Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Вычислительная техника и компьютерная графика»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

Ю. В. Пономарчук

«____»_____________2015 г.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПРОГРАММНЫЙ

КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНОГО

НАБОРА ПАРАМЕТРОВ ВЕСОВОГО

МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

НА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОМ КЛАСТЕРЕ

Дипломный проект

ДП 230104.65.САПР.07.00.953 – ПЗ

Студент 953 гр. ____________________________________О.В. Маслов

^{подпись, дата}

Консультант по БЖД

ст. преподаватель ___________________________________Е.А. Мулина

Консультант по экономике

преподаватель _____________________________________Т.А. Михеева

Руководитель

д.ф.-м.н., профессор _______________________________В.А. Рукавишников

Нормоконтроль

к.т.н., доцент ______________________________________Е.В. Буняева

Хабаровск 2015

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1 Постановка задачи 6

1.1 Техническое задание 6

1.2 Анализ предпроектной ситуации 6

1.2.1 Направления исследований ВЦ ДВО РАН и лаборатории математического моделирования в физике и технике (ММФТ) 6

1.2.2 Возможности вычислительного кластера ВЦ ДВО РАН 9

1.2.3 Функциональные возможности кластера, используемые для решения задачи 12

2 Проектирование программного комплекса 13

2.1 Задачи проектирования программного комплекса 13

2.2 Графический интерфейс и визуализация результатов эксперимента 14

2.3 Взаимодействие компонентов и автоматизация 18

3 Компоненты программного комплекса 23

3.1 Общая схема 23

3.2 Анализатор 27

3.2.1 Режим prepare 27

3.2.2 Режим analyze 28

3.3 Запускатель 32

3.4 Визуализатор 33

3.4.1 Представление результатов численного решения в виде двумерных графиков 33

3.4.2 Представление результатов численного решения в виде трехмерных графиков 36

3.5 Тестирование автоматизированной работы 38

4 Анализ организации рабочего места при работе за персональным компьютером 42

4.1 Идентификация опасных и вредных факторов и актуальность исследования вопросов сопутствующих заболеваний 42

4.2 Обеспечение оптимальных факторов производственной среды и трудового процесса при работе за ПК 44

4.2.1 Обеспечение благоприятных микроклиматических параметров при работе за ПК 44

4.2.2 Вентиляция и кондиционирование воздуха, как важные аспекты обеспечения комфортных условий труда 44

4.2.3 Оптимизация освещения помещений и рабочих мест при работе за ПК 46

4.2.4 Производственный шум и его воздействие на человека 48

4.3 Актуальность исследования рациональной организации рабочего места 49

4.3.1 Основы рациональной организации рабочего места 49

4.3.2 Организация рабочего места ПК и анализ конкретного рабочего места 50

5 Расчет рыночной стоимости автоматизированного программного комплекса затратным подходом 52

5.1 Определение стоимости замещения программного комплекса 54

5.2 Итоговая стоимость программного комплекса 61

Заключение 62

Cписок использованной литературы 63

Приложение А Схемы uml 66

Приложение Б Исходный код компонентов программного комплекса 68

Приложение В Графики результатов 91

Приложение Г Инструкция 93

1. Введение

Одной из задач, решаемых с использованием возможностей вычислительного кластера, является задача определения факторов, вызывающих сингулярность решения в математических моделях естественных процессов. Эти модели описываются при помощи систем уравнений в частных производных и дифференциальных уравнений, определенных на замкнутой области, которая может иметь ряд таких особенностей, как наличие трещин, углов и изломов у границы.

Существующие численные методы позволяют учитывать факторы, влияющие на сингулярность решения. Весовой метод конечных элементов (МКЭ) позволяет находить приближенное решение задачи с большей точностью и скоростью сходимости приближенного решения к точному в сравнении с конкурирующими численными методами. На эти свойства весового МКЭ существенно влияют управляющие параметры δ, ν и ν* значения которых на практике являются неизвестными. Для того, чтобы определить их оптимальные величины необходимо многократно повторить решение математической задачи, принимающей в качестве входных параметров значения δ, ν и ν* из некоторого диапазона. В результате подобного численного эксперимента файлы выходных данных содержат множество информации по каждому из наборов δ, ν и ν* и значениям различных норм. Анализ результатов расчета для диапазонов управляющих параметров потребует значительного времени. Кроме того, полученные данные не обладают наглядностью, так как представлены в числовом виде, и на их осмысление также требуется время.

Целью проекта является создание автоматизированного программного комплекса осуществляющего поиск оптимального набора параметров весового МКЭ. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– определить необходимость создания программного комплекса;

– проанализировать имеющиеся программные и аппаратные возможности для реализации проектирования;

– выбрать тип пользовательского интерфейса и способов визуализации;

– выбрать язык программирования;

– разработать компоненты программного комплекса;

– провести тестирование автоматизированной работы.

Новизна работы состоит в том, что использование программного комплекса для поиска оптимального набора параметров весового МКЭ избавит исследователей от необходимости создания дополнительных приложений к новым программам, реализующим решение естественных задач с сингулярностью. При внедрении программы значительно сократится время и затраты на выполнение работ на кластере, а также на создание дополнительных приложений.

Первый раздел выпускной квалификационной работы (ВКР) содержит техническое задание и анализ существующих технических возможностей для решения поставленной задачи.

Во втором разделе приводится подробное описание задач, стоящих перед исследователями, что является обоснованием необходимости разработки программного комплекса. Производится выбор типа пользовательского интерфейса, языков программирования их взаимодействия и важных моментов автоматизации.

В третьем разделе ВКР приведено описание разработки каждого компонента программного комплекса и тестирования автоматизированной работы на кластере Вычислительного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук (ВЦ ДВО РАН).

Результатом дипломного проектирования является создание готового программного комплекса для поиска оптимального набора параметров весового МКЭ на вычислительном кластере и внедрение его в работу ВЦ ДВО РАН.

1 Постановка задачи

1. 1.1 Техническое задание

Цель проекта – создание автоматизированного программного комплекса осуществляющего поиск оптимального набора параметров весового МКЭ, объединяющего в себе различные программные и технические компоненты по решению сингулярных задач при аппаратной поддержке вычислительного кластера ВЦ ДВО РАН. Программный комплекс необходим для быстрого и удобного исследования математических моделей автоматизированным путем. Предполагается использование программного комплекса на других вычислительных кластерах с различными исследуемыми задачами с сингулярностью решения, использующими весовой МКЭ.

Программный комплекс предназначен для работы под операционной системой (ОС) Linux CentOS, которая установлена на вычис­лительном кластере ВЦ ДВО РАН, с использованием удаленного терминала связи по протоколу SSH при работе на локальной вычислительной машине под управлением ОС Windows. Возможности использования программного комплекса не ограничиваются его применением на упомянутых ОС. После внесения необходимых корректив в исходный код, программный комплекс можно использовать и на других Unix – подобных системах.

Для полноценного использования программного комплекса от исследователя задач с сингулярностью решения требуется знание базовых возможностей ОС Linux CentOS.

1. 1.2 Анализ предпроектной ситуации

   1. 1.2.1 Направления исследований ВЦ ДВО РАН и лаборатории математического моделирования в физике и технике (ММФТ)

Необходимость развития вычислительной математики, современных средств вычислительной техники и передачи данных привели к образованию 1 июля 1981 г. на базе математических подразделений Хабаровского КНИИ ДВНЦ АН СССР Вычислительного центра как нового самостоятельного научно-исследовательского института ДВНЦ АН СССР.

Директором-организатором института и его идейным вдохновителем стал академик Евгений Васильевич Золотов (24.IV.1922–27.VII.1990), который возглавлял институт с момента образования до августа 1990 г. В 1990–1992 гг. обязанности директора ВЦ исполнял к.ф-м.н. Дробница В. В. С 1992 г. институт возглавляет д.ф.-м.н. Смагин С. И.

В недрах Вычислительного центра созрели и обрели самостоятельность ряд новых институтов и научных подразделений ДВО РАН [1].

В настоящее время основными направлениями научной деятельности института являются [2]:

– математическое моделирование природных и технологических процессов;

– фундаментальные и прикладные проблемы вычислительных и информационных технологий.

Структура научных подразделений ВЦ ДВО РАН (рисунок 1):

Рисунок 1 – Структура ВЦ ДВО РАН

Специфика работы отделов и подчиненных им лабораторий отличается по своей направленности. Разработка программного комплекса обусловлена тематикой научных работ лаборатории Математического моделирования в физике и технике (ММФТ).

Основные направления научных исследований лаборатории ММФТ:

– разработка и обоснование методов численного анализа задач теории катастроф;

– приложение методов численного анализа к изучению математических моделей электродинамики, гидродинамики и теории упругости.

На протяжении ряда лет сотрудниками лаборатории создавались и исследовались методы численного анализа краевых задач для дифференциальных уравнений с сингулярностью решения, которая может быть вызвана тремя причинами:

– наличием угловых точек на границе области;

– сменой типа граничных условий в точках границы;

– сингулярностью исходных данных (коэффициентов уравнения, правых частей уравнения и граничных условий).

Для таких задач было выделено два класса краевых задач: с согласованным и несогласованным вырождением исходных данных [3].

Исследования по тематике лаборатории поддержаны грантами российских и зарубежных научных фондов. Кроме того, поддержку Российского фонда фундаментальных исследований неоднократно получали проекты по подготовке и проведению научных мероприятий на территории России, а также проекты по участию сотрудников лаборатории в научных мероприятиях за рубежом. Сотрудники лаборатории неоднократно становились лауреатами краевых конкурсов молодых ученых и обладателями именных студенческих и аспирантских стипендий Администрации Хабаровского края.

В 2004 году в ВЦ ДВО РАН создан Вычислительный кластер. Кластер обеспечивает Институты Дальневосточного отделения РАН современными высокопроизводительными информационно-вычислительными ресурсами для научных исследований.

1. 1.2.2 Возможности вычислительного кластера ВЦ ДВО РАН

Вычислительный кластер ВЦ ДВО РАН относится к классу гетерогенных кластеров с одним управляющим и шестнадцатью вычислительными узлами. Ранее (в пункте 1.1) упоминалось о работе комплекса под управлением ОС Linux CentOS – так называемом серверном варианте Linux. Использование этой операционной системы обладает рядом преимуществ. В первую очередь – она является свободно распространяемой – что избавляет от затрат, связанных с ее приобретением. Также существенным преимуществом данной ОС является открытость исходного кода. Вследствие этого – работа на вычислительном кластере становится более гибкой по отношению к специфике поставленных задач.

Кластером поддерживается технология MPI – поддержка интерфейса обмена сообщениями между процессами, выполняющими одну задачу. Это необходимое условие для работы на мощных вычислительных системах для координации в работе аппаратных ресурсов и переносимости программы с кластера на кластер.

Для компиляции приложений можно использовать один из следующих установленных на кластере компиляторов (таблица 1.1):

Таблица 1.1 – Компиляторы на кластере (на 15.12.2013)

Первые три компилятора являются коммерческими остальные – свободно распространяемыми и обычно включаются в состав ОС Linux по умолчанию. Благодаря наличию встроенных компиляторов отпадает необходимость настраивать компилятор на локальной машине, так как подготовленные исходные коды программ можно компилировать на кластере.

Доступ пользователей на кластер организован стандартными средствами ОС Linux. Зарегистрироваться на кластере может любой желающий. Для этого необходимо воспользоваться специальным web-интерфейсом, располагающимся по адресу [4].

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР