Какой должна быть шина у болидов "Формулы-1"? Как сохранить герметичной оболочку урановых стержней при сверхвысоких температурах в активной зоне реактора? И что общего тут с разработкой новых лекарственных форм?
Во всех подобных случаях не обойтись без современных инструментов анализа прочности. В их разработку включилась молодежная команда программистов при одной из кафедр мехмата МГУ. Задача - создать программный продукт, который был бы востребован при проектировании и расчетах в ведущих отраслях промышленности.
- Все используемые сейчас в России универсальные промышленные прочностные системы инженерного компьютерного анализа CAE - западные, - рассказывает профессор кафедры вычислительной механики Владимир Левин. - И как только истекает срок поддержки зарубежного пакета, проектировщики быстро теряют техническую возможность и право производить качественные расчеты.
Такая ситуация коммерчески и технологически невыгодна. Сколько можно это терпеть? Пакет прочностного анализа FIDESYS, по словам Левина, является первым российским пакетом такого уровня и может сделать рынок подобных расчетов в России не зависимым от западных производителей.
Неформальным лидером и консультантом программистов стал Анатолий Вершинин - выпускник мехмата, а сейчас преподаватель на своей же кафедре. На защиту кандидатской Анатолий пошел в 22 года, отучившись к тому времени в очной аспирантуре при мехмате всего три месяца. Идеи, рожденные на кафедре и развитые в его диссертации, стали тем "центром кристаллизации", вокруг чего сформировался проект и начала складываться команда. Рядом с мехматовцами свое место в проекте нашли три аспиранта и студент мехмата Тульского госуниверситета. Аспирант из Твери Владимир Людский уже защитил кандидатскую и сейчас ожидает ее утверждения в ВАКе. Член команды из Тулы, аспирант Евгений Фрейман только что получил персональную стипендию Фонда "Династия" Дмитрия Зимина.
Сами с усами
Российская газета: Где может быть использована предлагаемая вами разработка?
Анатолий Вершинин: Наш расчетный пакет относится к классу прочностных универсальных CAE-систем. И востребован прежде всего там, где необходим расчет отдельных элементов конструкции, которые испытывают значительные деформации, а в процессе эксплуатации изменяются свойства материала, например, при твердотельных фазовых превращениях в нанопленках. Можно производить расчеты изделий из наноматериалов. С этой же целью он широко применим в резинотехнической и шинной промышленности, а также в медицине - при прочностном анализе биоматериалов.
РГ: В чем преимущество вашего пакета перед западными аналогами?
Вершинин: Те, что есть, не позволяют проектировщику рассматривать при больших деформациях так называемые обратные задачи. Это когда форма какого-то элемента конструкции известна после нагружения, то есть когда вы видите результат и надо сказать, что произошло. Они не могут этого сделать даже после однократного воздействия, не говоря уже о нагружении тела в несколько этапов. А мы можем и то и другое.
Во-вторых, в большинстве западных пакетов использован только один метод - конечного элемента. Поэтому относительно невысока точность и производительность в динамических задачах. А у нас два расчетных ядра. Одно основано на этом методе, а второе - на его принципиально новых модификациях. Мы используем один из лучших в мире генераторов расчетных сеток, разработанный в Институте вычислительной математики РАН под руководством профессора Ю.В. Василевского, что также значительно повышает точность и производительность расчетов. И, наконец, мы сразу заложили возможность решать сверхбольшие задачи.
РГ: Это что означает?
Вершинин: То есть задачи на полмиллиарда расчетных узлов. При этом наш пакет адаптирован не только для супер-ЭВМ, но и под обыкновенный PC с мощной видео картой, поддерживающей специальную технологию CUDA. Ее использование позволяет ускорить расчеты от 40 до 60 раз. Системные требования к пакету сравнительно невысоки, поэтому он может высокопроизводительно и комфортно для пользователя работать на обычном персональном компьютере.
Место в команде
Современные средства коммуникации позволяют двум десяткам единомышленников работать по единому плану и согласованным графикам, находясь за много километров друг от друга. Но личное общение все равно необходимо. Вот почему раз в неделю они собираются на мехмате: оценить сделанное, обменяться идеями, разрешить сомнения и проблемы.
По признанию Максима Яковлева, который "отвечает" за одно из пяти ключевых направлений проекта, за компьютером иногда они проводят по 9-11 часов в сутки. Тем более - сейчас, когда появился практический интерес к тому, что они делают, у многих солидных заказчиков. На самый верх они, конечно, не выходят, но потихоньку втягиваются в работу по договорам - с ГКНПЦ имени Хруничева, Троицким институтом инновационных и термоядерных исследований.
Знаковое для команды событие произошло в феврале: Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере профинансировал часть работ над пакетом FIDESYS на три года. А в ближайшее время ребята надеются справить новоселье в одном из помещений Научного парка МГУ. Попасть под его крышу - в прямом и переносном смысле - непросто: нужно действительно иметь ноу-хау и ясное понимание того, как выйти с ним на рынок. Директор Научного парка Олег Мовсесян поверил в команду.
Владимир Левин, академик РАН:
- Кафедра вычислительной механики, которой я сейчас руковожу, изначально задумывалась так, чтобы можно было сочетать преподавание фундаментальных разделов механики и обучение методам решения прикладных задач с обязательным использованием передовых вычислительных технологий. Поэтому совсем не случайно наши выпускники, аспиранты и студенты образовали костяк молодежного коллектива и занялись разработкой нового расчетного пакета. Замечу, что на кафедре не одна, а несколько подобных научных групп, развивающих то или иное направление механики и соответствующее ему программное обеспечение. Нужны ли такие группы и такие проекты при кафедрах ведущих университетов? Думаю, что нужны. Это позволяет не только сохранять, но и развивать научный потенциал кафедры, активно привлекать к конкретным научным разработкам молодежь, прививать ей умение и вкус к реализации полученных знаний.
Особо я бы отметил то обстоятельство, что проект, о котором сегодня речь, является инновационным и вполне конкурентоспособным в своем сегменте современного рынка. Пройдя через такой проект, каждый его участник получает хорошую закалку, что позволяет ему более полно реализовать себя в большой науке.