МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ.ПРОФ.М.А.БОНЧ-БРУЕВИЧА»

(СПбГУТ)

Факультет: «Институт магистратуры»

Кафедра: «Систем автоматизации и робототехники»

Направление подготовки:	Автоматизация технологических процессов и производств
Направленность (профиль):	Интеллектуальные технологии в автоматизации

Реферат

по дисциплине:

Автоматизация управления проектами научно-исследовательских разработок

на тему:

Системы автоматизированного проектирования в конструкторской подготовке производства автоматизированных систем судейства спортивных соревнований

		Выполнил студент группы:
дата, подпись		Фамилия И. О. Принял к.т.н., доцент
		Макаров Л.М.
дата, подпись		Фамилия И. О.

Санкт-Петербург

2025

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Патент CH628192A5 и смежных заявок 3

2. Методика построения САПР-модели 3

3. Построение технологической карты работ 5

4. Разработка 3D-эскизов структурных узлов (камерные модули, датчики) 6

5. Использование гомографии и алгоритмов трекинга для «виртуальной сетки» 7

9. Критика и улучшения 8

10. Сравнение механических шарниров и электронных сервоприводов 9

11. Внедрение IMU и радарных датчиков для динамического анализа 9

12. Автоматизация подсчёта очков с помощью ML-моделей (YOLO, Kalman) 10

13. Интеграция САПР с производственным процессом 11

13. Экспорт проектной документации в систему управления производством (PDM/PLM) 12

14. Настройка параметрических чертежей и спецификаций камер/датчиков 12

15. Организация обратной связи: тест-бейты и валидация точности 13

16. Управленческие аспекты 14

18. Интеграция задач в Jira/Trello, автоматическое формирование отчётов 15

19. Калибровка и верификация (тестовые стенды, отчёты об отклонениях) 16

20. Заключение 17

Список литературы 18

Современные спортивные соревнования требуют высокой точности и оперативности при вынесении судейских решений. Автоматизированные системы судейства (например, системы VAR, Hawk-Eye и др.) существенно повышают справедливость и скорость принятия решений. Для их разработки и производства необходима эффективная конструкторская подготовка, основанная на современных CAD/САПР-технологиях. САПР позволяет быстро моделировать аппаратные модули (камеры, датчики и т.д.), оптимизировать их геометрию и вырабатывать проектную документацию в цифровом виде. В данной работе рассматриваются подходы к автоматизированному проектированию систем видеосудейства: анализ прототипных решений (патент CH628192A5 и др.), методика построения 3D-моделей и технологических карт, использование компьютерного зрения и машинного обучения для трекинга и подсчёта очков, интеграция САПР с производственными системами (PDM/PLM) и организационные аспекты разработки. В заключении подводится итог влияния САПР на скорость и точность внедрения инноваций в sports-tech-сфере.

Актуальность автоматизации конструкторской подготовки автоматизация судейства в спорте становится насущной необходимостью. Использование систем компьютерного зрения и ИИ позволяет минимизировать ошибочные решения и субъективность судей. Например, известная технология Hawk-Eye в теннисе с помощью нескольких видеокамер отслеживает траекторию мяча и точно определяет попадания в границы корта. Такая автоматизация повышает точность и справедливость результатов. Одновременно с усложнением и ускорением спортивных состязаний (спортсмены становятся быстрее, техника – совершеннее) растёт нагрузка на рефери, что требует поддержки со стороны систем реального времени.

С точки зрения проектирования новых систем эти тенденции диктуют повышение требований к скорости разработки и гибкости конструкций. Автоматизация подготовки конструкторской документации (САПР) позволяет быстрее генерировать и модифицировать 3D-модели, а также интегрировать проектные данные с производством. Электронный цифровой формат САПР-моделей ускоряет обмен информацией между отделами разработки и производства. Крупные промышленные предприятия уже используют интегрированные CAD/PLM-системы для своевременной подготовки проектов и управления жизненным циклом изделий. В спортивной технике, где сроки выпуска оборудования могут быть сжатыми (синхронизация с сезоном соревнований), использование САПР особенно актуально. Оно обеспечивает быстрое обновление проектов (например, изменение положения камер или характеристик сенсоров) и цифровую верификацию готовой конструкции.

1. Патент ch628192a5 и смежных заявок

В качестве прототипа рассмотрена система Helmut Kruse (Швейцария, 1982) – патент CH628192A5 «Телевизионная система для наблюдения и судейства футбольных матчей». Система включала две телевизионные камеры: основную для съёмки игровой зоны и эталонную для съёмки уменьшенной модели поля с нанесённой разметкой. Синхронизация углов двух камер и наложение видеосигналов посредством аппаратного микшера позволяли получать изображение игрового поля с виртуальной координатной сеткой (масштаб 1:100). Судья мог визуально соотнести позицию мяча или игрока на поле с виртуальной сеткой для определения нарушений правил.

Современные разработчики идут дальше описанных идей. Так, в патентных заявках встречаются решения с использованием дронов для обзора поля (например, US20180043200A1 предлагает систему судейства в футболе на основе автономных коптеров) и с виртуальными разметками поверх видеоизображения (EP3059011A1 описывает метод наложения виртуальной разметки на видео спортивного события).

Эти системы внедряют ИИ и гибкую электронику для универсального применения в разных видах спорта. Например, в теннисе активно используется анализ полёта мяча: современные системы трекинга могут с помощью нескольких камер или датчиков точно вычислять траекторию мяча и места касания корта, что позволяет автоматизировать линий судейство. Аналогичные идеи нашли отражение и в других областях (отлеживание игроков с помощью RFID или LiDAR, подсчёт очков в волейболе с мультисенсорной схемой и т.д.), что делает тему разработки автоматизированных систем судейства высоко актуальной и многогранной.

2. Методика построения сапр-модели

При конструировании системы судейства в САПР обычно следуют поэтапной методике. Сначала на основе требований формируют параметры ключевых узлов (например, размеры камерных модулей, диапазоны движений, технические характеристики сенсоров). Затем создают трёхмерную сборочную модель изделия с учётом подвижных частей (например, пан-tilt модулей для поворота камер). Важным этапом является параметризация – определение зависимостей размеров и положений элементов от изменяемых параметров (фокусное расстояние объектива, углы поворота, макс. нагрузка на сервоприводы). Это позволяет быстро генерировать варианты конструкции под разные сценарии. При работе с несколькими модулями (например, камера + радар + IMU), САПР-модель может синхронно объединивать их в одну сборку, используя эталонные плоскости или ограничения для точной привязки.

Практика показала, что использование параметрических эскизов и стандартных библиотек компонентов ускоряет проектирование. Например, модель серверного шкафчика или крепления датчика можно сконструировать один раз и затем адаптировать. САПР также позволяет выполнять статические и кинематические анализы (нагрузки, прочность, диапазоны движения), что важно для проверок взаимодействия механических деталей. Создание электросхем или трассировка кабелей в некоторых системах выполняется параллельно в CAD-специализированных модулях (ECAD/CAD-синтез). Итоговым результатом этого этапа становится цифровая модель изделия, готовая к дальнейшей деталировке и выводу чертежей.