автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.02, диссертация на тему:Планирование вычислений и организация вычислительного процесса в диалоговых системах проектирования

3 ВЛАЖНОСТЬ

4 РАСХОД

5 СКОРОСТЬ

2. ВЫХОДНОЙ ПОТОК КОМПОНЕНТЫ :

1 ТЕМПЕРАТУРА

2 ДАВЛЕНИЕ

3 ВЛАЖНОСТЬ

4 РАСХОД

5 СКОРОСТЬ

3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

ВОЗ ДУХА

КОМПОНЕНТЫ : ПРИВЕДЕННЫЙ УГОЛ ПОТОКА УГОЛ НАКЛОНА НА ВЫХОДЕ ОТ И.ДИАМЕТ Р УГОЛ НА ¡СЛОНА НА ВХОДЕ УГОЛ НАКЛОНА С К О Р О С Т И О

КОЛЕ CA IIA ВЫХОДЕ ЛОПАТКИ КОЛЕСА

ВТУЛКИ КОЛЕСА ЛОПАТКИ КОЛЕСА

СОПЛ КО ЗС 0 . КО ЭФ Ф

В H.A. РЕПЕТ1С КОЛЕ CA о 1ч v

СТЕПЕНЬ РЕАКТИВНОСТИ КОЭФФИЦИЕНТ РАСХОДА УГОЛ ПОТОКА ПА ВХОДЕ В КОЛЕСО

ЧИСЛО ЛОПАТОК КОЛЕСА ПАРУСНЫЙ ДИАМЕТР КОЛЕСА пмлм!—го пт \ » гм'ч Anm'IL I I и I J и к и

ДИАМЕТР ВОРОНКИ ШИРИНА КОЛЕСА НА ВХОДЕ ШИРИНА КОЛЕСА НА ВЫХОДЕ ТИП КОЛЕСА (РАДИАЛЬНОЕ ИЛИ РАДИАЛЬНО-ОС ЕВОЕ ) КОНСТР. ИСПОЛНЕНИЕ КОЛЕСА (ЗАКРЫТОЕ ИЛИ ОТКРЫТОЕ) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОМПОНЕНТЫ : СТЕПЕНЬ РАСШИРЕНИЯ ГАЗА ИЗЭНТРОППЫй К. П.Д. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧ .ПАРАМЕТР Ы КОМПОНЕНТЫ : М А С С А ОБ ЬЕМ

ОТДАВАЕМАЯ МОЩНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

1 ЧИСЛО ОБОРОТОВ выход ГРАД ,ПА К Г / К I , К Г / С

Т , ГР А Д

Р ,ПА

D , К Г / К Г

G , К Г / С

V , м / с

• ГЕОМЕТРИЯ

ALF2 ВЕТ ГРАД , Г Р А Д

В Е Т 1 , ГР А Д ALF С ,ГРАД PSI

РЕАКТИВНОСТЬ F РАСХОДА ALF1 , ГР А Д

N ЛОПАТОК,ИГ D К О Л Е С А , М ,М h\ ifi f l'l

D B1 B2 ТИП

КОЛЕСА

И С П О Л! I E Н И Е

- ФКП

ПИ КПД

- тэп

МАССА , К Г ОБ ЬЕМ, КУБ.М МОЩНОСТЬ,КВТ fi г v/ р п п ? I Ii u а L Ь /1 о о

ОБОРОТЫ,ОБ/М

25 0-35 О

100000-5000000 0.001

200-45 О 100000

0.25

0.4-0 .6 60-12 О

0-1 С 0.7-0.9 0.3-0.

1.01-50 0.65-0.

0-2 О

РИС .2 7. ОПИСАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТИПОВОГО АГРЕГАТА "ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНЫЙ Т У Р Б О Д Е Т А Н Д Е Р"

- 242

ВХОД. ГАЗА выход выход r к. выход газа

РИС.23. СХЕМА РАДИАЛЬНОГО ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОГО ТУ РБ О Д ЕТ АН Д Е Р А РЕАКТИВНОГО ТИПА :

I - ПАТРУБОК СО СПИРАЛЬНЫМ ПОДВОДОМ ГАЗА; Ж - НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТАТ; Ж ~ РАБОЧЕЕ КОЛЕСО; Е - ВЫХОДНОЙ ДИФФУЗОР

РИС.29. СТРУКТУРА ОТНОШЕНИЯ & , ОПИСЫВАЮЩЕГО СТАЦИОНАРНЫЕ Р Е II! И М Ы ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОГО ТУРБО-ДЕТАНДЕРА (1-ВХ0Д;2-КПД; 3-ВХОД H.A.; 4-КПД H.A.; 5 -В X О Д Р.К.; 6-КПД Р.К.; 7-КПД ДЕТАНДЕРА; 8-ВЫХ0Д Р.К.; 9-КПД ВЫХ.ДИФФУЗОРА; 10-ВЫХ0Д ДЕТАНДЕРА) и в рабочем колесе осуществляется изэнтропное расширение воздуха с различными к.п.д,, что описывается одним и тем же отношением.

Поэтому структура отношения 0'АЕТ 9 описывающего типовой агрегат "центростремительный турбодетандер" будет тлеть вид, изображенный на Рис. 29 (на нем для простоты не указана связь конструктивных параметров агрегата и его частей). Это отношение представляет собой набор типовых отношений: (вычисляющего к.п.д. всего агрегата по значениям к. п.д. его частей и имещего ранг единицу), 0'иазнт,РАСШ (описывающего процесс изэнтропного расширения), и (описывающие процессы, протекающие в направляющем аппарате и выходном диффузоре, соответственно). В рассматриваемой предметной области рабочее тело влажный воздех описывается пятью параметрами: температурой, давлением, относительной влажностью, массовым удельным расходом и скоростью. Поэтому все отношелЛОДКТ-?АСШ Л.Н.А. - /туВЫХ гния и , 0 и О имеют ранг 5.

Для каждого отношения (подотношения) в модели предметной области могут быть указаны функции его разрешения. Например, для отаШЭНТ. РАСШ ^ ТТ имеются две функции. Первая по известным значениям параметров входного потока воздуха и к.п.д. вычисляет значения параметров выходного потока, а вторая ~ по значениям выходного потока и к,п.д. вычисляет значения параметров входного потока,

В подсхеме связи математического уровня с программным для каждой функции указан набор модулей, программно реализующих эту функцию. Например, для рассматриваемого типового агрегата детандер для отношения 0"АЕТ имеется один модуль ДЕТ0^ , вычисляющий параметры выходного потока и геометрию, обеспечивающие максимум к,п,д., при фиксированных значениях параметров входного потока и давления на выходе. Для отношения оизэнт-РАСШ для каждой из функций имеется по два модуля, каждый из которых работает в своей температурной области.

Модули реализованы [63] на языках Алгол и Фортран. Модуль ДНТ0^ , например, состоит из <^1100 строк исходного текста и в качестве подзадач содержит задачу математического программирования, где в качестве функционала выступает изэнтропное к.п.д., и задачи решения систем нелинейных уравнений, связанные с необходимостью удовлетворить законам сохранения энергии, массы и количества движения. Модули, реализующие функции разрешения отношения erWV3HT.9Ac\i} ^ значительно меньше. Их обьем ^ 70 строк исходного текста и они в качестве подзадачи содержат задачу решения нелинейного уравнения, выражающего закон сохранения энергии.

Библиотека модулей функционального наполнения постоянно расширяется и содержит ^ 40 модулей. Общий ее обьем в виде загрузочных модулей ЭВМ БЭСМ-6 составляет ~»120 Кбайт.

Примеры моделей и задач, описанных в рамках рассматриваемой предметной области, приведены в [49]

Современные масштабы и темпы развития народного хозяйства требуют широкого и ускоренного внедрения достижений научно-технического прогресса. Успешное решение этих задач во многом зависит от возможностей проектно-конструкторских организаций, разрабатывающих образцы новой техники. Важное место в разработках занимает этап цроектирования, который в значительной мере определяет уровень и качество создаваемой техники.

Одним из основных путей повышения эффективности процесса проектирования является создание и включение в него специализированных программных средств научно-технических расчетов и переработки информации, которые обеспечат ведение разработок в условиях существующей операционной структуры проектирования. Опыт внедрения такого рода автоматизированных систем показывает, что успех их массового использования проектировщиками в значительной степени зависит от того, насколько эти системы позволяют пользователям работать в своих профессиональных понятиях и решать проектные задачи, описывая лишь исходные и искомые данные, предоставляя системе самостоятельно синтезировать алгоритмы и программы и организовывать вычислительный процесс решения задач. Другими словами, для успешного использования вычислительной системы проектировщиками она должна обладать определенной "прикладной квалификацией" , подразумевающей наличие в системе "знаний" о предметной области и умения манипулировать ими в ходе решения задачи•

Использование вычислительной техники в проектировании, по-существу, началось одновременно с появлением ЭВМ и вскоре привело к быстрому насыщению программных фондов огромным количеством прикладных программ. Стремление к унификации программных средств вызвало появление стандартных программ, которые составлялись на основе некоторых стандартных соглашений, обеспечивающих их совместимость и единообразное использование • Эти программы объединялись в библиотеки стандартных программ, для которых создавались специализированные средства работы с ними. Однако широкое и грамотное использование библиотек стандартных программ потребовало привлечения большого числа специалистов в области прикладной математики и программирования.

Рост числа потенциальных пользователей ЭВМ привел к острой необходимости создания систем автоматизированного использования библиотек стандартных программ для решения задач в рамках определенных прикладных областей. Это вызвало появление в середине 60-х годов нового технологического направления в организации и использовании проблемно-ориентированного программного обеспечения - пакетов прикладных программ [1-4] , разработка которых диктовалась прежде всего требованием к снижению математической и программистской квалификации пользователей.

В середине 70-х годов среди пакетов программ выделился класс так называемых диалоговых систем для непрограммирующих пользователей [5]. Появление этого класса было вызвано необходимостью создания программных систем (к ним относятся и диалоговые системы проектирования), предназначенных для решения сложных прикладных задач, требующих привлечения опыта и интуиции пользователя и его активного вмешательства в процесс реше

- ния. Такие системы должны предоставлять прикладному специалисту-пользователю ЭВМ возможность, во-первых, взаимодействовать с системой, оперируя понятиями и языковыми конструкциями его профессиональной области, во-вторых, решать свои прикладные задачи, не указывая алгоритмов и не составляя программ их решения, и, в-третьих, оперативно общаться с системой, модифицируя и исследуя различные варианты исследуемых или проектируемых объектов.

Разработка и использование диалоговых систем, в частности диалговых систем проектирования, сильно отличается от разработки и использования отдельных, даже весьма сложных, прикладных программ и их комплексов. Это связано прежде всего с тем, что отдельная программа или комплекс программ разрабатываются для решения одной или нескольких определенных задач, в то время как диалоговая система предназначена для решения совокупности заранее определенных задач. Поэтому для массовой разработки и использования диалоговых систем требуется развитие специальной технологии решения задач на ЭВМ, а также специальных инструментальных средств.

Одной из важных проблем, возникающих при создании таких систем, является проблема синтеза алгоритмов и программ решения задач по их описанию в терминах исходных и искомых данных и организация вычислительного процесса решения по сформированной программе. Диссертационная работа посвящена развитию принципов и методов решения этой лроблемы для диалоговых систем проектирования технических систем с блочно-модульной структурой.

Основными целями работы являются:

- анализ существующей технологии решения проектных задач и операционной структуры процесса проектирования;

- аналитический обзор существующих отечественных систем автоматизации решения прикладных вычислительных задач;

- разработка схемы модели предметной области математического и программного уровней в диалоговых системах решения проектных задач расчета и оптимизации стационарных режимов функционирования блочно-модульных систем;

- развитие методов синтеза алгоритмов решения расчетных и оптимизационных задач в таких системах на основе статического планирования вычислений;

- разработка алгоритмов функционирования и методов реализации программных систем, организующих вычислительный процесс решения расчетных и оптимизационных задач по алгоритмам, синтезированным на этапе планирования вычислений»

Работа выполнялась в соответствии с планами научных работ Вычислительного центра АН СССР по темам: "Проблемы программно-целевого управления. Диалоговые системы планирования. Проектирование сложных технических систем с использованием человеко-машинных процедур" (ИГР 0182.3 04-3933) и "Разработка численных методов и алгоритмов решения типовых математических задач, возникающих при проектировании, планировании, управлении развитием сложных организационно-технических систем" (ИГР 0182.2 044952).

Основные результаты диссертации были доложены и обсуждены на 3-ей Всесоюзной научно-технической конференции "Вихревой эффект и его промышленное применение" (г.Куйбышев, 1979), ХХУ юбилейной научно-технической конференции МФТИ (г.Москва, 1979), на международной конференции "Искусственный интеллект и информационно-управляющие системы роботов" (г.Братислава, ЧССР, 1982), семинаре международной рабочей группы "Представление знаний в человеко-машинных и робототехнических системах" Проблемной комиссии многостороннего сотрудничества Академий наук социалистических стран по научным вопросам вычислительной техники (г.Таллин, 1983), семинаре Отдела вычислительной техники и математики Президиума АН СССР "Проблемы автоматизированных систем обработки информации" (г.Москва, 1983), заседании Комиссии по новой информационной технологии Координационного комитета АН СССР по вычислительной технике (г.Минск, 1984), семинарах ВЦ АН СССР, ВНИИПАС, МФТИ.

Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, .приложения и списка литературы. Общий объем работы 248 страниц, включая 24 страниц рисунков и таблиц, 7 страниц списка цитированной литературы, содержащего 73 наименования, и 91 страниц приложения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 143

1. Ершов A.1.., Ильин В.П. Пакеты программ как методология решения прикладных задач. - В кн.: Пакеты прикладных программ: проблемы и перспективы. - М., Наука, 1982, с, 4-18.

2. Карпов В.Я., Корягин Д.А., Самарский A.A. Принципы разработки пакетов прикладных программ для задач математической физики. -ЖВМ и МФ, 1978, 18, № 2, с. 458-467.

3. Коновалов А.Н., Яненко H.H. Модульный принцип построения программ как основа создания пакета прикладных программ решения задач механики сплошной среды. В кн.: Комплексы программ математической физики. - Новосибирск, ВЦ СО АН СССР, 1972, с,48-54.

4. Самарский A.A. Общие вопросы модульного программирования для задач математической физики. В кн.: Структура и организация пакетов программ. Международная конференция. - Тбилиси: Мецние-реба, 1976, с. 24-25.

5. Поспелов Г,С. Искусственный интеллект. Новая информационная технология. Вестник АН СССР, 1983, № 8, с.31-42.

6. Михалевич B.C., Волкович В.Л. "Вычислительные методы исследования и проектирования сложныхосистем", М., Наука, 1982.

7. Бусленко Н.П. "Моделирование сложных систем" М., Наука, I960.

8. ГОСТ 14.313-74, ЕСТПП. Этапы, содержание и последовательность работ при автоматизации проектирования.

9. Кухтенко А.И. Основные направления развития теории управления. Киев. Наукова думка, 1968, вып. 1У.

10. Ю.Черчмен У., Акоф Р., Арноф Л. Введение в исследование операций, М., Наука, 1968.1..Яненко H.H. Проблемы математической технологии. Там же, с. 9-11.

11. Сергиенко И.В., Парасюк И.Н., Тукалевская Н.И. Автоматизированные системы обработки данных. Киев, Наукова думка, 1976.

12. Парасюк И.Н., Сергиенко И.В. Модульный подход к построению семейства пакетов прикладных программ. Программирование, № 6, 1981, с. 29-34.

13. Зюзин М.Н., Загацкий Б. А. и др. Автоматизация реакторных расчетов. М.: Атомиздат, 1974.

14. Карпов В.Г., Попырин J1.C. и др. Автоматизация построения программ для расчета схем теплоэнергетических установок. -Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт, 1973, № I, с.129-137.

15. Вычислительные методы и программирование, т#22./Под ред. В.В.Воеводина, С.С.Гайсаряна, М.М.Кабанова. М., МГУ, 1974.

16. Мельников И.А., Мяртин К.Д. и др. Метасистема для создания информационно-связанных специализированных систем программирования. Кибернетика, 1974, № 6, с. 69-73.

17. Кахро М.И., Мятисалу IVI.A. и др. Система программирования ПРИЗ. Программирование, 1976, № I, с. 38-46.

18. Кахро М.И., Калья А.II., Тыугу ЭАХ. Инструментальная система программирования ЕС ЭВМ (ПРИЗ). М., Финансы и статистика, 1981.

19. Сухомлин В.А. Метасистема для построения проблемно-ориентированных языковых систем и пакетов прикладных программ. -Программирование, 1976, № 2, с. 63-70.

20. Горбунов-Посадов М.М,, Карпов В.Я. и др. Пакет прикладных программ САФРА. Системное наполнение. М.: ИПМ АН СССР,1977, препринт 85.

21. Аарна O.A. Решение задач на частично явных моделях. Кибернетика, 1982, №№ 2,3.

22. Карзанов A.B., Фараджев И.А. Планирование вычислений при решении задач на вычислительных моделях. Программирование, 1975, & 4, с.19-24.

23. Опарин Г.А. К теории планирования вычислительного процесса в пакетах прикладных программ. Методы и разработки. Новосибирск, Наука, 1981, с. 5-20.

24. Пратт Т. Языки программирования: разработка и реализация. -М.: Мир, 1979.

25. Эрлих А.И. Принципы создания диалоговых систем проектирования. В кн.: Методы кибернетики химико-технологических процессов. /Всесоюзная конференция. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984, с. 13-14.

26. Зрлих А.И. 0 средствах разработки пакетов программ для непрограммирующих пользователей. В кн.: Международный симпозиум по искусственному интеллекту. - Ленинград: ЛНИВД АН СССР, 1983, с. 13-23.

27. Поспелов Г.С., Эрлих А.И. Расчетно-логические системы. В сб. Представление знаний в человеко-машинных и робототехниче-ских системах. - М.: ВИНИТИ, 1983, том С, раздел С.2, с.136-144.

28. Эрлих А.И. Диалоговая система моделирования альтернатив и выбора решений в проектировании. Там же, раздел С.2.4, с. 208-219.

29. Дж.Б.Данциг, Д.Р.Фалкерсон. Теорема о максимальном потоке и минимальном разрезе в сетях. В кн. Линейные неравенства и смежные вопросы. Под ред. Г.У.Куна и А.У.Таккера. - М., Издательство иностранной литературы, 1959, с. 318-324.

30. Берне К. Теория графов и ее применение. М,, Издательство иностранной литературы, 1962.

31. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. М., Мир, 1981.

32. Рейнгольд, НивергельтЮ., Део Н. Комбинаторные алгоритмы. Теория и практика. М., Мир, 1980.

33. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М., Мир, 1978.

34. Родин С.Р., Эрлих А.И. Интерактивная система блочного моделирования технических систем. В сб. Тезиеы докладов на научно-но-техническом симпозиуме "Диалоговые и фактографические системы информационного обслуживания". М., 1979, с.245-246.

35. Родин С.Р., Эрлих А.И. Интерактивная система блочного моделирования. В сб. "Вопросы информационной теории и практики", № 46, М., ВИНИТИ, 1981, с. 67-73.

36. Родин С.Р., Эрлих А.И., Швалев А.П. МАВР диалоговая система выбора альтернатив и принятия решений. В сб. "Preprint of paper on Second International Conference "Artificial Intelligence and Information-control Systems of Robots",Smolenice,1982.

37. Лебедев Л.H. Введение в языке программирования. М., Наука, 1970.

38. Гэри М., Джонсон Д. Вычислительные машины и трудорешаемые задачи. М., Мир, 1982.

39. Хантер Р. Проектирование и конструирование компиляторов. М., "Финансы и статистика", 1984.

40. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. Л., Машиностроение, 1981.

41. Селезнев К.П., Галеркин Ю.Б. Центробежные компрессоры. Л., Машиностроение, 1982.

42. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М., Энергия, 1970.

43. Епифанова В,И. Низкотемпературные радиальные турбодетандеры. М., Машиностроение, 1971.

44. Меркулов А.II. Вихревой эффект и его применение в технике. -М., Машиностроение, 1969.

45. Воронин Г.И. Конструирование машин и агрегатов систем кондиционирования. М., Машиностроение, 1978.

46. Прохоров В.И. Системы кондиционирования воздуха с воздушными холодильными машинами. М., Стройиздат, 1980.

47. Лазарев В.И., Родин С.Р., Эрлих А.й. Диалоговая система МАВР. Функциональное наполнение. Предметная область воздушные системы термостатирования.

48. Модули расчета теплофизических свойств воздуха.

49. Модуль расчета радиального центростремительного турбо-детандера рективного типа.

50. Модуль расчета газоструйного инжектора.

51. Модуль расчета двухпоточных пластинчато-ребристых тепло-обменных аппаратов.

52. Модуль расчета диффузорных адиабатных вихревых труб.

53. Модуль расчета одноступенчатых турбокомпрессоров.

54. Модули расчета залорно-регулирущей арматуры. -М., ВЦ АН СССР, 1984.

55. Мазный Г.Л. Программирование на БЭСМ-6 в системе "Дубна". -М., Наука, 1978.

56. Программное обеспечение СМ ЭВМ. Операционная система с разделением функций РАФОС. Общее описание. Документация СМ ЭВМ, 1980.

57. Хирр Р., Штробель Р. Алгол в Мониторной системе "Дубна". Пер. с немецкого. Изд. 2, ИМП АН СССР, 2175, М., 1973.

58. Методические рекомендации по Алголу в Мониторной системе "Дубна" (ГДР-алгол). Составитель Рыбаков И.Р., Ленинград, ГОИ, 1974.

59. Салтыков А.И., Макаренко Г.И. Программирование на языке ФОРТРАН. Под ред. Говоруна H.H., М., Наука, 1976.

60. Карпов В.Я, Алгоритмический язык ФОРТРАН. Под ред. Говоруна H.H. М., Наука, 1976.

61. Волков А.И. Автокод МАДЛЕН ( Описание транслятора), ОИЯИ, 11-5427, Дубна, 1970.

62. Филиппов В.И. Архивно-файловая система МАРС-6. Вход в машинное представление. М., ВЦ АН СССР, 1979.

63. Азнаурян A.M., Родин С.Р. Система МАВР. МОНИТОР ЗАДАЧИ. -Документация по системе, 1984.

64. Программное обеспечение СМ ЭВМ. ФОРТРАН. Описание языка. -Докумениация СМ ЭВМ, 1980.