Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Кислицын Дмитрий Игоревич

Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях
<
Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Кислицын Дмитрий Игоревич. Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.12 / Кислицын Дмитрий Игоревич; [Место защиты: ГОУВПО "Московский государственный строительный университет"].- Москва, 2009.- 184 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/3036

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Некоторые проблемы автоматизированного проектирования в строительстве 8

1.1. Основные составляющие процесса проектирования строительных сооружений и средства их автоматизации 8

1.2. Параллельные вычислительные системы 29

1.2.1. Общие сведения 29

1.2.2. Суперкомпьютеры 32

1.3. Кластер 42

1.4. Системы распределённых вычислений 45

1.5. Общие проблемы распараллеливания 52

1.6. Выводы по главе 1 54

Глава 2. Алгоритм распараллеливания автоматизированного проектирования сложных сооружений путём разделения на условно самостоятельные проектные единицы 56

2.1. Метод разделения конструкции на подконструкции 57

2.2. Математические условия объединения подконструкции 61

2.3. Алгоритм распараллеливания автоматизированного проектирования строительного сооружения 75

2.4. Вывод по главе 2 79

Глава 3. Реализация процесса автоматизированного проектирования по технологии распределённых вычислений в компьютерных сетях 80

3.1.0 базовом программном средстве (пс) для реализации программного комплекса, реализующего метод разделения конструкции...8о

3.2. Разработка программного средства для управления процессом автоматизированного проектирования по технологии распределённых вычислений 83

3.3. Изучение эффекта от применения технологии распределённых вычислений по методу разделения здания/сооружения на условно самостоятельные строительные объекты 94

3.4. Выводы по главе 3 107

Основные выводы по диссертационной работе 108

Библиографический список

Введение к работе

Актуальность работы. Проектирование крупных строительных объектов связано с решением большого комплекса задач: архитектурные решения, инженерные и экономические расчёты, выполнение чертёжной и подготовка текстовой документации.

Автоматизация проектирования в настоящее время в проектных организациях России выполняется, в основном, на персональных компьютерах (ПК) вовлечённых в проектные работы специалистов. При этом имеющихся ресурсов ПК при проектировании сложных строительных объектов может не хватить не только на построение автоматизированного согласования проектных решений, получаемых при разработке отдельных разделов проекта, но и на выполнение конструкторских работ.

Выходом из сложившейся ситуации могло бы быть применение технологии распределённых вычислений в компьютерных сетях, предоставляющей большие возможности для реализации сложнейших вычислительных процессов. Следует отметить, что и в Перечне критических технологий Российской Федерации [99], утверждённом Президентом РФ 21.05.2006, отдельной строкой записана «Технология распределённых вычислений и систем».

В связи с этим разработка методов распределённых вычислений для САПР в строительстве в настоящее время приобретает особую актуальность.

Целью диссертационной работы является разработка научных и
методических принципов построения высокопроизводительных

вычислительных комплексов автоматизированного проектирования строительных объектов путём распараллеливания вычислительного процесса в компьютерных сетях.

Методы исследования. Исследования опираются на теоретические и методологические основы построения автоматизированных систем проектирования, методы строительной механики и вычислительной математики.

Научная новизна состоит в:

- разработке метода разделения конструкции на подконструкции,
работающие как составляющие единой конструкции и позволяющие
производить прочностной расчёт, конструирование элементов
конструкций и подготовку проектной документации в параллельном
режиме;

разработке алгоритма реализации предложенного метода разделения объекта на подконструкции в компьютерных сетях, который позволяет выполнять проектные работы на известных, удовлетворяющих требованиям СНиПа программных средствах без каких-либо изменений в их программных кодах и интерфейсе;

полученных в результате экспериментальных исследований условий эффективности работы программы на ПК-ах.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что разработанные в диссертации теоретические положения доведены до действующего и получившего применение в ряде проектнх организаций программного средства «Решатель», позволяющего значительно сократить затраты времени автоматизированной системы на выполнение вычислительных операций при проектировании строительных объектов, а также снизить требования к ресурсам компьютеров, вовлекаемых в вычислительный процесс. Тем самым у проектных организаций, не имеющих средств для приобретения дорогостоящих суперкомпьютеров или кластеров, возникает возможность практически без дополнительных затрат существенно повысить допускаемый уровень сложности проектируемых объектов.

Достоверность результатов оценивалась сравнением полученных на разработанном вычислительном комплексе численных решений с

результатами решения задач на известных, отвечающих требованиям СНиПа программных продуктах.

На защиту выносятся:

  1. Метод разделения конструкции на подконструкции, позволяющий распараллелить процесс проектирования строительного объекта.

  2. Алгоритм реализации метода, позволяющий выполнять проектирование по параллельной технологии в компьютерных сетях на известных, удовлетворяющих требованиям СНиПа программных продуктах.

  3. Результаты исследования производительности и условий повышения эффективности ПС, реализующего предложенный алгоритм.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на:

научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов, магистрантов и студентов (г. Н. Новгород, ННГАСУ, март 2004 г.);

11-й Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки (февраль 2006 г.);

V-й Межрегиональной научно-практической конференции. Новые информационные технологии - инструмент повышения эффективности управления (г. Н. Новгород, май 2006 г.);

научном семинаре в Варшавском политехническом университете (г. Варшава, Польша, декабрь 2006 г.);

симпозиуме «Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений» (г. Пермь, сентябрь 2008 г.);

XIII международной научно-методической конференции «Проблемы многоуровневого образования» (г. Н. Новгород, январь 2009 г.);

II Международном форуме информационных технологий «ITForum 2020/Ярмарка антикризисных решений» (г. Н. Новгород, апрель 2009 г.).

Акты внедрения ПС «Решатель» представлены в ПРИЛОЖЕНИИ 4. Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ [50 — 62], в том числе 3 в рекомендованных ВАКом

7 журналах: «Известия ВУЗов. Строительство», «Приволжский научный журнал», «International Journal for Computational Civil and Structural Engineering».

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, трёх глав, основных выводов, списка литературы и четырёх приложений общим объёмом 184 страницы, в том числе 39 рисунков и 12 таблиц. Список использованных литературных источников включает в себя 174 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.

Системы распределённых вычислений

Продолжая идею дальше, параллельной вычислительной системой можно считать и компьютеры в локальной сети и в сети Интернет, если они работают одновременно и их можно использовать для решения одной задачи. Способ организации параллельных вычислений в каждом случае может быть своим, потенциальные возможности систем могут сильно различаться, но принципиальная возможность параллельного решения задач может присутствовать.

В этом смысле уникальные возможности дает сеть Интернет, которую можно рассматривать как самый большой компьютер в мире. Никакая вычислительная система не может сравниться ни по пиковой производительности, ни по объему оперативной или дисковой памяти с теми суммарными ресурсами, которыми обладают компьютеры, подключенные к Интернету. Компьютер, состоящий из компьютеров, своего рода метакомпьютер. Отсюда происходит и специальное название для процесса организации вычислений на такой вычислительной системе — метакомпъютинг. В принципе, совершенно не обязательно рассматривать именно Интернет в качестве коммуникационной среды метакомпьютера, эту роль может выполнять любая сетевая технология. В данном случае для нас важен принцип, а возможностей для технической реализации сейчас существует предостаточно. Вместе с тем, к Интернету всегда был и будет особый интерес, поскольку никакая отдельная вычислительная система не сравнится по своей мощности с потенциальными возможностями глобальной сети.

Конструктивные идеи использования распределенных вычислительных ресурсов для решения сложных задач появились относительно недавно. Первые прототипы реальных систем метакомпьютинга стали доступными с середины 90-х годов прошлого века. Некоторые системы претендовали на универсальность, часть из них была сразу ориентирована на решение конкретных задач, где-то ставка делалась на использование выделенных высокопроизводительных сетей и специальных протоколов, а где-то за основу брались обычные каналы и работа по протоколу HTTP. Вот лишь несколько примеров.

Система Condor распределяет задачи по существующей корпоративной сети рабочих станций, используя то время, когда компьютеры простаивают без нагрузки, например, ночью. Программное обеспечение системы Condor распространяется свободно. В настоящее время поддерживаются все основные платформы: SGI, Solaris, Linux, Digital Unix, Windows NT.

Проект SETI@home (Search for Extraterrestrial Intelligence) — поиск внеземных цивилизаций с помощью распределенной обработки данных, поступающих с радиотелескопа. Присоединиться к проекту может любой желающий, загрузив на свой компьютер программу обработки радиосигналов. Доступны клиентские программы для Windows, Mac, UNIX, OS/2. С момента старта проекта в мае 1999 года по май 2002 года для участия в проекте зарегистрировались более 3,7 миллионов человек. Согласно приводимой на сайте статистике суммарная производительность задействованных в проекте компьютеров во много раз превосходит производительность всех компьютеров из списка Тор500. Адрес проекта http://setiathome.ssl.berkeley.edu/.

Distributed.net также является одним из самых больших объединений пользователей Интернета, предоставляющих свои компьютеры для решения сложных задач в распределенном режиме. Основные проекты связаны с задачами определения шифров (RSA Challenges). С момента начала проекта в нем зарегистрировались около 200 тыс. человек. Адрес этого проекта http ://www.Distributed.net/.

GIMPS — Great Internet Mersenne Prime Search. Поиск простых чисел Мерсена, т. е. простых чисел вида 2р-\, где Р является простым числом. В ноябре 2001 года в рамках данного проекта было найдено максимальное на данное время число Мерсена 2134 17 - 1. Десятки тысяч компьютеров по всему миру, отдавая часть своих вычислительных ресурсов, работали над этой задачей два с половиной года. Организация Electronic Frontier Foundation предлагает приз в $100 000 за нахождение простого числа Мерсена, содержащего 10 миллионов цифр. Адрес проекта http://merserme.org/.

Проект Globus изначально зародился в Аргонской национальной лаборатории и сейчас получил широкое признание во всем мире. Целью проекта является создание средств для организации глобальной информационно-вычислительной среды. В рамках проекта разработан целый ряд программных средств и систем, в частности, единообразный интерфейс к различным локальным системам распределения нагрузки, системы аутентификации, коммуникационная библиотека Nexus, средства контроля и мониторинга и др. Разработанные средства распространяются свободно в виде пакета Globus Toolkit вместе с исходными текстами. В настоящее время Globus взят за основу в множестве других масштабных проектов, таких как National Technology Grid, Information Power Grid и European DataGrid.

Объединив различные вычислительные системы в рамках единой сети, можно сформировать специальную вычислительную среду. Какие-то компьютеры могут подключаться или отключиться, но, с точки зрения пользователя, эта виртуальная среда является единым метакомпьютером. Работая в такой среде, пользователь лишь выдает задание на решение задачи, а остальное метакомпьютер делает сам: ищет доступные вычислительные ресурсы, отслеживает их работоспособность, осуществляет передачу данных, если требуется, то выполняет преобразование данных в формат компьютера, на котором будет выполняться задача, и т. п. Пользователь может даже и не узнать, ресурсы какого именно компьютера были ему предоставлены.

Математические условия объединения подконструкции

В качестве примера рассмотрим проект сооружения С, для расчётной схемы которого можно найти хотя бы одну поверхность L, разрезающую С на подконструкции (проектные единицы) А и В только по стержням (рис. 2.1) [51,54,60].

Положим, что в результате этой операции мы перерезали п стержней. Места разрезов будем называть узлами.

Рассмотрим некоторый узел j\l j n) и направление перемещения этого узла, заданное единичным ортом і (рис. 2.1). Здесь перемещение будем понимать в обобщённом смысле, т.е. это может быть перемещение узла в некотором направлении, поворот или закручивание на некоторый угол.

В указанном смысле для простоты дальнейших рассуждений под обобщёнными силами также будем понимать как действующие силы, так и изгибающие и крутящие моменты.

Будем считать, что і — это один из ортов т-мерного ортонормированного базиса Ст (\ і т), в котором полностью определяются геометрические изменения стержня в узловой точке в соответствии с принятыми гипотезами деформирования элементов стержневой конструкции.

Все силы, действующие на каждую из полученных систем, можно условно разделить на внешние, к которым отнесём приходящиеся на каждую из подконструкций части действующих на сооружение внешних воздействий, включая собственный вес элементов конструкции, и силы взаимодействия подконструкций (рис. 2.1) и внутренние.

Очевидно, что для обеспечения целостности работы сооружения обобщённые силы взаимодействия соответствующих узлов должны быть попарно равны по модулю и противоположны по направлению.

Обозначим через fu обобщённое единичное усилие, приложенное в узле / (1 / и) в направлении к из Рт (1 к т), где Рт - /«-мерный ортонормированный базис, п — число перерезаемых стержней. Для упрощения задачи будем считать, что Ст и Рт совпадают. Положим, что в узле j в некотором направлении і от обобщённого усилия fu (рис. 2.1) произошло обобщённое перемещение d yki в подконструкций А и d"jjki - в подконструкций В.

Найдём обобщённые силы взаимодействия Fy в стержнях, разрезанных плоскостью L-L, обеспечивающие работу обеих подконструкций как составных частей единой конструкции, находящейся под действием заданной системы внешних нагрузок. При этом будем считать, что материал элементов конструкции работает в пределах применимости линейного закона Гука.

Пусть Fu - обобщённое усилие, приложенное в некотором узле / в каком-либо направлении к (рис. 2.1). Тогда перемещение (линейное или угловое) узла j в направлении і, возникающее от Fu в подконструкций А будет d \jkl Fkl, а в подконструкций В будет равно - d "ljkl Fkl. Используя полученные математические зависимости, можно построить расчёт статически неопределимой конструкции при её разделении на две подконструкции параллельно на двух компьютерах. При этом вычислительный процесс расчёта всей конструкции на двух взаимосвязанных персональных компьютерах может быть проиллюстрирован следующей блок-схемой (рис. 2.14).

Блок 1 предусматривает выполнение пользователем в интерактивном режиме следующих работ по подготовке конструкции к расчёту: - создание исходной модели конструкции, включая геометрию, жесткостные характеристики элементов, нагрузки и граничные условия; - анализ модели и выбор набора элементов, по которым можно разделить конструкцию на подконструкции, удовлетворяющие требованиям к проектным единицам; - разделение модели на две подконструкции и сохранение их в разные файлы на разные компьютеры; - ввод исходных данных в управляющее программное средство, а именно: ? путей к файлам разделённых подконструкции; ? количества и номеров узлов перерезанных стержней конструкции, которые будем называть общими.

В блоке 2 операцией 2а выполняется расчёт на компьютере А от единичных загружений /к!, приложенных в общие узлы подконструкции А и В блоке 2 операцией 26 выполняется расчёт на компьютере А от фактического загружения в подконструкции А и определяются перемещения

В блоке 3 операцией За выполняется расчёт на компьютере В от единичных загружений, приложенных в общие узлы подконструкции В и определяются перемещения d"yki.

В блоке 3 операцией 36 выполняется расчёт на компьютере 5 от фактического загружения в подконструкции В и определяются перемещения D у.

Блок 4 выполняется на компьютере С (или А , который будет в этом случае выполнять функции управляющего компьютера). Здесь вычисляются значения усилий взаимодействия Fu путем решения системы линейных алгебраических уравнений (2.13), сформированной на основе результатов вычислений, полученных в блоках 2 и 3.

В блоке 5 производится расчёт на компьютере А от загружения, включающего в себя усилия F# (вычисленные в блоке 4 и приложенные в общие узлы) и фактические нагрузки подконструкции А. В результате расчёта получаем перемещения іУу подконструкции А, соответствующие её фактической работе в исходной конструкции.

В блоке 6 выполняется аналогичный расчёт на компьютере В подконструкции В.

По результатам расчёта выполняются автоматизированное конструирование элементов конструкции (блоки 9, 10) и подготовка чертёжной документации (блоки 11, 12). При необходимости проектировщик может внести изменения в исходные данные (блок 8) и повторно провести расчёт.

Заметим, что если объект С является N раз статически неопределимой стержневой конструкцией, то для определения усилий в стержнях потребуется решить систему из N линейных уравнений с N неизвестными.

При реализации рассмотренного алгоритма потребуется решение Мраз системы с N] неизвестными и М раз системы с N2 неизвестными, где Nj -число неизвестных в первой подконструкции, N2 - во второй подконструкции (N=Ni+N2), М=К+1,К— общее число неизвестных в разрезаемых стержнях.

Следует заметить, что все решения относятся к подконструкциям с фиксированной геометрией. Поэтому второе и последующие решения для каждой из подконструкции могут быть получены со значительно меньшей трудоёмкостью, чем первое.

Алгоритм распараллеливания автоматизированного проектирования строительного сооружения

Пункт меню «По умолчанию» используется для восстановления первоначальных параметров настройки, хранящихся в конфигурационном файле config_def.t.

Заметим, что если при повторном обращении к ПС «Решатель» пользователь не желает изменить настроечные параметры, то меню «Настройка» пользоваться не следует. При желании можно проверить настройку, выполненную кем-либо ранее, войдя в меню «Настойка».

Кроме того, для работы системы должен быть обеспечен доступ к папке «Lira» на каждом компьютере-клиенте и запущен файл Agent.exe на компьютерах-клиентах (файл может запускаться автоматически при включении компьютеров). После настройки системы можно приступать непосредственно к решению задачи. Для выполнения расчёта предусматривается следующий порядок действий: 1) в Главной форме (рис. 3.4) указываются пути к текстовым файлам (с расширением «txt») с исходными данными для первой и второй подмоделей, которые должны храниться на разных компьютерах-клиентах, соответственно. Если функции сервера и одного из клиентов выполняет один и тот же компьютер, то файл для первой подмодели должен храниться на компьютере-сервере; 2) вводится число, равное количеству узлов наибольшей из подмоделей; 3) указывается количество общих (дополнительных) узлов, т.е. стержней, по которым была «разрезана» исходная модель и нажимается кнопка «Задать»; 4) ввод пар общих узлов можно выполнить как в автоматизированном, так и в ручном режимах: а) для автоматизированного ввода необходимо нажать кнопку «Получить список общих узлов из xls-файла». После чего откроется окно с предложением указать имя xls-файла с номерами и координатами общих узлов для первой подмодели, а затем окно с предложением указать имя xls-файла с номерами и координатами всех узлов второй подмодели. Необходимые xls-файлы легко формируются в графической среде Лиры встроенными средствами. Процесс импорта и сопоставления узлов будет отображаться на форме (рис. 3.6). Сформированный список общих узлов можно посмотреть и при необходимости отредактировать кнопкой «Список общих узлов»; б) для ручного ввода нажимается кнопка «Список общих узлов». После чего откроется окно с предложением ввести номера общих узлов для первой и второй подмоделей, соответственно (рис. 3.7). Нумерации узлов первой и второй подмоделей независимы.

Ввод номеров общих узлов Для подтверждения введённых номеров следует нажать кнопку «Принять». Перемещаться между общими узлами можно с помощью кнопок-стрелок —J J—I (Предыдущий I Следующий). После ввода всех узлов следует нажать кнопку «Готово». При этом появится окно со списком введённых узлов (рис. 3.8).

Если в списке обнаружены ошибки, то следует нажать кнопку «Нет, есть ошибки!». В этом случае программа вернётся к предыдущему окну (рис. 3.7), в котором с помощью кнопок-стрелок можно исправить ошибки. В противном случае следует нажать кнопку «Да, всё верно!» и программа вернётся к Главной форме (рис. 3.4).

При этом в папке «C:\ReshatelAgent\» появится текстовый файл ModelInfo.txt, в котором будут сохранены все введённые данные: имена файлов первой и второй подмоделей, количество узлов в наибольшей из подмоделей, количество общих узлов и список пар номеров общих узлов для первой и второй подмоделей (рис. 3.7).

При необходимости повторного расчёта достаточно нажать кнопку «Загрузить данные из файла....» (рис. 3.4). Просмотреть и при необходимости отредактировать список номеров общих узлов можно, нажав кнопку «Список общих узлов» (рис. 3.4).

После ввода исходных данных кнопка «Расчёт» в главной форме становится доступной. После нажатия этой кнопки начинается процесс расчёта.

При повторном расчёте, можно пропустить уже выполненные этапы (формирование файлов с единичными усилиями, расчёт от единичных усилий, формирование файлов с фиктивными усилиями, расчёт от фиктивных усилий), что позволит сократить время расчёта (рис. 3.9). Решатель - Ввод исходных данных Jnjxj Настройка УкажитеМ-файлы 1-ой и 2-ой подконструкций... Справка CAProgtam FilesMka 9.0\LData\avtosalon4-l-16.txt X:\LData\avtosalon4-r-16.txt Укажите количество общих узлов rj g " задать Список общих узлов г— п 0!!?(ff?B.?!SL?. ?! 3 I е -расчёт Получить список общих узлов из I t іропуСТИТЬ... р [формированиеІс айла Г fic-расчет кЬ-Файяа Загрузить данные из Файла...

Установка флажков для пропуска отдельных этапов расчёта

Рассмотрим работу ПС «Решатель» на конкретном примере. Положим, что в ПС «Лира» в исходном файле model. Иг подготовлены к расчёту геометрические, жесткостные и силовые параметры задачи. Пусть далее файлы, сформированные в результате «разбиения» (например, по пяти стержням) на подмодели, будут носить имена model-l.Ur и model-r.Ur. Указанные файлы переводятся в текстовый формат специальной опцией в меню Лиры с именами model-l.txt и model-r.txt, соответственно.

Разработка программного средства для управления процессом автоматизированного проектирования по технологии распределённых вычислений

Построив аппроксимирующие кривые (линии тренда) можно вывести функциональные зависимости между объёмом дискового пространства и числом неизвестных (х): - стандартным методом: у = 1 10 8 х + 0,00\х + 484,8; - предложенным методом в ПС «Решатель»: у = 7-10"9 х2 + 920,7. Все аппроксимирующие кривые построены с достоверностью равной 1. Полученные данные можно проиллюстрировать графически (рис. 3.17).

Эффект от распараллеливания практически заметен при ПСУ ПСУтш, где ПСУ - число неизвестных в конечно-элементной модели, а ПСУтіп - некоторая величина зависящая от производительности ПК. Из графиков на рис. 3.16 и 3.17 видно, что для используемых компьютеров (Pentium D 940 на ядре Presler) величина ПСУтіп составляет примерно 870 000 неизвестных (145 000 узлов в пространственной модели) при учёте времени и 77СУ„„, 172 002 неизвестных (28 667 узлов) при рассмотрении требований к объёму дискового пространства.

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

Очевидно, что увеличение времени выполнения расчёта при увеличении числа перерезаемых стержней связано с: 1) увеличением числа расчётов от единичных усилий на подконструкции; 2) увеличением объёма файлов исходных данных, которые формирует ПС «Решатель»; 3) увеличением размерности системы линейных алгебраических уравнений, которая формируется и решается ПС «Решатель».

Время (Т) выполнения расчёта конструкции можно записать в виде где ТР - время, затрачиваемое ПС «Решатель» на подготовку решения и вычисление параметров, необходимых для обеспечения соместной работы подконструкций; Тл — время, затрачиваемое на параллельный расчёт ПС «Лира» при решении поставленной задачи.

Выполненные примеры расчёта конструкций с большим числом неизвестных показали, что ТР и Тл, соответственно, составили 2% и 98% от Т.

Экспериментальные расчёты также показали, что на объём оперативной памяти влияет размер системного файла подкачки (swap-файла), который ОС Windows использует для разгрузки оперативной памяти. Компания Microsoft предусмотрела, что файл подкачки является динамическим, т.е. его размер изменяется в зависимости от нужд ОС, хотя, как показывает опыт, наилучшая производительность системы достигается при статическом файле.

В связи с этим сравнение объёмов оперативной памяти и жёсткого диска, необходимых для расчёта при различном количестве перерезаемых стержней, проводилось при следующих значениях swap-файла: 1,5 Гб и 10 Гб, по выбору ОС и без файла подкачки. Размер файла подкачки по требованию системы означает, что swap-файл является динамическим. Файл подкачки размером 1,5 Гб был выбран с учётом того, что обычно рекомендуют принимать объём swap-файла в 2-3 раза большем размера ОЗУ. Объём в 10 Гб был принят из предположения, что для решения поставленной задачи его размер должен многократно превышать объём ОЗУ (был условно неограниченным). Результаты сравнения приведены в Таблице 3.5 и на графиках (рис. 3.19, 3.20).

Из полученных результатов видно, что требуемый для расчётов объём жёсткого диска равномерно возрастает с увеличением числа неизвестных в перерезаемых стержнях и слабо зависит от выбранного при настройке системы объёма файла подкачки.

Похожие диссертации на Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях