2.4. Расчетные программные комплексы и их структура

Чаще всего практические расчеты выполняются с использованием программных систем промышленного типа, хотя известны примеры, когда применяются разовые разработки, специально создаваемые «под задачу». Такие разработки чаще всего основываются на использовании некоторого базового варианта промышленной программы, который дополняется применительно к специальным условиям использования. В случае удачи (и при наличии спроса) такого рода дополнения впоследствии включаются в очередную версию программой системы.

Основные признаки программной системы промышленного типа:

1) Это программа, для которой не требуется присутствие разработчика. Для этого она должна быть документированной, т. е. не только иметь бумажную инструкцию, но и оперативное документирование – оповещение об изменениях, систему электронных справок и т.п.

2) Эта программа должна решать не отдельную задачу, а определенный класс задач, границы которого должны быть четко очерчены. В рамках этого класса задач должна быть хорошо продумана система проверки вводимых исходных данных, их диагностика и другие элементы «защиты от дурака».

3) Очень важными характеристиками промышленной программы является устойчивость к сбоям оборудования, простота инсталляции и смены версий, возможность настройки на конкретного потребителя.

4) Эта программная разработка регулярно обновляется, для нее налажена служба сопровождения и она приспосабливается к постоянно обновляющейся аппаратно-технической базе и операционным платфомам.

Особенно следует помнить о подтверждении достоверности результатов, которая обеспечивается как системой тестирования, использованной при создании программы, так и средствами анализа результатов расчета.

Любая современная программная система промышленного типа проходит, как минимум два этапа тестирования. Так называемое альфа-тестирование выполняют сами разработчики с целью проверки работоспособности и правильности работы программы. При этом решаются специально подобранные задачи, способные выявить ожидаемые неприятности. Многие сборники тестовых задач опубликованы и доступны в сети Интернет. Второй этап называется бета-тестирование. Он выполняется с привлечением достаточно широкой сети квалифицированных пользователей, с которыми связаны разработчики, и имеет целью проверку как правильности, так и удобства работы с программой при решении реальных задач. Бета-тестирование проводится перед началом поставки программного продукта на открытый рынок, и по результатам этого тестирования выполняется окончательная шлифовка программной системы. Серьезные разработчики предоставляют покупателям сведения о том, кем именно выполнялось бета-тестирование.

Опыт показывает, что никакая система тестирования не дает гарантии полного отсутствия ошибок в программе.

Если программный продукт «сертифицирован» экспертной комиссией, то это не означает наличие некой авторитетной гарантии правильности работы программы. Это означает лишь то, что программа правильно отображает требования тех нормативных документов (например, СНиП), которые заявлены разработчиками, и при этом сертификат часто даже не указывает, что программа соответствует только некоторым их пунктам, но не нормативным документам в целом.

За рубежом данная проблема решается с помощью процедуры Benchmark (www.nafems.org/ benchmark.html). Инициатором ее проведения является разработчик. Суть этой процедуры состоит в том, что авторитетные и независимые организации (чаще всего функционирующие при ассоциациях пользователей программных продуктов определенного назначения) проводят тщательную проверку программы с использованием широких коллекций тестовых задач.

Ошибка в программе порождает недоверие ко всей программе в целом, а не только к операции, где была ошибка.

При заказе Benchmark можно провести сопоставительные испытания данного программного продукта с программами-аналогами (по точности, потребляемым ресурсам, удобству интерфейса и т.д.). Это и определяет цену на программу.

Организации, проводящие тестирование, очень дорожат своей репутацией и не допускают сознательного отклонения от объективности оценок. Отчеты о тестировании публикуются в специальных журналах и могут быть предъявлены покупателю по его требованию.

Количество расчетных программных продуктов измеряется сотнями. Имеется несколько наиболее широко используемых семейств таких программ, которые хорошо известны. Среди них безусловным лидером является комплекс ANSYS, имеющий более миллиона легальных пользователей. Созданный первоначально как прочностной, этот комплекс в дальнейшем расширил области применения и последовательно включил теплофизику, электромагнитные поля и гидрогазодинамику, став таким образом многодисциплинарным (разработчики представляют его как multiphysics-систему). Сравниться с ним по количеству легальных пользователей может группа конечноэлементных программ с маркой NASTRAN, принадлежащей NASA; не менее известны и такие системы, как ABAQUS, COSMOS/M, GTSTRUDL, LS-DYNA. Отечественные программные продукты: Lira Windows, MicroFe, SCAD.

К наиболее известным расчетным комплексам относятся следующие:

ABACUS	DIANA	MicroFe	SottCAD
ADINA	ESPRIT	Micro Station	Solid Edge
Allplan	EUCLIDUS	NASTRAN	STAD
ANSYS	GTSTRUDL	Power Solution	Straus 7
CATIA	HELLIX	REBUS	Селена
Cimatron	Lira	RM2000
COSMOS	LS-DYNA	ROBOT
Design Space	LUSAS	SCAD

Для этих и других известных программных систем время от времени в сети Интернет на страницах электронного журнала Desktop Engineering Magazine (www.desctop.com) появляются сопоставительные таблицы с данными о функциональных возможностях и с указанием продажной цены. Аналогичной работой занимается и известная исследовательская компания WyzeTek Inc., которая на своем сайте www.deskeng.com разместила большую сопоставительную таблицу http:// www.deskeng.com/ articles/00/Feb/RG_hartwig/ analysischart.pdf с данными об инструментальных возможностях наиболее известных программных систем, ориентированных на конечноэлементные расчеты. Сравнивается функциональное наполнение пре- и постпроцессоров, а также решающего ядра, сопоставление ведется по обширному списку параметров (около 200 позиций).

В принципиальном отношении эти комплексы устроены практически одинаково. Основу их составляет так называемый «проект» - система функциональных модулей, связанных между собой единой информационной средой. В процессе формирования расчетной модели проект наполняется информацией и сохраняется в виде файлов. Создать проект можно и путем импорта данных из других программных комплексов (AutoCAD).

Все функциональные модули расчетных комплексов делятся на три группы:

- препроцессор, который обеспечивает ввод исходных данных (как правило, в графическом режиме);

- процессор, который обеспечивает выполнение всех видов расчетов, предусмотренных в комплексе;

- постпроцессор, который обеспечивает вывод результатов, включающий при необходимости и их документирование.

Модульная структура позволяет сформировать для каждого пользователя такую конфигурацию комплекса, которая максимально соответствует его потребностям по классам решаемым задач, имеющемуся компьютеру и т.д. Все функциональные модули реализуются в единой графической среде (иногда она идет дополнительно – Femap к NASTRAN).

Отдельным важным блоком является библиотека конечных элементов, во многом определяющая классы решаемых задач и качество их решения.