерфейс продукта. UX — это целая среда, которая не может быть ограничена экраном.Напротив, пользовательский интерфейс обычно представляет собой визуальный и связанный с экраном контент [18]. Глубокое обучение или машинное обучение, способное постоянно переобучаться на основе действий пользователя, можно применять для повышения UX при автоматическом принятии решений. Примером этого является модель обнаружения фальшивых новостей / постов ненависти, используемая некоторыми платформами социальных сетей.

3. Искусственный интеллект в дизайне пользовательского интерфейса

Фокус проектирования с парадигмами искусственного интеллекта в пользовательском интерфейсе называется дизайном интеллектуального пользовательского интерфейса (IUI).ИИ революционизирует отрасли и меняет статус-кво, и дизайн пользовательского интерфейса не остался в стороне. ИИ используется для разработки инструментов для предоставления деталей дизайнерам пользовательского интерфейса, чтобы помочь их проектам. Инструменты искусственного интеллекта для пользовательского интерфейса (UI) с акцентом на пользовательский опыт (UX), такие как Uizard и Airbnb Design AI, могут превращать эскизы дизайна в прототипы продуктов [19]. Интерфейсы должны быть достаточно интеллектуальными для адекватного обнаружения киберугроз. Модель угроз пользовательского интерфейса на основе ИИ обеспечит снижение киберрисков.Основным примером IUI является GMail Smart Compose, который предлагает интеллектуальный ввод текста для завершения предложений, что помогает быстрее писать электронные письма [20]. Интеллектуальные виртуальные помощники (IVA) или помощник ИИ — еще один пример ИИ в дизайне пользовательского интерфейса, обычно называемый IUI. Некоторыми известными IVA являются Amazon Alexa, Microsoft Cortana и ChatBots. Как правило, ИИ можно применять к дизайну пользовательского интерфейса на различных каналах взаимодействия между человеком и машиной, особенно при моделировании угроз кибербезопасности. Такие каналы, как поисковые системы (поиск Yahoo, поиск Google, Bing и т. д.) и системы рекомендаций по контенту (Netflix, Youtube, Spotify и т. д.), также являются важными примерами IUI.Конфиденциальность данных и продуманная интеграция, среди прочего, являются проблемами, с которыми сталкивается ИИ в дизайне пользовательского интерфейса, и их необходимо учитывать в процессе проектирования для моделирования кибербезопасности [21]. IUI нацелен на включение интеллектуальных автоматизированных возможностей и искусственного интеллекта (ИИ) во взаимодействие человека с компьютером. Это человеко-машинные интерфейсы, направленные на повышение эффективности и результативности взаимодействия человека с компьютером (HCI) за счет использования рассуждений, пользовательских моделей, доменов и средств массовой информации, таких как GUI, VUI и пользовательские интерфейсы на основе жестов [22].IUI находится между AI и HCI. На рис. 1 показана взаимосвязь между AI и HCI с учетом IUI.

Рисунок 1.

Взаимосвязь между AI, HCI и IUI [23, 24].

HCI предлагает методы проектирования эффективных пользовательских интерфейсов, а компоненты ИИ используются для внедрения интеллекта в эти интерфейсы. В основном, IUI используется для изображения интерфейсов, которые генерируют какой-либо вывод или демонстрируют некоторое поведение, при котором пользователь, взаимодействующий с системой, считает систему интеллектуальной [25].Типичным примером является случай, когда пользователь нажимает не ту кнопку, а интерфейс может направить пользователя по нужной кнопке. Кроме того, помощь пользователю должна быть легко доступна через IUI.

Из-за различных моделей из разных областей, которые сильно влияют на пользовательские интерфейсы, разработка IUI ничем не отличается, поскольку существуют такие дисциплины, как ИИ, который вносит свой вклад в интеллектуальный подход к моделированию для повышения скорости реагирования; разработка программного обеспечения, позволяющая определить формальный язык, единый подход к моделированию, жизненный цикл разработки; и взаимодействие человека с компьютером, которое оценивает пользовательский опыт и использует методы, которые можно использовать для создания удобных пользовательских интерфейсов [26]. В дополнение к этим, есть другие области, которые по-прежнему вносят значительный вклад в развитие IUI, что изображено на рисунке 2.

Рисунок 2.

Области исследования интеллектуального пользовательского интерфейса [27].

IUI имеет тенденцию улучшать взаимодействие между компьютером и человеком, предлагая новые подходы к общению и адаптируя интерфейс к пользователю с использованием методов ИИ [27]. Понятия IUI тяготеют к пересечению области AI и HCI в области IUI [28].Это делается с целью автоматизации задач пользователей при оценке угроз кибербезопасности [7]. Следовательно, применение интеллекта в дизайне пользовательского интерфейса в немалой степени улучшит мониторинг и контроль действий, что улучшит меры кибербезопасности и приложения для моделирования угроз.

Появление компьютеров, которые в основном используют мышь и клавиатуру в качестве средства человеко-компьютерного взаимодействия, открыло новое измерение в дизайне пользовательского интерфейса. Это порождает творческий и инновационный подход к дизайну пользовательского интерфейса для инструментов кибербезопасности с использованием искусственного интеллекта.Новое поколение пользовательского интерфейса, которое называется IUI, продолжает расти день ото дня и улучшать UX в HCI. IUI пытается интегрировать интеллектуальные функции в гиперконвергентную инфраструктуру, что обеспечивает автоматизированные возможности пользовательского интерфейса с целью повышения удобства использования, что обеспечивает высокую производительность гиперконвергентной инфраструктуры в программном обеспечении для кибербезопасности. Он использует разработку и реализацию компонентов ИИ, которые воспринимают, изучают, интерпретируют, рассуждают и принимают решения с целью эффективного расширения возможностей экспертов по кибербезопасности [24] при принятии решений. При реализации дизайна IUI можно использовать другой подход и инструменты.Однако выбор инструментов и подходов зависит от цели и области применения инструмента моделирования кибербезопасности. Сильное влияние искусственного интеллекта на UI/UX заключается в том, что он помогает решать проблемы и использовать идеи и открытия, однако люди должны сначала распознать проблемы. Поэтому ИИ с меньшей вероятностью будет запрограммирован заранее и, скорее всего, будет создан с использованием технологий, чтобы он мог решать проблемы путем непрерывного обучения, и на основе этого обучения решения могут быть более индивидуальными и ориентированными на пользователя.Данные можно анализировать и сообщать в режиме реального времени с помощью ИИ.

Приложения машинного обучения (ML), которые напрямую взаимодействуют с повседневными пользователями, теперь становятся все более разнообразными и повсеместными. ML предназначен для того, чтобы позволить компьютеру узнавать о прошлом или настоящем, а также прогнозировать или предсказывать знания для неизвестных событий в будущем [29]. Сложность и распространенность технологии способствуют убеждению, что ИИ — это новый UX; то есть ИИ был бы наиболее эффективным способом улучшить пользовательский опыт [30]. Это связано с тем, что ИИ позволит UX-дизайнерам персонализировать контент с помощью алгоритмов машинного обучения для создания интеллектуальных моделей для смягчения киберугроз.

Как правило, разработка и проектирование пользовательского интерфейса происходит в следующие этапы, как показано на рис. 3,

1. На доске, графическом планшете или даже на листе папиросной бумаги разработчики программы хотят набросать свои концепции пользовательского интерфейса, рука.

2. Дизайнер использует компьютерный метод построения каркаса для повторного создания того же шаблона.Это повторяющийся шаг.

3. Каркасы преобразуются разработчиками пользовательского интерфейса в функционирующий код пользовательского интерфейса. Прежде чем будет разработан предполагаемый пользовательский интерфейс, разработчики и дизайнеры проходят итеративную фазу. Этот шаг представляет собой процедуру, которая занимает много времени и утомительна.

Рисунок 3.

Этапы разработки пользовательского интерфейса [31].

Однако с помощью ИИ рукописный дизайн можно преобразовать в работающий пользовательский интерфейс, как показано на рис. 4. Генерация кода обычно проходит этап обучения и этап выборки.На этапе обучения модель обучается идентифицировать изображения и определять отношения между ними с использованием таких алгоритмов, как сверточная нейронная сеть (CNN) и долговременная кратковременная память (LSTM), а этап выборки больше похож на этап прогнозирования, где образцы Пользовательский интерфейс, который нужно перевести, будет предоставлен модели для оценки и точной настройки ее производительности.

Рисунок 4.

Преобразование рукописного дизайна в работающий пользовательский интерфейс [31].

Преимущества использования ИИ при разработке пользовательского интерфейса включают, помимо прочего:

1. Быстрое создание прототипов, улучшение циклов итераций и, в конечном итоге, более качественную разработку приложений как для дизайнеров, так и для разработчиков.Критическое проектное время будет сэкономлено на проектных проектах, когда будет принят подход на основе ИИ.

2. Это побудило бы дизайнеров и разработчиков сосредоточиться на самом важном, повышая ценность для конечных пользователей.

3. Препятствий в разработке приложений будет очень мало или вообще не будет, поскольку время на изучение методов проектирования пользовательского интерфейса и время на программирование могут быть устранены, поскольку каждый может рисовать пользовательский интерфейс на бумаге [31].

4. Существует сложная интерпретация и анализ данных для пользовательских настроек, поскольку может быть собрано огромное количество данных.С ИИ на основе интерпретации данных вы получаете возможность настроить интерфейс в соответствии с требованиями потребителя.

5. Обучение в режиме реального времени и плавная адаптация могут быть достигнуты с помощью ИИ в дизайне пользовательского интерфейса. Комбинируя глубокое обучение, которое использует огромные наборы данных, чтобы помочь сделать вывод, это помогает программистам пользовательского интерфейса легко создавать адаптируемые и улучшенные интерфейсы.

6. Расширяет возможности пользователя интерфейса. По мере того, как ИИ продолжает развиваться, потребители могут получить больше власти над программами, что в конечном итоге повысит доверие и будет способствовать более широкому использованию.

7. Можно установить глубокую связь с людьми, поскольку системы ИИ собирают и оценивают большой объем данных, что приводит к улучшению отношений.

Системы ИИ могут устанавливать тесную связь с людьми, создавая отношения. Отношения развиваются там, где растет доверие, и эти отношения могут быть как между людьми, так и между людьми и машинами. Одной из основных причин широкого внедрения технологий (особенно ИИ) является растущее доверие к этим системам.Эта уверенность усиливается повторной демонстрацией способностей в достижении цели, скорости, точности, удобства использования, безопасности и конфиденциальности среди прочего [32]. Извлекая огромные данные с помощью глубокого обучения, можно укрепить доверие между ИИ и людьми за счет постоянного получения полезных идей, которые подходят для различных целей и обеспечивают достижение целей быстро, точно и безопасно, тем самым повышая удобство использования таких системы. На примере фишингового сайта доверие пользователя к системе обязательно возрастет, поскольку система защитила пользователя от фишинговой атаки.Таким образом, пользователь может полагаться на систему искусственного интеллекта для обнаружения фишинговых сайтов и смягчения киберугроз. Чем больше мы взаимодействуем с системами ИИ, тем глубже связь. При каждом взаимодействии данные генерируются и добавляются к цифровому отпечатку человека в системе, которую ИИ использует для улучшения своего интеллекта с людьми. Технологии искусственного интеллекта также быстро развиваются и в настоящее время могут анализировать человеческие эмоции, вызывая бурные дискуссии о его непредвиденном будущем [33].

3.1 Эмпирические исследования интеллектуальных пользовательских интерфейсов

Сложность и количество кибератак ежедневно увеличивается [34], что представляет большую угрозу как государственным, так и частным технологическим активам.Кибербезопасность использует методы моделирования угроз для смягчения атак хакеров на технологические активы. Моделирование угроз обеспечивает проактивность и дает представление об оценке рисков и определении приоритетов их смягчения [35]. Было обнаружено, что формальные методы более эффективны для оценки эффективности по сравнению с традиционными методами [36]. Поскольку киберугроза становится все более заметной, применение искусственного интеллекта (ИИ) в кибербезопасности является еще одним достижением в технологии, используемой экспертами в этой области [34]. Проявлением пользовательского интерфейса с поддержкой ИИ являются Jarvis, Amazon Alexa, Neflix, IBM Watson, Nest Thermostat, Spotify и iRobot Roomba [37]. В то время как развитие технологий для усиления мер безопасности против киберугроз является целесообразным и важным, пользовательскому опыту (EU) также необходимо уделять первостепенное внимание в дизайне пользовательского интерфейса (UI), чтобы обеспечить удобство использования и беспроблемный рабочий процесс. Поскольку лучшая безопасность системы не должна быть равносильна худшему UX, важными факторами для улучшения UX и UI в кибербезопасности являются баланс безопасности системы/программного обеспечения с UX, разработка UI на основе человеческого восприятия и минимизация сложности интеграции программного обеспечения в существующей сетевой инфраструктуре [38].Плохо спроектированный пользовательский интерфейс снижает UX, что приводит к тому, что пользователь с трудом выполняет желаемые действия [39]. Применение ИИ играет ключевую роль в IUI для смягчения проблем, которые могут возникнуть в результате взаимодействия человека с машиной. IUI рассматривается как подмножество исследований взаимодействия человека и компьютера (HCI) с целью использования интеллектуальных и современных технологий для улучшения HCI.

Применение ИИ в пользовательском интерфейсе может значительно улучшить взаимодействие между людьми и компьютерами. Это позволяет компьютерам понимать больше каналов человеческого общения, таких как жесты тела, жесты рук, звуки, движения глаз, синхронизация губ и другие движения тела [40].Эта продвинутая связь с людьми с помощью ИИ привела к инновационным решениям, направленным на преодоление барьеров в общении человека и компьютера. Примером может служить разговорный ИИ, который представляет собой продвинутую платформу для широко используемой службы поддержки онлайн-сервисов. Разговорный ИИ может анализировать эмоции человека и управлять разочарованием в системе, направляя его по различным каналам для лучшего обслуживания клиентов [41]. С помощью IUI можно предоставлять адаптивные, персонализированные и реагирующие услуги, чтобы гарантировать удовлетворение конкретных потребностей пользователя, даже если они еще не осознали этого. С помощью больших данных, интеллектуального анализа данных и алгоритмов глубокого обучения технологии, которые могут управлять этими персонализированными услугами, могут быть разработаны для совместной работы с интеллектуальными средами для смягчения экологических проблем, которые могут возникнуть в результате взаимодействия человека с компьютером.

Поскольку важной особенностью IUI является улучшение человеко-компьютерного интерфейса, ниже приведены современные методы, используемые в IUI [27]:

1. Интеллектуальное получение данных от пользователя: такие как распознавание лица и выражения, обработка естественного языка, распознавание и отслеживание жестов и отслеживание взгляда.

2. Моделирование пользователя: Это включает в себя все методы связи, которые позволяют адаптировать взаимодействие человека и машины к различным средам и пользователям, таким как машинное обучение, понимание контекста и другие.

3. Генерация объяснения: Охватывает все методы, которые позволяют системе объяснять свой результат пользователям, такие как агенты IU, речевой вывод, тактильная обратная связь в виртуальной среде

Применение интеллекта в дизайне пользовательского интерфейса к улучшению пользовательского опыта, что обеспечивает эффективность, результативность и удовлетворенность пользователей с использованием различных подходов. Это достигается за счет представления рассуждений или действий в соответствии с набором моделей, таких как пользователь, диалог, домен, задачи или речь. Как показано на рис. 5, разные модели из разных дисциплин представляют собой разработку IUI. ИИ способствует моделированию интеллектуальных методов для улучшения связи, нотаций с поддержкой разработки программного обеспечения, унифицированных процессов и формальных языков, в то время как человеко-компьютерная инфраструктура занимается вопросами, касающимися пользователей. Эти комбинации моделей позволяют создавать методы, обеспечивающие удобный пользовательский интерфейс.

Рисунок 5.

Дисциплины, участвующие в разработке IUI [42].

IUI применяет методы искусственного интеллекта к различному вводу и выводу с целью интеллектуального улучшения UX. Это достигается за счет рассуждений, представления знаний, машинного обучения, адаптации и адаптивности, как показано в различных приложениях, таких как система фильтрации электронной почты, диалоговая система, система ответа на электронную почту и т. д. [43]. Поскольку моделирование угроз дает ответы на вопросы «где, что и как» [3], метрики, полученные на основе этих вопросов, служат входными и выходными данными в ИИ для улучшения UX и интеграции интеллекта в дизайн пользовательского интерфейса.

Существует два различных метода пользовательского интерфейса, которые можно эффективно применять к пользовательским интерфейсам разведки при моделировании угроз кибербезопасности, а именно: прямое манипулирование и косвенное манипулирование [7], как показано в таблице 2. Кроме того, IUI предполагалось как способ преодолеть ряд проблем, с которыми не могут справиться интерфейсы прямого манипулирования, и дополнительно выделить три принципа, которые могут быть применимы к моделированию угроз в кибербезопасности, а именно: (i) контроль прозрачности и предсказуемости (ii) конфиденциальность и доверие (iii) отношение к системам как к единомышленникам. существа [47].

5

			Косвенные манипуляции
Пользователи, чтобы понять действие интерфейса	Высокий
Предсказуемость: Точность ALGORITHM	Low	Высокий
		Высокий	Высокий
Адаптация: . Предоставление интеллекта в интерфейс	Высокий	Низкий

Таблица 2.

Сравнительный анализ ВУИ.

Ehlert [27] также выделил ряд проблем, с которыми современные интерфейсы прямого манипулирования не смогут справиться, например, создание специализированных систем, фильтрация проблем, предоставление помощи в использовании сложных и новых программ, взятие на себя ответственности от пользователей с другими формами взаимодействия. Характеристики для разработки интеллектуальных функций в дизайне пользовательских интерфейсов, которые улучшают разработку модели угроз в кибербезопасности:

1. Интеллектуальный пользовательский интерфейс помогает пользователю : Помощь пользователю чаще всего рассматривается как ключевое действие, которое выполняет интеллектуальный объект. .

2. Интеллектуальный пользовательский интерфейс адаптируется к пользователю и автоматизирует задачи : Адаптация, автоматизация и взаимодействие — наиболее известные аспекты, которые специалисты используют, изображая нечто интеллектуальное.

3. Различные концепции пользовательского интерфейса интеллектуальны по-разному : Интерфейсы, системы, агенты и помощники являются наиболее распространенными объектами, которым исследователи приписывают интеллект [48].

3.2 Проблемы IUI

Либерман [49] выделил следующие проблемы IUI для моделирования угроз в кибербезопасности:

1. неспособность уделить исключительное внимание прозрачности и объяснению.

2. оценка интерфейсов ИИ является сложной задачей.

3. вкладывать больше средств в долгосрочное взаимодействие, чем в предсказуемые интерфейсы.

4. внимательность и внешний вид в проектах были проблемой

5. что предсказуемость не является единственным определяющим фактором удобства использования

прогнозирование целей.Кроме того, это обычный компромисс, когда нужно решить, использовать ли простой подход, чтобы повысить функциональность. Наконец, перечислены три основные проблемы:

1. Презентация (этап взаимодействия человека с компьютером в IUI),

2. Компетентность (сосредоточена на подходах или процедурах искусственного интеллекта)

3. Доверие (на IUI)

3.3 Сравнительный анализ интеллектуальных пользовательских интерфейсов

Разборчивость, предсказуемость, удобство использования и адаптация — четыре характеристики, которые необходимо учитывать при рассмотрении пользовательского опыта при разработке IUI, как показано в таблице 2.

Разборчивость IUI в отношении того, как пользователи понимают действия интерфейса, была высокой, когда речь шла о прямом манипулировании, и низкой — о косвенном манипулировании. Это дает лучшее понимание того, как и когда разведка может существенно улучшить практику проектирования (взаимодействия) при применении кибербезопасности для модели угроз [47]. Что касается точности алгоритма, объясняющего предсказуемость, существует множество алгоритмов, таких как динамическая байесовская сеть и наивный байесовский алгоритм, которые можно использовать для прогнозирования пользователя, а также методы, такие как методы адаптации, которые обеспечивают интеллект для повышения предсказуемости пользовательского интерфейса и создания прочного UX. Производительность этих методов снижается, когда точность алгоритма системы становится низкой [44]. Принципы удобства использования для оценки интеллектуальных пользовательских интерфейсов (а не систем прямого манипулирования) гарантируют, что они не введут в заблуждение ожидания пользователя [48]. Предоставление интеллектуальных данных в пользовательском интерфейсе очень надежно и экономично при прямом манипулировании, чем при косвенном манипулировании, поскольку инструмент разработки позволяет легко разрабатывать и поддерживать интеллектуальные части системы [50], особенно когда речь идет о моделировании угроз из-за учета различных рисков. метрики.

3.4 Методы разработки IUI

Плохо спроектированный интерфейс может создавать неудобства для пользователей. Как и любой другой продукт, IUI нужно создавать тщательно. Необходимость в IUI должна быть очевидна из анализа проблемы, а не в создании IUI просто потому, что это хорошо. Прежде всего, следует определить, нужен ли устройству IUI или нет, потому что IUI обычно более требовательны к компьютеру, чем обычные пользовательские интерфейсы. Если с пользовательским интерфейсом можно добиться той же производительности, зачем создавать более сложный и дорогой IUI? Окончательное решение о том, следует ли создавать адаптивный процесс в интерфейсах или нет, заключается в сопоставлении затрат на развертывание с повышением вовлеченности пользователей [51].Если в IUI будут введены адаптивные функции, когнитивная обработка, ожидаемая пользователем, будет уменьшена, тогда как установка и управление IUI потребует времени и вычислительных ресурсов. При разработке IUI используются следующие этапы итеративного уточнения, описанные ниже.

1. Обзор пользователей, приложений и среды : В любом процессе проектирования этап обзора и анализа, вероятно, является наиболее важным этапом, но гораздо более важным этапом является этап проектирования IUI. Необходимо проанализировать типичного пользователя системы, какие роли должна играть система и какой метод может выполняться на этапе проектирования обычного неинтеллектуального интерфейса. В идеале IUI должен быть в состоянии приспособиться к любому потребителю в любой среде.

2. Создание и установка (прототипов) интерфейсных методов: Метод разработки инновационных стратегий и метафор для взаимодействия основан главным образом на воображении. Самый безопасный подход — это только выходить и искать свежие вещи и теории, однако существуют общие стандарты архитектуры интерфейса. IUI не обязательно подчиняются общим правилам пользовательского интерфейса, например, пользовательскому контролю, мощности доступа и согласованности [52].С другой стороны, другие критерии лучше подходят для IUI, чем для UI. Использование естественного языка в IUI, например, IUI будет говорить на языке пользователя даже больше, чем обычные рамки пользовательского интерфейса.

3. Оценка разработанной структуры: Критерии, составленные в процессе оценки, должны быть соблюдены, и должна быть изучена осуществимость прототипа устройства, а также должны быть определены тесты на удобство использования для оценки этого качества. Эти показатели могут включать количество ошибок, время выполнения задачи, отношение пользователя к интерфейсу и т. д.Удовлетворенность пользователей — очень важный, но субъективный критерий юзабилити [52]. Поскольку потребителю приходится взаимодействовать с интерфейсом, необходимо знать, приятен ли дизайн и удобен ли он для работы.

4. По результатам оценки вносятся исправления: В существующую версию будет внесен ряд концептуальных изменений в зависимости от проблем, обнаруженных на этапе оценки. Затем будет начат новый раунд проектирования, исполнения и оценки.Пока результат не будет удовлетворительным, этот итеративный метод будет продолжаться. Окончательная методология интерфейса может быть реализована в текущих инструментах проектирования пользовательского интерфейса, если она будет признана эффективной.

5. Редактирование инструментов для проектирования интерфейсов: В процессе проектирования также может быть пятый этап, связанный с редактированием инструментов для проектирования интерфейсов для добавления современного подхода или метафоры.

Ниже приведены некоторые подходы к разработке приложения IUI для улучшения взаимодействия с пользователем.В таблице 3 приведены описания различных методов проектирования ВУИ [53].

Методы дизайна
Графики состояния, управляемые вероятностью	В нем используются государственные графики для анализа пользователей поток через разные состояния. Он создает метрики вероятности ожидаемых действий пользователей с различными функциями или событиями в интерфейсе. Эти показатели затем подпитывают решения о том, как персонализировать пользовательский интерфейс.
Деревья решений	Этот метод использует контекстные данные для определения выбора групп пользователей. Этот анализ помогает принимать разумные решения о том, как разные пользователи взаимодействуют с пользовательским интерфейсом.
Прогнозирование с помощью алгоритмов кратчайшего пути	В этом подходе используются веса для определения путей, по которым чаще всего выбираются пользователи. Его процесс включает в себя отслеживание предыдущего или исходного состояния, следующего или целевого состояния, текущего события и времени события для определения кратчайшего пути пользователя.
Марковская модель высшего порядка	Этот подход анализирует несколько пользовательских переходов, чтобы предсказать решение пользователя о следующем пути. Этот анализ сосредоточен на предыдущих или исходных путях пользователей и выходит за рамки последнего пути пользователя к его расширенным исходным путям к месту назначения.
Глубокое обучение с подкреплением (DRL)	Этот подход к проектированию делает расширенный прогноз ожидаемых действий пользователя. DRL анализирует себя в отношении прогнозов поведения пользователя, и он либо считает себя правильным, если прогнозы верны, либо наказывается в противном случае. Это обучение проводится постепенно, чтобы стать идеальным прототипом пользователя со знанием ожидаемых действий.

3.5 ИИ и дизайн пользовательского интерфейса

Отличительным фактором между традиционным дизайном пользовательского интерфейса и дизайном IUI является применение ИИ для улучшения взаимодействия с пользователем (UX). ИИ вводит сырую способность к созданию индивидуализированных интерфейсов за счет понимания и открытий, основанных на понимании действий пользователей [54]. Ожидания пользователя или предполагаемая активность в интерфейсе — это то, на что ИИ опирается, чтобы обеспечить лучший пользовательский опыт.Традиционный пользовательский интерфейс по-прежнему связан с дизайном, но ИИ учитывает интерес пользователя, чтобы обеспечить ему длительный пользовательский опыт (UX). Алгоритмы традиционных поисковых систем являются жесткими и дают одинаковые результаты поиска для одних и тех же поисковых запросов от разных пользователей, но ИИ развивает поисковые системы, чтобы генерировать более точные результаты, адаптированные к конкретному пользователю. Клавиатуры — это еще один жесткий интерфейс, который постепенно заменяется сенсорными взаимодействиями, такими как жесты тела, бесконтактные жесты рук и звуки.Аффективные вычисления — еще одно вмешательство ИИ, оно учитывает человеческие эмоции, настроения и выражения [55]. Это новая технология, которая позволяет пользовательскому интерфейсу понимать человеческие эмоции и реагировать на них в надежде изменить жесткую форму взаимодействия человека с компьютером.

Уместный вопрос должен быть задан, когда речь заходит об искусственном интеллекте и дизайне пользовательского интерфейса. Какова важность ИИ для дизайна пользовательского интерфейса? Ответить на этот вопрос можно только обратившись к HCI. Каждый процесс в области промышленного дизайна человеко-машинного взаимодействия и искусственного интеллекта переплетается с самого раннего этапа разработки компьютеров с ключевыми отношениями, такими как интеллект, даже сегодня [49].Интеллект открывает представление знаний и управление взаимодействием с применением алгоритмов машинного обучения при разработке IUI. Появление HCI привело к множеству инноваций, которые привели к технологическому развитию, движимому повсеместными вычислениями [56]. Идея, лежащая в основе HCI, заключается в том, чтобы сделать компьютеры очень простыми в использовании и более полезными, в то время как ИИ моделирует человеческие идеи и воплощает эти идеи в компьютер. Эти отношения приводят к созданию IUI с высокой степенью удобства использования.Таким образом, ИИ устраняет многие трудности, с которыми приходится сталкиваться при разработке пользовательского интерфейса, и отвечает на многие вопросы, касающиеся пользовательского опыта. В таблице 4 представлены цели гиперконвергентной инфраструктуры в отношении дизайна пользовательского интерфейса и искусственного интеллекта.

Сотрудничество	Это придает внимание сотрудничеству среди удаленных пользователей	это объединяет воображаемое совместное усилие между пользователем и компьютером, поскольку компьютер берет на себя более живую функцию
Пользовательский ввод	Он более гибкий, поскольку пользователи могут беспрепятственно смешивать значительный уровень коммуникации и давать определенные и четкие указания.	Это может повысить гибкость ввода данных в компьютерные системы.
Адаптация	Он изучает пользователей и передает результаты во время разработки дизайнерам и разработчикам.	Позволяет переносить часть комментариев цикла из времени разработки во время выполнения.
Желаемые методы работы	Он описывает реальные методы работы и гарантирует, что системы постоянно используют эти методы.	Представляет рабочие практики в виде описаний рабочих процессов и содержания документов (как процедурных, так и декларативных)
Пользовательский опыт	Помогает пользователям достигать своих личных и рабочих задач и целей.	Дает возможность конкретно реализовать идеи пользователя непосредственно в работающих системах.

Применение ИИ в дизайне пользовательского интерфейса в основном является цифровой практикой и будет визуально направлять пользователя по интерфейсу продукта. У интеграции ИИ в пользовательский интерфейс есть более светлое будущее, хотя существует несколько алгоритмов ИИ с эвристическим характером, но эти решения (предопределенная модель, делающая более установленную связь менее значимой, чем текущие, и чрезмерная точность) могут помочь в моделировании угроз для кибербезопасность [44].

3.6 Модель дизайна IUI

Модель дизайна IUI отображает представление пользовательского интерфейса и то, каким будет UX. Выбор модели дизайна очень важен, поскольку от этого зависит, какие функции и службы будут доступны в пользовательском интерфейсе.Использование чертежа может значительно ускорить процесс проектирования [57]. Некоторые модели имеют общую архитектурную модель, ориентированную на пользовательское моделирование, в то время как другие предлагают мультимодальную архитектурную модель ввода. Ввод захватывается, а затем предварительно обрабатывается с клавиатуры, мыши, микрофона, видео или, возможно, какого-либо другого устройства ввода. Производство влечет за собой маркировку корпуса и другие интересные входные элементы. Различные модальности объединяются и измеряются после оценки каждой входной модальности.

После того, как все необходимые знания будут доступны и пересмотрены, структура должна определить наилучший выбор для вмешательства. На рисунке 6 это называется адаптацией, поскольку обычно выбираются некоторые типы адаптации интерфейса. Оценка и адаптация иногда происходят одновременно с использованием одного механизма вывода для обоих, что делает разницу между процессом оценки и адаптации не очень очевидной. Также важно произвести выбранную операцию, которая достигается на отрезке производительности производства.Большинство IUI могут быть изготовлены с этой моделью или оснащены ею. Общая модель IUI показана на рисунке 6.

Рисунок 6.

Модель интеллектуального пользовательского интерфейса [27].

3.7 Инструменты для создания прототипов пользовательского интерфейса и пользовательского интерфейса на основе искусственного интеллекта

ИИ обеспечивает простоту проектирования пользовательского интерфейса и пользовательского интерфейса, и ниже приведены некоторые из наиболее частых вариантов его использования.

1. Uizard: Этот инструмент позволяет быстро создавать прототипы эскизов. Он преобразует нарисованные от руки каркасы в прототип приложения с рабочим кодом.

2. Airbnb Design AI: Этот инструмент в настоящее время находится в разработке и может легко преобразовывать эскизы дизайна в прототип продукта с рабочим кодом.

3. InVision : Этот инструмент прототипирования преобразует загруженные проекты в интерактивные прототипы.

4. Mockplus : Используется для быстрого создания интерактивных прототипов приложений.

5. Мокапы Balsamiq : Этот инструмент позволяет легко создавать каркасы приложений. Процесс проектирования и созданные каркасы представлены в формате эскиза. [58, 59, 60, 61]. В таблице 5 показан сравнительный анализ наиболее часто используемых инструментов проектирования IUI.

NO NO

Характеристики	Uizard	AirBnB в дизайн AI	Mockplus	InVision	Balsamiq
обучения Кривая	Минимальных	Минимальных	Минимальных	Минимальных	Минимальных
простоты	High	High	High	среднего	высоких
Offline Возможность	Нет	Нет	No	Да	Да	Да
Бесплатно использовать (без суда)		Да	No	Да	Да	NO
NO	NO	NO	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да
Сообщество поддержки	Low	Low	Medium	High	Medium
	Web	Web	Mac / Win	Web	Mac / Win / Web
код поколение	Да	Да	Да	Нет	Нет
В производстве	Нет	Нет	Да	Да	Да
Разработчик характеристики	Да	Нет	Нет	Да	Нет
Переходов экрана	Да	Да	Да	Да	Нет
образцов с нуля	Да	Да	Да	Нет	Да
Активное использование	Низкий	Низкий	Низкий	Средний	Низкий

Таблица 5.



Сравнительный анализ часто используемых инструментов проектирования IUI.

4. Модели угроз кибербезопасности

Метод моделирования угроз представляет собой набор методов, используемых для построения системной абстракции, профилирования возможных атак, целей и процедур, включая индекс потенциальных угроз, которые могут возникнуть [62]. Типичный процесс моделирования угроз включает пять компонентов: анализ угроз, идентификация активов, возможности смягчения последствий, оценка рисков и картирование угроз.Модели угроз требуют применения искусственного интеллекта для оперативной отчетности о рисках. Прогнозируется, что во втором квартале 2018 года ущерб от киберпреступлений к 2021 году достигнет 6 триллионов долларов в год, а уязвимости вредоносных программ, нацеленных на компьютеры, достигают 151%. Таким образом, интеллектуальный пользовательский интерфейс (IUI) необходим для моделирования угроз. Могут быть внешние или внутренние угрозы с катастрофическими последствиями. Атаки могут полностью обойти программы или привести к утечке конфиденциальной информации, что снижает интерес клиента к поставщику системы.

Существует более дюжины основных моделей угроз, применяемых к кибербезопасности. Модели угроз существуют с конца 1990-х годов, чтобы помочь укрепить кибербезопасность. Между тем, [63] отметил, что независимо от наличия различных моделей угроз, все они состоят из пяти шагов. Во-первых, это детальная разбивка инфраструктуры или приложения, затем определение угроз, за ​​которыми следуют их превентивные меры, затем — снижение серьезности (смягчение последствий) и, наконец, ранжирование угроз [35].Предсказуемость алгоритмов машинного обучения является основным фактором моделирования угроз. Существует двенадцать моделей угроз, но новаторской является модель STRIDE от Microsoft, возникшая в 1999 году и породившая последующие модели. STRIDE приводит к нескольким ложным срабатываниям и идеально подходит для команд с небольшим опытом в области безопасности [64]. Другие лучшие модели включают DREAD, PASTA, LINDDUN, Trike, OCTAVE, CVSS, hTMM, деревья атак, Persona Non-Grata (PnG), карты безопасности, количественную TMM и моделирование VAST [65].Анализ моделей угроз показал, что гибридные модели угроз обрабатывают больше потенциальных атак, чем отдельные модели [62]. В этом анализе также рекомендуется модель PASTA, поскольку она имеет хорошо структурированную компоновку и ее реализация относится к подсистемам, а не ко всей системе. Еще одна модель угроз, заслуживающая внимания, — это Persona Non-Grata (PnG), адаптированная к дизайну UX, в которой анализируется поведение пользователей и их взаимодействие с пользовательскими интерфейсами. Он выдает несколько ложных срабатываний, и он идеально подходит, когда известна слабость системы, иначе становится трудно точно определить вероятные угрозы.Модель Security Cards — еще один способ подтверждения, который идеально подходит для необычных или продвинутых атак и зависит от мозгового штурма возможных вторжений. Основным недостатком Security Cards является большое количество ложных срабатываний [64]. В табл. 6 представлен сравнительный анализ особенностей наиболее распространенных и широко используемых методов моделирования угроз.

8 Высоко подходит

8 8

00088 Высокий

Особенности Versus Модели	Stride	Паста	Security Card	Атака Дерево	CVSS	QTMM
Документация	Чрезвычайно высокая документация	Высокая документация	Меньше документации	Меньше документации	Меньше документации	Чрезвычайно высокая документация
Идентификация технической угрозы	Высоко подходит	Подходит	Очень подходит	Очень подходит	Очень подходит
Нетехническая идентификация угроз	Очень подходит	Подходит
очень подходит	очень подходит
Общая угроза Идентификация
Очень эффективен	Очень эффективный	EFFICICE	Умеренно эффективно	Очень эффективный	Очень эффективный
Время потребления	Высокопроизводство	Чрезвычайно много времени потребляет	Умеренно много времени	Умеренно Треновое потребление	Умеренно Треновое потребление	Умеренно Потребляемое
Использование	Очень легко использовать	Сложно использовать	Умеренно легко использовать	Использование	Простота в использовании	Простота в использовании	Easy в использовании
1
высокий зрелости	Средний зрелость	Низкий зрелости	Средний зрелость	Средний зрелость	высокий зрелость
площадь OCUS	Developer	Activer / Application	Application	Actioner	Actioner / Application	Все охватывает
Требования к использованию	Требуется меньше обучения	Требуется больше обучения	Требуется умеренная подготовка	Требуется умеренная подготовка	Требуется умеренное обучение	требуют умеренного обучения
Low	Чрезвычайно высокий	Низкий	Низкий	Medium	Medium	Medium
Engine English	Угроза свойства, система объекты, инциденты и ограничения системы	Управление угрозами, перечисление и оценка.	Целевая необычная угроза (сложные угрозы)	Направление системы и цели атаки	Система оценки и рейтинг серьезности	Свойства угроз, системные объекты, система оценки и рейтинг серьезности
Свойства безопасности	очень высокий	Высокий	Высокий	Высокий	Чрезвычайно высокий
Области применения	Промышленность программного обеспечения	Промышленность программного обеспечения, инжиниринг и банковское дело	Производство	Строительство и производство	Программное обеспечение и банковское обеспечение	Программное обеспечение и управление проектом
Классификация угроз	Очень эффективно	Эффективное	Умеренно эффективно	Эффективные	Высокоэффективные	Высокоэффективные
STA KEHLHOLDERS INCUT / CONCRATIORATIOR	Очень высокое сотрудничество	Чрезвычайно высокое сотрудничество	Чрезвычайно высокое сотрудничество	Без сотрудничества	без сотрудничества	Очень высокое сотрудничество
Приоритетность угроз	Средняя приоритетная приоритета и умеренно эффективная	чрезвычайно высокая приоритетная и высокоэффективные	высокой приоритеты	и более эффективные	средней приоритеты и умеренно эффективные	чрезвычайно высокая приоритета и высокоэффективные	чрезвычайно высокая приоритета и высокоэффективные
Надежность	высоконадежна	Таблица 6. Сравнительный анализ методов моделирования угроз. 4.1 Процесс моделирования угроз кибербезопасности Моделирование угроз включает ряд процессов и аспектов для эффективного смягчения последствий. Невключение этого набора компонентов может привести к незавершенности моделирования, что помешает надлежащему предотвращению угроз. Список этих компонентов выглядит следующим образом: 4.1.1 Анализ угроз Это называется анализом угроз. Это связано с детальной разбивкой инфраструктуры или приложений.Раздел содержит информацию о типах угроз, уязвимых устройствах, механизме мониторинга, инструментах и ​​процессах эксплуатации уязвимостей, а также мотивах злоумышленников. Аналитики безопасности также собирают и используют онлайн-источники, проприетарные решения или каналы связи безопасности для доступа к информации об угрозах. Это используется для повышения осведомленности и знаний о возникающих рисках для определения правильного курса действий. Самое главное, он пытается понять поток данных в системе. 4.1.2 Идентификация актива Это называется определением угрозы. Команде безопасности требуется внутренняя инвентаризация используемых компонентов и данных, местонахождение этих активов и используемые процедуры безопасности. Эта инвентаризация позволяет группам безопасности отслеживать выявленные уязвимости своих активов. Это помогает получить представление об изменениях активов из инвентаря в режиме реального времени. Например, предупреждения о возможности атак, если активы будут введены с разрешенным разрешением или без него.Это включает в себя выявление всех потенциальных и текущих угроз приложениям/системам. 4.1.3 Возможности смягчения последствий Это называется контрмерами. Способность смягчения (то есть способность смягчения) обычно относится к технологиям обеспечения безопасности, идентификации и реагирования на конкретную форму угрозы, но также может означать навыки, ноу-хау и процессы безопасности предприятия. Оценка текущего опыта поможет решить, требуются ли дополнительные ресурсы для минимизации угрозы. Например, начальная степень защиты от типичных атак вредоносных программ может быть достигнута при наличии корпоративных антивирусов (AV). Например, чтобы сравнить текущие AV-сигналы с другими возможностями обнаружения, эксперт по безопасности может решить, есть ли необходимость в дополнительных инвестициях. Это связано с превентивными мерами. Это включает в себя анализ текущих кибератак на приложения, управление нанесенным ущербом и усиление безопасности системы. 4.1.4 Оценка уязвимости Это называется смягчением или оценкой риска.На этом этапе рассматриваются выявленные угрозы с упором на угрозы высокого риска. Оценки рисков связаны с инвентаризацией активов посредством анализа угроз. Эти ресурсы необходимы, чтобы помочь специалистам по безопасности оценить текущее состояние своих систем и разработать стратегии управления уязвимостями. Активный мониторинг устройств и решений также может обеспечить оценку рисков. Тестирование на проникновение, например, эффективно для проверки мер защиты. Это для снижения остроты. 4.1.5 Картирование угроз Картирование угроз — это метод, отслеживающий вероятный путь системы к угрозам.Он призван смоделировать, как злоумышленники могут переключаться с одного ресурса на другой, и помочь службам безопасности предсказать, где средства защиты могут быть реализованы или применены более эффективно. Он занимается ранжированием угроз в соответствии с их серьезностью и потенциальным ущербом для приложения. 4.2 Предиктивная аналитика моделей угроз Машинное обучение (МО) помогает в построении математических моделей, способных объяснять и демонстрировать сложное поведение без необходимости программирования [50].Эти методы позволяют улучшить интерфейс HMI и еще больше повысить интеллектуальность проекта. Использование ML в дизайне человеко-машинного интерфейса/взаимодействия (HMI) не очень тривиально. Мустакис и Херрманн [66] подтвердили, что неправильное представление об МО, неадекватное знакомство со скрытыми возможностями МО и нехватка исследований являются основными причинами отказа от использования МО в дизайне ЧМИ. Тем не менее, на сегодняшний день машинное обучение получило признание, и передовые приложения могут расширить возможности пользователя в дизайне пользовательского интерфейса, что помогает в смягчении угроз кибербезопасности.Интеграция моделей, которые используют журналы для реактивной дискриминации транзакций на основе истории пользователя, необходима для моделирования угроз кибербезопасности. Проблемы, с которыми обычно сталкиваются при анализе угроз, теперь решаются за счет применения ИИ в сочетании с алгоритмами машинного обучения, которые используют данные для обнаружения аномалий в системах. Прогнозный анализ управляется данными с помощью искусственного интеллекта и использует большие данные для понимания вредоносных действий, выявления закономерностей и гораздо более быстрого предоставления информации о потенциальных атаках [67].Стандартизации не существует, и поэтому выбор моделей угроз определяется потребностями проекта, такими как целевая область риска, выделенное время, опыт и участие заинтересованных сторон [68]. Кроме того, выгодно применять модели угроз на этапе требований и проектирования жизненного цикла проекта [65], а также желательно использовать хорошо сформулированную модель жизненного цикла разработки программного обеспечения (SDLC) [69] для эффективного моделирования угроз. . Хотя ИИ проливает свет на кибербезопасность, он также создает тревожные возможности для вторжений для киберпреступников.Это испытание не ограничивает влияние ИИ, а, скорее, усиливает его значение, особенно в моделировании угроз кибербезопасности. 4.3 Базовые принципы проектирования интеллектуальных пользовательских интерфейсов Существует четыре базовых принципа, которые необходимы для разработки пользовательского интерфейса с поддержкой ИИ [70]. Управление открытием и ожиданием Ожидание пользователя очень важно при разработке интеллектуального пользовательского интерфейса, поэтому можно избежать ложных ожиданий.Таким образом, пользователи будут знать возможности инструментов и их ограничения, а также преимущества, ожидаемые при минимальном вводе. Дизайн, позволяющий прощать ошибки ИИ будет совершать ошибки. Пользовательский интерфейс должен быть разработан таким образом, чтобы пользователи хотели простить любую ошибку, с которой они сталкиваются при использовании инструментов. Должна быть способность понимать ответ на естественном языке. Прозрачность данных и персонализация Сбор данных должен быть прозрачным и позволять пользователям настраивать его с помощью яркой информационной панели для эффективного мониторинга.Должна быть предусмотрена возможность ввода данных пользователями для изменения того, чему научился ИИ, кроме того, что было запрограммировано из бизнес-логики. Конфиденциальность, безопасность и контроль пользователей Безопасность не должна подвергаться риску при разработке IUI. Доверие пользователей необходимо завоевать, обеспечив конфиденциальность, безопасность и возможность управления ИИ. Пользователь должен доверять IUI свои личные данные. 4.4 Применение ИИ в дизайне пользовательского интерфейса для моделирования угроз кибербезопасности Моделирование угроз в области кибербезопасности помогает в изучении текущих и потенциальных уязвимостей в системе и является инструментом борьбы с угрозами безопасности [71].Несмотря на то, что этот процесс был благоприятным, он вряд ли отразил надвигающиеся угрозы безопасности, которые сохраняли постоянную необходимость улучшения кибербезопасности, что привело к традиционным подходам к моделированию угроз. Внедрение ИИ в пользовательский интерфейс приводит к поведенческому анализу, который можно применить ко второму этапу моделирования угроз, называемому определением угроз для предотвращения кибератак. Эффективный подход ИИ, адаптированный к управлению уязвимостями, основан на поведенческом анализе злоумышленника [72]. Моделирование угроз включает ИИ для анализа различных взаимодействий пользователей с интерфейсами и обнаружения аномалий для потенциальных атак. Некоторыми программными решениями или приложениями, предназначенными для обнаружения киберугроз, являются Darkrace Immune System, платформа кибербезопасности, которая использует ИИ для изучения моделей взаимодействия человека с системным интерфейсом для обнаружения аномалий, Cognito и Paladion от Vectors [73]. Codesealer — еще одно программное приложение, обеспечивающее безопасность пользовательского интерфейса [74]. Еще одним приложением является Automated Virtual Agent for Truth Assessment in Real-Time (AVATAR), инструмент проверки безопасности правительства Соединенных Штатов, предназначенный для обнаружения ложной информации во время взаимодействия пользователя с системой и используемый для автоматических опросов на контрольно-пропускных пунктах в аэропортах [75].Некоторые другие приложения ИИ в кибербезопасности относятся к области фильтрации спама и обнаружения вредоносного трафика. Это киберугрозы, которые требуют интеллектуальных моделей для смягчения последствий атак. Важно отметить, что ИИ стал ценным инструментом для киберпреступников, тем самым укрепив значительную практику ИИ в дизайне пользовательского интерфейса [73]. Применение ИИ в пользовательском интерфейсе не лишено недостатков, которые обычно связаны с отсутствием набора данных, вычислений и ресурсов данных, основанных на шаблонах.Кроме того, внедрение ИИ привлекает атаки, смоделированные ИИ, такие как уклонение от модели, отравление данных и кража данных, хотя ими можно управлять с помощью экспертных знаний в области ИИ с использованием передовых методов безопасности и мер безопасности. IntechOpen предлагает несколько вариантов публикаций для исследователей и исследовательских групп, которые ищут профессионального партнера с широким международным охватом. Наши варианты публикаций охватывают широкий спектр научных публикаций и обеспечивают надлежащий выход для ваших исследований. Физика Уайла Э.Электромагнит Койота на 10 миллиардов вольт Мне нравится анализировать физику научной фантастики, и поэтому я собираюсь утверждать, что действие мультфильма «Веселые мелодии» «Сжатый заяц» происходит в далеком будущем, когда миром правят животные. Я имею в виду, Багз Банни и Хитрый Койот ходят на двух ногах, разговаривают и строят разные вещи. Как это не научная фантастика? Позвольте мне установить сцену — и я не думаю, что нам стоит беспокоиться о предупреждениях о спойлерах, поскольку этому эпизоду исполнилось 60 лет. Основная идея состоит, конечно, в том, что Уайл Э.Койот решил, что должен съесть кролика. После пары неудачных попыток поймать Багса он придумывает новый план. Во-первых, он собирается бросить кусок железа в форме морковки в кроличью нору Багса. После того, как морковь будет съедена (и я понятия не имею, как это произойдет), Хитрый Э. Койот включит гигантский электромагнит и притянет кролика прямо к себе. Это такой простой и удивительный план, он просто должен сработать, верно? Но подождите! Вот часть, которая мне очень нравится: В то время как Wile E.Койот собирает свою штуковину, мы видим, что она поставляется в огромном ящике с надписью «Набор для самостоятельной сборки одного электрического магнита на 10 000 000 000 вольт». В конце концов, вы, наверное, догадываетесь, что происходит: Багс на самом деле не ест железную морковь, поэтому, как только койот включает магнит, он просто летит к нему и в его пещеру.И, конечно, куча других к нему притягивается всякое, в том числе фонарный столб, бульдозер, гигантский круизный лайнер и ракета. . Что такое электромагнит? Существует два основных способа создания постоянного магнитного поля. Первый — с постоянным магнитом, вроде тех, что прилипают к дверце холодильника. Они сделаны из ферромагнитного материала, такого как железо, никель, альнико или неодим. Ферромагнитный материал в основном содержит области, которые действуют как отдельные магниты, каждая из которых имеет северный и южный полюса. Если все эти магнитные домены выровнены, материал будет действовать как магнит.(На атомном уровне происходят очень сложные вещи, но давайте не будем об этом сейчас беспокоиться.) Однако в данном случае У Уайла Э. Койота есть электромагнит, который создает магнитное поле с помощью электрического тока. (Примечание: мы измеряем электрический ток в амперах, и его не следует путать с напряжением, которое измеряется в вольтах.) Все электрические токи создают магнитные поля. Обычно, чтобы сделать электромагнит, вы берете проволоку, обматываете ее вокруг ферромагнитного материала, например железа, и включаете ток.Сила его магнитного поля зависит от электрического тока и количества петель, которые проволока делает вокруг сердечника. Можно сделать электромагнит без железного сердечника, но он будет не таким сильным. Когда электрический ток создает магнитное поле, это поле затем взаимодействует с магнитными доменами в железе. Теперь, когда железо и действуют как магнит, в результате электромагнит и наведенный магнит притягиваются друг к другу. Как насчет 10 миллиардов вольт? Я не знаю, как появился сценарий для этого эпизода, но, по-моему, у них была группа сценаристов, работающих вместе.Возможно, кому-то пришла в голову идея электромагнита и железной морковки, и все согласились вставить это туда. Наверняка кто-то поднял руку и сказал: «Знаете, мы не можем просто сделать электромагнит. Он должен быть слишком большим». Другой писатель, должно быть, ответил: «Давайте поставим здесь число. А как насчет 1 миллиона вольт?» Кто-то еще вмешался: «Конечно, 1 миллион вольт — это круто — 91 252, но как насчет 10 миллиардов вольт 91 253?» Что вообще означают 10 миллиардов вольт для электромагнита? Помните, что самое важное в электромагните — это электрический ток (в амперах), а не напряжение (в вольтах).Чтобы установить связь между напряжением и током, нам нужно знать сопротивление. Сопротивление — это свойство, которое говорит вам, насколько трудно перемещать электрические заряды по проводу, и измеряется в омах. Если мы знаем сопротивление провода электромагнита, то мы можем использовать закон Ома, чтобы найти силу тока. В виде уравнения это выглядит так: Расчет электромагнитных полей и сил в катушечных системах произвольной геометрии PDF-версия также доступна для скачивания. ВОЗ Люди и организации, связанные либо с созданием этой статьи, либо с ее содержанием. Что Описательная информация, помогающая идентифицировать эту статью.Перейдите по ссылкам ниже, чтобы найти похожие элементы в электронной библиотеке. Когда Даты и периоды времени, связанные с этой статьей. Статистика использования Когда этот артикул использовался в последний раз? Взаимодействие с этой статьей Вот несколько советов, что делать дальше. PDF-версия также доступна для скачивания. Цитаты, права, повторное использование Международная структура взаимодействия изображений Распечатать / поделиться Распечатать Электронная почта Твиттер Фейсбук Тамблер Реддит Ссылки для роботов Полезные ссылки в машиночитаемом формате. Архивный ресурсный ключ (ARK) Международная структура совместимости изображений (IIIF) Форматы метаданных Картинки URL-адреса Статистика Сакетт, С. Дж. Расчет электромагнитных полей и сил в катушечных системах произвольной геометрии, статья, 14 ноября 1975 г .; Ливермор, Калифорния. (https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc868510/: по состоянию на 7 февраля 2022 г.), Библиотеки Университета Северного Техаса, цифровая библиотека ЕНТ, https://digital.library.unt.edu; зачисление отдела государственных документов библиотек ЕНТ. Электромагнитная модель для расчета импеданса мачты на основе приближения тонкого провода «© 20xx IEEE.Использование данного материала в личных целях разрешено. Разрешение IEEE должно быть получено для всех других видов использования на любых текущих или будущих носителях, включая перепечатку/перепубликацию этого материала в рекламных или рекламных целях, создание новых коллективных работ, перепродажу или распространение на серверах или в списках, или повторное использование любого компонента, защищенного авторским правом. этой работы в других работах». Abstract: Когда молния ударяет в верхнюю часть опоры линии электропередачи или экранирующих проводов, электромагнитные волны распространяются по опоре вперед и назад, увеличивая напряжение на цепочках изоляторов.Это может в конечном итоге привести к обратному перекрытию (BF), что может привести к повреждению оборудования или дорогостоящим отключениям электроэнергии. Чтобы рассчитать перенапряжения и предсказать вероятность BF, необходима точная модель опоры и ее системы заземления в симуляторах типа электромагнитных переходных процессов (EMT). ‡ Существует ряд теоретических моделей эквивалентной схемы опоры ЛЭП. Однако они либо недостаточно точны, либо выведены для определенного типа опор ЛЭП, что ограничивает их применимость.Численный электромагнитный анализ имеет меньше упрощений по сравнению с теоретическими решениями и намного дешевле, чем полевые измерения. Они также обладают гибкостью для анализа любого типа башни. В этой статье прямой метод измерения импеданса опоры реализован NEC4 и применен к двухцепной опоре 400 кВ со всеми ее деталями. Процесс получения проводной сети опоры, использованный в этой статье, полностью автоматизирован и может быть применен к опоре передачи любого другого типа.Результаты численного моделирования сравниваются с результатами, полученными с помощью существующих моделей башни. Разработанная в этой статье модель способна учитывать все детали башни, включая конечное сопротивление заземляющих и заземляющих электродов. Оркида от отправки автора 0000-0003-1493-0914 -1493-0914 -1493-0914 Доставка автора Manitoba Hydro International 1 Доставка авторских стран Canada Расчет электромагнитного поля в полосовой линии с использованием метода FDTD Образец цитирования: Мацумура Х., Ито С., Хасегава Т. и Ивасаки Т., «Расчет электромагнитного поля в полосковой линии с использованием метода FDTD», Технический документ SAE 2004-01-1706, 2004 г., https://doi.org /10.4271/2004-01-1706. Скачать ссылку Автор(ы): Хидэки Мацумура, Шиничиро Ито, Томонори Хасэгава, Такаси Ивасаки Филиал: Национальная лаборатория безопасности дорожного движения и окружающей среды Японии, Университет электросвязи Страницы: 12 Событие: Всемирный конгресс и выставка SAE 2004 ISSN: 0148-7191 Электронный ISSN: 2688-3627 Также в: Программно-аппаратные системы, системная инженерия, усовершенствованная упаковка электроники и электромагнитная совместимость (Emc) — SP-1857 РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ГРАНУЛЯРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Abstract: В этой работе рассматриваются как методы, так и состояние теорий эффективных сред, которые используются для расчета средних, макроскопических значений из гранулированных, микроскопических свойств. Он связан с расчетом частотно-зависимой эффективной проницаемости и диэлектрической проницаемости конгломерата материала, состоящего из отдельных зерен, расположенных либо в поликристаллической, либо в аморфной решетке. Он начинается с изучения взаимодействия электромагнитной волны с рассеивателем; произведение внешнего волнового вектора «k» на радиус сферы «a» мало, а произведение внутреннего волнового вектора «k i » на радиус сферы не ограничено. Приближения, обычно используемые в решении рассеяния, приводят к неполным теориям эффективных сред; они не включают термины, связывающие электрические и магнитные поля, которые могут быть доминирующими, когда k i a велико. Представлен расширенный аналитический метод с точными условиями для расчета спектров проницаемости и диэлектрической проницаемости гранулированных материалов. Используя соотношение Клаузиуса-Моссотти для учета взаимодействия сфер-сфер и точные выражения поля рассеяния, получено уравнение, которое вычисляет спектры эффективной проницаемости и диэлектрической проницаемости в зависимости от свойств зерен, доли упаковки и частоты. alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Антенны дмв для цифрового тв: схемы и чертежи с размерами 27.08.202123.11.2020 Как в домашних проверить утечку газа в домашних условиях: лучшие способы проверки и действия при обнаружении утечки 25.03.202103.10.2020 Электрической мощности единица измерения: Мощность электрического тока. Видеоурок. Физика 8 Класс 23.06.202102.10.2020 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт