zhChinese    enEnglish
  ПМ-ПУ  » Поступающим  » Высокопроизводительное компьютерное моделирование

Высокопроизводительное компьютерное моделирование поведения сложных технических объектов в жестких условиях внешней среды

Море — это стихия, которая очаровывала и влекла человека во все времена. Недаром в древности одним из верховных богов у всех народов без исключения, даже у таких сухопутных, как древние тюрки, прародиной которых считается современная Бурятия, был морской бог. Посейдон, Нептун, Переплут, Иеманджа, Исида, Су, Тай Фэн — вот неполный список верховных богов «ответственных за морскую стихию» в Греции, Риме, у древних славян и других народов.

Существует много профессий, для которых море является частью работы и жизни. Но не менее привлекательной и завораживающей эта среда оказывается и для исследователей. Причина кроется в большой сложности проблемы и практической значимости решаемых задач. Моря и океаны, занимающие на Земле около 70% и во многом определяющие климат, подвержены влиянию множества различных факторов (солнечная активность, ветер, течения, приливы и пр.), что сводит водную поверхность к существенно нестационарной стохастической среде. Соответственно объекты, находящиеся в открытом море на границе раздела «воздух-вода», оказываются под воздействием мощных случайных воздействий различной природы. Умение правильно моделировать эти внешние воздействия, поведение технических объектов под действием ветра и волн, прогнозировать развитие различных ситуаций и планировать операции в море позволяют

  1. обеспечить безопасность работы человека в условиях агрессивной внешней среды;
  2. сохранить материальные ценности и повысить экономическую эффективность работ;
  3. избежать излишних материальных затрат при проектировании и строительстве кораблей и судов, средств океанотехники, буровых добывающих установок нефти и газа на шельфе;
  4. предотвратить техногенные и экологические катастрофы.

Приведем один простой пример. При проектировании буровой установки для Штокмановского месторождения потребовалось точное знание максимально возможной высоты волны, возникающей в данном районе один раз в 100 лет. Цена вопроса при увеличении высоты платформы буровой на один метр — один миллиард долларов! Другой пример. При проектировании комплекса защитных сооружений против наводнений в Финском заливе в своё время было принято административное решение о ширине ворот для прохода судов в районе Кронштадта. При этом не были учтены все гидрометеорологические условия этого района, и только при помощи математического моделирования поведения судов и окружающей среды было показано, что многие суда просто не смогут, в определенных характерных для данного района условиях, безопасно пройти через строящиеся ворота. Результаты моделирования привели к пересмотру ширины канала.

Изменчивость и многокомпонентность природной среды, сложность технических объектов, нечеткость знания их состояния диктуют необходимость применения разнообразного математического аппарата и современных средств компьютерной поддержки математического моделирования.

Рассматриваемые задачи сводятся, с одной стороны, к типичным задачам прикладной гидромеханики, а с другой стороны, к задачам имитационного моделирования и стохастического прогнозирования. Это типичный подход к решению задачи, в которой аналитически достаточно сложно описать или учесть все факторы.

Другой задачей, связанной с управлением морскими объектами, является поддержка лица, принимающего решение (ЛПР), в сложных морских условиях. В этом случае чаще всего мы сталкиваемся с неопределенностью и нечетким знанием окружающей среды, состояния управляемого объекта и грядущих изменений. Мы можем лишь наблюдать за текущим поведением объекта, на основании которого должны построить прогноз и понять сценарий развития ситуации, а в случае неблагоприятного прогноза определить, как выйти из этой экстремальной ситуации. Здесь кроме средств математического моделирования требуется привлечение методов и технологий искусственного интеллекта.

Ни одна из поставленных задач не может быть решена вне современных средств высокопроизводительных вычислений. Поэтому вместе (и обязательно совместно) с изучением методов математического моделирования, предрасчетного исследования сложных задач, обработки сигналов, технологий искусственного интеллекта и др., студенты нашего факультета овладевают методами и технологиями программирования (различные языки, операционные среды, компонентное программирование). Кроме того, большое внимание уделяется освоению современных информационных технологий (параллельное программирование, GRID, SOA, виртуализация, разработка и создание интеллектуальных систем реального времени и др.)

Дегтярев Александр Борисович

Последние изменения: 21.04.2010 19:45