Анотація до роботи:

Левін С.С. Iмiтацiйна бiнарна автоматна модель поведiнки динамiчних процесiв з великою кiлькістю взаємодiючих об’єктiв.–Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Харків, 2007.

Робота присвячена питанням дискретно-подійного імітаційного моделювання динамічних процесiв з великою кількістю взаємодіючих об'єктів. Для моделювання таких процесiв розроблено спеціальну бінарну автоматну модель (БА-модель), яка дозволила шляхом застосування апарату кінцевих автоматів, розбиття початкової системи на підсистеми, організації дисципліни черги та механізму обслуговування зменшити обчислювальну складність задачi з n² до 4mn, де m<. Поставлено і вирішено задачу оцінки обчислювальної складності моделювання процесів з використанням БА-моделі. Введено класифікацію подій при дискретно-подійному моделюванні з використанням БА-моделі. Сформульовано і доведено твердження про «недійсну» подію. Наведено оцінку раціональної кількості підсистем. Сформульовано область застосовності БА-моделі. Удосконалено метод моделювання тривимірних газодинамічних течій. Газодинамічна задача наведена у вигляді БА-моделі і моделі «твердих» сфер. Показано методику інтерпретації результатів моделювання і переведення їх в СІ. Проведено обґрунтування адекватності моделі статистичним оцінюванням і шляхом порівняння числових експериментів розрахунку надзвукового перебігу газу в трубі, що розширюється, в системі AnSYS 8.0 і запропонованим методом. Здійснено порівняння результатів числових розрахунків розподілу концентрації робочого тіла по всій довжині каналу стаціонарного плазмового двигуна в передпусковому стані з результатами вимірювань, отриманих при повномасштабному експерименті.

У дисертаційному дослідженні вирішено актуальну науково-технічну задачу розробки ефективної дискретно-подійної імітаційної моделі поведінки динамічних процесів з великою кількістю взаємодіючих об'єктів і обчислювального методу її реалізації.

Основні наукові й практичні результати полягають в такому:

1. Проведено аналіз існуючих методів імітаційного моделювання динамічних процесів з використанням дискретно-часових і дискретно-подійних моделей. Показано необхідність подальших розробок, орієнтованих на моделювання великої кількості взаємодіючих об'єктів. Обґрунтувано вибір дискретно-подійного імітаційного моделювання із застосуванням апарату кінцевих автоматів.

2. Побудовано бінарну автоматну модель для імітаційного дискретно-подійного моделювання, що дозволяє подати поведінку динамічного процесу з великою кількістю взаємодіючих об'єктів у вигляді взаємодії колективів автоматів.

3. Розроблено ефективний обчислювальний метод реалізації запропонованої моделі, який за рахунок зображення черги подій у вигляді RB-дерева, введення класифікації подій на «дійснi» і «недійснi» і виключення «недійсних» подій з обробки, а також раціонального розбиття на підсистеми дозволяє знизити обчислювальну складність задач комп'ютерного моделювання з n² до 4mn, де m<.

4. Побудовано функцію оцінки продуктивності розробленого обчислювального методу, що дозволило визначити раціональну кількість підсистем.

5. Вдосконалено метод дискретно-подійного імітаційного моделювання газодинамічних течій, в якому за допомогою застосування розробленої моделі й обчислювального методу кількість модельних частинок доведена до сотень тисяч при прийнятному часі розрахунків на ПК середньої потужності.

6. Проведено перевірки гіпотез відповідності статистичних розподілів модуля швидкості модельних частинок теоретичним законам Релея і Максвелла за критерієм Пірсона, відповідно, для двовимірного і тривимірного випадків, а також порівняння числових експериментів моделювання надзвукового перебігу газу в трубі, що розширюється, в системі AnSYS 8.0 та із застосуванням запропонованої моделі, які свідчать про адекватність використання запропонованої моделі при моделюванні газодинамічних течій.

7. Вдосконалено метод зведення реальних величин до модельних, що ураховує специфіку дискретно-подійного моделювання газодинамічних течій, а також інтерпретації отриманих модельних результатів з використанням теорії подібності, що дозволило відображати результати моделювання в СІ у реальному часі.

8. Для обчислювальної реалізації БА-моделі запропоновано бібліотеку шаблонів імітаційного моделювання SMTL, яка дає можливість гнучко змінювати структуру об'єктів моделювання, набір їх властивостей і типи взаємодій.

9. Розроблено типовий програмний комплекс імітаційного моделювання, що дозволяє на його базі будувати програми моделювання тривимірних газодинамічних течій для різних застосувань.

10. Проведено розрахунок газодинамічних характеристик передпускового стану СПД-20, який дав можливість досліджувати ефективність іонізації робочого тіла з урахуванням досліджуваної конфігурації каналу, а також продемонструвати відповідність результатів розрахунків із використанням запропонованої моделі з результатами, отриманими на основі вимірювань.

11. Проведено розрахунок розповсюдження надзвукового потоку газопорошкової суміші при гасінні пожежі в тунелях, яка дозволила провести оцінювання умов гасіння пожежі в обмеженому просторі тунелю метро.

Результати досліджень забезпечують подальший розвиток і удосконалення методів дискретно-подійного імітаційного моделювання, пов'язаних з проведенням розрахунків, що вимагають значних часових витрат.

Публікації автора:

1. Левин С.С. Имитационное моделирование с использованием бинарной автоматной модели //Радиоэлектронные и компьютерные системы.–2005.– № 2. – С. 69 – 77.

2. Левин С.С. Оценка эффективности бинарной автоматной модели для имитационного моделирования систем с большим количеством взаимодействующих объектов //Авиационно-космическая техника и технология.– 2005.–№ 3/19. – С.77 – 81.

3. Левин С.С., Лоян А.В., Чернышев Ю.К., Дискретно-событийное моделирование трехмерных газодинамических течений методом «твердых» сфер с использованием бинарной автоматной модели //Авиационно-космическая техника и технология.– 2006.– № 8/34.– С. 179-183.

4. Левин С.С, Чернышев Ю.К. Алгоритмизация прямого моделирования методом частиц течения газа по каналам сложной формы при малых числах Кнудсена //Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии.– Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2002.– Вып. 14. – С. 54-59.

5. Левин С.С., Чернышев Ю.К. Применение RB-дерева для оптимизации алгоритма обработки потока событий при имитационном моделировании течения газа методом частиц //Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии.–Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2003.–Вып. 17. – С. 77-81.

6. Левин С.С., Чернышев Ю.К. Алгоритмизация событийного перемещения частицы в триангулярной сетке при имитационном моделировании течения газа //Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии.–Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2004. – Вып. 23. – С. 122-127.

7. Левин С.С., Чернышев Ю.К. Имитационное моделирование течения газа в виде систем конечных автоматов //Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии.–Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2004.– Вып. 24. – С. 33-39.

8. Левин С.С. Событийная модель как элемент общей теории систем //Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии.–Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2005.– Вып. 26. – С. 123-126.

9. Левин С.С. Библиотека шаблонов для имитационного моделирования систем с большим количеством взаимодействующих объектов //Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии.–Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2005.– Вып. 27. – С. 167-174.

10. Левин С.С., Лоян А.В., Чернышев Ю.К. Трехмерное имитационное моделирование газодинамических процессов в СПД в предпусковом состоянии //Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии.– Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2006.– Вып. 31.– С. 82-94.

11. Левин С.С., Чернышев Ю.К. Сравнение моделирования сверхзвукового течения в расширяющейся трубе с использованием метода конечных элементов и с совместным применением БА-модели и модели «твердых» сфер //Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии.–Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2006.– Вып. 33.– С. 53-56.

12. Левин С.С. Оптимизация геометрических структур, используемых при учете нежелательных краевых эффектов в подсистемах модельных частиц при имитационном моделировании течения газа //Междунар. науч.-техн. конф. «Интегрированные компьютерные технологии в машиностроении, ИКТМ 2003». Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2003. – С. 184.

13. Левин С.С. Численное моделирование искусственного разогрева участка воздуха перед кромкой крыла //Междунар. науч.-техн. конф. «Интегрированные компьютерные технологии в машиностроении, ИКТМ 2004».– Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2004. – С. 162.

14. Левин С.С. Обработка потоков событий в сложных системах с использованием бинарной автоматной модели //Материалы VII Международной научно-технической конференции «Системный анализ и информационные технологии».– К.:НТУУ «КПИ», 2005.–С. 50.

15. Левин С.С. Применение БА-модели для обработки потоков событий уведомления, возникающих при работе серверов на базе протокола TCP/IP // Материалы II международной научно-практической конференции «Научный потенциал мира – 2005».– Днепр.:Наука i освiта, 2005.– Том. 10. – С. 42 – 45.

16. Левин С.С. Построение трехмерной сетки тока при моделировании течения газа методом твердых сфер с использованием БА-модели //Материалы международной научно-практической конференции «Наука и инновации 2005».– Днепр.: Наука i освiта, 2005.–С.51-54.

17. Левин С.С. Построение линий тока на трехмерной прямоугольной сетке при моделировании течения газа методом твердых сфер с использованием БА-модели //Междунар. науч.-техн. конф. «Интегрированные компьютерные технологии в машиностроении, ИКТМ 2005».– Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 2005. – С. 241.