Delist.ru

 Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях (25.06.2009)

Автор: Кислицын Дмитрий Игоревич

По результатам проведённых экспериментов можно сделать вывод, что при расчёте моделей с большим числом неизвестных (более 2 млн.) метод разделения конструкции на подконструкции позволяет выполнить расчёт почти в шесть раз быстрее, по сравнению со стандартным методом расчёта. А также удалось получить почти двукратный выигрыш по объёму дискового пространства, требуемого для расчёта. Кроме того, при незначительном увеличении числа узлов модели (на 0.06%, до 340 136 узлов) при расчёте стандартным методом ПС «Лира» потребовалось резко увеличить объём дискового пространства (до 107 Гб), т.е. почти вдвое.

Вследствие нехватки места на жёстком диске ПК расчёт был прерван. Для решения этой же задачи методом разделения на подконструкции потребность в объёме дискового пространства изменилась всего лишь на 0.3%, а время расчёта – на 8.1 %.

При изучении возможностей ПС «Решатель» было выполнено исследование зависимости потребляемых ресурсов ПК от числа общих стержней при расчёте методом разделения конструкции на подконструкции на основе пространственной модели, состоящей из 169 972 узлов (1 017 192 неизвестных).

На графике (рис. 12) приведено сравнение времени, необходимого для расчёта при различном количестве перерезаемых стержней.

Экспериментальные расчёты показали, что требуемый объём ОЗУ очень чувствителен к объёму и динамике использования файла подкачки (рис.13). При фиксированном объёме swap-файла в 10 Гб (почти в 20 раз больше ОЗУ) потребность в объёме ОЗУ сократилась на 25% по сравнению с другими вариантами использования файла подкачки.

В соответствии с алгоритмом (рис. 2) положительный эффект от применения ПС «Решатель» распространяется не только на расчёт сооружения, но и на процесс проектирования элементов конструкций (подбор сечений, подготовка чертёжной документации и т.д.).

В соответствии с данными различных источников, время, затрачиваемое на конструирование, составляет до 20 и выше процентов от общих временных затрат выполнения конструкторских работ (КР). Поэтому, распараллеливая проектирование с помощью ПС «Решатель», можно только на этапе конструирования сэкономить до 10 и более процентов от объёма времени на разработку конструкторских решений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В настоящее время развитие строительной отрасли в России и за рубежом характеризуется тенденциями к:

нарастанию сложности проектируемых объектов;

повышению требований к надёжности и устойчивости конструкций к прогрессирующему разрушению;

сокращению сроков проектирования строительных сооружений;

повышению их технико-экономических показателей.

В связи с этим непрерывно повышаются требования и к системам автоматизированного проектирования, используемым в строительной отрасли.

Одним из главных факторов, сдерживающих реализацию этого требования, является ограниченность вычислительных ресурсов современных персональных компьютеров, на которых в основном и разрабатываются проекты в России.

Несмотря на впечатляющие характеристики производительности современных суперЭВМ, практическое использование их в проектных организациях существенно ограничено в связи с:

уникальностью архитектуры ЭВМ в плане технического решения, а, следовательно, и индивидуальной программной средой;

значительным энергопотреблением;

громоздкостью (могут занимать не одно помещение);

особыми требованиями к профессиональной подготовке обслуживающего персонала;

существенными, с позиций российских проектных организаций, капиталовложениями на приобретение и содержание вычислительного комплекса.

Применение кластерных систем является менее затратным решением проблемы, однако и его нельзя считать доступным для подавляющего большинства современных проектных организаций России.

В связи с этим в настоящее время применение технологии распределённых вычислений в компьютерных сетях является наиболее перспективным направлением развития САПР, т.к. практически не требует дополнительных капиталовложений и существенно повышает вычислительные возможности.

В Перечне критических технологий Российской Федерации, утверждённом Президентом РФ 21.05.2006г., отдельной строкой записана «Технология распределённых вычислений и систем». В то же время сведений о практических задачах и научных исследованиях в области технологий распределённых вычислений в САПР в строительстве в научной литературе крайне мало.

Поэтому исследования, ориентированные на разработку эффективных методов использования распределённых технологий в САПР в строительстве, в настоящее время приобретают особую актуальность.

В диссертации разработан метод разделения конструкции на подконструкции, который можно рассматривать как вариант развития МСЭ, основанный на использовании интуитивно понятной инженерам физической дискретизации проектируемого объекта с последующим автоматизированным выполнением расчётных, конструирующих и графических операций на параллельно работающих компьютерах с любыми программными комплексами без изменения их программных кодов.

Построен алгоритм распараллеливания автоматизированного проектирования строительного сооружения, основанный на принципе разделения сооружения на проектные единицы. Алгоритм позволяет:

построить вычислительный процесс в локальных или глобальной компьютерных

передавать процесс проектирования разделяемых частей здания на отдельные компьютеры, что способствует повышению уровня корпоративности работы над

выполнять проектирование в среде известных программных комплексов без внесения каких-либо изменений в их программный код или интерфейс.

Разработано ПС «Решатель», позволяющее производить выбор конфигурации вычислительного комплекса в компьютерной сети и управление вычислительным процессом по предложенной технологии параллельных вычислений.

Численные исследования возможностей ПС «Решатель» показали, что эффективность от применения предложенной технологии расчёта по сравнению с решением задач ПС-ом «Лира» на одном компьютере существенно возрастает с увеличением размерности задачи. Так при расчёте конструкции с двумя миллионами неизвестных на задаче, не позволяющей эффективно применить

затраты времени сократились в 5,8 раза. Заметим, что при решении задачи на одном компьютере за счёт применения многоядерной архитектуры производительность удаётся повысить лишь на 20–30%;

требуемый объём дискового пространства вовлечённого в вычислительный процесс компьютера сократился в 1,9 раза.

Тем самым расширяются возможности проектных организаций производить расчёты сложных конструкций на имеющейся в их распоряжении вычислительной технике.

Эффект ускорения процесса проектирования от использования ПС «Решатель» на этапе проектирования элементов конструкций может составить до 10 и более процентов от общих затрат времени на разработку конструкторских

Исследована работа ПС «Решатель» в динамическом и статическом режимах использования файла подкачки ОЗУ. Установлено, что наибольший эффект работы ПС достигается при статическом режиме работы с объёмом файла не менее четырёх объёмов памяти ОЗУ.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Кислицын, Д.И. Расчёт конструкций с применением локальной сети на примере многопролётной неразрезной балки [Текст]/ Кислицын Д.И. // Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки. – Н. Новгород: Нижегород. гос. архитектур.-строит. ун-т, 2003. – С.125–129.

Кислицын, Д.И. Распараллеливание вычислительных процессов при расчёте конструкций на примере многопролётной неразрезной балки [Текст]/ Кислицын Д.И. // Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки. – Н. Новгород: Нижегород. гос. архитектур.-строит. ун-т, 2004. – С.188–191.

загрузка...