автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Методология проектирования прикладных адаптивных программных систем с использованием многоуровневой инструментальной среды

Методология проектирования прикладных адаптивных программных систем с использованием многоуровневой инструментальной среды

Специальность:

05.13.11 — «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей» 05.13.18 — «Математическое моделирование, численные методы и комплексы

программ»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Московской государственной академии приборостроения и информатики

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор .

ГУСЕВА А.И.

доктор технических наук, профессор

КОРИЧНЕВ Л.П.

доктор технических наук, профессор СОЛОДОВНИКОВ И.В.

Ведущая организация:

Всероссийский научно-исследовательский институт атомных электрических станций (ВНИИАЭС г. Москва)

Защита состоится 21 февраля 2006 г. в 12 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.119.02 в Московской государственной академии приборостроения и информатики (107996 Москва, Стромынка, 20)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

Московской государственной академии приборостроения и информатики

Автореферат разослан 19 января 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.119.02

Е.В. Никульчев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность настоящих исследований определяется тенденциями развития методов и средств разработки и проектирования программных систем. В развитии программной технологии начинается новый виток эволюции, связанный с переходом от низкоуровневых методов и технологий исследований программных систем к высокоуровневому анализу их построения. Все больше внимания в работах и на конференциях уделяется концептуальным расширениям программных систем, и все меньше — их функциональному анализу.

Получившая развитие в середине 80-х годов парадигма структурного проектирования уступила место в 90-х годах объектно-ориентированным методам анализа и проектирования, обладающих своей потенциальной возможностью множественного использования. Большой вклад в развитие и становление объектно-ориентированной методологии внесли Буч Г., Румбах Дж., Джекобсон А., Шлеер С., Меллор С., Коад Р., Йордан Э., Одел Д., Бадц Т., Мартин Д., и др. Из работ российских авторов выделим работы Семенова В.А., проведенные в Институте Системного Программирования РАН, и направленные на решения задач вычислительной математики на основе объектно-ориентированной методологии.

Однако, несмотря на такое обилие исследований, до сих пор практически нетронутой областью для использования объектно-ориентированной технологии остается область проектирования и разработки прикладных программных систем. При разработке прикладных программных систем многообещающие механизмы объектно-ориентированной технологии, такие как классы, наследование, инкапсуляция и т.д., остаются либо практически не востребованными, либо используются для создания лишь низкоуровневых конструкций. Данная проблема связана с изменением парадигмы, что в свою очередь требует проведения неформального анализа предметной области, позволяющего использовать механизмы объектно-ориентированной технологии на более высоком уровне абстракции, чем те конструкции, которые соответствуют уровню абстракции универсальных языков программирования.

С другой стороны, к современным прикладным программным системам, предназначенным для решения важных наукоемких задач, предъявляются все

з

возрастающие требования как к детализированному анализу процессов в исследуемых технических системах, так и к обеспечению интеграции отдельных моделей в целостную интегрирующую структуру.

Возможности аппаратных средств вычислительной техники создают предпосылки для реализации все более крупных проектов, в которых центральное место занимают математические приложения. Однако отсутствие методологической основы для разработки прикладных программных систем с использованием современных информационных технологий является сильным сдерживающим фактором при разработке и проектировании программных систем такого класса.

Именно объединение этих направлений - исследований по созданию математического и программного обеспечения, направленного на детальный анализ процессов в технических системах, где объектами их описания являются уравнения в частных производных, и объектно-ориентированных методов анализа с их потенциальной возможностью множественного использования - определяет актуальный характер настоящей работы.

Целью работы является разработка методов и средств проектирования прикладных программных систем, обеспечивающих их множественное использование, а также детализированный анализ технических объектов на микро и макро уровнях, и направленных на решение важных хозяйственных задач. Исследования, проведенные в настоящей работе, имели многоплановый характер и включали в себя как теоретические и методологические исследования, основанные на системном анализе, теории обратных задач, конечно-элементном анализе, объектно-ориентированной методологии, так и практические результаты разработки многоуровневой инструментальной среды и прикладных программных систем для решения важных наукоемких задач в различных технических отраслях.

Научная новизна. Научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту.

1. Методология проектирования и разработки прикладных адаптивных программных систем, основанная на совокупности системных и объектно-ориентированных принципов.

2. Проблемно-ориентированный язык, позволяющий создавать исследователю высокоуровневые объектно-ориентированные конструкции, для формирования заданного типа задач, организации и создания собственных библиотек расширения.

3. Открытая объектно-ориентированная библиотека классов, составляющая ядро многоуровневой инструментальной среды, и являющаяся конструктивной основой для разработки прикладных программных систем различного назначения.

4. Принципы организации процесса вычислений, позволяющие оптимизировать сам процесс вычислений, исходя из согласования требуемых и предоставляемых ресурсов ЭВМ.

5. Разработанные модели и методики для решения граничных и коэффициентных обратных задач, основанные на вычислении коэффициентов чувствительности с использованием метода конечных элементов.

6. Разработанные модели для решения важных хозяйственных задач и реализованные на их основе, в рамках предлагаемой методологии, прототипы прикладных программных систем.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается:

• использованием надежных методов исследований, основанных на объектно-ориентированной методологии, конечно-элементном анализе и теории решения обратных задач;

• проведением вычислительных экспериментов и тестовых расчетов, сопоставлением результатов численных расчетов с аналитическими и численными результатами других авторов, известных из литературы;

• проведением сертификации и регистрации разработанного программного обеспечения;

• апробацией и обсуждением результатов работы на международных и всероссийских научных конференциях; рецензиями, полученными на монографию, рецензированием и предварительной экспертизой научных статей, опубликованных в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Практическая ценность. На основе предложенной методологии с использованием реализованной инструментальной среды были разработаны прикладные программные системы, решающие важные хозяйственные задачи.

Среди них выделим следующие:

1. Программная система расчета и оптимизации температурного поля в пресс форме, предназначенной для изготовления лопастей винтов из композиционного материала. С помощью разработанной программной системы был проведен анализ и предложена конструкция технологической оснастки, позволяющая устранить неравномерность температурного поля в заданных областях. Заказчик: ОАО НПП «Аэросила» (г. Ступино, Московская обл.).

2. Программно-аппаратный комплекс диагностики теплового состояния системы торможения авиационных колес. Заказчик: Авиационная корпорация «Рубин» (г.Балашиха, Московская обл.).

3. Программная система моделирования и прогнозирования распределения твердости в процессе термообработки.

4. Программный комплекс расчета теплового состояния турбонасосного агрегата для двигательных установок многократного использования. Заказчик: Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С. П. Королева (г. Королев, Московской обл.).

5. Программный комплекс расчета и анализа теплового и напряженно-деформированного состояния элементов фланцевых разъемов оборудования первого контура ядерного реактора. Заказчик: Генерирующая компания концерн «Росэнергоатом» (г. Москва).

Апробация работы. Разработанное программное обеспечение «Термоупругость-20», «Термоупругость — ЗО», было зарегистрировано в Российском агентстве по правовой охране программ для ЭВМ, баз данных и топологий интегральных микросхем (РоАПО). Свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ № 940167 от 15.04.1994 и № 970088 от 25.12.1997. «Программный комплекс диагностики теплового состояния системы торможения авиационных колес» экспонировался на международной выставке в г. Москве («Международный авиационно-космический салон» август-сентябрь 1997 г.). Зарегистрированное ПО «Термоупругость-ЗО» было награждено, серебряной медалью на Международной выставке «Архимед - 2000» в 2000 г.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международных и всероссийских конференциях и семинарах: VI Международном

б

научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 1997 г., VII Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 1998 г., IX Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2000 г.; X Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2001 г., XI Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2002 г.; XII Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2003 г.; VI Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права», Сочи, 2003 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 25 печатных работ, 11 из которых — в центральных изданиях [1 монография (издательство «Машиностроение»)], 9 статей в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, 1 Российский патент, 2 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ, 4 публикации в журналах и межвузовских сборниках научных трудов, 8 публикаций в научных трудах международных и всероссийских конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, • пяти глав, заключения, приложения и библиографического списка. Общий объем работы — 354 страниц текста, из них 257 страниц — основное содержание, включая 62 рисунка и 7 таблиц, 97 страниц — приложения (примеры проектирования и разработки прикладных программных систем, акт о внедрении результатов работы в РКК «Энергия», акт о внедрении результатов работы в концерне «Росэнергоатом»), включая 64 рисунка, 14 страниц — библиографический список (207 наименований).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика решаемой проблемы, обоснована актуальность темы, сформулированы: цель исследования, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту, достоверность и обоснованность научных положений диссертации, практическая ценность работы, апробация работы.

В первой главе «Анализ принципов организации и проектирования программных систем» исследованы принципы организации различных программных систем, приведена классификация программных систем на основе детализации исследуемых процессов, рассмотрены различные методологии их проектирования.

Организация программных систем во многом определяется базовой

технологией программирования. Выделены недостатки процедурно-модульной

I

организации программных систем, состоящие в отсутствии унификации программного обеспечения, невозможности использования уже созданного программного обеспечения в других системах без существенных доработок, в сложности организации взаимодействия отдельных модулей в процессе вычислений при создании комплексных моделей, в сложности модификации программного обеспечения, в сложности сопровождения и развития программных систем.

Отмечено, что использование объектно-ориентированной технологии программирования на настоящий момент не получило должного развития для разработки и .проектирования прикладных программных систем, а созданные объектно-ориентированные библиотеки для моделирования процессов на микро уровне не ориентированы на конечного пользователя.

Проведен анализ организации программных систем, в зависимости от детализации исследуемых процессов - программных систем на макро и микро уровне. Указано, что программные системы на макро уровне имеют в своем составе предметно - ориентированные языки, позволяющие формировать модель самому исследователю. В результате программные системы данного класса имеют широко развитые прикладные пакеты расширения, созданные исследователями.

Для программных систем на микро уровне функции создания моделей для исследователя остаются недоступными. С этой точки зрения проанализирована организация вычислительного процесса для программных систем на микро уровне, отмечены ее недостатки.

Проведен обзор различных методологий проектирования и разработки программных систем. Особое внимание уделено рассмотрению объектно-ориентированных методов проектирования. Отмечено, что центральное место в любой из рассмотренных объектно-ориентированных методологий занимает проблема объектной классификации, являющаяся реализацией тех целей, которые заложены в требованиях к программной системе. Указано, что в рассмотренных выше методологиях, как правило, целью является разработка одиночных программных систем. Использование в этом случае полученного опыта для будущих разработок не является очевидным, а в большинстве случаев представляется и проблематичным. Выходом из этой ситуации является систематизация программных систем по типам предметных областей и разработка общих требований, определяющих не отдельную программную систему, а группу систем. Отмечено, что попытки сформулировать такие единые требования к программным системам моделирования на макро уровне уже предпринимаются. Для программных систем на микро уровне ситуация в этом направлении еще далека от своего окончательного решения.

В заключении сделан вывод о необходимости разработки методологии проектирования прикладных программных систем, основанной на системном подходе, современных объектно-ориентированных методах разработки программного обеспечения и обеспечивающей его множественное использование, о необходимости разработки инструментальных средств, позволяющих создавать прикладные программные системы, направленные на решение важных хозяйственных задач.

Во второй главе «Методология проектирования прикладных программных систем» сформулированы требования к математическим моделям, проведены анализ и моделирование предметной области, разработана методология и инструментальные средства для проектирования прикладных адаптивных программных систем, обеспечивающие множественное использование программного обеспечения.

Основой разработанной методологии является комплексная модель исследуемой предметной области, построенная на совокупности системных и объектно-ориентированных принципов.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к математическим моделям, для описания комплексной модели были выбраны понятия, обеспечивающие адекватное представление моделируемой предметной области: {Task,} — множество задач, входящих в комплексную модель; sAlgorithm — некоторый эвристический алгоритм (формируемый исследователем) для решения комплексной задачи, описывающий последовательность решения входящих в комплексную модель задач, каждая из которых может иметь свой сложный алгоритм решения; TLinks — связи между задачами (межзадачный интерфейс). Тогда комплексная модель исследуемой предметной области может быть представлена в следующем виде:

S= {{Task,}, sAlgorithm, TLinks} (2.1)

Каждая из множества задач {Task,}, входящих в комплексную модель (2.1), может представлять собой задачу на микро или макро уровне.

Для формирования задачи на микро уровне при переходе от математической постановки задачи к ее дискретному аналогу был использован метод конечных элементов (МКЭ). На основе анализа формирования дискретной модели было выделено понятие «программный блок», представляющее аналог компоненты программного обеспечения, обеспечивающей многократное использование. Совокупность программных блоков определяет множество элементов, на котором в рамках конечно-элементной модели могут быть построены разнообразные дискретные модели. Имея в своем распоряжении совокупность программных блоков и соответствующий инструмент, определяющий последовательность вхождения их в глобальную матрицу и глобальный вектор, исследователь может самостоятельно формировать дискретную модель, которая ассоциирована с исходной математической моделью.

Описание комплексной модели, с учетом введенного понятия программный блок, может быть представлено в виде:

S = {{FEM_Task, tAlgorithm,}, sAlgorithm, TLinks}, (2.2)

где FEM_Task(- множество МКЭ задач, sAlgorithm,-множество алгоритмов, решающих каждую отдельную МКЭ задачу, входящую в комплексную модель.

Для реализации алгоритмов, входящих в описание комплексной модели (tAlgorithm и sAlgorithm) был разработан проблемно-ориентированный язык - язык управления вычислениями (ЯУВ). ЯУВ разрабатывался как объектною

ориентированный язык. Создание приложений на ЯУВ предполагает использование базовой библиотеки классов.

Созданные на ЯУВ приложения образуют библиотеку исследователя, которая пополняется самим исследователем. Базовая библиотека классов включает две иерархии наследования: иерархию наследования классов описания отдельных задач (базовый класс СТавк) и иерархию наследования классов описания комплексных моделей (базовый класс ССотр1ехМо(1е1). Состав классов, входящих в базовую библиотеку, соответствует уровню развития объектно-ориентированной библиотеки (ООБ). Расширение базовой библиотеки возможно лишь при соответствующем расширении ООБ и требует участия программиста. Организация иерархии наследования базового класса СТавк, с учетом ее возможного расширения исследователем представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Иерархия наследования базового класса CTask. В состав базовой библиотеки классов, помимо базового класса иерархии CTask, входят: класс описания задач на микро уровне (решаемых с помощью МКЭ -CFEMTask), класс описания задач на макро уровне (в качестве примера представлена реализация задачи лучистого теплообмена - CRadiantTask), а также класс описания для решения обратной задачи - CRevTask.

Ниже в качестве примера приведены имена и назначение методов классов базовой библиотеки.

Класс CTask Методы:

LOAD_DATA (Name Task) — обеспечивает доступ к исходным данным для

решения исходной задачи;

и

GET_TIME - обеспечивает обновление значения текущего момента расчетного времени задачи;

CHECK_CONVERGENCE - производит оценку сходимости итерационного процесса;

, SAVE_RESULT - обеспечивает сохранение результатов решения задачи на жестком диске;

Класс CFEMTask Методы:

ADD_COMPONENT (Component ID) - обеспечивает добавление компонента дискретного уравнения в описание задачи;

GENERATE_SLAU - обеспечивает формирования СЛАУ МКЭ;

SOLVE_SLAU - производит решение СЛАУ МКЭ;

Класс CRevTask Методы:

SOLVE_TASK - обеспечивает формирование и решение СЛАУ обратной задачи;

STAB (ID) - позволяет выбрать тип стабилизатора при решении обратной задачи;

Класс CRadiantTask Методы:

SOLVE_TASK - обеспечивает решение задачи лучистого теплообмена. Классы CFEMTask, CRevTask и CRadiantTask, являясь наследниками базового класса CTask, наследуют от него базовые методы.

Идентификатор метода ADD_COMPONENT(Co«ipo/ien/7Z)) определяет соответствующий программный блок. Программные блоки разделены на соответствующие группы по типу решаемой задачи. На настоящий момент уровень развития ООБ предоставляет возможность решать с помощью МКЭ задачи трех типов: тепловые, механические и задачи нахождения коэффициентов чувствительности для тепловой обратной задачи. Заметим, что при формировании системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) некоторой отдельно взятой задачи существует ограничение на совместное использование программных блоков тепловых задач и механических задач (в силу различной размерности СЛАУ этих задач). В табл. 2.1 в качестве примера представлены программные блоки и соответствующие им идентификаторы компонента для тепловой задачи и задачи нахождения коэффициентов чувствительности для решения обратной задачи.

Таблица 2.1.

Группа Идентификатор компонента Компонент дискретного уравнения Описание

Тетр ст(3 X I ГЕ 5 Компонент в векторе правой части (граничные условия -тепловой поток)

Тетр стК « к Ы дх, 5х! Компонент матрицы теплопроводности

Тетр , стС £ / [/У]г[ЛЧ-с(Г)р(Г)-</С ГС , Компонент матрицы теплоемкости

ЭК стК2 } дТ дт Доп. комп. матр. теплопроводности при вычислении, коэф. чувствительности

8К стКЗ ¡± ««Г^мсп.вг.^ • ы "Т дх, Доп. комп. матр. теплопроводности при вычислении, коэф. чувствительности.

5К стК4 г ± [щтт-дЦТ)-дТ-к -л дГ дх, * Доп. комп. матр. теплопроводности при вычислении, коэф. чувствительности

ЭК стР Е \ к ; дп , Доп. комп. вектора пр. части при выч. коэф. чувств.

Структура и возможности создаваемого исследователем класса-наследника СРЕМТаэк определяется, во-первых, набором программных блоков, с помощью которых могут формироваться алгоритмы решения задач, и, во-вторых, множеством разработанных алгоритмов, которые можно использовать для построения решения комплексной задачи. Иерархия наследования, схема которой представлена на рис. 2.1., предполагает, что исследователем были созданы собственные классы: СРЕМТетрТаэк — для решения задачи теплопроводности, его наследник СРЕМвКТавк — для нахождения коэффициентов чувствительности;

13

СРЕМЕЫвМсТавк - для решения упругой механической задачи. В свою очередь, структура и возможности создаваемого исследователем наследника класса ССотр1ехМо(1е1 определяется перечнем задач, которые входят в комплексную модель, и множеством разработанных алгоритмов решения комплексных задач. При создании иерархии наследования классов описания комплексных моделей исследователю предоставляется возможность использования множественного наследования, что позволяет создавать описание комплексной модели путем объединения ранее разработанных моделей. Для построения алгоритма решения комплексной задачи используются методы, которые наследуются от класса ССотр1ехМо<1е1 (рис.2.2.) и обеспечивают передачу данных между различными задачами комплексной модели.

Рис. 2.2. Пример иерархии наследования класса ССотр1ехМо(1е1.

При создании классов-наследников ССотр1ехМо(1е1 отметим две особенности: во-первых — в состав данных класса-наследника включаются объекты классов, входящих в иерархию наследования базового класса СТавк; во-вторых — в перечень методов класса-наследника включается метод реализующий алгоритм решения комплексной задачи. Таким образом, каждый класс иерархии базового класса ССотр1ехМо(1е1 включает в себя перечень задач, входящих в комплексную модель, описание связей между этими задачами и алгоритм решения комплексной задачи.

Разработанный ЯУВ совместно с объектно-ориентированной библиотекой общего назначения образуют инструментальную среду, представленную совокупностью библиотек, организованных в виде 4-х уровневой инфраструктуры (рис.2.3.). Предложенная инфраструктура состоит из иерархии уровней моделей (или метамоделей), каждая из которых характеризуется как экземпляр уровня

расположенного выше. Самый нижний уровень (1-ый) является ядром системы и представляет ООБ общего назначения. 2-ой уровень представляет библиотеку метамоделей - программных блоков, предназначенных для формирования уравнений в частных производных заданного типа. Тип уравнений реализуется в рамках разработанной алгоритмической схемы, оформленной в виде программы на языке управления вычислениями (ЯУВ).

Класс, описаний комплексных аадач

Классы, описания моделей

Классы, описан ия обратных задач

Классы. ■ I ия моделей

микро уровене

Базовый класс, описания физических процессов

4-ый I уровень

3-ий уровень

2-ой уровень

Библиотека комплексных моделей

Библиотека моделей

микро уровне

Библиотека моделей на

макро уровне

3

Библиотека программных блоков

ООБ общего назначения с открытой архитектурой

Рис.2.3. Архитектура инструментальных средств.

Содержание 3-его уровня составляет библиотека моделей, представляющих реализацию различного типа уравнений. Здесь же находятся и реализованные уравнения для нахождения коэффициентов чувствительности граничных и коэффициентных обратных задач. 4-ый самый верхний уровень представляет библиотеку моделей, решающих сопряженные, обратные и связанные задачи. С помощью разработанных инструментальных средств приведены примеры реализации различных комплексных моделей и создания на их основе собственных библиотек исследователя.

В заключении сформулированы основные принципы разработанной методологии, а также представлена последовательность реализации методологии на всех этапах жизненного цикла программной системы.

В третьей главе «Объектно-ориентированная библиотека классов для создания математических приложений» рассматриваются назначение, принципы организации объектно-ориентированной библиотеки (ООБ), а также назначение и структуры основных категорий классов, входящих в состав ООБ.

Разработка объектно-ориентированной библиотеки была выполнена в соответствии с разработанной комплексной моделью описания предметной области. Выделенные на раннем этапе объектно-ориентированного анализа понятия были реализованы в виде набора классов - категорий (см. рис.3.1).

Категория классов «Комплексная модель» отвечает за реализацию создания комплексной модели и включает: объекты классов категории «Задача», объект класса описания языка управления вычислениями (класс СРго^ат), а также объекты классов описания связей между элементами комплексной модели (класс С1лпк).

Категория классов «Задача» обеспечивает решение задач на микро (задача МКЭ) и макро уровне, а также обратных задач, включая задачу нахождения коэффициентов чувствительности. В состав данной категории входят как категории классов: «Расчетная модель», «Функции формы конечных элементов», «Расчетный конечный элемент», «Система линейных алгебраических уравнений», так и отдельные классы, обеспечивающие функции сохранения результатов — (класс ССа1сЯезии - сохранение промежуточных результатов решения; класс СЗауеЯеБик -сохранение результатов решения на внешнем носителе), функции задания или вычисления расчетных времен (класс ССа1сТ|те), функции контроля сходимости итерационных процессов (класс ССопуе^епсе).

Категория классов «Расчетная модель», объединяет классы, предназначенные для хранения и обеспечения удобного доступа к исходным данным, описывающим отдельную задачу. Для задания физических параметров или граничных условий введено понятие - физическая среда, определяемая набором параметров. Реализация данного представления возложена на соответствующие классы описания среды (класс СЕгтгоптем) и отдельного параметра среды (класс СРагате1ег).

Описание геометрии расчетного объекта возложено на категории классов «Базовая геометрическая модель», «Конечно-элементная геометрическая модель» и «Поверхностная геометрическая модель».

Категория классов «Комплексная модель»

Категория классов «Задача»

Категория классов Л «Расчетная модель»

Категория классов «Базовая геометрическая модель»

Категория классов «Конеч н о-эл е ме нтная геометрическая модель»

Категория классов «По ве рхкостная геометрическая модель»

СРага meters, СЕп virón ment

Категория классов «Функции формы конечных элементов»

Категория классов

«Расчетный конечный элемент»

Категория классов «Система линейных алгебраических уравнений»

CCalcTime, CCalcResuIt, CConvergence, CSaveResult.

CProgram CLink

Рис. 3.1. Архитектура объектно -ориентированной библиотеки.

Классы, входящие в категории «Расчетный конечный элемент» и «Функции формы конечного элемента», содержат информацию о физических параметрах материалов и граничных условиях, а так же об аппроксимационных характеристиках конечных элементов и отвечают за расчет значений коэффициентов глобальной матрицы и вектора правой части в СЛАУ.

Классы, составляющие категорию «СЛАУ», определяют структуру хранения глобальной матрицы и вектора правой части СЛАУ, а так же определяют методы решения СЛАУ.

Разработанная объектно-ориентированная библиотека позиционируется как открытая библиотека. Расширение библиотеки производится в соответствии с требованиями исследователя по решению новых задач, либо в рамках реализации новых программных блоков и затем формирования на их основе с помощью ЯУВ моделей для решения задач на микро уровне, либо создания готовых моделей на

17

макро уровне. Реализация новых программных блоков требует, в свою очередь, создания новых классов, входящих в категорию «Расчетный КЭ». В случае, если реализация нового программного блока связана с использованием ранее не встречавшегося физического параметра, то необходимо внести соответствующие дополнения в классы категории «Расчетная модель». В случае, если дискретная модель, с которой связан новый программный блок предполагает использование нового дифференциального оператора в исходном уравнении или нового типа КЭ, то соответствующие классы-наследники разрабатываются в рамках категории «Функции формы КЭ».

Создание новых моделей на макро уровне предполагает создание соответствующих классов наследников категории «Задача». Такое построение ООБ обеспечивает в конечном счете минимальные затраты на разработку нового программного приложения^

Помимо обеспечения открытости разработанной объектно-ориентированной библиотеки классов большое внимание было уделено вопросу эффективного использования ресурсов ЭВМ для снижения времени расчета при выполнении приложений. Классы категорий «Функции формы конечных элементов» и «Расчетный конечный элемент» были разработаны с использованием полиморфизма, позволяющего разрабатывать структуры данных, обеспечивающих возможность динамического выбора между хранением и пересчетом данных этих классов. Кроме того, для формирования глобальной матрицы был разработан новый алгоритм прохода по строкам, минимизирующий время доступа к элементам глобальной матрицы, но требующий дополнительных структур для хранения данных. Использование этого нового алгоритма совместно с классическим алгоритмом формирования глобальной матрицы, а также возможность динамического выбора между хранением и пересчетом данных дало возможность оптимизировать процесс вычисления, исходя из согласования требуемых и предоставляемых ресурсов ЭВМ.

В четвертой главе «Обратные задачи в построении адаптивных

математических моделей» проанализированы алгоритмы решения граничных и

коэффициентных обратных задач, предложена общая схема решения граничных и

коэффициентных обратных задач с использованием коэффициентов

18

чувствительности, определяемых с помощью метода конечных элементов, приведены тестовые расчеты, а также общая методика восстановления граничных условий и физических параметров адаптивных математических моделей.

В работе Тихонова А.Н., Кальнера В.Д., Гласко В.Б., «Математическое моделирование технических процессов и метод обратных задач в машиностроении» авторами, впервые, на базе теории решения некорректных задач, показана возможность нового нетрадиционного подхода моделирования различных процессов применительно к реальному производству. Суть данного подхода состоит в том, что отсутствующая информация в прямой задаче считается неизвестной в обратной, а для восстановления отсутствующей информации используется косвенная, получить которую значительно проще, чем первоначальную. Создание прикладных программных систем с возможностью восстановления недостающей информации на основе решения обратных задач по результатам эксплуатации технического объекта в реальных условиях существенно повышает эффективность моделирования, дает возможность реализации адаптивных программных систем, настраиваемых на реальные условия эксплуатации.

В настоящей работе задача восстановления граничных условий и физических параметров была рассмотрена без существенных ограничений на форму исходной геометрической области и ее размерность, с возможностью включения в геометрическую область фрагментов из разнородных материалов, свойства которых зависят от температуры. Такая общность реализации задачи восстановления основана на разработанной методике расчета коэффициентов чувствительности. Рассчитанные в соответствии с данной методикой коэффициенты чувствительности позволяют учесть все особенности физического процесса в рамках разработанной конечно-элементной модели, что в конечном счете приводит к повышению точности расчетов, максимально приближая разрабатываемую математическую модель к реальному физическому процессу.

Для оценки эффективности алгоритмов, а также для оценки работоспособности разработанных методик, проведен анализ различных алгоритмов, на примере решения обратной задачи теплопроводности, при этом были рассмотрены следующие методы: метод с одним последующим шагом по времени, метод регуляризации Тихонова, метод скорейшего спуска, метод сопряженных

градиентов. При построении адаптивных программных систем предпочтение было отдано методу регуляризации Тихонова.

На основе проведенного анализа разработана методика восстановления граничных условий и физических параметров адаптивных математических моделей, основанная на аппарате решения обратных задач и методе конечных элементов, включающая последовательность этапов, позволяющих получить недостающие граничные условия или физические параметры в исходной математической модели.

Первый этап выполняется исследователем на основе исходной информации, представляющей описание исходного процесса. Реализацией этапа является представление физического процесса в виде дифференциального уравнения в частных производных, совместно с условиями однозначности (геометрическими условиями, физическими параметрами, ГУ и НУ). Выбранное исследователем исходное уравнение является основой для дальнейшего построения адаптивной ММ, поэтому, учитываемые в исходной постановке особенности физического процесса в виде дифференциального уравнения в частных производных будут оказывать влияние и на восстанавливаемые из решения обратной задачи значения граничных условий или физических параметров.

Второй этап выполняется исследователем и представляет формальное дифференцирование полученного на первом этапе исходного уравнения по соответствующему восстанавливаемому параметру. Выполнение данной операции дифференцирования, как правило, не вызывает особых трудностей и может быть проведено в соответствии с формальными правилами математики. Реализацией второго этапа является, также как и первого, дифференциальное уравнение в частных производных совместно с условиями однозначности, полученное для нахождения коэффициентов чувствительности. Ниже представлено уравнение для вычисления коэффициентов чувствительности граничной обратной задачи теплопроводности, полученное в результате дифференцирования исходного уравнения теплопроводности по ^:

IЫ л'т>

д(У, +_д_ с1Я(Т) дТ дХ) дх, с!Т ' дх,

аж, ¿{р(Т)с(Т)]ц, аг. дт ат ' дт'

(4.1)

Величины -^р- и в (4.1) могут быть определены из заданных

37* Э7*

зависимостей для Х{Т) и с(Т), а значения — и — из предварительно рассчитанной

дх, 8 г '

прямой краевой задачи теплопроводности.

Третий этап выполняется исследователем и представляет использование метода Галеркина для получения дискретного аналога исходного уравнения. Результатом выполнения этапа является дискретная модель исходного уравнения для коэффициентов чувствительности:

у дх, дх, 3 дп

! ± (4.2)

У ОТ у О! от

где №а {Н/1} - узловые значения, [/■/] - функции формы.

Система (4.2) может быть представлена в виде аналогичном для нестационарного уравнения теплопроводности, записанного в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений:

(4.3)

от

где [С] = £ [ [Ы]т[Ы]с(Т)р(Т)-<1У -аналог матрицы теплоемкости, (4.4)

и у

ГЕ ! Ы ОХ, дх, ; дТ дт

- аналог матрицы

теплопроводности, (4.5)

{/г} = 2] Г —<£!> - аналог вектора правой части. (4.6)

ЕЕ у дп

В зависимостях (4.3-4.6) интегралы рассчитываются по объему конечного элемента, а результирующие матрицы — в результате суммирования по всем конечным элементам (сумма по РЕ). При вычислении интегралов по поверхности учитываются только те конечные элементы, поверхности которых совпадают с границей искомой области.

Четвертый этап представляет разработку требований к дополнительным программным блокам и выполняется исследователем. Исследователь формирует требования на основе сопоставления полученного уравнения для коэффициентов чувствительности и имеющихся программных блоков в ООБ. В случае необходимости исследователь прописывает алгоритм вычисления составляющих, входящих в формирование программных блоков, на основе полученной информации из решения прямой задачи. Так, например, для уравнения (4.3) появляются новые программные блоки по сравнению с уравнением теплопроводности. Это второй, третий и четвертый члены в выражении для матрицы теплопроводности (4.5), и, соответственно, дополнительный член для вектора правой части (4.6). Алгоритм их вычисления должен быть сформирован исследователем.

Пятый этап выполняется программистом, который разрабатывает дополнительные программные блоки, необходимые для формирования исходного уравнения для коэффициентов чувствительности на основании требований, разработанных на этапе 4 с использованием ООБ.

Шестой этап представляет реализацию уравнения в виде программного приложения для коэффициентов чувствительности на ЯУВ исследователем.

Седьмой этап — проведение тестирования разработанного программного приложения для вычисления коэффициентов чувствительности.

Восьмой, этап - разработка алгоритма решения обратной задачи (восстановление граничного условия или физических параметров). Для решения > обратной задачи был использован регуляризованный алгоритм, известный из литературы как алгоритм регуляризации по невязке. Реализация алгоритма решения обратной задачи проводится исследователем на ЯУВ.

Девятый этап — тестирование разработанного программного приложения, созданного на предыдущих этапах.

В заключении приведены численные эксперименты по восстановлению физических параметров с использованием разработанного программного обеспечения, показавших хорошее согласование результатов проведенных численных экспериментов с данными других работ.

В пятой главе «Примеры реализации прикладных программных систем и их возможная адаптация к реальным условиям эксплуатации» дано описание

применения предложенной методологии и рассматриваются примеры проектирования и разработки функционально законченных программных систем на основе разработанной инструментальной среды. Создание конкретного программного приложения сводится к последовательной реализации стадий разработки программного приложения в соответствии с разработанной методологией.

Приведенные в качестве примеров реализации прикладные программные системы направлены на решение важных хозяйственных задач в различных предметных областях. Каждая из рассмотренных программных систем направлена на решение отдельной проблемы. Процесс ее решения строится исследователем на основе формирования модели, ее опробования и последующего усложнения с использованием разработанной методологии и инструментальных программных средств. В процессе проектирования и разработки программных систем были опробованы различные механизмы формирования моделей:

1. При разработке «Программного комплекса моделирования герметичности элементов ядерного реактора» термопластический расчет уплотнения с учетом изменения механических характеристик и силовой нагрузки построен на основе реализации упругой, пластической и нестационарной теплой задач с использованием механизма множественного наследования.

2. При разработке «Программно-аппаратного комплекса диагностики системы торможения авиационных колес» реализована идентификация тепловых граничных условий на основе решения обратной задачи теплопроводности.

3. При проектировании и разработке «Программной системы для моделирования тепловых процессов разного уровня детализации» реализован механизм сопряжения моделей, формируемых объемными и плоскостными элементами.

4. При разработке «Программного комплекса для расчета и тепловых испытаний турбонасосного агрегата и оценки их результатов» реализован механизм оптимизации конструкции турбонасосного агрегата на основе базового варианта.

5. При разработке «Программной системы моделирования технологических процессов» опробовано использование типовых проектных решений.

Приведенные примеры реализации программных . систем показывают их эволюционное расширение и адаптацию к выбранной предметной области, к реальным условиям эксплуатации.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

В Приложении приведены примеры проектирования и разработки прикладных программных систем в соответствии с разработанной методологией на всех стадиях жизненного цикла. Подробно показано последовательное проектирование и реализация программного приложения от концептуальной схемы комплексной задачи, разработанной исследователем, до программы на проблемно-ориентированном языке (ЯУВ), а также до законченного программного приложения, его тестирования и последующего развития.

Представлены акты о внедрении и использовании результатов диссертационной работы в РКК «Энергия» и в концерне «Росэнергоатом».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе создана методология проектирования и разработки прикладных адаптивных программных систем. Разработанная методология включает теоретические и методологические исследования, основанные на системном анализе, теории обратных задач, конечно-элементном анализе, объектно-ориентированной методологии и вносит значительный вклад в создание и исследование новых технологий проектирования и сопровождения прикладных программных систем.

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Предложена и формализована методология проектирования и разработки прикладных адаптивных программных систем, основанная на совокупности системных и объектно-ориентированных принципов. Методология связана единой системой методик и поддерживает все этапы жизненного цикла программных систем, ориентированных преимущественно на решение уравнений в частных производных с возможностью восстановления граничных условий и физических параметров на основе теории обратных задач.

2. Проведен объектный анализ и моделирование предметной области, области разработки методов и средств проектирования прикладных программных систем,

обеспечивающих их множественное использование, а также детализированный анализ технических объектов и систем на микро и макро уровнях, и направленных на решение важных хозяйственных задач.

3. На основе проведенного объектного анализа и моделирования исследуемой предметной области спроектирована и разработана многоуровневая инструментальная среда для создания прикладных программных систем различного назначения.

4. В рамках предложенной многоуровневой инструментальный среды спроектированы, разработаны и реализованы:

• проблемно-ориентированный язык, позволяющий создавать исследователю высокоуровневые объектно-ориентированные конструкции, для формирования заданного типа задач, организации и сопровождения собственных библиотек расширения;

• открытая объектно-ориентированная библиотека классов, основанная на методе конечных элементов и являющаяся конструктивной основой для разработки прикладных программных систем различного назначения.

5. Предложены принципы организации процесса вычислений, основанные на структурах данных, позволяющих обеспечить хранение или пересчет данных и тем самым оптимизировать процесс вычислений, исходя из согласования требуемых и предоставляемых ресурсов ЭВМ.

6. Разработаны и реализованы инструментальные средства сопряжения математических моделей, обеспечивающие, в том числе, сопряжение математических моделей разного уровня детализации и позволяющие провести анализ процессов в технических системах в необходимой полноте при ограниченных вычислительных ресурсах.

7. Предложена общая схема и методика решения граничных и коэффициентных обратных задач с использованием коэффициентов чувствительности, определяемых на основе метода конечных элементов и позволяющая создавать адаптивные программные системы, настраиваемые на реальные условия эксплуатации.

8. Рассмотрены примеры проектирования и разработки функционально законченных программных систем, обеспечивающих решение важных хозяйственных задач:

программный комплекс расчета и анализа теплового и напряженно-деформированного состояния элементов фланцевых разъемов оборудования первого контура ядерного реактора. Заказчик: Генерирующая компания концерн «Росэнергоатом» (г. Москва);

программно-аппаратный комплекс диагностики теплового состояния системы торможения авиационных колес. Заказчик: Авиационная корпорация «Рубин» (г. Балашиха, Московская обл.);

программный комплекс расчета теплового состояния турбонасосного агрегата для двигательных установок многократного использования. Заказчик: Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С. П. Королева (г. Королев, Московской обл.);

программная система моделирования и прогнозирования распределения твердости в процессе термообработки.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕДИССЕРТАЦИИ

1. Александров А.Е. Эволюционная методология разработки и сопровождения математического и программного обеспечения технических систем. - М: «Машиностроение», 2001.- 195 е.: ил.

2. Александров А.Е.. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ: «Автоматизированная система анализа теплового и напряженно-деформированного состояния (Термоупругость-20)».Регистрационное свидетельство № 940167, зарегистрировано 15.04.94.

3. Александров А.Е.. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ: «Пакет программ (ГШ) по расчету теплового и напряженно-деформированного состояния (Термоупругость-ЗЦ)». Регистрационное свидетельство № 970088, зарегистрировано 25.02.97.

4. Александров А.Е. Диагностика теплового состояния системы торможения авиационных колес. //Контроль, диагностика. М: Машиностроение, № 10,2002 г.

5. Александров А.Е. Катков Р.Э. Параметрическая оптимизация технических объектов на основе базового варианта с использованием программной системы «Термоупругость -3D» //Информационные технологии. М: Машиностроение, № 9, 2002 г.

6. Александров А.Е., Ульянов М.В. Общие подходы к повышению ресурсной эффективности алгоритмического обеспечения систем конечно-элементного анализа // Автоматизация и современные технологии. 2004. № 9. с. 18-24.

7. Александров А.Е., Востриков A.A., Ульянов М.В. Рациональные алгоритмические решения для повышения временной эффективности программного комплекса конечно-элементного анализа на примере системы «Термоупругость - 3D» // Автоматизация и современные технологии. 2004. № 11. с 29 - 36.

8. Александров А.Е. Автоматизированная система формирования, анализа, хранения и сопровождения математических моделей. Принципы построения и архитектура системы. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. № 12, 2004.с. 1-5.

9. Александров А.Е., Макеев К.И. Автоматизированная система формирования, анализа, хранения и сопровождения математических моделей. Инструментальные средства сопряжения математических моделей разного уровня детализации. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. № 1, 2005.С.1-5

Ю.Александров А.Е., Востриков A.A. Автоматизированная система формирования, анализа, хранения и сопровождения математических моделей. Средства создания математических моделей - язык управления вычислениями // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. № 8, 2005.C.1-5

11. Александров А.Е., Гурфинк А.М., Крымасов В.Н., Лозовецкий В.В., Таршилов CA. Теоретические и экспериментальные исследования движения шаровых элементов на моделях активных зон высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. // Вопросы атомной науки и техники. Серия Атомно-водородная энергетика и технология. Вып.2 (18). 1984.

12. Александров А.Е. Крымасов В.Н., Лозовецкий В.В., Шишова А.Д.. Расчетно-экспериментальное исследование движения шаровых ТВЭЛов в активной зоне ВТГР. // Вопросы атомной науки и техники. Серия Атомно-водородная энергетика и технология. Вып.З. 1988.

13. Александров А.Е., Галянов А., Прусаков Б.А., Русев М.Г. Температурный датчик дифференциального типа для определения охлаждающей способности закалочных сред. Российский патент№ 2008635, зарегистрирвано 28.02.94.

14. Александров А.Е., Паяин B.C. Идентификация теплового потока при закалке на основе метода конечных элементов. //Тезисы доклада на межреспубликанском семинаре «Интенсификация процессов термической обработки изделий энергомашиностроения».-Киев, 1990.

15. Александров А.Е. Моделирование технических процессов в машиностроении. //Труды научно-технической конференции «Моделирование и исследование сложных систем». — МГАПИ, 1996.

] 6. Александров А.Е. Моделирование технологических процессов термообработки на основе методов обратных задач. //Сборник трудов научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». /М: МАИ, 1997.

17. Александров А.Е., Востриков A.A. Математическая модель управления нагревом в телах сложной формы за счет лучистого теплового потока. //Сборник трудов научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации»./М: МАИ, 1997.

18. Александров А.Е., Абраменков A.A. Программный комплекс для идентификации граничных условий технологических процессов в машиностроении. //Сборник трудов научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». /М: МАИ, 1998.

19. Александров А.Е., Савельев ИМ. Программно-аппаратный комплекс диагностики теплового состояния в элементах системы торможения авиационных колес.// Сборник трудов научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». /М: МАИ, 2000.

20. Александров А.Е., Востриков A.A., Макеев К.И. Организация структур хранения данных в системе конечно-элементного анализа. //Межвузовский сборник научных трудов «Программное и информационное обеспечение систем различного назначения на базе персональных ЭВМ». Вып. 4. М.:МГАПИ, 2001.

21. Александров А.Е., Макеев К.И. Программная система сопряжения математических моделей различных уровней детализации. // Сборник трудов научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». /М: МАИ, 2001.

22. Александров А.Е., Макеев К.И. Реализация сопряжения математических моделей в современных системах конечно-элементного анализа, //Межвузовский сборник научных трудов «Программное и информационное обеспечение систем различного назначения на базе персональных ЭВМ». Вып. 5. М.гМГАПИ, 2002

23. Александров А.Е., Макеев К.И. Организация подсистемы подготовки геометрических данных в системе анализа технических систем различных уровней детализации. //Межвузовский сборник научных трудов «Программное и информационное обеспечение систем различного назначения на базе персональных ЭВМ». Вып. 5. М.МГАПИ, 2002.

24. Александров А.Е., Востриков A.A., Тепяяшин Д. Моделирование на ЭВМ процессов лучистого теплообмена. //Сборник трудов научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». /М: МГАПИ, 2002.

25. Александров А.Е. Шишова А.Д. Принципы формирования математических моделей на микро уровне на основе математических схем. //Сборник трудов научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». /М: МАИ, 2003.

Подписано в печать 12.01.2006 г. Формат 60 х 84. 1/16. Объем 1,75 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 3.

Отпечатано в типографии Московской государственной академии приборостроения и информатики 107996, Москва, ул. Стромынка, 20

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ Введение ^

1.1. Общие принципы организации программных систем ^

1.2. Организация программных систем на макро уровне ^

1.3. Организация программных систем на микро уровне ^

1.4. Методология проектирования программных систем ^

5.1. Программный комплекс моделирования элементов ядерного реактора 215

5.2. Программно-аппаратный комплекс диагностики системы торможения

5.3. Программная система моделирования тепловых процессов разного уровня детализации

5.4. Оптимизация конструкции технического объекта на основе базового варианта 229

5.5. Программная система моделирования технологических процессов

5.6. Заключение ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЯ

232 238 240 243

257

258 293 311 325 335

352

353

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Актуальность настоящих исследований определяется тенденциями развития методов и средств разработки и проектирования программных систем. В развитии программной технологии начинается новый виток эволюции, связанный с переходом от низкоуровневых методов и технологий исследований программных систем к высокоуровневому анализу их построения. Все больше внимания в работах и на конференциях уделяется концептуальным расширениям программных систем, и все меньше - их функциональному анализу.

Получившая развитие в середине 80-х годов парадигма структурного проектирования уступила место в 90-х годах объектно-ориентированным методам анализа и проектирования, обладающих своей потенциальной возможностью множественного использования. Большой вклад в развитие и становление объектно-ориентированной методологии внесли Буч Г., о

Румбах Дж., Джекобсон А., Шлеер С., Меллор С., Коад, Иордан Э., Оделл, Бадд, Мартин, и др. [51, 71, 94, 96, 153]. Из работ российских авторов выделим работы Семенова В.А. [128-132], проведенные в Институте Системного Программирования РАН, и направленные на решения задач вычислительной математики на основе объектно-ориентированной методологии.

Однако, несмотря на такое обилие исследований, до сих пор практически нетронутой областью для использования объектно-ориентированной технологии остается область проектирования и разработки прикладных программных систем. При разработке прикладных программных систем многообещающие механизмы объектно-ориентированной технологии, такие как классы, наследование, инкапсуляция и т.д., остаются либо практически не востребованными, либо используются для создания лишь низкоуровневых конструкций.

Данная проблема связана с изменением парадигмы, что в свою очередь требует проведения неформального анализа предметной области, позволяющего использовать механизмы объектно-ориентированной технологии на более высоком уровне абстракции, чем те конструкции, которые соответствуют уровню абстракции универсальных языков программирования (С++).

С другой стороны, к современным прикладным программным системам, предназначенным для решения важных наукоемких задач, предъявляются все возрастающие требования как к детализированному анализу процессов в исследуемых технических системах [104, 105, 106, 125, 134], так и к обеспечению интеграции отдельных моделей в целостную интегрирующую структуру [50,136].

Возможности аппаратных средств вычислительной техники создают предпосылки для реализации все более крупных проектов, в которых центральное место занимают математические приложения. Однако отсутствие методологической основы для разработки прикладных программных систем с использованием современных информационных технологий является сильным сдерживающим фактором при разработке и проектирования программных систем такого класса.

Именно объединение этих направлений - исследований по созданию математического и программного обеспечения, направленного на детальный анализ процессов в технических системах, где объектами их описания являются уравнения в частных производных, и объектно-ориентированных методов анализа с их потенциальной возможностью множественного использования - определяет актуальный характер настоящей работы.

Целью работы является разработка методов и средств проектирования и разработки прикладных программных систем, обеспечивающих их множественное использование, а также детализированный анализ технических объектов и систем на микро и макро уровнях, и направленных на решение важных хозяйственных задач. Исследования, проведенные в настоящей работе, имели многоплановый характер и включали в себя как теоретические и методологические исследования, основанные на системном анализе, теории обратных задач, конечно-элементном анализе, объектно-ориентированной методологии, так и практические результаты разработки многоуровневой инструментальной среды и прикладных программных систем для решения важных задач в различных технических отраслях.

Научная новизна. Научная новизна работы и основные положения выносимые на защиту.

1. Методология проектирования и разработки прикладных адаптивных программных систем, основанная на совокупности системных и объектно-ориентированных принципов и поддерживающая все этапы жизненного цикла программной системы.

2. Проблемно-ориентированный язык программирования, позволяющий создавать исследователю высокоуровневые объектно-ориентированные конструкции, для формирования заданного типа задач, и организации и развития собственных библиотек расширения.

3. Открытая объектно - ориентированная библиотека классов, составляющая ядро многоуровневой инструментальной среды, и являющаяся конструктивной основой для разработки прикладных программных систем различного назначения.

4. Принципы организации процесса вычислений и его реализация, позволяющая обеспечить хранение или пересчет данных и тем самым оптимизировать процесс вычислений, исходя из согласования требуемых и предоставляемых ресурсов ЭВМ.

5. Разработанные модели и методики для решения граничных и коэффициентных обратных задач, позволяющие создавать адаптивные программные системы.

6. Внедренные в различных технических отраслях модели и прототипы прикладных программных систем с возможной адаптацией их к реальным условиям эксплуатации, и направленные на решение важных хозяйственных задач.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается:

• Использованием надежных методов исследований, основанных на объектно-ориентированной методологии, конечно-элементном анализе и теории решения обратных задач.

• Проведением вычислительных экспериментов и тестовых расчетов, сопоставлением результатов численных расчетов с аналитическими и численными результатами других авторов, известных из литературы.

• Проведением сертификации и регистрации разработанного программного обеспечения.

• Апробацией и обсуждением результатов работы на международных и всероссийских научных конференциях; рецензиями, полученными на монографию, рецензированием и предварительной экспертизой научных статей, опубликованных в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Практическая ценность. На основе предложенной методологии с использованием реализованной инструментальной среды были разработаны прикладные программные системы, решающие важные хозяйственные задачи.

Среди них выделим следующие: 1. Программная система расчета и оптимизации температурного поля в пресс форме, предназначенной для изготовления лопастей винтов из композиционного материала. С помощью разработанной программной системы был проведен анализ и предложена конструкция технологической оснастки, позволяющая устранить неравномерность температурного поля в заданных областях. Заказчик: ОАО НПП «Аэросила» (г. Ступино, Московская обл.).

2. Программно-аппаратный комплекс диагностики теплового состояния системы торможения авиационных колес. Заказчик: Авиационная корпорация «Рубин» (г. Балашиха, Московская обл.).

3. Программная система моделирования и прогнозирования распределения твердости в процессе термообработки.

4. Программный комплекс расчета теплового состояния турбонасосного агрегата для двигательных установок многократного использования. Заказчик: Ракетно - космическая корпорация «Энергия» им. С. П. Королева (г. Королев, Московской обл.).

5. Программный комплекс расчета и анализа теплового и напряженно-деформированного состояния элементов фланцевых разъемов оборудования первого контура ядерного реактора. Заказчик: Генерирующая компания концерн «Росэнергоатом» (г. Москва).

Апробация работы.

Разработанное программное обеспечение «Термоупругость-20», «Термоупругость - ЗЭ», было зарегистрировано в Российском агентстве по правовой охране программ для ЭВМ, баз данных и топологий интегральных микросхем (РоАПО). Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ соответственно № 940167 и № 970088.

Программный комплекс диагностики теплового состояния системы торможения авиационных колес» экспонировался на международной выставке в г. Москве («Международный авиационно-космический салон» август-сентябрь 1997 г.).

Зарегистрированное ПО «Термоупругость-ЗО» было награждено серебряной медалью на Международной выставке «Архимед - 2000» в 2000 г.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международных и всероссийских конференциях и семинарах: У1 Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 1997 г., УН Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 1998 г., IX Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2000 г.; X Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2001 г., XI Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2002 г.; XII Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2003 г.; VI Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права», Сочи, 2003 г.

Основные результаты работы

В диссертационной работе создана методология проектирования и разработки прикладных адаптивных программных систем. Разработанная методология включает теоретические и методологические исследования, основанные на системном анализе, теории обратных задач, конечно-элементном анализе, объектно-ориентированной методологии и вносит значительный вклад в создание и исследование новых технологий проектирования и сопровождение прикладных программных систем.

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Предложена и формализована методология проектирования и разработки прикладных адаптивных программных систем, основанная на совокупности системных и объектно-ориентированных принципов и поддерживающая все этапы жизненного цикла программной системы.

2. Проведен объектный анализ и моделирование предметной области, области разработки методов и средств проектирования прикладных программных систем, обеспечивающих их множественное использование, а также детализированный анализ технических объектов и систем на микро и макро уровнях, и направленных на решение важных хозяйственных задач.

3. На основе предложенной методологии спроектирована и разработана многоуровневая инструментальная среда для создания прикладных программных систем различного назначения.

4. В рамках предложенной многоуровневой инструментальный среды спроектированы, разработаны и реализованы:

• Проблемно-ориентированный язык, позволяющий создавать исследователю высокоуровневые объектно-ориентированные конструкции, для формирования заданного типа задач, и организации и создания собственных библиотек расширения

• Открытая объектно - ориентированная библиотека классов, основанная на методе конечных элементов и являющаяся конструктивной основой для разработки прикладных программных систем различного назначения.

5. Предложены принципы организации процесса вычислений, основанные на структурах данных, позволяющих обеспечить хранение или пересчет данных и тем самым оптимизировать процесс вычислений, исходя из согласования требуемых ресурсов и предоставляемых ресурсов ЭВМ.

6. Разработаны и реализованы инструментальные средства сопряжения математических моделей, обеспечивающие, в том числе, сопряжение математических моделей разного уровня детализации и позволяющие провести анализ процессов в технических системах в необходимой полноте при ограниченных вычислительных ресурсах.

7. Предложена общая схема и методика решения граничных и коэффициентных обратных задач с использованием коэффициентов чувствительности, определяемых на основе метода конечных элементов и позволяющая создавать адаптивные программные системы, настраиваемые на реальные условия эксплуатации.

8. Рассмотрены примеры проектирования и разработки функционально законченных программных систем., обеспечивающих решение важных хозяйственных задач:

• программный комплекс расчета и анализа теплового и напряженно-деформированного состояния элементов фланцевых разъемов оборудования первого контура ядерного реактора. Заказчик: Генерирующая компания концерн «Росэнергоатом» (г. Москва), создана

• программно-аппаратный комплекс диагностики теплового состояния системы торможения авиационных колес. Заказчик: Авиационная корпорация «Рубин» (г. Балашиха, Московская обл.).

• программный комплекс расчета теплового состояния турбонасосного агрегата для двигательных установок многократного использования. Заказчик: Ракетно - космическая корпорация «Энергия» им. С. П. Королева (г. Королев, Московской обл.).

• программная система моделирования и прогнозирования распределения твердости в процессе термообработки.

В процессе проектирования и разработки программных систем опробованы различные механизмы формирования моделей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Автоматизация поискового конструирования. / Под ред. А.И. Половинкина. М.: Радио и связь, 1981., 344 с.

2. Аграновский А., Зайцев В., Телескин Б., Хади Р. Верификация программ с помощью моделей.// Открытые системы. СУБД. №12,2003 г. С. 45 47.

3. Александров А.Е. Эволюционная методология разработки и сопровождения математического и программного обеспечения технических систем. М: «Машиностроение», 2001.- 195 е.: ил.

4. Александров А.Е., Катков Р.Э. Параметрическая оптимизация технических объектов на основе базового варианта с использованием программной системы «Термоупругость-ЗО» // Информационные технологии. 2002. № 9. С.37-41.

5. Александров А. Е., Ульянов М. В. Общие подходы к повышению ресурсной эффективности алгоритмического обеспечения систем конечно-элементного анализа // Автоматизация и современные технологии. 2004. № 9. С. 18-24.

6. Александров А. Е., Востриков А. А., Ульянов М. В., Эффективные алгоритмы формирования глобальной матрицы для комплекса конечно-элементного анализа // Автоматизация и современные технологии. 2004. № 10. С. 32-36.

7. Александров А.Е. Температурный датчик дифференциального типа для определения охлаждающей способности закалочных сред. Российский патент № 2008635, зарегистрировано 28.02.94.

8. Александров А.Е. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ: «Автоматизированная система анализа теплового и напряженно-деформированного состояния (Термоупругость-20)».Регистрационное свидетельство № 940167, зарегистрировано 15.04.94.

9. Александров А.Е. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ: «Пакет программ (ПП) по расчету теплового и напряженно-деформированного состояния (Термоупругость-ЗО)». Регистрационное свидетельство № 970088, зарегистрировано 25.02.97.

10. Александров А.Е. Диагностика теплового состояния системы торможения авиационных колес. //Контроль, диагностика. М: Машиностроение, № 10, 2002 г. С.21-24.

11. Александров А.Е., Макеев К.И. Автоматизированная система формирования, анализа, хранения и сопровождения математических моделей.

12. Инструментальные средства сопряжения математических моделей разного уровня детализации. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. № 1, 2005. С.1-5.

13. Александров А.Е. Автоматизированная система формирования, анализа, хранения и сопровождения математических моделей. Принципы построения и архитектура системы. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. № 12, 2004.С.1-5

14. Александров А.Е., Паяин B.C. Идентификация теплового потока при закалке на основе метода конечных элементов. //Тезисы доклада на межреспубликанском семинаре «Интенсификация процессов термической обработки изделий энергомашиностроения».- Киев, 1990.

15. Александров А.Е. Моделирование технических процессов в машиностроении. //Труды научно-технической конференции «Моделирование и исследование сложных систем». Кашира, 1996.

16. Александров А.Е. Моделирование технологических процессов термообработки на основе методов обратных задач. //Сборник трудов научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». /М: МАИ, 1997.

17. Александров А.Е., Востриков А., Макеев К.И. Функции формы. //Межвузовский сборник научных трудов «Программное и информационное обеспечение систем различного назначения на базе персональных ЭВМ». Вып. 4. М.:МГАПИ, 2001.

18. Александров А.Е., Востриков A.A., Тепляшин Д. Моделирование на ЭВМ процессов лучистого теплообмена. //Сборник трудов научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации». /М: МГАПИ, 2002.

19. Алифанов О.М. Идентификация процессов теплообмена летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1979., 216с.: ил.

20. Алифанов О.М., Артюхин Б.А., Ненарокомов A.B. Идентификация математических моделей сложного теплообмена. -М.: Изд-во МАИ, 1999г., 268с.: ил.

21. Алифанов О.М., Артюхин Б.А., Румянцев C.B. Экстремальные методы решения некорректных задач.- М.: Наука. Гл. ред.физ.-мат.лит., 1988.-288с.

22. Амблер С. Гибкие технологии: экстремальное программирование и унифицированный процесс разработки: Пер.с англ. — СПб.: Питер, 2005. — 411 с.

23. Антонов A.B. Системный анализ. Учебник для ВУЗов. — М.: Высшая школа, 2004.

24. Аткинсон К., Кюне Т. Фундамент метамоделирования //Открытые системы. СУБД. №12,2003 г. с. 40-44.

25. Ахо А., Хопкрофт Д., Ульман Д. Ульман Д. Структуры данных и алгоритмы. Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2000. — 384 с.

26. Бакушинский А.Б., Гончарский A.B. Итеративные методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1989.

27. Бахур А.Б. Системные идеи в современной инженерной практике. М.: Пров-пресс. 2000 г.

28. Бежанова, Майя Михайловна Методическая и системная поддержка разработки пакетов прикладных программ Автореф. дис. на соиск. учен. степ, д-ра физ.-мат. наук : 05.13.11 Рос. академия наук. Сиб. отд-ние. Вычислит, центр 1993.

29. Бек Дж., Блакуэлл Б., Сент-Клер И., мл. Некорректные обратные задачи теплопроводности: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 312с., ил.

30. Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике сплошных сред. М.: Наука 1994 г.

31. Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практичексое моделирование динамических систем. СПб.: БХВ Петербург, 2002 г.

32. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990-368 е., :ил.

33. Бреббия К., Уокер С. Применение метода граничных элементов в технике. М.: Мир, 1982., 248с.

34. Буянов Б. Б., Легович Ю. С., Лубков Н. В., Поляк Г.Л. Построение систем подготовки управляющих решений с использованием имитационного моделирования Приборы и системы управления. 1996 г. №12:36 40.

35. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд./Пер. с англ. М.: Изд. Бином, СПб.: Невский диалект, 1999.-560 с.

36. Валях Е. Последовательно-параллельные вычисления. : Пер с англ. М.: Мир, 1985.

37. Вендров A.M. Один из подходов к выбору средств проектирования баз данных и приложений. "СУБД", 1995, №3.

38. Войтович Т.В. Технологии метода конечных объёмов/конечных элементов на симплициальных сетках для задач конвективно-диффузионного типа. Дис. к.ф.м.н 05.13.18. Новосибирск, 2000.

39. Востриков A.A. Математическое и программное обеспечение подсистемы анализа граничных условий лучистого теплового потока в системах конечно-элементных расчетов. М., Авт. Дис. К.т.н. 1999 г. с. 28.

40. Горин C.B., Тандоев А.Ю. Применение CASE-средства Erwin 2.0 для информационного моделирования в системах обработки данных. "СУБД", 1995, №3.

41. Горин C.B., Тандоев А.Ю. CASE-средство S-Designor 4.2 для разработки структуры базы данных. "СУБД", 1996, №1.

42. Горчинская О.Ю. Designer/2000 новое поколение CASE-продуктов фирмы ORACLE. "СУБД", 1995, №3.

43. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MA.TLAB: учебный курс. -СПб: Питер, 2000 432 е.: ил.

44. Гуревич, Михаил Исаевич Архитектура программ для решения уравнения переноса методом Монте-Карло Автореф. дис. на соиск. учен. степ, д-ра физ.-мат. наук : 05.13.11; 05.13.16 Ин-т прикладной математики им. М.В.Келдыша 1995.

45. Грэхем И. Объектно-ориентированные методы. Принципы и практика: Пер. с англ. — М.: Издателький дом «Вильяме», 2004. — 880 с.

46. Гэйн К., Сарсон Т. Структурный системный анализ средства и методы. В 2-х частях. Пер. с англ. М.: Эйтекс, 1993 г.

47. Давыдов В.Г. Технологии программирования С++. — СПб.: БВХ-Петербург, 2005. —654 с.

48. Э. Дастин и др. Автоматизированное тестирование программного обеспечения: Пер. с англ. — М.: Издательство Лори, 2003. — 592 с.

49. Деруссо П., Рой Р., Клоуз Ч. Пространство состояний в теории управления. М.: Мир. 1970 г.

50. Дозорцев В.М. Динамическое моделирование в оптимальном управлении и автоматизированном обучении операторов технологических процессов 4.2. Компьютерные тренажеры реального времени. // Приборы и системы управления, 1996 г. .№8, с. 41-50.

51. Дозорцев В.М. 1996. Динамическое моделирование в оптимальном управлении и автоматизированном обучении операторов технологических процессов. 4.1. Задачи оптимального управления // Приборы и системы управления, 7:46-51.

52. Дэвид А. Марка, Клемент Мак-Гоуэн. Методология структурного анализа и проектирования. Пер. с англ. М.: 1993 г. 240 с.

53. Джордж А., Лю Дж., Численное решение больших разреженных систем уравнений.: Пер. с англ.- М.: Мир, 1983.

54. Ермишин, Владимир Викторович Теоретические основы, методы и алгоритмы оптимизации ресурсов центральных процессоров вычислительных систем с одиночными и множественными потоками команд и данных Дис. . д-ра техн. наук : 05.13.11 1997.

55. Йордан Э., Аргила С. Структурные модели в объектно-ориентированном анализе и проектировании Пер. с англ. — М.: Издательство Лори, 1999. — 288 с.

56. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.

57. Калянов Г.Н. CASE. Структурный системный анализ (автоматизация и применение). М., "Лори", 1996г.

58. Карпов 10. Г. Теория и технология программирования. Основы построения трансляторов. — СПб.: БВХ-Петербург, 2005. — 272 с.

59. Канцель A.B., Червоненкис А.Я. Мультиструктурная модель гидротермального геохимического поля // Геология рудных месторождений. №1, 1990 г. с. 9-20.

60. Каширин, Игорь Юрьевич Методы формального анализа инструментальных систем программного обеспечения ЭВМ на основе теории унификации Дис. . д-ра техн.наук: 05.13.11 1997.

61. Каханер Д., Моулер К., Нэш С. Численные методы и программное обеспечение. Пер. с англ. —М.: Мир, 2001. — 575 с.

62. Квашнин, Геннадий Александрович Инструментальная среда для разработки проблемно-ориентированных систем Дис— канд. физ.-мат. наук: 05.13.11 1995.

63. Кёниг Э., Му Б. Эффективное программирование на С++. Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2002. — 384 с.

64. Керниган Б., Ритчи Д. Язык программирования С. — М,: Издателький дом «Вильяме», 2005. — 304 с.

65. Кнут Д.Э. Искусство программирования: Том 1: Основные алгоритмы. Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. — 720 с.

66. Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Визуальное моделирование сложных динамических систем. СПб.: Изд. Мир и Семья & Интерлайн, 2000 г.

67. Колесов Ю. Б., Сениченков Ю. Б., Компьютерное моделирование в научных исследованиях и образовании. // Ехропейа Рго. #1.2003. с.4-11.

68. Костомаров Д. П., Корухова Л. С., Манжелей С. Г. Программирование и численные методы. — М.: Издательство Московского университета, 2001. — 224 с.

69. Кубенский А.А. Структуры и алгоритмы обработки данных: Объектно-ориентированный подход и реализация на С++. — СПб.: БВХ-Петербург, 2004. — 464.

70. Кьоу Дж. Объектно-ориентированное программирование. Учебный курс. Пер. с англ. — СПб.: Питер, 2005. — 238 с.

71. Лафоре Р. Объектно-ориентированное программирование в С++: Пер. с англ. — СПб.: Питер, 2005. — 923 с.

72. Макконелл Дж. Основы современных алгоритмов: Пер. с англ. — Техносфера, 2004. — 366 с.

73. Мандель А.С. Экспертно-статистические системы в задачах управления и обработки информации. Часть I. Приборы и системы управления. 1996 г.№12: 34-36.

74. Малинин Н.Н. прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1968.

75. Марковский, Михаил Валентинович Информационная технология построения математических моделей динамических объектов Автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.13.01, 05.13.11 Моск. гос. инж.-физический ин-т 1997.

76. Марка Д.А., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. М., "МетаТехнология", 1993.

77. Машечкин, Игорь Валерьевич Многофункциональная, адаптируемаясистема кросс-программирования Дис. д-ра физ.-мат. наук: 05.13.11 М., 1998.

78. Мейер Б. Объектно-ориентированное конструирование программных систем. Пер. с англ. — Издательство ИНТУИТ, 2005. —1232 с.

79. Мейн М., Савитч У. Структуры данных и другие объекты в С++, 2-е издание. Пер. с англ.— М.: Издательский дом «Вильяме», 2002. — 832 с.

80. Меллор С., Кларк Э., Футагами Т. Разработка на базе моделей.// Открытые системы. СУБД. №12,2003 г. с. 30 32.

81. Методология динамического моделирования IDEFO/CPN/WFA. Учебный курс по методологиям IDEF. Метатехнология. М.: 1995 г.

82. Международные стандарты, поддерживающие жизненный цикл программных средств. М., МП "Экономика", 1996 г.

83. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981 * г. 483 с.

84. Морозов, Сергей Вячеславович Объектно-ориентированная инструментальная среда для создания приложений численного моделирования : Дис. канд. физ.-мат. наук: 05.13.11 М., 1998.

85. Морозов В.А., Гребенников А.И. Методы решения некорректных задач. Алгоритмический аспект. -М.: Изд-во МГУ, 1992.

86. Музылев Н.В. О единственности одновременного определения коэффициента теплопроводности и объемной теплоемкости. // Журнал выч. Мат. И мат. Физики. 1983. Т.23, №1. - с.102-108.

87. Мякушев Константин. Современные методы расчета электрических машин. САПР и Графика, № 5,2001.

88. Назаров Дмитрий. Обзор современных пакетов КЭ анализа. САПР и Графика, № 2,2000.

89. Новосельцев В.Н. Математическое моделирование в век компьютеров. Институт проблем управления РАН. М. Novoselc@ipu.rssi.ru.

90. Новоженов Ю.В. Объектно-ориентированные технологии разработки сложных программных систем. М., 1996.

91. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: Учеб.пособ. для втузов. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Высшая школа, 1986., 304 с.

92. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка методики расчета температурного и напряженно-деформированного состояния чехла привода СУЗ и патрубка верхнего блока ВВЭР-440/230 при нестационарных режимах».- М.: 2000., с.132.: ил.

93. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка программы для расчета и тепловых испытаний ТНА и оценки их результатов». Номер гос. Регистрации 01.20.0008190.-М.: 2000., 186с.: ил.

94. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка методики расчета температурного и напряженно-деформированного состояния элементов фланцевых разъемов оборудования 1-го контура ВВЭР-440 при нестационарных режимах.». -М.:2002, с.130.: ил.

95. Ортега Дж. Введение в параллельные и векторные методы решения линейных систем.: Пер. с англ.- М.: Мир, 1991.

96. Панащук С.А. Разработка информационных систем с использованием CASE-системы Silverrun. "СУБД", 1995, №3.

97. Пархоменко В. П., Стенчиков Г. JI. Математическое моделирование климата. М. Знание. 1986 г.

98. Павловская Т.А C/C++. Программирование на языке высокого уровня. — СПб.: Питер, 2005. — 464 с.

99. Петров А. А. Экономика. Модели. Вычислительный эксперимент. М.: Наука 1996 г.

100. Петров Ю.К. JAM инструментальное средство разработки приложений в информационных системах архитектуры "клиент/сервер", построенных на базе РСУБД. "СУБД", 1995, №3.

101. Попов Ю. П., Самарский A.A. Вычислительный эксперимент. М. Знание.1983г.

102. Поспелов Г.С. Искусственный интеллект основа новой информационной технологии - М., Наука. 1988 г.

103. Пол А. Объектно-ориентированное программирование на С++. Пер. с англ. М.: Изд. Бином, СПб.: Невский диалект, 2001. — 464 с.

104. Раскин Д. Интерфейс: Новые направления в проектировании компьютерных систем: Пер. с англ. — СПб.: Симвро-Плюс, 2006. — 268 с.

105. Рыжиков Ю.И. Работа над диссертацией по техническим наукам. — М.: Издательство BHV, 2005. — 496 с.

106. Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. Математическое моделирование в биофизике М., Наука. 1975 г.

107. Самарский A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1983., 616с.

108. Самарский A.A., Михайлов А.П. Математическое моделирование. Идеи. Методы. Примеры. М., Наука. 1997 г.

109. Самарский A.A. Численные методы математической физики. 2-е изд. — М.: Мир, 2003. —316 с.

110. Селич Б. Практические аспекты разработки на базе моделей.// Открытые системы. СУБД. №12,2003 г. с. 33 38.

111. Семенов, Виталий Адольфович Объектно-ориентированная методология эволюционной разработки математического обеспечения : Дис. д-ра физ.-мат. наук : 05.13.11 М., 1998.

112. Семенов В. А. Объектная систематизация и парадигмы вычислительной математики, Программирование. 1997. ~ N 4. - С. 14-25. -- ISSN 0132-3474.

113. Советов Б.Я. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 1998.

114. Создание информационной системы предприятия. "Computer Direct", 1996, N2.

115. Соловейчик Ю.Г. Вычислительные схемы МКЭ-моделирования 3-х мерных электрических и тепловых полей в сложных областях. Автор. Дис на соиск. Д.т.н., Новосибирск,1997.

116. Соркин J1.P. Достижения ИПУ РАН в разработке и внедрении информационных технологий управления в нефтегазовом комплексе. Международная Конференция по проблемам управления. Сборник пленарных докладов. Москва, ИПУ., 1999 г., с. 172-180.

117. Страуструп Б. Язык программирования С++ (специальное издание), СПб.: Невский диалект, 2001.

118. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов.- М.: Мир, 1977.

119. Тамре Jl. Введение в тестирование программного обеспечения. Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. — 368 с.

120. Тарлапан, Олег Анатольевич Исследование и разработка объектно-ориентированного матричного обеспечения Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук : 05.13.11 Ин-т системного программирования.

121. Техника оптимизации программ. Эффективное использование памяти. Касперски К. СПб: "БХВ-СПб", 2003. — 464 с.

122. Тихонов А.Н., Кальнер В.Д., Гласко В.Б. Математическое моделирование технических процессов и метод обратных задач в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990., 264с.

123. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1986., 288с.

124. Тихонов А.Н., Гончарский A.B., Степанов В.В., Ягола А.Г. Численные методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1990., 230с.

125. Тихонов А.Н., Гончарский A.B., Степанов В.В., Ягола А.Г. Регуляризирующие алгоритмы и априорная информация. М.:Наука, 1983.

126. Трахтенгерц Э. Л. Компьютерная поддержка принятия решений. М., Синтэг. 1998 г.

127. Ульянов М. В. Ресурсная эффективность вычислительных алгоритмов (Теория и применение): Дис. д-ра техн. наук: 05.13.11 — Москва, 2005 — 309 с.

128. Хорев П.Б. Технологии объектно-ориентированного программирования. — М.: Издательство Академия, 2004. — 447 с.

129. Хорн, Джонсон Ч. Матричный анализ. : Пер с англ.- М.: Мир, 1989.

130. Хьюз К., Хьюз Т. Параллельное и распределенное программирование с использованием С++: Пер. с англ. — М.: Издателький дом «Вильяме», 2004. — 667 с.

131. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука./ Пер. с англ. М.: Мир, 1978., 418с.

132. Шимкович Д.Т., Расчёт конструкций в MSC/NASTRAN, М.: "ДМК-Пресс", 2000.

133. Шлеер С., Меллор С. Объектно-ориентированный анализ: моделирование мира в состояниях. Киев, "Диалектика", 1993.

134. Щекин, Сергей Валерьевич Концептуальное моделирование программного обеспечения графических систем Автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.13.11 1999.

135. Чарнецки К., Айзенекер У. Порождающее программирование: Методы, инструменты, применение: Пер.с англ. — СПб.: Питер, 2005. — 730 с.

136. Юдин Б.Г. Системный анализ. М.: БСЭ, 1976 г.

137. Юков, Иван Евгеньевич Создание объектно-ориентированной среды для разработки трехмерных графических приложений Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук : 05.13.11 Ин-т системного Программирования 1996.

138. ANSYS Coupled-Field Analysis Guide, 2nd Edition.: SAS IP Inc., 1997.

139. ANSYS/Multiphysics Software The Leading Multiphysics Tool, SAS IP Inc., 2000.

140. ANSYS Theory Reference, 8th Edition.: SAS IP Inc., 1997.

141. Archer G.C. Object Oriented Finite Element Analysis, Ph.D. dissertation, University of California at Berkeley, 1996.

142. Bangerth Wolfgang, Using Modern Features of С++ for Adaptive Finite Element Methods: Dimension-Independent Programming in deal.II, Proceedings of the 16th IMACS World Congress, Lausanne, Switzerland, 2000.

143. Bangerth Wolfgang and Kanschat Guido, Concepts for object-oriented finite element software the deal.II library Preprint 99-43 (SFB 359), IWR Heidelberg, October 1999.

144. Barker R. CASE*Method. Entity-Relationship Modelling. Copyright Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990.

145. Barker R. CASE*Method. Function and Process Modelling. Copyright Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1992.

146. Boehm B.W. A Spiral Model of Software Development and Enhancement. ACM SIGSOFT Software Engineering Notes, Aug. 1986.

147. Cardelli, L. and Wegner. P. On Understanding Types, Data Abstraction, and Polymorphism. December 1985. ACM Computing Surveys vol.17(4), p.475.

148. Courtois, P. June 1985. On Time and Space Decomposition of Complex Structures. Communications of the ACM vol.28(6), p.596.

149. Chris Gane, Trish Sarson. Structured System Analysis. Prentice-Hall, 1979.

150. DATARUN Concepts. Computer Systems Advisers Research Ltd., 1994.

151. Dippery K.D. 1997. Life, the Universe and Matlab. ftp://ftp.engr.uky.edu/users/kdip/lum.ps.

152. Drolet J. Toward a Cross-Platform Finite Element Application Framework: A Tool to Simplity Finite Element Simulation.

153. Dally, W.J. and KajiyaJ.T. March 1985. An Object-oriented Architecture, SIGARCH Newsletter vol.l3(3).

154. Dahl, O., Dijksta, E., and Hoare, C.A.R. 1972. Structured Programming. London, England: Academic Press.

155. Edward Yourdon. Modern Structured Analysis. Prentice-Hall, 1989.

156. IEEE Std 1209-1992. IEEE Recommended Practice for the Evaluation and Selection of CASE Tools.

157. Encyclopedia of Computer Science. 4th edition. 2000. Grove's Dictionaries1. N.Y.

158. Ercolessi F. The role of Computer Experiments. 1997. http://www.sissa.it/fiirio/md/md/node4.html.

159. IEEE Std 1348-1995. IEEE Recommended Practice for the Adoption of CASE1. Tools.

160. Fishwick P. Simulation Model Design and Execution. Prentice Hall, Englewoods Cliffs. 1995.

161. Haptmair R. Object Oriented Concepts for an Adaptive Finite Element Code. Report №335, Math-Nat. Fakultat, Universität Augsburg, August, 1995.

162. Jones, A. 1979. The Object Model: A Conceptual Tool for Structuring Software. Operating Systems. New York, NY: Springer-Verlag, p.8.

163. Jackson, M. 1983. System Development. Englewwod Cliffs, NJ: Prentice-Hall.

164. Kleyn, M. and Gingrich, P. September 1988. GraphTrace Understanding Object-Oriented Systems Using Concurrently Animated Views. SIGPLAN Notices vol.23(ll), p. 192.185. 4. Law and Kelton W. Simulation modeling and analysis. McGraw Hill, N.Y.1991.

165. Myers, G. 1978. Composite/Structured Design. New York, NY: Van Nostrand Reinhold.

166. Micallef, J. April/May 1988. Encapsulation, Reusability, and Extensibility in Object-oriented Programming Languages. Journal of Object-oriented Programming vol.l(l). p.15.

167. MATLAB Reference Guide. 1992. The MathWorks Inc.

168. The Modelica Design Group; http://www.dynasim.se/modelica.

169. Orr, K. 1971. Structured Systems Development. New York, NY: Yourdon1. Press.

170. Proceedings of the Second Annual Object-Oriented Numerical Conference. Apr. 24-27.1994 Sunriver OR.

171. Proceedings of Conference on Parallel Object-Oriented Methods and Applications. Feb.28-Mar. 1.1996, Santa Fe, NM.

172. Peters, L. 1981. Software Design. New York, NY: Yourdon Press, p.22.

173. Porting Applications from Windows NT/X86 to Windows NT/Alpha AXP, Digital Equipment Corporation Maynard, Massachusetts,October .1994 r.

174. Rumbaugh J.; Blaha M.; Premerlani W.; Eddy F.; Lorensen W„ Object-Oriented Modeling and Design. Prentice Hall, New Jersey, 1991.

175. Smith R. D. Simulation (encyclopedia article). 2000. http://www.modeIbenders.com/encyclopedia.

176. Standard С++ Library Reference, Microsoft, 1998 r.

177. Shankar, K. 1984. Data Design: Types, Structures, and Abstractions. Handbook of Software Engineering. New York, NY: Van Nostrand Reinhold, p.253.

178. Snyder, A. November 1986. Encapsulation and Inheritance in Object-oriented Programming Languages. SIGPLAN Notices vol. 21(11).

179. Tom DeMarco. Structured Analysis and System Specification. Yourdon Press, New York, 1978.

180. Yordon, E., Constantine, L. 1979.Structured Design. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.

181. Uniface V6.1 Designers' Guide. Uniface B.V., Netherlands, 1994.

182. Wirth, N. 1986. Algorithms and Data Structures. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.

183. Westmount I-CASE User Manual. Westmount Technology B.V., Netherlands,1994.

184. Workbook of Applications in VectorSpace С++ Library, VectorSpace Corp.,2000.