Интегрированная программная платформа сопровождения

М.П. Галанин, В.В. Лукин, А.С. Родин
Интегрированная программная
платформа сопровождения
вычислительного
эксперимента Теметос:
архитектура и задачи
Новороссийск, Россия
Конференция «Научный сервис в сети интернет»
21-26 сентября 2015 года
2
Мотивация
 Необходимость программной поддержки
стандартных этапов математического
моделирования:
 геометрическое (2d, 3d) моделирование расчетной
области;
 дискретизация расчетной области (сетки);
 задание сценария моделирования (граничные и
начальные условия);
 прохождение расчета – запуск на ЭВМ различных
архитектур (в т.ч. параллельных, удаленно, с
прохождением очереди);
 визуализация и постпроцессинг результатов расчетов;
 хранение версий расчетов с различными параметрами.
3
Мотивация
 Множество ПО для каждого этапа (CAD, построители сеток,
графопостроители и т.д.)
 Мультифизические расчетные пакеты
 коммерческие (Ansys, Abaqus, Nastran)
 развитый интерфейс, протестированные расчетные процедуры;
 сложность с включением собственных модулей;
 открытые (OpenFOAM, Salome, Code Athena)
 широкие возможности настройки «под себя»;
 слабость при решении нестандартных задач;
 авторские
 решение задач требуемого уровня сложности – зависит от автора;
 нестандартность и отсутствие развитых графических средств для выполнения
расчетов.
 Задача максимально корректного сопровождения моделирования с
использованием сложных авторских расчетных программ (солверов).
 Общий подход к реализации – программная платформа!
4
Требования к платформе
 Модульность в самом широком понимании –
элементами платформы могут становиться
независимые авторские солверы.
 Кроссплатформенный программный комплекс –
вычисления выполняются под различными ОС.
 Мультиплатформенный комплекс – подготовка расчета
в оконной среде Windows, расчет на кластере К-100
под управлением CentOS.
 Расширяемость по набору инструментов и
содержательности задач.
 Универсальность и специализация.
 Открытые лицензионно-чистые программные
технологии.
Архитектура платформы:
процедурная схема
Задание
геометрии
Блок подготовки
входных данных
5
Блок проведения расчета
Построение
сетки
Модуль
управления
расчетом
Задание
физических
свойств
Решатель
Задание
расчетной
области в целом
Задание
параметров
расчета
Блок визуализации и анализа
Геометрия
Сетка
Результаты
расчета
6
Архитектура: подсистемы
Математическая
подсистема
 генерация сеток
 численный
солвер системы
ДУ
 подключаемые к
солверу
программные
библиотеки
физических
свойств
Графическая
подсистема
 3d или 2d
редактор
геометрии
элементов
 компоновщик
конструкций
 задание НУ и ГУ
 визуализация
результатов
Предметные
библиотеки
 библиотека
элементарных
областей
 библиотека расчетных
областей
 библиотека сеток
 библиотека сценариев
моделирования
 библиотека моделей
физических свойств
 библиотека
конфигураций
расчетов
 библиотека результатов
расчетов
7
Система предметных библиотек
– точка роста платформы
Библиотека
элементарных областей
Библиотека сеток
Библиотека моделей
физических свойств
Библиотека расчетных
областей
Библиотека сценариев
моделирования
Библиотека
конфигураций расчетов
Библиотека результатов
расчетов
8
Подробности архитектуры
и вопросы разработки
 Базовые технологии: оконный интерфейс Qt, графическая
библиотека VTK.
 Система библиотек:
 Стандарты хранения массива данных? Пилот –
стандартизованная система файлов, далее – базы данных
(SQL).
 Стандарты описания элементов библиотек? Пилот –
избранный набор (VTK, собственные наработки в XML),
далее – система внешних подключаемых конвертеров
данных под задачу (пример: VTK->STL->Netgen).
 Модульность: пилот – разделение в исходном коде, далее
– система независимо подключаемых модулей QPlugin.
 Запуск солверов: пилот – локально, далее – удаленно
(клиент-сервер или неявное управление через ssh).
9
Пилотная версия
Идея платформы возникла в ходе
реализации проекта по разработке 2D и 3D
версий МКЭ кода для расчета
термомеханики твэла.
Термомеханический солвер на Fortran –
последовательная и OpenMP версии.
Графическая оболочка Qt+VTK.
Редакторы основных библиотек
платформы.
10
Пилотная версия:
графическая интерфейс
11
Пилотная версия:
геометрический редактор
3D и 2D геометрия в
едином
представлении
 Система графики
примитивов –
векторный редактор
 Импорт из CAD
форматов через STL

Библиотека
элементарных
областей
Пилотная версия:
редактор сеток
12
Библиотека сеток
(XML)
Двумерные (четырехугольные) и трехмерные (призмы) сетки
 Сетки в параметризованных областях
 Визуальная оценка качества сеток на основе ряда критериев

Пилотная версия: редактор
библиотеки физических свойств
13




Конфигурация
моделей разных
физических свойств
и процессов
Расчетная модель
материала на
основе внешних
программных
библиотек
Внешнее физическое насыщение термомеханического кода без
изменения исходных кодов
Один материал может быть представлен несколькими моделями
14
Пилотная версия: редактор
конструкций твэлов



Создание конструкций
из готовых элементов
Учет используемой
сетки и модели
материала для каждого
элемента
в отдельности
Возможность
групповой обработки
элементов конструкции
Библиотека
расчетных областей
15
Пилотная версия: редактор
конструкций твэлов
16
Пилотная версия: редактор
сценариев нагружения


Библиотека
сценариев
моделирования
Редактор
распределений
граничных и
начальных условий
Импорт данных
из форматов
существующих кодов.
17
Пилотная версия: редактор
конфигурации расчета
Выбор
моделируемой
конструкции
и сценария
ее моделирования
 Задание настроек
численного метода
 Тонкая настройка
математической
модели
 Визуальный запуск
решателя,
отладочная
информация

Библиотека
конфигураций
расчетов
18
Пилотная версия: блок
визуализации результатов
3D, 2D, 1D
отображение данных
 Анимация
результатов
 Исходная и
деформированная
геометрия
конструкции

19
Другие предметные области
Магниторотационная неустойчивость
в аккреционных дисках протозвезд
Вспышки яркости
в двойных звездных системах
Благодарности
20
Организаторам за приглашение
 Всем присутствующим за внимание
 Работа выполнена при поддержке РФФИ
(проекты №№ 15-01-03073, 14-29-06086, 14-0131496), а также гранта по поддержке ведущих
научных школ НШ-6061.2014.2.

Галанин Михаил Павлович
[email protected]
Лукин Владимир Владимирович
[email protected]
Родин Александр Сергеевич
[email protected]