ПРОГРАММЫ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ПО ПРИОРИТЕТНЫМ НАПРАВЛЕНИЯМ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
ПРОГРАММА V. НОВЫЕ ПОКОЛЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Тема: "Математическое моделирование и вычислительный эксперимент в волновой гидродинамике"
N гос. регистрации 01960011626.
Научный руководитель – академик Шокин Ю.И.
Институт вычислительных технологий СО РАН
отдел моделирования природных явлений
Разработанный ранее комплекс программ дополнен новыми сервисными подпрограммами, обеспечивающими удобное задание входной информации для вычислительного эксперимента. Расширены библиотеки расчетных модулей включением алгоритмов построения условий второго порядка аппроксимации на открытых границах.
Исследованы различные способы описания граничных условий, моделирующих генерацию входящей волны и выход возмущения за пределы расчетной области. Показана устойчивость вычислительного алгоритма от конкретного способа описания входящих через границу волн. Продемонстрирована высокая точность "свободных" граничных условий второго порядка:
или в дискретной форме
.
Рис.3. Схема модельной акватории. В центре – конический остров, цифрами указаны расположения датчиков
Рис. 4. Сравнение различных "свободных" граничных условий. Слева – условия Зоммерфельда, справа – условия второго порядка точности.
Рис.5. Мареограммы, рассчитанные в приграничных точках (датчик 5 на рис. 3). Жирная линия – точное решение, тонкая линия – расчет с применением условий Зоммерфельда, пунктир – расчет с применением условий второго порядка точности.
На тестовых задачах определены границы применимости одномерных и двумерных (плановых) длинноволновых моделей мелкой воды, плоской и трехмерной моделей потенциальных течений жидкости со свободной границей, а также разработанных ранее алгоритмов расчета на основе этих моделей. В частности, завершены вычислительные эксперименты по моделированию колебаний жидкости в резервуарах и по моделированию взаимодействия уединенной волны с плоской вертикальной стенкой, к которой волна подходит под некоторым углом.
Для численного моделирования колебаний жидкости в контейнере, вызванных мгновенным наклоном его основания, использовались плоская и трехмерная модель потенциальных течений жидкости, а также одномерные и двумерные (плановые) приближенные длинноволновые модели: модель мелкой воды первого приближения и нелинейно-дисперсионная модель Железняка–Пелиновского. Исследовались представляющие прикладной интерес величины заплесков. Установлено, что в коротких контейнерах образуется одиночная волна, дающая почти периодические колебания и периодические заплески. Но при достаточно большой длине контейнера его наклон приводит к образованию нескольких волн, которые взаимодействуют друг с другом и со стенками, порождая сложную картину течения. Тем не менее некая периодичность заплесков наблюдается и в этом случае. Выявлены условия на определяющие параметры, при выполнении которых можно пренебречь трехмерным характером течения.
Моделирование косого взаимодействия уединенной волны амплитуды 
с вертикальной стенкой проводилось в рамках нелинейно-дисперсионной модели Железняка–Пелиновского и трехмерной модели потенциальных течений. Использовались конечно-разностные методы на динамически адаптивных сетках. Полученные результаты сравнивались с расчетами других авторов (Фунакоши (1980), Серебренникова и Франк (1993), Танака (1993)) и экспериментальными данными (Перрауд (1957), Мелвилл (1980)).
На основе сравнения полученных разными авторами результатов расчетов можно сделать вывод, что все они близки качественно, сильное количественное различие имеет место лишь для величин заплеска на стенку. При малой амплитуде (
) набегающей волны получено удовлетворительное согласование рассчитанных величин с теоретическими зависимостями (Майлс (1977)). При 
наблюдается значительное количественное различие с теорией. Однако вплоть до 
в расчетах получалась такая же конфигурация взаимодействующих волн, как и лежащая в основе теории Майлса. Более того, отраженная волна в наших расчетах при 
имела, как и в теории, поперечное сечение в форме солитона.
С другой стороны, если 
, то в расчетах по модели потенциальных течений наблюдалась иная схема взаимодействия волны со стенкой. Например, для 
в случае маховского отражения присутствуют две отраженные волны, а гребень ножки Маха не имеет участка с постоянным возвышением (в отличие от случая 
), а начинает понижаться сразу от стенки. Интересно отметить, что и поперечные сечения ножки Маха имеют форму плоских уединенных волн. При этом амплитуда этих волн может превосходить критическую амплитуду уединенной волны, но, тем не менее, волна на стенке с таким сверхкритическим значением амплитуды распространяется без обрушения. Устойчивость этой волны объясняется тем, что в ножке Маха при устанавливается течение с ненулевой компонентой скорости вдоль гребня.
Важнейшие публикации по теме
Радченко Н.В. Взаимодействие уединенной волны с островом // Материалы XXXVI международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс": Математика. /Новосиб. ун-т/ -Новосибирск. -1998 г. -с. 134
Федотова З.И, Чубаров Л.Б, Шокин Ю.И. Исследование 2D-моделей волновой гидродинамики типа Буссинеска на решении тестовых задач о взаимодействии длинной волны с препятствиями // Тезисы докладов VI Международной конференции по вычислительным методам в задачах волновой гидродинамики // http://www.ict.nsc.ru/comp_tech/tesises/ waves/fcs.pdf
Barakhnin V.B., Khakimzyanov G.S. Numerical modelling of fluid oscillations caused by an instantaneous slope of the reservoir base // Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling. -1998. -Vol. 13. -N 4. - P. 271-278.
Chubarov L.B., Fedotova Z.I., Pashkova V. Yu., Shkuropatskii D.A., Shokin Yu.I. The research of 2D hydrodynamic models of tsunami waves on a solution of test problems of the interaction of these waves with obstacles // Abstracts of the 7th International Conference on Natural and Man-Made Hazards, May 17-22, 1998. -Chania. -Greece.- 1998. - p.45.
Chubarov L.B., Fedotova Z.I., Shkuropatskii D.A. Investigation of computational models of long surface waves in the problem of interaction of a solitary wave with a conic island // Russ.J.Numer.Anal.Math.Modelling. -1998. -Vol.13.- No.4. -pp.289-306.
Тема: "Разработка и исследование математических моделей и численных методов решения задач аэро-гидродинамики".
N гос. регистрации 01960011628.
Научные руководители – академик Ю.И. Шокин, д.ф.-м.н., профессор В.М. Ковеня.
Институт вычислительных технологий СО РАН
отдел механики сплошной среды
Предложенный ранее в ИВТ СО РАН (Черный С.Г., Шаров С.В., Шашкин П.А.) эффективный численный метод решения пространственных стационарных задач несжимаемой жидкости в рамках полных уравнений Эйлера и Навье - Стокса обобщен на нестационарные задачи. В исходные уравнения несжимаемой жидкости вводятся производные от соответствующих гидродинамических функций по псевдовремени. В уравнение неразрывности при этом добавляется такая же производная от давления. Далее, как и ранее, проводится неявная аппроксимация уравнений и по псевдовремени организуется итерационный процесс на каждом временном слое. Метод имеет второй порядок аппроксимации по времени и третий - по пространству. Проведенные тестовые расчеты нестационарного обтекания кругового цилиндра потоком вязкой несжимаемой жидкости показали быструю сходимость итерационного процесса и высокую разрешающую способность алгоритма. На рис. 6 приведена зависимость подъемной силы от времени, а на рис. 7 - линии тока в различные моменты времени периода между минимумами подъемной силы
Рис. 6. Зависимость подъемной силы от времени
Рис. 7. Картина течения в различные моменты времени.
Продолжены исследования неявных схем типа Рунге-Кутты третьего порядка аппроксимации. Создана трехшаговая схема решения многомерных гиперболических задач первого порядка, сохраняющая порядок аппроксимации и абсолютную устойчивость при факторизации стабилизирующего оператора. Произведено обобщение построенных схем на параболические уравнения. Полученные схемы абсолютно устойчивы в приближении замороженных коэффициентов и имеют хорошие аппроксимационные свойства. Произведены тестовые расчеты гладких и разрывных одно- и двухмерных решений уравнений переноса и Бюргерса. Обнаружено, что во всех случаях приемлемые результаты получаются при числах Куранта, не превышающих 2.
Разработан метод триангуляции двумерных областей произвольной формы, дающий близкие к равносторонним треугольные элементы, основанный на согласованном использовании процедур вставки/удаления и движения точек.
Выполнено численное моделирование оптимизированного плазмохимического реактора при пониженных давлениях на режимах, близких к кинетическим по химическим реакциям и структуре течения на поверхности обрабатываемого образца. Результаты расчетов показывают, что с понижением давления однородность травления несколько возрастает, тепловые потоки на образец меняются слабо, но скорость травления (концентрация активных частиц) значительно падает (Рис. 8.(а,б)). Поэтому переход на пониженные давления в промышленных реакторах нецелесообразен.
Важнейшие публикации по теме
Григорьев Ю.Н., Горобчук А.Г. Эффекты неизотермичности в плазмохимическом реакторе травления // Микроэлектроника. -1998. -Т.27. -N4. -С.294-303.
Григорьев Ю.Н., Горобчук А.Г. Численная оптимизация плазмохимического реактора // Вычислительные технологии. -1997. -Т.2. -N 6. -С.12-23.
Grigoryev Yu.N., Gorobchuk A.G. Advanced numerical models of plasma - chemical etching of silico // Proceedings of The Sixth Japan - Russia Joint Symposium on Computational Fluid Dynamics (September 21-23, 1998 Nagoya University, Nagoya, Japan) -1998. -P.68-71.
Тема: "Математическое моделирование многофазных течений с физико-химическими превращениями".
N гос. регистрации 01960011630.
Научный руководитель – академик Ю.И. Шокин
Институт вычислительных технологий СО РАН
отдел механики сплошной среды,
отдел моделирования природных явлений
Разработана математическая модель взаимодействия сверхзвуковой струи кислорода с поверхностью расплавленного металла в сталеплавильном конвертере, моделирующая газодинамику процесса верхней продувки при выплавке стали и дожигания CO до CO2 с помощью дополнительных струй кислорода. Модель учитывает возможность образования газовой каверны и позволяет определять ее конфигурацию как положение подвижной границы раздела фаз. При этом учитывается протекание химических реакций в газовой полости и на границе раздела фаз, а также возможность диспергирования частиц металла с этой поверхности вследствии ее неустойчивости. Проведено численное моделирование этих процессов, позволившее исследовать структуру течения и понять их специфику. На основе полученных результатов были предложены рекомендации по совершенствованию технологии дожигания CO.
Предложена новая технология торкретирования стенок сталеплавильных конвертеров, основанная на использовании в качестве источника тепла для нагрева частиц магнезита струи низкотемпературной плазмы. Проведено численное моделирование процесса такого нагрева, показавшее перспективность предложенной технологии. Установлено, что лучистый теплообмен играет значительную роль для достижения равномерного прогрева частиц.
Разработана методика численного моделирования процесса нестационарного горения твердого топлива с использованием подвижных разностных сеток. Проведены расчеты модельных задач, показавшие, что предложенный алгоритм обладает квазимонотонными свойствами, что повышает достоверность и надежность получаемых численных решений.
Создана двумерная численная модель эволюции жидкой капли со свободной поверхностью при импульсном воздействии. Проведена серия тестовых расчетов.
Исследован процесс усиления ударных волн при столкновении и фокусировке в пузырьковых средах.
Работа выполнена в сотрудничестве с ИГиЛ СО РАН.
Важнейшие публикации по теме.
Кедринский В.К., Вшивков В.А., Дудникова Г.И., Шокин Ю.И.Усиление ударных волн при столкновении и фокусировке в пузырьковых средах. // Доклады РАН. -т. 361.- N 1. -1998.
Милошевич Х., Рычков А.Д. Численное моделирование процесса взаимодействия струи кислорода с жидким металлом в сталеплавильном конвертере // Вычислительные технологии. -1998. -Т.3. -N 6. -С.54-62.
Miloshevich H., Rychkov A.D. Inyeraction of an axisymmetric oxygen jet with a surface of liquid metal // Proceedings of The Sixth Japan-Russia Joint Symposium on Computational Fluid Dynamics. Nagoya University, Nagoya, Japan. -1998. -P. 72-75.
Rychkov A.D., Miloshevich H., Zhukov M.F. Modeling of interaction of the low-temperatute plasma jet with two-phase co-flow in a tube // Proceed. of 4th European CFD Conf. Athens, Greece, -1998. -Vol. 1. -Part 1. -P. 426-430.
Shokin Yu.I., Kedrinskii V.K., Vshivkov V.A., Dudnikova G.I. Shock waves and rarefaction waves in reactive two-phase media. 16 Int. Conf. on Numer. Methods in Fluid Dynamics. France. -1998.
Тема "Численное моделирование процессов в атмосфере, ионосфере и магнитосфере"
N гос. регистрации 01960011629.
Научный руководитель – академик Ю.И. Шокин
Институт вычислительных технологий СО РАН
отдел механики сплошной среды,
отдел моделирования природных явлений
На основе 2D гибридной численной модели проведено исследование динамики разлета облака плотной плазмы в неоднородном магнитном поле дипольного типа. Изучены особенности течения в зависимости от градиента магнитного поля и начальной энергии плазменного облака.
Работа выполнена в сотрудничестве с ИЛФ СО РАН.
Подготовлен базовый архив для исследований на основе метеорологических данных международного проекта REANALYSIS.
Проведены численные эксперименты на основе метода Монте-Карло по исследованию свойств упрощенной модели для расчета ковариаций ошибок прогноза. Показана применимость упрощенной модели, основанной на предположениях квазигеострофичности и квазибаротропности, для прогноза ковариаций ошибок прогноза на короткие сроки (6-12 часов).
Проведена оценка областей влияния на картину загрязнения в ряде Северных территорий и для Байкальского региона на основе построения обратных траекторий по климатическим данным архива "Реанализ".
Построено обобщение теории нормальных форм Пуанкаре на системы уравнений с частными производными, главная линейная часть которых есть система обыкновенных дифференциальных уравнений.
Проведены имитационные расчеты построения областей влияния для различных регионов Сибири на основе решения сопряженного уравнения переноса атмосферного аэрозоля. Сопряженное уравнение решается с использованием однопараметрической модели пограничного слоя атмосферы и монотонной конечно-разностной схемы Ботта. На рис.9 приведены результаты имитационного моделирования для нахождения области влияния для территории Пуровского района.
Рис. 9. Результат имитационного моделирования
для нахождения области влияния для территории Пуровского района
Подготовлены программы для построения изолиний примеси и расчерчивания траекторий, а также программа-интерфейс для работы с графическим образом.
Разработана система визуализации геофизической информации, работающая в рамках операционной системы Windows 95 и состоящая из графического процессора (пакета программ машинной графики) и диалоговой интерфейсной системы, выполняющей функции менеджера задач и графического редактора.
На основе комбинаторного подхода разработаны эффективные алгоритмы: триангуляции, геометрического поиска на треугольных сетках и построения линий уровня.
Важнейшие публикации по теме.
Куценогий К.П., Ривин Г.С. Мониторинг, база данных и математическое моделирование переноса аэрозолей в Сибири // Вычислительные технологии - 1998. - N 5. С. 51 - 62.
Медведев С.Б. Инициализация для региональной модели атмосферы с использованием вариационного метода // Метеорология и гидрология. - 1998. - N 6. С. 35 - 44.
Никитин С.А., Вшивков В.А., Снытников В.Н. Численное моделирование влияния дипольного магнитного поля новой звезды на разлет ее оболочки.// Вычислительные технологии. -1998. -т.3. - N 4.
Ривин Г.С., Воронина П.В. Математическое моделирование для оценки областей воздействия мощных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу // Доклады Первой Международной конференция "Цифровая обработка информации и управление в чрезвычайных ситуациях" (22-25 сентября 1998 г., Минск).том 2. Минск. - 1998. - С. 215-220.
Ривин Г.С., Воронина П.В. Перенос аэрозоля в атмосфере: имитационные эксперименты // Оптика атмосферы и океана. - 1998. - N 7. - С. 741 - 746.
Ривин Г.С., Климова Е.Г., Куликов А.И. Оценка влияния климатических метеоусловий на картину распространения аэрозолей в Сибирском регионе // Оптика атмосферы и океана. - 1998. - N 6. - С. 561 - 566.
Berezin Yu.A., Dudnikova G.I., Fedoruk M.P., Vshivkov V.A. Explosion phenomena in collisionless plasmas at super-alfvenic speed. // Int. J. Comp. & Fluid Dynamics. -1998. -v. 10. -pp. 117-126.
Klimova E.G. Asymptotic properties of the data assimilation algorithm based on the Kalman filter // Research activities in atmospheric and oceanic modelling. - 1998. - WMO/TD-No. 865. - P. 1.31-1.32.
Klimova E.G., Rivin G.S. Inverse traces for the passive pollutants // Preprints of the 23rd NATO/CCMS International Technical Meeting on Air Pollution Modellimg and its Aplication, September 28 – October 2, 1998, Varna, Bulgaria. - P. 163 - 167.
Rivin G.S., Klimova E.G. Assimilation system, atmospherical modelling and ecological problems for the Siberian region using NCEP reanalysis data // Procedings of the First WCRP International Conference on Reanalysis, Silver Spring, Maryland, 27 - 31 0ctober, 1997. - 1998. - WMO/TD-No. 876. - P. 398 -401.
Rivin G.S., Klimova E.G. Inverse traces for the passive pollutants: numerical experiments with Reanalysis data. Research activities in atmospheric and oceanic modelling // Research activities in atmospheric and oceanic modelling. - 1998. - WMO/TD-No. 865. - P. 2.31-2.32.
Rivin G.S., Voronina P.V. Transport of aerosols in Siberian region: imitative experiments // Research activities in atmospheric and oceanic modelling. - 1998. - WMO/TD-No. 865. - P. 5.42-5.43.
Тема "Математическое моделирование и численный эксперимент в физике и микроэлектронике"
N гос. регистрации 01960011631.
Научный руководитель – д.ф.-м.н., профессор Г.В. Гадияк
Институт вычислительных технологий СО РАН
отдел механики сплошной среды
Предложена новая теоретическая модель для описания термического окисления кремния. Модель принимает во внимание реакции, происходящие в объеме и на двух границах раздела слоя окисла, а также диффузию окислителя, расчет констант реакции в диффузионном приближении. Результаты расчетов находятся в прекрасном согласии с экспериментом, выполненном в диапазоне температур (800о – 1200о) и толщин окислов 
для окисления в сухом кислороде О2 и атмосфере N2O. Выполнено сравнение двух хорошо известных в литературе моделей и предложенной.
Впервые построена теоретическая модель для описания эволюции Pb центров на границе раздела Si/SiО2 при их отжиге в вакууме. Модель принимает во внимание реакции, происходящие с центрами на границе раздела, диффузию атомарного и молекулярного водорода. Выполнен расчет констант реакций в диффузном приближении. Результаты расчетов находятся в согласии с экспериментом в диапазоне температур (480о-800о) и толщин окислов 
для граней кремния (111) и (100).
Проведено квантовомеханическое изучение электронной структуры Si-Si дефекта и двухкоординированного атома азота в нитриде и оксинитриде кремния. Численное моделирование позволило показать, что двухкоординированный атом азота является центром захвата электронов для любого состава оксинитрида, но может захватывать дырки только при очень низком содержании азота. Это позволило впервые понять природу устранения электронных ловушек при повторном окислении оксинитрида в процессе изготовления MOS приборов.
Проведенные расчеты показали, что согласие с экспериментом для длины волны пространственных биений интенсивности излучения, наблюдаемого в экспериментах по модуляции электронного пучка на оптических частотах, можно получить, если учесть расходимость падающего электронного пучка. Предложена феноменологическая модель, позволяющая объяснить большую часть экспериментальных результатов по эффекту Шварца-Хоры, которые не были объяснены предыдущими квантовыми моделями.
Важнейшие публикации по теме.
Гадияк Г.В. Развитие теории термического окисления кремния // Микроэлектроника. -1998. -Т. 27.- N 3. -С. 226-231.
Gritsenko V.A., Morokov Yu.N., Novikov Yu.N., Wong H. Two-fold coordinated nitrogen atom: an electron trap in MOS devices with silicon oxynitride gate dielectric (направлена в Nature. -3p.)
Gritsenko V.A., Novikov Yu.N., Morokov Yu.N. Wong H. Simulation of electronic structure of Si-Si bond traps in oxide/nitride/oxide structure // Microelectronics and Realibility. -1998. -Vol. 38. -P.1457-1464.
Morokov Yu.N. Long beating wavelength in the Schwarz-Hora effect // e-preprint quant-ph/9802002. -3P. -RevTex.
Morokov Yu.N. The Schwarz-Hora effect: present-day situation // To be published in SPIE Proceedings: XVI International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO'98). Moscow. -June. -1998. -7p.
Тема: Разработка методов и средств математического моделирования работы АСУ ТП топливно-энергетических устройств и систем (шифр "Модель").
N гос. регистрации 01930010498.
Научный руководитель - к.т.н. Е.П. Золотухин.
Конструкторско-технологический институт вычислительной техники СО РАН
В рамках работ по теме "МОДЕЛЬ" в операционной среде Windows реализована система моделирования CHIWIN. Входной язык системы (расширение языка Си++) является процессно-ориентированным языком имитационного моделирования для построения иерархических моделей из объектов, взаимодействующих между собой с помощью передачи сообщений.
Система обеспечивает визуализацию процесса моделирования и интерактивное взаимодействие пользователя с моделью. Система предназначена для моделирования широкого класса распределённых систем реального времени.
В системе моделирования реализована специализированная библиотека для моделирования подсистем управления АСУ ТП энергоблока.. С помощью этой библиотеки разработаны модели типовых схем упpавления АСУ ТП энергоблока и АСУ ТП Химводоочистки .
На базе CHIWIN разработана система распределенного имитационного моделирования, работающая под управлением операционной системы QNX-4 (операционная система семейства UNIX), то есть в той же операционной среде что и АСУ ТП, что позволяет реализовывать модели, включенные в оперативный контур управления.
Важнейшие публикации по теме.
Зензин А.С., Окольнишников В.В., Рудометов С.В. Интегрированная с АСУ ТП система распределенного моделирования. // Труды VI Международного семинара "Распределенная обработка информации".-1998. Новосибирск.- С. 511 - 514.
Золотухин Е.П., Окольнишников В.В. Моделирование системы химической очистки воды // Труды VI Международного семинара "Распределенная обработка информации"- 1998.- Новосибирск.- С. 249 - 252.
Окольнишников В.В, Рудометов С.В. Моделирование систем управления распределенных систем реального времени. // Труды ИВМиМГ СО РАН. Сер. "Системное моделирование".- Вып. 4(22).- 1998.- Новосибирск.- С. 141 - 150.
Окольнишников В.В. Информационно-функциональная модель АСУ ТП. // Труды ИВМиМГ СО РАН. Сер. "Системное моделирование". Вып. 5(23). -1998. -Новосибирск. -С. 16. (В печати).
Окольнишников В.В. Система моделирования распределенных систем реального времени. // Труды ИВМиМГ СО РАН. Сер. "Системное моделирование".- Вып. 4(22).- 1998. -Новосибирск.- С. 129 - 140.
Рудометов С.В. Язык распределенного имитационного моделирования и его реализация. // Труды VI Международного семинара "Распределенная обработка информации".-1998.- Новосибирск.- С. 147 - 151.
Zolotuchin Y.P., Okol'nishnikov V.V. Simulation of Control System for Water Treatment // Proc. of the Third International Congress of the Federation of European Simulation Societies.- Vol.3.- Helsinki. Finland. April 1998.- Р. 526 - 529.
Тема: Разработка новых информационных технологий, исследование принципов функционирования и молекулярной топологии нейронных систем (шифр "Мединформ-2").
N гос. регистрации 01970004135.
Научные руководители - к.б.н. А.С.Ратушняк, к.б.н. Л.Н.Гринкевич.
Организация-соисполнитель - Институт физиологии РАН.
Конструкторско-технологический институт вычислительной техники СО РАН
Проведено изучение роли нескольких молекулярных структур нейрона в формировании и сохранении следов памяти:
Исследованы модификации весов отдельных входов нервной клетки и их взаимодействия, а также влияние на формирование и сохранение ответов нейрона на локальный стимул изменения динамического равновесия основных цитоскелетных белков: актина и тубулина. Изменение состояния этих белков достигалось использованием взаимодействующих с ними высокоспецифических веществ: фаллоидина, таксола, цитохалазина и колхицина.
При регистрации ионных токов, протекающих через различные участки одного нейрона, были обнаружены значительные отличия по амплитуде и соотношению входящих и выходящих токов. В пределах одного нейрона можно было обнаружить участки, на которых регистрировались либо только входящие, либо выходящие токи, а также участки, на которых были зарегистрированы оба компонента суммарных ионных токов. Регистрация ионных токов, протекающих через участки сомы нейрона, выявила локальное увеличением входящих токов. В случае уменьшения и в случае увеличения эффективности вызова спайковых ответов, независимо от типа проводимой стимуляции (локальная стимуляция участка или в сочетании с внутриклеточной стимуляцией), изменения ионных токов были сходны. При перестройке подпороговых и спайковых ответов амплитуда входящих токов увеличивалась на 50-200% (в сравнении с токами, которые регистрировали до проведения стимуляции). Восстановление реакции сопровождалось возвращением ионных токов к исходному значению. Не изменялись ионные токи, протекающие через участок, на котором не проводилась стимуляция. В случае, если многократная стимуляция не вызывала изменения эффективности ответа, не было зарегистрировано и изменение токов на участках мембраны сомы нейрона.
У нейронов, помещенных в солевой раствор, не содержащий ионов натрия, основные изменения выражались в увеличении амплитуды входящих токов. В безкальциевом растворе ответы нейронов под воздействием стимуляции не изменялись. Не происходило и увеличение входящих ионных токов.
Исследовано влияние локальных модификаций ионной проводимости на пластические свойства сомы нейрона. Для этой цели был использован кальциевый ионофор А-23187. Молекулы кальциевого ионофора встраиваются в мембрану и значительно повышают вхождение ионов кальция в клетку. В случае введения кальциевого ионофора было обнаружено, что спайковые ответы на стимулы, подаваемые на микропипетку, прекращались после предъявления первых 4-5 воздействий. При проведении повторной стимуляции другого участка не было обнаружено изменение динамики перестройки ответов.
Полученные данные позволили разработать феноменологическую модель функциональной пластичности нейронального входа и уточнить параметры модели "принятия решения" при взаимодействии множества входов.
Важнейшие публикации по теме.
Гринкевич Л.Н., Лисачев П.Д. Роль транскрипционных факторов и пути регуляции их активности в механизмах пластичности Helix // Международная конференция "Рецепция и внутриклеточная сигнализация ".- Пущино.- 1998 .- С. 141-144.
Гринкевич Л.Н., Меркулова Т.Н., Лисачев П.Д. Активация транскрипционных факторов CRE и AP1 семейств коррелирует с развитием пластичности у Helix // Журнал высшей нервной деятельности.- 1998.- т. 48.- N 6.- С. 312-323.
Гринкевич Л.Н., Топоркова Л.Б., Лисачев П.Д., Васильев Возможные пути регуляции оборонительных форм пластичности у HELIX // Сборник трудов XVII съезда физиологов России. - Ростов-на-Дону.- 1998 .- С.273.
Запара Т.А., Ратушняк А.С., Симонова О.Г. Влияние динамических перестроек цитоскелета на формирование и сохранение нейрональных пластических реакций // Сборник трудов XVII съезда физиологов России. - Ростов-на-Дону.- 1998 .- С. 149-150.
Запара Т.А., Ратушняк А.С., Симонова О.Г. Оценка участия лабильности цитоскелета во внутриклеточной сигнализации по динамике нейрональной пластичности // Международная конференция "Рецепция и внутриклеточная сигнализация ".- Пущино.- 1998 .- С 175-176.
Запара Т.А., Симонова О.Г., Жарких А.А., Ратушняк А.С. Влияние динамического состояния цитоскелета на нейрональную пластичность // Российский физиологический журнал.- 1998.- N 12.- С. 264-273.
Лисачев П.Д., Гринкевич Л.Н. Изменение характера нейромодуляторных эффектов серотонина при обучении у виноградной улитки // Сборник трудов XVII съезда физиологов России. - Ростов-на-Дону.- 1998 .- С. 29.
Grinkevich L.N., Toporkova L.B., Lisachev P.D., Izvarina N.L. Role of G-proteins and second messenger systems in the plasticity of a defensive reflex in the common snail // Neurosci. Behav. Physiol.- 1998.- 28(2) -P.101-106.
Ratushnyak A.S., Zapara T.A., Zharkikh A.A., Ratushnyak O.A. Effects of changes in dynamic equilibrium in microtubule and microfilament systems on the plastic responses of neurons. // Neurosci Behav Physiol .-1998 Jul-Aug. 27(4) –P.353-359.
Исследование АСУ ТП с многократным резервированием для достижения заданной функциональной надежности (шифр "Надежность").
N гос. регистрации 01940010497.
Научный руководитель и ответственный исполнитель - к.т.н. А.С. Зензин.
Конструкторско-технологический институт вычислительной техники СО РАН
Разработана и исследована методика анализа надежности по управляющим функциям для многофункциональных, многокомпонентных, восстанавливаемых систем со сложной структурой. На примере АСУ ТП пускового комплекса энергоблока 225 Мвт Уренгойской ГРЭС и головной АСУ ТП энергоблока 215 Мвт выполнены расчеты для следующих управляющих функций:
Для управляющих функций расчет был произведен для двух видов отказов: несрабатывания и ложного срабатывания.
При анализе надежности сформулированы критерии отказов функций. За отказ функции технологических защит предложено считать событие, приводящее к невозможности срабатывания защиты в тот момент, когда поступил запрос на ее срабатывание, или ложное срабатывание защиты с воздействием на исполнительный механизм. При этом отказ технических средств, реализующих защиту, при отсутствии запроса на срабатывание защиты не является отказом функции. Отказом функции дистанционного управления исполнительным механизмом является событие, приводящее к невозможности управления при наличии у оператора технологической потребности в этом. Отказом считается и выработка ложной команды управления. Для функции автоматического управления событием отказа является невозможность выполнения логических дискретных управляющих воздействий в соответствии с отдельной технологической схемой (например, блокировка, аварийное включение резерва, шаг технологической программы и т. д.) при наличии технологической потребности в них. В случае автоматического регулирования отказом является событие, заключающееся в неподдержании значения отдельного технологического параметра в заданном диапазоне в то время, когда имеется технологическая необходимость в этом, или выработка ложной команды управления.
Оценка показателей надежности функций АСУ ТП произведена только с учетом надежности технических средств (для экспоненциальных законов распределения времени безотказной работы и восстановления элементов). Программное обеспечение и персонал предполагались абсолютно надежными.
Расчет показателей надежности вышеприведенных функций АСУ ТП осуществлен на основе метода критических групп элементов. Для нахождения минимальных сечений, необходимых для применения метода критических групп элементов, использован метод деревьев отказов, построенных для событий несрабатывания и ложного срабатывания.
Для нахождения и оптимизации минимальных сечений реализована программа MINSECH, результатом выполнения которой является список найденных минимальных сечений с учетом оптимальной группировки технических средств. Непосредственный расчет показателей надежности выполнен с использованием программы CTF, реализованной на основе метода критических групп элементов.
Проведен обзор существующих методов оценки качества и надежности программных систем. Исследованы методы оценки качества программного обеспечения, основанные на использовании статических и динамических метрик: простейших объемных, мер Холстеда, циклометрических мер сложности Мак-Кейба, мер Хенри и Кафуры. Проведен анализ Пуассоновских моделей роста надежности программного обеспечения, учитывающих стратегию тестирования и методологию разработки программного обеспечения, структуру и распределение ошибок, их взаимное влияние и многие другие факторы. Анализировались: экспоненциальная модель Гоэла-Окумото, модифицированная экспоненциальная модель, учитывающая неоднородную скорость обнаружения ошибок, модифицированная S – образная модель Гоэла-Окумото и др. модели. Исследованы различные технологии тестирования с использованием оценок надежности программного обеспечения.
Предложен новый оригинальный метод проектной оценки надежности программного обеспечения, заключающийся в минимизации в ошибках субъективных составляющих, вносимых программистами-разработчиками. Метод основан на разработке специальных тест-программ, условия разработки которых приближены к условия разработки рабочих программ. Тест-программы реализуются программистами-разработчиками и подвергаются анализу на надежность с помощью специально разработанной для этого программы с получением количественных характеристик надежности. Оценка сложности каждой компоненты разрабатываемой программной системы производится в единицах тест-программы. По результатам надежности выполненных тест-программ программистами-разработчиками производится оценка надежности компонент программной системы и всего комплекса в целом.
Основные публикации по теме:
Зензин А.С., Рубо Ю.В. Расчет показателей надежности функций АСУ ТП энергоблока 225 Мвт Уренгойской ГРЭС и информационных функций АСУ ТП энергоблока N15 Сургутской ГРЭС-1 // Электрические станции (в печати).
Зензин А.С., Рубо Ю.В., Трескова С.П. Качество и надежность программного обеспечения. // Автометрия. (в печати)
 Нач. раздела. |
Далее 
|
 Webmaster Обратная связь |
|
© 1999 Institute of Computational Technologies SB RAS, Novosibirsk
Last update: Friday, 11-Jun-1999 13:12:00 NOVST