Объектно-ориентированный подход при создании программного обеспечения тренажеров для ядерной и тепловой энергетики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат физико-математических наук Масанов, Алексей Олегович

• Масанов, Алексей Олегович
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Масанов, Алексей Олегович

1 Оглавление.

2 Основные термины и понятия.

3 Введение.

3.1 Актуальность разработки.

3.2 Цели и основные задачи разработки.

3.3 На защиту выносится.

3.4 Апробация работы.

3.5 Личное участие.

4 Объектно-ориентированный подход к моделированию.

4.1 Классификация кодов по степени автоматизации.

4.2 Классификация кодов по архитектуре базы данных модели.

4.3 Концепции в реализации объектного подхода к моделированию.

4.3.1 Традиционная концепция объектного подхода.

4.3.2 Современная концепция.

5 Обзор российских и мировых систем поддержки моделирования.

5.1 Технология фирмы S3/GSE (США).

5.1.1 Структура Базы Данных.

5.1.2 Иерархия системы.

5.1.3 Структура тренажерного программного обеспечения.

5.2 Технология фирмы GPI/GSE (США).

5.2.1 Оболочка моделирования READS™.

5.2.2 Структура оболочки READS™.

5.2.3 Иерархия системы.

5.3 Финская технология APROS.

5.3.1 Моделирующая оболочка APROS.

5.3.2 Структура оболочки APROS.

5.4 Технология фирмы STN Atlas Elektronik GmgH (Германия).

5.4.1 Описание Технологии.

5.4.2 Структура моделирующей оболочки.

5.5 Технология Центра Тренажеров и Моделирования (ВНИИАЭС).

5.5.1 Описание технологии.

5.6 Технология ЭНИКО ТСО (МИФИ) - ЭНИКАД.

5.6.1 Оболочка моделирования ЭНИКАД.

5.6.2 Структура ЭНИКАД.

5.6.3 Разработка в ЭНИКАД.

5.7 Технология Разработки Моделей и Тренажеров ТЕРМИТ (НИТИ).

5.7.1 Описание программного комплекса ТЕРМИТ.

5.7.2 Структура комплекса ТЕРМИТ.

5.8 Сравнительный анализ систем.

Система SimPort как реализация современной концепции объектно-ориентированного подхода.

6.1 Краткое описание системы.

6.2 История создания SimPort.

6.3 Основные черты технологии SimPort.

6.4 Обобщенная архитектура системы SimPort.

6.5 Основные компоненты системы SimPort.

6.5.1 Подсистема разграничения доступа {Login System).

6.5.2 Сервер базы данных (Database Server).

6.5.3 Конструктор типов SimPort (Type Builder).

6.5.4 Конструктор задач SimPort {TaskBuilder).

6.5.5 Рабочий стол разработчика SimPort {Engineering Station — Instructor Station).

6.5.6 Подсистема представления данных моделирования {Data Presentation System).

6.5.7 Система исполнения SimPort задач реального времени {Real Time Executive).

6.5.8 Сервер доступа к данным SimPort {Data Manager).

6.5.9 Подсистема экспорта/импорта {Data Base Service).

6.6 Язык моделирования SimPort.

6.7 Файловая структура SimPort.

6.7.1 Файловая структура исполнительной части.

6.7.2 Файловая структура базы данных.

6.8 Разработка проекта в системе SimPort.

6.9 Перспективы развития системы SimPort.

6.9.1 Мировые тенденции развития.

6.9.2 Пути дальнейшего развития системы SimPort.

7 Прикладное наполнение SimPort.

7.1 Объектно-ориентированная версия тепло-гидравлического кода KOBRA.

7.1.1 Базис физико-математической модели.

7.2 Инструмент GASNET.

7.2.1 Базис физико-математической модели.

7.3 Инструмент ELECTRO.

7.3.1 Базис физико-математической модели.

7.4 Инструмент LOGIC.

7.5 Инструмент RELAY.

7.6 Инструмент COMPONENT.

7.7 Инструмент TURBINE.

7.8 Инструмент TRANSMITTER.

8 Внедрение системы SimPort.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Масанов, Алексей Олегович

9 Заключение

Диссертационная работа посвящена вопросам автоматизации процесса моделирования, и создания тренажеров и моделирующих комплексов для тепловой и ядерной энергетики. В диссертации была представлена разработанная автором в Курчатовском Институте современная концепция объектно-ориентированного подхода при создании моделей, а также система поддержки моделирования в^Рог!, реализующая данную концепцию.

Базовый объектно-ориентированный подход к моделированию [25] включает в себя следующие постулаты:

1. Представление глобального объекта моделирования в виде формальной структуры, которая состоит из связанных между собой элементарных объектов различных типов.

2. Формализация самих базовых элементарных типов объектов используемых при представлении глобального объекта моделирования.

3. Разработка расчетных кодов, моделирующих как каждый тип из множества элементарных объектов, так и произвольное соединение элементарных объектов между собой.

4. Разработка универсального инструмента интеграции моделей и расчетных кодов отдельных подсистем в единый интегральный расчетный код.

В рамках данной диссертационной работы, во время разработки современной концепция реализации объектного подхода, были получены следующие результаты:

1. Разработан новый подход по обращению с данными моделирования. Данные представляются в виде объектов (структура переменных и графическое изображение) не только в режиме графического интерфейса пользователя (при задании топологии расчетных схем), но и на уровне сохранения в базе данных, а также на уровне размещения данных в оперативной памяти компьютера при активизации загрузки;

2. Реализовано четкое разделение данных моделирования, задаваемых графически (топология расчетных схем), и расчетных кодов обрабатывающих эти данные;

3. Разработаны специальные языковые конструкции, облегчающие доступ и обработку данных моделирования при программировании на алгоритмическом языке С.

Результатом промышленного внедрения научных идей, представленных в диссертации, является система поддержки моделирования SimPort, использующая современную концепцию объектного подхода в своей основе. Применение подобной концепции позволило получить ряд совершено специфических особенностей:

• гибкую топологию получаемых в системе расчетных кодов. Причем подобным свойством гибкой топологии обладают все разработанные в системе SimPort расчетные коды независимо от предметной области моделирования;

• режим NON-STOP создания и модификации расчетных схем (как в области топологии, так и в области расчетных параметров), не прерывая самого процесса расчета. Этот режим достигается за счет объектного размещения данных моделирования в памяти и за счет применения при написании расчетных кодов специальных языковых конструкций;

• использование в программном коде при обращении к переменным моделирования объектного синтаксиса, что способствует единообразию обращения с данными.

Необходимо отметить, что работа прошла солидную апробацию и не раз докладывалась на различных семинарах, выставках и конференциях как в российских, так и международных (см. Введение, параграф «Апробация работы»).

Подводя итог изложенному в работе материалу, базируясь на сравнительном анализе с другими концепциями реализации объектного подхода и системами на их основе, а также учитывая богатый и успешный опыт

123 промышленного использования (как в России, так и за рубежом, см. главу 6) системы 81тРог1, можно утверждать что:

• представленная современная концепция объектного подхода при создании моделей является достоверной, эффективной и проверенной;

• технология внпРог^ базируясь на разработанной в автором в «КИ» современной концепции объектно-ориентированного подхода к моделированию, является оригинальной и лицензионно чистой. Она обладает рядом уникальных свойств, и в своей области, ни в чем не уступает лучшим мировым образцам, а зачастую даже превосходит их. Достоинства современной концепции объектного подхода при разработке программного обеспечения и системы 81шРог1 разработанной на ее основе были отмечены двумя наградами:

• Диплом 2-ой степени на выставке «Тренажерные технологии 99», проходившей в ВВЦ Москва (см. Приложение 1).

• Премия имени И.В Курчатова за лучшую работу 2001 года в области инженерных и технологических разработок (вместе с премией были отмечены медалями 6 разработчиков системы, в том числе и А.О. Масанов. см. Приложение 1).

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Масанов, Алексей Олегович, 2004 год

1. O.Tiihonen, M.Hanninen, E.Puska et al, APROS-based Loviisa NPP analyser, In Proc.: VTT SYMPOSIUM 141, CSNI specialist meeting on simulators and plant analysers. NEA/CSNI/R(93)11. p. 510-525. Technical Research Centre of Finland, Espoo, 1994.

2. O.Tiihonen, E-K.Puska, The APROS-based BWR Simulator for HAMMLAB 2000, Paper presented at the EHPG meeting, Lillehammer, Norway, 15-20 March 1998.

3. STN ATLAS Elektronik, Simulation system division, Newsletters, Booklets and Internet information, Germany, 1999-2001.

4. R. L Sayet, G. Rouault, D. Pieroux, ALICES: an Advanced Object-Oriented Software Workshop for Simulators, Proceeding of the 2nd CSNI Specialist Meeting on Simulators and Plant Analysers, p. 77-86, Technical Research Centre of Finland, 1999.

5. K. Juslin, M. Paljakka, APROS a Multifunctional Modeling Environment, Proceeding of the 2nd CSNI Specialist Meeting on Simulators and Plant Analysers, p. 92-96, Technical Research Centre of Finland, 1999.

6. J. Ryan, S. Chain, The trend Towards Windows NT for Use In Simulation, Proceeding of the 2nd CSNI Specialist Meeting on Simulators and Plant Analysers, p. 97-102, Technical Research Centre of Finland, 1999.

7. C. Rohrmann, Enhanced Productivity of Simulation Engineers, Proceeding of the 2nd CSNI Specialist Meeting on Simulators and Plant Analysers, p. 118-120, Technical Research Centre of Finland, 1999.

8. Яковлев К.Г., Малкин С.Д. и др. Автоматизированная интерактивная система создания математических моделей для тренажеров и анализаторов. -ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов, 1999, вып. 2, с. 127-130.

9. Крошилин А.Е, Крошилин В.Е и др. Математические модели расчета всех параметров АЭС. ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов, 1999, вып. 2, с. 40-45.

10. Фокин А.В., Гаврилов Д.В. и др. Программный комплекс CLASS создания систем предтренажерной подготовки оперативного персонала энергоблоков. -ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов, 1999, вып. 2, с. 146-148.

11. Емельяненко В.Ю., Чувильчиков М.С, Технология моделирования атомных электростанций. ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов, 1999, вып. 2, с. 70-74.

12. Лялюев Д.В., Шаленинов А.А., Система автоматизации разработки и сопровождения функционального и специального программного обеспечения тренажеров и анализаторов ЯЭУ ТЕРМИТ-Д. - ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов, 1999, вып. 2, с. 130-146.

13. Гаврилов Д.В., Кишиневский Д.В., Масанов А.О. и др. Автоматизированная система моделирования SimPort. — ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов, 2000, вып. 3, с. 32-44.

14. Р. Lundstrom, О. Kymalainen, APROS SA for Operator Training of Loviisa SAM Strategy, OECD Workshop on Operator Training for Severe Accident Management and Instrumantation Capabilities During Severe Accidents, Lyon, France, 2001.

15. Данилов В.А., Зенков А.Д., Малкин С.Д., Масанов А.О и др. Компьютерная технология SimPort: опыт внедрения. ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов, 2002, вып. 3, с. 64-71.

16. Янушевич Д.И., Данилов В.А., Зенков А.Д. Масанов А.О и др. Компьютерная технология SimPort и эмуляторы АСУ ТП. Опыт разработки. ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов, 2001, вып. 4, с. 5964.

17. Янушевич Д.И., Данилов В.А., Зенков А.Д. и др. Компьютерная технология SimPort и комплекс прикладных кодов как инструмент создания тренажеров и моделирующих комплексов энергоблоков. ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов, 2001, вып. 4, с. 65-76.

18. Чернаков В.А, Кориковский К.П. Программный комплекс ЭНИКАД. -Приборы + Автоматизация, 2002, №7, с. 16 -23127

19. Данилов В.А., Зенков А.Д., Малкин С,Д, Масанов А.О и др. Виртуальный энергоблок и технологии компьютерного моделирования. ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов, 2002, вып. 3, с. 72-79.

20. GPI-RDS-TUM-1.0, 1992, Technical User's Manual for READS™

21. GPI-GFW-TUM-0.4, 1993, Technical User's Manual for GFLOW™

22. Интернет сайт корпорации Microsoft® http://www.microsoft.com/

23. Интернет сайт VTT Finland http://www.vtt.fi/aut/tau/ala/apros.htm

24. Интернет сайт GSE System http://www.gses.com/

25. Интернет сайт STN ATLAS Elektronik http://www.stn-atlas.de/

26. Интернет сайт CORYS Т.Е.S.S http://www.corys.com/

27. Интернет сайт CAE http://www.cae.com/

28. Интернет сайт НИТИ http://www.niti.ru/

29. Интернет сайт ЭНИКО ТСО http://www.eniko.ru/

30. Интернет сайт Центра тренажеростроения и математического моделирования ВНИИАЭС http://www.vniiaes.ru/800.htm

31. Рекламный буклет General Energy Technologies (GET), JSC, Moscow 2003.11 Список авторских прав

32. SimPort (United States Copyright Office, TX 5-625-007, Jul 10 2002).

33. SimPort Engineering Station Simulation Diagrams Editor (United States Copyright Office, TX 5-630-725)

34. SimPort Engineering Station Soft Panels Editor (United States Copyright Office, TX 5-630-724)

35. SimPort Thermal Hydraulic Steam-Water Properties Calculation Tool (United States Copy-right Office, TX 5-630-727, Jun 17 2003)

36. SimPort Thermal Hydraulic Network Application Tool Version 1.0 PITON (United States Copy-right Office, TX 5-630-726, Jun 17 2003)