Bogstaveligt talt lige nu lærte jeg om en absolut forbløffende enhed - en vandcomputer. Lukyanovs hydrauliske integrator - verdens første computermaskine til løsning af partielle differentialligninger - i et halvt århundrede var det eneste middel til beregning forbundet med en lang række problemer i matematisk fysik.
I 1936 skabte han en beregningsmaskine, hvor alle matematiske operationer blev udført med strømning af vand. Har du hørt om dette?
Den første hydrointegrator IG-1 var designet til at løse de mest enkle - endimensionelle problemer. I 1941 blev en todimensionel hydraulisk integrator designet i form af separate sektioner. Efterfølgende blev integratoren modificeret til at løse tredimensionelle problemer.
Efter organiseringen af masseproduktion begyndte integratorer at blive eksporteret til udlandet: til Tjekkoslovakiet, Polen, Bulgarien og Kina. Men de modtog den største distribution i vores land. Med deres hjælp blev der udført videnskabelig forskning i bosættelsen "Mirny", beregninger af projektet ved Karakum-kanalen og Baikal-Amur Mainline. Hydrointegratorer er med succes blevet anvendt inden for minekonstruktion, geologi, termisk fysisk konstruktion, metallurgi, raketry og mange andre områder.
De første digitale elektroniske computere (DECM), der optrådte i begyndelsen af 50'erne, kunne ikke konkurrere med "vand" -maskinen. De vigtigste fordele ved hydrointegratoren er klarheden i beregningsprocessen, enkelheden i design og programmering. Computere fra første og anden generation var dyre, havde lav ydelse, lille hukommelsesstørrelse, begrænset sæt perifert udstyr, dårligt udviklet software og krævede kvalificeret vedligeholdelse. Især blev permafrostproblemerne let og hurtigt løst på en hydrointegrator og på en computer - med store vanskeligheder. I midten af 1970'erne blev hydrauliske integratorer brugt i 115 industrielle, videnskabelige og uddannelsesorganisationer beliggende i 40 byer i vores land. Først i de tidlige 80'ere gjorde små, billige,med høj hastighed og hukommelseskapacitet digitale computere, der fuldstændigt dækker hydrointegratorens muligheder.
Og lidt mere for dem, der er interesseret i detaljerne.
Salgsfremmende video:
Oprettelsen af hydrointegrator blev dikteret af et komplekst teknisk problem, som den unge specialist V. Lukyanov stod overfor i det første år af arbejdet.
Efter endt uddannelse fra Moskva Institutet for Jernbaneingeniører (MIIT) blev Lukyanov sendt til opførelsen af jernbanerne Troitsk-Orsk og Kartaly-Magnitnaya (nu Magnitogorsk).
I 1920'erne og 1930'erne var opførelsen af jernbaner langsom. De vigtigste arbejdsredskaber var en skovl, en pickaxe og en trillebør, og udgravning og betonning blev kun udført om sommeren. Men kvaliteten af arbejdet forblev stadig lav, der opstod revner - svøbet af armeret betonkonstruktioner.
Lukyanov blev interesseret i årsagerne til revner i beton. Hans antagelse om deres temperaturoprindelse mødes med skepsis fra eksperter. Den unge ingeniør begynder at undersøge temperaturordninger i betonværk, afhængigt af sammensætningen af betonen, den anvendte cement, teknologien i arbejdet og eksterne forhold. Fordelingen af varmeflukser er beskrevet af komplekse forhold mellem temperatur og betonegenskaber, der ændrer sig over tid. Disse forhold udtrykkes ved de såkaldte partielle differentialligninger. Beregningsmetoderne, der eksisterede på det tidspunkt (1928), kunne imidlertid ikke give en hurtig og nøjagtig løsning.
På let efter måder at løse problemet henvender sig Lukyanov til værker af matematikere og ingeniører. Han finder den rigtige retning i værkerne af fremragende russiske videnskabsmænd - akademikere A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky og M. V. Kirpichev.
Skibsbygningsingeniør, mekaniker, fysiker og matematiker Akademiker Alexei Nikolaevich Krylov (1863-1945) i slutningen af 1910 byggede en unik mekanisk analog computermaskine - en differentiell integrator til at løse almindelige differentialligninger af 4. orden.
Akademikeren Nikolai Nikolaevich Pavlovsky (1884-1937) beskæftigede sig med hydraulik. I 1918 beviste han muligheden for at erstatte en fysisk proces med en anden, hvis de er beskrevet af den samme ligning (analogiets princip i modellering).
Akademikeren Mikhail Viktorovich Kirpichev (1879-1955) - en specialist inden for varmeteknik, udviklede teorien om modelleringsprocesser i industrielle installationer - metoden til lokal termisk modellering. Metoden gjorde det muligt at gengive de fænomener, der blev observeret ved store industrielle faciliteter under laboratoriebetingelser.
Lukyanov var i stand til at generalisere ideer fra store videnskabsmænd: En model er den højeste grad af visualisering af matematisk sandhed. Efter at have foretaget research og sørget for, at lovgivningen om vandstrøm og varmeforplantning stort set er ens, konkluderede han, at vand kan fungere som en model for den termiske proces. I 1934 foreslog Lukyanov en grundlæggende ny metode til mekanisering af beregningerne af ustabile processer - metoden med hydrauliske analogier, og et år senere oprettede en termisk hydraulisk model for at demonstrere metoden. Denne primitive enhed, der er lavet af tagjern, metalplader og glasrør, løste med succes problemet med at studere temperaturbetingelserne for beton.
Dets hovedenhed var lodrette hovedskibe med en vis kapacitet, forbundet med rør med variabel hydraulisk modstand og forbundet til bevægelige fartøjer. Ved at hæve og sænke dem ændrede de vandtrykket i de vigtigste kar. Start eller stop af beregningsprocessen blev udført af kraner med generel kontrol.
I 1936 blev verdens første computermaskine til løsning af partielle differentialligninger, Lukyanovs hydrauliske integrator, taget i drift.
For at løse problemet på hydrointegratoren var det nødvendigt:
1) udarbejde et designdiagram for den undersøgte proces
2) baseret på dette diagram, tilslut karrene, bestem og vælg værdierne for rørets hydrauliske modstand;
3) beregne startværdierne for den krævede værdi;
4) tegne en graf over ændringer i de eksterne betingelser i den modellerede proces.
Derefter blev de indledende værdier indstillet: de vigtigste og bevægelige kar med lukkede vandhaner blev fyldt med vand til de beregnede niveauer og markeret på grafpapir fastgjort bag piezometre (målerør) - en slags kurve blev opnået. Derefter blev alle vandhaner åbnet samtidigt, og forskeren ændrede højden på de bevægelige fartøjer i overensstemmelse med tidsplanen for ændringer i de eksterne forhold i den simulerede proces. I dette tilfælde varierede vandtrykket i hovedbeholderne i henhold til samme lov som temperaturen. Væskestandene i piezometrene ændrede sig, på det rigtige tidspunkt blev vandhanerne lukket, hvilket stoppede processen, og de nye positioner af niveauerne blev markeret på grafpapir. Baseret på disse mærker blev der lavet en graf, som var løsningen på problemet.
Hydrointegratorens kapacitet viste sig at være usædvanligt bred og lovende. I 1938 grundlagde V. S. Luk'yanov et laboratorium med hydrauliske analogier, som snart blev den grundlæggende organisation for at introducere metoden i landets nationale økonomi. Han forblev chef for dette laboratorium i fyrre år.
Den vigtigste betingelse for den udbredte anvendelse af den hydrauliske analogimetode var forbedringen af den hydrauliske integrator. Oprettelsen af en struktur, der er praktisk i praktisk anvendelse, gjorde det muligt at løse problemer af forskellige typer - en-dimensionel, to-dimensionel og tredimensionel. F.eks. Er strømmen af vand i retlinede grænser en endimensional strømning. To-dimensionel bevægelse observeres i områder med store flodbøjninger, nær øer og halvøer, og grundvandspredning i tre dimensioner.
Den første hydrointegrator IG-1 var designet til at løse de mest enkle - en-dimensionelle - opgaver. I 1941 blev en todimensionel hydraulisk integrator designet i form af separate sektioner.
I 1949 blev der ved et dekret fra Ministerrådet for Sovjetunionen oprettet et specielt institut "NIISCHETMASH" i Moskva, som modtog udvælgelse og forberedelse til serieproduktion af nye modeller af computerteknologi. En af de første sådanne maskiner var hydrointegratoren. I seks år har instituttet udviklet et nyt design af det fra standardforenede blokke, og på Ryazan-anlægget til beregnings- og analysemaskiner begyndte deres serieproduktion med fabriksmærket IGL (integrator af Lukyanovs hydrauliske system). Tidligere blev der indbygget enkelt hydrauliske integratorer i Moskva-anlægget til beregnings- og analysemaskiner (CAM). Under produktionsprocessen blev sektionerne ændret for at løse tredimensionelle problemer.
I 1951 blev V. S. Lukyanov tildelt statsprisen for oprettelsen af en familie af hydrointegratorer.
Efter organiseringen af masseproduktion begyndte integratorer at blive eksporteret til udlandet: til Tjekkoslovakiet, Polen, Bulgarien og Kina. Men de modtog den største distribution i vores land. Med deres hjælp blev der udført videnskabelig forskning i bosættelsen "Mirny", beregninger af projektet ved Karakum-kanalen og Baikal-Amur Mainline. Hydrointegratorer er med succes blevet anvendt inden for minekonstruktion, geologi, termisk fysisk konstruktion, metallurgi, raketry og mange andre områder.
Effektiviteten af metoden til hydrauliske analogier ved fremstilling af armeret betonblokke i verdens første vandkraftværk fra præfabrikeret beton - Saratov vandkraftværk im. Lenin Komsomol (1956-1970). Det var nødvendigt at udvikle en produktionsteknologi til omkring tre tusinde enorme blokke, der vejer op til 200 tons. Blokkene måtte modnes hurtigt uden at revne i produktionslinjen i alle årstider og umiddelbart installeres på plads. Meget komplekse beregninger af temperaturregimet under hensyntagen til den kontinuerlige ændring i egenskaberne af hærdebeton og betingelserne for elektrisk opvarmning blev foretaget rettidigt og i det krævede volumen kun takket være Lukyanovs hydrointegratorer. Teoretiske beregninger i kombination med test på et pilotsted og i produktionen tillod at udarbejde teknologien til produktionsblokke af upåklagelig kvalitet.
De første digitale elektroniske computere (DECM), der optrådte i begyndelsen af 50'erne, kunne ikke konkurrere med "vand" -maskinen. De vigtigste fordele ved hydrointegratoren er klarheden i beregningsprocessen, enkelheden i design og programmering. Computere fra første og anden generation var dyre, havde lav ydelse, lille hukommelsesstørrelse, begrænset sæt perifert udstyr, dårligt udviklet software og krævede kvalificeret vedligeholdelse. Især blev permafrostproblemerne let og hurtigt løst på en hydrointegrator og på en computer - med store vanskeligheder. Derudover hjalp den foreløbige anvendelse af metoden med hydrauliske analogier til formulering af problemet, antydende måde at programmere computer og endda kontrollere det for at undgå grove fejl. I midten af 1970'erne blev hydrauliske integratorer brugt i 115 industrielle, videnskabelige og uddannelsesorganisationer beliggende i 40 byer i vores land. Først i begyndelsen af 80'erne syntes små, billige digitale computere med høj hastighed og hukommelseskapacitet, hvilket overlappede hydrointegratorens funktioner fuldstændigt.
To Lukyanov-hydrointegratorer præsenteres i samlingen af analoge maskiner fra det polytekniske museum i Moskva. Dette er sjældne udstillinger med stor historisk værdi, videnskabsmonumenter og teknologi. Originale computerenheder er af konstant interesse for besøgende og er blandt de mest værdifulde udstillinger i databehandlingsafdelingen.