Перекличка эпох. Буквально недавно я опубликовал очередную cool-story о лихих математиках из лихих 90-х, как получил живое свидетельство алгоритмов управления прямиком из тех легендарных времен.

Заливаем алгоритмы, созданные 20 лет назад для АСУ ТП нефтепровода, в современные контроллеры .

По работе сейчас нужно сделать стенд-демонстратор. Задача – показать, как, используя среду математического моделирования, можно заливать одни и те же технологические алгоритмы АСУ ТП в контроллеры от разных производителей и на разных аппаратных платформах. Идея в том, чтобы спроектировать алгоритм в SimInTech один раз, а потом, при смене контроллера (привет санкциям и старушке Шапокляк фон дер Ляйен), уже ничего не нужно проектировать заново: ни этот же самый алгоритм, ни создавать его заново в другой среде разработки. Открываем SimInTech с готовым проектом – и пожалуйста:

«…нажми на кнопку – получишь результат,

И твоя мечта осуществится.

Что ж ты не рад?

Тебе больше не к чему стремиться!»

А вот если алгоритм в среде разработки Siemens, то тут уже фигушки, нужно его опять пересобирать в среде разработки от другого производителя. А нам её ещё нужно найти, что нетривиальная задача. Если все разработчики автоматики, за редким исключением, собирали свои алгоритмы в различных импортных Codesys, запрещённых нашими немецкими партнёрами из ЕС.

«…а ещё вчера все вокруг говорили: Siemens – друг, Siemens наш немецкий друг…»

На этом месте возник у меня вопрос: а что, собственно, взять в качестве примера для стенда-демонстратора? Первая мысль, конечно, обратиться к текущим проектам в которых нас привлекают как консультантов:

В 1994 году, когда вся страна шла вразнос, а парламент стоял обгорелый после обстрела танками, я почему-то решил завязать с торговлей и поступить в МГТУ им. Баумана на кафедру «Ядерные реакторы и энергетические установки» факультета «Энергомашиностроение».

То ли потому, что детство провёл рядом со Смоленской АЭС и нахватался радиоактивных выбросов от советского реактора РБМК-1000. То ли потому, что в подростковом возрасте, будучи выгнанным из 8-го класса школы за асоциальное поведение, я поступил в Брянский машиностроительный техникум. А там один из моих преподавателей хвастался тем, что подавал документы в Бауманку - нет, поступить ему не удалось, но саму попытку он считал большим достижением. Видимо, на неокрепшие мозги 15-летнего ботаника это произвело неизгладимое впечатление. И когда я заработал на дикой торговле времён распада СССР немного денег, я решил, что надо учиться в Бауманке и стать инженегром.

В те голодные времена в университете каждый выживал как мог. Университет платил практически ничего от слова совсем. Одни бросали преподавать и шли работать кому повезло, те по специальности или близко, кому не везло, те работали, где придется. Один из наших преподавателей, подрабатывал торговым представителем и предлагал мне, как способному и перспективному студенту атомщику тоже развозить по магазинам печенье и вафли. Но я к тому времени уже был бывший владелец магазинов, и такой фигней заниматься не хотел. Я хотел быть ученым физиком или хотя бы инженером (Спойлер у меня не получилось, и американская коррупция сделала из инженера физика быдлокодера об этом я писал ранее). 

Давайте представим, что нам нужно построить сложный объект — скажем, самолет, поезд или вообще атомную электростанцию. Строить «наобум» невероятно дорого и рискованно. Гораздо разумнее выполнить предварительные расчеты и скорректировать слабые места. Есть разные виды расчетов, ну например расчет прочности конструкции, расчет стомости сорружения или эксплуатации, расчет последствий аварии (для АЭС). Расчеты бывают статические например расчет фундамента, расчет толщщины стены, или просто расчет нагрузки на балку. И динамические - расчет некоторого процесса разворащивающегося во времени например: расчет процесса нагрева котла в доме, расчет процесса разгона авиационного двигателя, расчет процесс поддержания давления в кабине самоелета при изменении высоты. В динамических расчетах сложных объектах, как правило необходмо учитывать работу автоматической системы управления (АСУ), поскольку система управления влияет на процесс.

Если мы говоримт об АСУ ТП (Автоматической Системе Управления Технологическими Процессами), то само название как бы намекает на наличие некоторого процесса во времени, а значит тут есть место для динамического рассчета. Вот здесь-то на сцену и выходит "Среда динамического моделирования технических систем SimInTech."

Хотите узнать, как поведёт себя котельная установка, двигатель, система вентиляции и тд? Вместо того, чтобы собирать макет и проводить натурные испытания (иногда практически невозможные), мы используем SimInTech. SimInTech — это программное обеспечение, в котором можно создать математическую модель объекта и провести все испытания на компьютере, без риска и лишних затрат. Это позволяет найти ошибки и оптимизировать конструкцию объекта и отладить систему управления ещё до начала реального производства.

В предыдущей части мы запустили двухступенчатую ракет в космос. Вторая ступень достигла космической скорости по формуле Циолковского и согласно законам Ньютона. Это, конечно, хорошо и правильно, но не совсем. Точнее не совсем правильно. В наших расчетах мы запускали ракету в белый свет, как в копеечку, вертикально вверх. В этом случае первая ступень улетает в открытый космос по инерции и летит, черт знает куда (а черт – потому что бога нет, Гагарин, когда летал, не видел). 

Реальные ракеты выходят на орбиту по-другому, не вертикально вверх. После старта ракета начинает отклонятся программой управления с тем, чтобы при выходе на орбиту, она имела направление движения параллельно земле (по-грамотному это называется угол тангажа). Давайте сделаем модель, которая будет это учитывать. Если использовать методы структурного моделирования, это будет сделать не сильно сложнее, чем модель артиллерийского снаряда, который мы перехватывали в задаче про волка и зайца.

Методы структурного моделирования позволят нам создать набор компонентов, из которых, как из кубиков лего, можно собирать одну-, двух- и трехступенчатые ракеты. 

А для того, чтобы наша ракета была не абстрактная, возьмём данные по ракете «СОЮЗ», к тому же на хабре уже есть решение этой задачи.  Больше спасибо автору, что уже собрал все необходимые данные.  https://habr.com/ru/articles/649961/

Тем, кто первый раз пытается создать структурную модель, и кому покажутся сложными физическая модель сферического коня в вакууме или численное интегрирование обыкновенных дифференциальных уравнений, я рекомендую почитать статью про противоракетную оборону Израиля, где все это объясняется на основе знаний математики 4 класса. https://habr.com/ru/articles/878168/

Продолжаем публикации из серии «математическое моделирование для самых маленьких». В предыдущих статьях мы показали, как из погони волка за зайцем можно получить формулы для систем наведения противоракетной обороны.

Там очень подробно описано как, зная скорость объекта, можно рассчитать траектории движения различных объектов в пространстве.

 https://habr.com/ru/articles/878168/

В этот раз мы займемся исследованием траектории движения космических ракет.  Сравним формулу Циолковского с законом Ньютона и рассчитаем отправку груза на орбиту земли одноступенчатой ракетой, и двухступенчатой. И все это – в рамках курсов школьной физики и математики с помощью структурного моделирования.

Мой любимый автор книг по математике Очков Валерий Федорович предложил задачу для среды SimInTech. На самом деле он вызвал меня на дуэль и предложил выяснить, кто лучше сделает решение определенной задачи в виде структурной схемы.

Задача связана с остойчивостью судна, а значит с нахождением центра масс, тела погруженного в жидкость. Поэтому на картинке Пифагор объясняет Архимеду как найти площадь путем обстрела мишени.

Продолжаем применять теорию автоматического управления к процессам в ядерных реакторах. На этот раз рассмотрим процессе в контуре с теплоносителями и ядреными реакциями.

Данный текст является незапланировнным продолжением к статье для школьников о моделировании погони, которая внезапно превратилась в задачу перехвата артиллерийского снаряда зенитной ракетой. Сейчас мы опять обратимся к модели зайца и посмотрим на эту задачку с точки зрения теории эволюции, опять в таки изложении для школьников.

Подробное описание создания модели в первой части статьи

Продолжение статьи, созданной в процессе решения задачи о погоне, для школьников. Очков Валерий Федорович, предложил мне решить методом структурного моделирования задачу погони волка за зайцем. И в первой части именно эта задача подробно и разобрана. Многие читатели справедливо спрашивали, а причем здесь евреи и ракеты?  В этой части я покажу, как можно связать школьную задачу про бегающего по кругу зайца с израильской противоракетной системой купол. 

Этот текст – дополнение ко второй части лекции про особые линейные системы. 

Сравниваем расчет многослойной стенки в сеточной модели и расчет по формуле ТАУ. 

Продолжаем публикацию лекций по предмету "Управление в Технических устройствах" Автор Олег Степанович Козлов. Кафедра "Ядерные энергетические установки" МГТУ им. Н.Э. Баумана. Это вторая лекция, гда теория автоматеского управления применяется непосредственно к таким устройствам как ядерные реакторы. 

В предыдущих сериях:

1. Введение в теорию автоматического управления.
2. Математическое описание систем автоматического управления 2.1 — 2.3, 2.3 — 2.8, 2.9 — 2.13.
3. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВЕНЬЕВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ. 3.1  Амплитудно-фазовая частотная характеристика: годограф, АФЧХ, ЛАХ, ФЧХ. 3.2 Типовые звенья систем автоматического управления регулирования. Классификация типовых звеньев. Простейшие типовые звенья. 3.3 Апериодическое звено 1–го порядка инерционное звено. На примере входной камеры ядерного реактора. 3.4 Апериодическое звено 2-го порядка. 3.5 Колебательное звено. 3.6 Инерционно-дифференцирующее звено. 3.7 Форсирующее звено. 3.8 Инерционно-интегрирующее звено (интегрирующее звено с замедлением). 3.9 Изодромное звено (изодром). 3.10 Минимально-фазовые и не минимально-фазовые звенья. 3.11 Математическая модель кинетики нейтронов в «точечном» реакторе «нулевой» мощности. 
4. Структурные преобразования систем автоматического регулирования. 
5. Передаточные функции и уравнения динамики замкнутых систем автоматического регулирования (САР).
6. Устойчивость систем автоматического регулирования. 6.1 Понятие об устойчивости САР. Теорема Ляпунова. 6.2 Необходимые условия устойчивости линейных и линеаризованных САР. 6.3 Алгебраический критерий устойчивости Гурвица. 6.4 Частотный критерий устойчивости Михайлова. 6.5 Критерий Найквиста.
7. Точность систем автоматического управления. Часть 1 и Часть 2
8. Качество переходного процесса. Часть 1 и Часть 2
9. Синтез и коррекция систем автоматического регулирования (САР).
10. Особые линейные системы. Часть 1

В тексте на школьном примере демонстрируется вся красота структурного моделирования технических систем. Рассматривается задача погони волка за зайцем которая на самом деле является задачей перехвата любых целей в многомерном пространстве. Объясняем на пальцах, для самых маленьких, как работает система противоракетной обороны Израиля. Мне кажется, что у меня получилось объяснить способы решения системы алгебраический и дифференциальных уравнений маленькому человеку, которые еще не знает что такое производная или большему человеку кторый уже забыл об этом, да и не знал никогда. Один знакомый финансист прочитав этот текст, бросил дебет с кредитом и банковские счета и попросился работать инженером, потому что ему вдруг стало понятно о чем ему говорили на уроках математики.

Статья инженера, работающего в авиации о проблемах импортозамещения. Практический опыт использования отечественного ПО для решения практических задач. Что очень ценно, поскольку все задачи реальные. Да это частное мнение одного инженера, поэтому он просил не упоминать его фамилии, и это не официальная позиция организации, но тем это интереснее узнать о чем думают практики.

Продолжаем истории быдлокодера, который пытается стать миллионером. В данном тексте вас ждет новое слово в науке и технике, а также очередные поучительные истории внедрения инженерного софта в суровых условиях зоны рискованного земледелия среднерусской возвышенности и солнечного ковбойского штата Техас. 

Этот текст у меня родился после посещения конференции, где наш заказчик (внезапно для нас) рассказал, как он с помощью нашей библиотеки моделирования теплогидравлических систем и библиотеки нейронных сетей обрабатывает данные, полученные с летательных аппаратов, используя 1D математическую модель системы кондиционирования воздуха. 

Привет всем маленьким любителям больших технических систем! В данной статье расскажем, как технологии создания систем управления ядерным реактором могут применяться в быту. Рассмотрим пример практического применения модельно-ориентированного подхода и структурного моделирования для бытовой и очень актуальной осенней задаче обогрева жилого помещения. А также на практике покажем, что такое цифровой двойник, с чем его едят и как его правильно приготовить. Мы уже публиковали статьи на данную тему: Технология создания динамических моделей на примере обогрева помещения  и Девушка и электронагреватель. Моделирование экономики бытового потребления воды.

Но если предыдущие статьи — это высокая теория, то теперь обратимся к низкой практике - пойдем в подвал. Мы покажем, как в быту можно применять знания, полученные после изучения теории автоматического управления. Будет, как всегда, интересно и познавательно.

Продолжаем образовательные истории быдлокодера, который никак не может стать миллионером. Сейчас будет трогательная и крайне поучительная история, как мы начали импортозамещать MATLAB в авиации, когда нас об этом никто не просил, и еще до того, как это стало модно, и молодежно!

Прочитав этот текст, вы поймете как нужно правильно оценивать себя, свое ПО и потенциальных партнеров по опасному бизнесу. В тексте описыватеся только реальный личный опыт автора, поэтому все события выдуманы и совпадения случайны.

Как я уже рассказывал, американская коррупция превратила физика-ядерщика в былдокодера, но далеко от ядерных реакторов у меня оторваться сразу не получилось, несмотря на всю мою оторванность. Поэтому первые коммерчески успешные проекты у нашей копании были связанны технологиями «говна и пара», как на флоте называют ядерный реактор атомных подводных лодок. Не спрашивайте почему реактор ядерный, а подлодка атомная, это науке не известно. Но в итоге наше ПО начало применяться для проектирования систем управления АПЛ: сначала в качестве системы моделирования, потом для автоматической генерации управляющего ПО, дальше – больше, и уже наш код стоит непосредственно в системе управления.

Продолжаем публикацию лекций по предмету "Управление в Технических устройствах" Автор Олега Степановича Козлова. Кафедра "Ядерные энергетические установки" МГТУ им. Н.Э. Баумана. Это пожалуй первая лекция, гда теория автоматеского управления применяется непосредственно к таким устройствам как ядерные реакторы. Более того имеенно на это лекции объясняется что такое 1D моделирование.

В предыдущих сериях:

1. Введение в теорию автоматического управления.2. Математическое описание систем автоматического управления 2.1 — 2.3, 2.3 — 2.8, 2.9 — 2.13. 

3. Частотные характеристики звеньев и систем автоматического управления регулирования. 3.1. Амплитудно-фазовая частотная характеристика: годограф, АФЧХ, ЛАХ, ФЧХ. 3.2. Типовые звенья систем автоматического управления регулирования. Классификация типовых звеньев. Простейшие типовые звенья. 3.3. Апериодическое звено 1–го порядка инерционное звено. На примере входной камеры ядерного реактора. 3.4. Апериодическое звено 2-го порядка. 3.5. Колебательное звено. 3.6. Инерционно-дифференцирующее звено. 3.7. Форсирующее звено.  3.8. Инерционно-интегрирующее звено (интегрирующее звено с замедлением). 3.9. Изодромное звено (изодром). 3.10 Минимально-фазовые и не минимально-фазовые звенья. 3.11 Математическая модель кинетики нейтронов в «точечном» реакторе «нулевой» мощности. 

4. Структурные преобразования систем автоматического регулирования.

5. Передаточные функции и уравнения динамики замкнутых систем автоматического регулирования (САР).

6. Устойчивость систем автоматического регулирования. 6.1 Понятие об устойчивости САР. Теорема Ляпунова. 6.2 Необходимые условия устойчивости линейных и линеаризованных САР. 6.3 Алгебраический критерий устойчивости Гурвица. 6.4 Частотный критерий устойчивости Михайлова. 6.5 Критерий Найквиста.

Судя по откликам, рассказы как я не стал миллионером или как мне не удалось спасить американскую АЭС, пользуются большим спросом на хабре. Поэтому продолжу публикацию кейсов из жизни быдлокодера и дам несколько бизнес-советов тем, кто собирается заработать миллионы продавая софт. Требую лайков, подписки и донатов, как настоящий инфоцыганбизнесмен.

Эта история произошла после того, как я вернулся из США в 2008 году, где благополучно потратил все свои деньги, полученные от разграбления советских заводов бандой прихатизаторов, во главе с Кахой Бендукидзе. В США я пытался запустить свой стартап, но не преуспел, но это история для мамкиных стартаперов с сайта VC. Здесь же расскажу, что было потом, поскольку это касается разработки и продвижения ПО. И бесплатно дам несколько бизнес-советов, которые за большие деньги можно получить только на курсах Тони Робинсона.

В России, как и во всем мире, в это время, кроме кризиса 2008 года, разворачивалась менее заметная, но не менее эпическая и трогательная история освобождения евреев от пленения фараоном.  Для тех, кто не читал библию, напомню, что Моисей своих евреев, отпущенных из египетского плена, водил 40 лет по пустыне, (навигаторов и Яндекс-карт тогда не было, и назад никто свалить не мог). Ведомые плевались, плакали, матюкались, ругались, но шли по пустыне за Моисеем. Тот же самый библейский сюжет разворачивался в области разработки софта, cо специалистами из французской фирмы-разработчика, той-которую-нельзя-называть, и которая проектирует боевые самолеты Рафал. В недрах этой конторы была разработана система 3D-проектирования CATIA.

Отладка систем управления вместе с моделью объекта. 

В данной статье рассмотрены примеры использования графических языков программирования в жизненном цикле модельно-ориентированного проектирования для систем управления сложными техническими объектами. А также продемонстрировано, как графические языки программирования делают жизнь проще, но интересней. И чтобы читатель не заскучал, мы рассмотрим противостояние программистов и технологов. Это как Монтекки и Капулетти, физики и лирики, красное и белое.  Разберемся кто из них главный, а кто лишний.

Все события выдуманы, все совпадения случайны.

Определение:

Технологи - специалисты в конкретной предметной области: физики, электрики, конструктора и проектанты разных сложных объектов. Технолог знает, как работает его сложный технический объект, что и когда включать или что и когда выключать, чтобы не было потом мучительно больно.

Программисты - специалисты в написании программ, умеют закодировать любой бред, который напишут в техническом задании, а также знают, как работает аппаратура управления, и что нужно написать в коде, чтобы получить данные с АЦП в программу, и наоборот отправить из программы в ЦАП.

Каждый из них занимается свои делом по жизни, но, когда нужно создать сложный технический объект, они встречаются как лед и пламень, или лебедь, рак и щука, или мартышка и очки. А все потому, что любой современный технический объект содержит в себе систему управления, которая сейчас почти всегда выполнена в виде программного обеспечения на контроллере, а значит, нам нужен программист, и он должен понимать (хотя бы примерно), что от него хочет технолог.

Это история из цикла «как войти в IT», написанная старпером, ветераном броуновского движения, который помнит динозавров. Поэтому его опыт вхождения в ИТ никому не пригодится, но представляет интерес с точки зрения истории.  

Также поделюсь своим мыслями об интерфейсе инженерного ПО. Участвуя в разработках различного ПО, предназначенного для ускорения разработки сложных систем, периодически приходится выслушивать жалобы от новых пользователей на «кривой и устаревший» интерфейс ПО. Однако инженеры, погруженные в проблемы проектирования реальных железок, вообще не задают нам таких вопросов, либо потому, что уже искривили свои руки о кривой интерфейс, либо им это вообще неважно. Более того, есть два примера, когда реальные высокопрофессиональные инженеры в своей области предъявляли претензии обратного свойства, и первая версия кривая версия GUI была удобнее, а вот улучшения делали какие-то полупокеры. 

К написанию данного текста меня подтолкнула беседа с одним из крутых разрабов из «жирной» конторы, с которым мы пересеклись на яхте в Средиземном море. Узнав, что я тоже из Бауманки, и у меня свой бизнес, он заинтересовался и выспрашивал. Как я смог начать бизнес на софте, почему не пошел в большую контору, типа Yandex, Сбер и прочие. У него тоже знакомство с софтом началось как создание собственной разработки по анализу результатов металлургических испытаний в лаборатории, но закончилось работой прогером по найму. Попивая вино на яхте где-то между Турцией и Грецией в 2023 году, он предположил, что, возможно, если бы он продолжал писать софт для металлургических исследований, то, наверное, сейчас мог плавать на своей яхте, а не арендованной, и не около Турции, а на Карибах (но это не точно). А поскольку фарш невозможно провернуть назад, я решил описать свою историю успеха, так как она забавна и поучительна.