Szó szerint most megtudtam egy teljesen lenyűgöző eszközt - egy vízszámítógépet. Lukjanov hidraulikus integrátora - a világ első számítógépe a részleges differenciálegyenletek megoldására - fél évszázad alatt volt az egyetlen számítástechnika, amely a matematikai fizika sokféle problémájához kapcsolódott.
1936-ban létrehozott egy számológépet, amelyben minden matematikai műveletet folyó víz segítségével hajtottak végre. Hallottál erről?
Az első IG-1 hidrointegrátort úgy tervezték, hogy megoldja a legegyszerűbb - egydimenziós problémákat. 1941-ben kétdimenziós hidraulikus integrátort terveztek külön szakaszok formájában. Ezt követően az integrátort módosítottuk háromdimenziós problémák megoldására.
A tömegtermelés megszervezése után az integrátorokat külföldre exportálták: Csehszlovákiába, Lengyelországba, Bulgáriába és Kínába. De országunkban a legnagyobb forgalmazást kapták. Segítségükkel tudományos kutatásokat végeztek a "Mirny" településen, a Karakum-csatorna és a Bajkál-Amur vezeték projektjének kiszámítását. A hidrointegrátorokat sikeresen alkalmazták az aknák építésében, a geológiában, az építési hőfizikában, a kohászatban, a sziklaművekben és sok más területen.
Az első digitális elektronikai számítógépek (DECM), amelyek az 50-es évek elején jelentkeztek, nem tudtak versenyezni a "víz" gépen. A hidrointegrátor fő előnyei a számítási folyamat egyértelműsége, a tervezés és a programozás egyszerűsége. Az első és a második generációs számítógépek drágák, alacsony teljesítményűek, kis memóriájúak, korlátozott perifériás készlettel, rosszul fejlett szoftverekkel és minősített karbantartást igényeltek. Különösen az örök fagy problémáit könnyedén és gyorsan meg lehet oldani egy hidrointegrátoron és egy számítógépen - nagy nehézségekkel. Az 1970-es évek közepén az ország 40 városában található 115 ipari, tudományos és oktatási szervezetben hidraulikus integrátorokat alkalmaztak. Csak a 80-as évek elején volt a kis méretű, olcsó,nagysebességű és memóriakapacitással rendelkező digitális számítógépekkel, amelyek teljes mértékben lefedik a hidrointegrátor képességeit.
És még egy kicsit azok számára, akiket érdekel a részletek.
Promóciós videó:
A hidrointegrátor létrehozását egy komplex műszaki probléma diktálta, amelyre a fiatal szakember V. Lukjanov szembesült a munka első évében.
A moszkvai vasúti mérnöki intézet (MIIT) elvégzése után Lukjanovot a Troitsk-Orsk és a Kartaly-Magnitnaya (ma Magnitogorsk) vasútépítésre küldték.
Az 1920-as és 1930-as években a vasút építése lassú volt. A fő munkaeszközök egy lapát, csákány és talicska voltak, a feltárást és a betonozást csak nyáron végezték. A munka minősége azonban továbbra is alacsony volt, repedések jelentek meg - a vasbeton szerkezetek csapása.
Lukjanov érdeklődött a beton repedésének okain. Hőmérsékleti eredetükre vonatkozó állítását a szakértők szkepticizmussal kezelik. A fiatal mérnök megkezdi a betonkőműves hőmérsékleti rendjeinek kutatását, a beton összetételétől, a felhasznált cementtől, a munka technológiájától és a külső körülményektől függően. A hőáramok eloszlását a hőmérséklet és a beton tulajdonságai közötti összetett összefüggések írják le, amelyek idővel változnak. Ezeket a kapcsolatokat az úgynevezett részleges differenciálegyenletek fejezik ki. Az abban az időben (1928) létező számítási módszerek azonban nem adtak gyors és pontos megoldást.
A probléma megoldásának módjait keresve Lukjanov a matematikusok és mérnökök munkájához fordul. Megtalálja a helyes irányt a kiemelkedő orosz tudósok - A. N. Krylov, N. N. Pavlovsky és M. V. Kirpichev - tudósok munkájában.
A hajógyártó mérnök, szerelő, fizikus és matematikus, Aleksei Nikolajevics Krylov (1863-1945) akadémikus akadémikus 1910 végén egy egyedi mechanikus analóg számítógépet épített - egy differenciálintegrátort a 4. rend rendes differenciálegyenleteinek megoldására.
Nikolai Nikolaevich Pavlovsky (1884–1937) akadémikus foglalkozott a hidraulikával. 1918-ban bebizonyította annak lehetőségét, hogy az egyik fizikai folyamat helyettesíthető egy másikkal, ha ugyanaz az egyenlet írja le őket (a modellezés analógiájának alapelve).
Mikhail Viktorovich Kirpichev (1879-1955) akadémikus - a hőtechnika szakértője - kidolgozta az ipari létesítmények modellezési folyamatainak elméletét - a helyi hőmodellezés módszerét. A módszer lehetővé tette a nagy ipari létesítményekben megfigyelt jelenségek laboratóriumi körülmények között történő reprodukálását.
Lukjanov képes volt általánosítani a nagy tudósok gondolatait: a modell a matematikai igazság legmegfelelőbb megjelenítésének mértéke. Miután kutatást végzett és megbizonyosodott arról, hogy a vízáramlás és a hőterjedés törvényei nagyjából hasonlóak, arra a következtetésre jutott, hogy a víz a termikus folyamat modellje lehet. 1934-ben Lukjanov egy alapvetően új módszert javasolt a nem állandó folyamatok kiszámításának gépesítésére - a hidraulikus analógiák módszerét, és egy évvel később létrehozta egy hőhidraulikus modellt a módszer bemutatására. Ez a tetőfedő vasból, lemezből és üvegcsövekből készült primitív eszköz sikeresen megoldotta a beton hőmérsékleti körülményeinek tanulmányozásának problémáját.
Fő egysége egy meghatározott kapacitású függőleges főtartály volt, változó hidraulikus ellenállású csövekkel összekötve és mozgatható edényekhez csatlakoztatva. Emelve és leengedve megváltoztak a víz nyomása a fő edényekben. A számítási folyamat megkezdését vagy leállítását általános irányítású daruk végezték.
1936-ban a világ első részleges differenciálegyenletek megoldására szolgáló számítástechnikai gépe, Lukjanov hidraulikus integrátora, üzembe került.
A hidrointegrátor problémájának megoldásához a következőkre volt szükség:
1) elkészíti a vizsgált folyamat tervezési diagramját;
2) ezen ábra alapján csatlakoztassa az edényeket, határozza meg és válassza ki a csövek hidraulikus ellenállásának értékeit;
3) kiszámítja a szükséges érték kezdeti értékeit;
4) rajzoljon grafikát a modellezett folyamat külső körülményeinek változásairól.
Ezt követően meghatározták a kezdeti értékeket: a zárt csapokkal ellátott fő és mozgatható edényeket a kiszámított szintre feltöltötték vízzel és a piezométerek (mérőcsövek) mögött rögzített grafikonpapírra megjelölték - egyfajta görbét kaptunk. Ezután az összes csapot egyszerre kinyitottuk, és a kutató megváltoztatta a mozgatható edények magasságát a szimulált folyamat külső feltételeinek változásának ütemezése szerint. Ebben az esetben a fő tartályok víznyomása ugyanazon törvény szerint változott, mint a hőmérséklet. A piezométerek folyadékszintje megváltozott, a megfelelő időben a csapok bezáródtak, megállítva a folyamatot, és a szintek új helyzetét grafikonpapírra megjelöltük. Ezen jelek alapján egy grafikon készült, amely a probléma megoldása volt.
A hidrointegrátor képességei szokatlanul szélesnek és ígéretesnek bizonyultak. 1938-ban V. S. Luk'yanov létrehozta a hidraulikai analógiák laboratóriumát, amely hamarosan az ország nemzetgazdaságába történő bevezetésének alapvető szervezetévé vált. Negyven évig a laboratórium vezetője maradt.
A hidraulikus analógia módszer széles körű alkalmazásának fő feltétele a hidraulikus integrátor fejlesztése volt. A praktikus alkalmazásban kényelmes kialakítás lehetővé tette különféle típusú problémák megoldását - egydimenziós, kétdimenziós és háromdimenziós. Például a víz áramlása egyenes vonalban egydimenziós áramlás. Kétdimenziós mozgás figyelhető meg a nagy folyó kanyarodások területein, szigetek és félszigetek közelében, és a talajvíz három dimenzióban terjed.
Az első IG-1 hidrointegrátort a legegyszerűbb - egydimenziós - feladatok megoldására tervezték. 1941-ben kétdimenziós hidraulikus integrátort terveztek külön szakaszok formájában.
1949-ben a Szovjetunió Minisztertanácsának rendeletével Moszkvában létrehozták a "NIISCHETMASH" speciális intézetet, amely kiválasztotta és felkészítette a számítógépes technológia új modelljeinek sorozatgyártására. Az egyik ilyen gép a hidrointegrátor volt. Hat évig az intézet új szabványtervezetet dolgozott ki a szabványos egységes blokkokból, és a Ryazan számológép és analitikai gép gyárában sorozatgyártásuk az IGL (Lukyanov hidraulikus rendszerintegrátor) márkanévvel kezdődött. Korábban az egyes hidraulikus integrátorokat a számológép és az elemző gépek moszkvai gyárának (CAM) gyártották. A gyártási folyamat során a szekciókat módosítottuk háromdimenziós problémák megoldására.
1951-ben V. S. Lukjanov elnyerte az állami díjat a hidrointegrátorok családjának létrehozásáért.
A tömegtermelés megszervezése után az integrátorokat külföldre exportálták: Csehszlovákiába, Lengyelországba, Bulgáriába és Kínába. De országunkban a legnagyobb forgalmazást kapták. Segítségükkel tudományos kutatásokat végeztek a "Mirny" településen, a Karakum-csatorna és a Bajkál-Amur vezeték projektjének kiszámítását. A hidrointegrátorokat sikeresen alkalmazták az aknák építésében, a geológiában, az építési hőfizikában, a kohászatban, a sziklaművekben és sok más területen.
A hidraulikus analógiák módszerének hatékonysága a világ első vízerőművének vasbeton tömbjeinek előgyártott betonból - a Saratov vízerőmű im. Lenin Komsomol (1956-1970). Körülbelül három ezer hatalmas blokk gyártási technológiáját kellett kidolgozni, 200 tonna tömegig. A blokkoknak gyorsan kellett érniük, anélkül, hogy minden évszakban repedtek volna a gyártósoron, és azonnal telepíteni kellett a helyükre. A hőmérsékleti viszonyok rendkívül összetett kiszámítását, figyelembe véve a keményedő beton tulajdonságainak folyamatos változását és az elektromos fűtés körülményeit, csak Lukyanov hidrointegrátorának köszönhetően, időben és a szükséges térfogatban végezték el. Az elméleti számítások a kísérleti helyszínen végzett tesztekkel és a gyártás során lehetővé tették a kifogástalan minőségű blokkok gyártásának technológiájának kidolgozását.
Az első digitális elektronikai számítógépek (DECM), amelyek az 50-es évek elején jelentkeztek, nem tudtak versenyezni a "víz" gépen. A hidrointegrátor fő előnyei a számítási folyamat egyértelműsége, a tervezés és a programozás egyszerűsége. Az első és a második generációs számítógépek drágák, alacsony teljesítményűek, kis memóriájúak, korlátozott perifériás készlettel, rosszul fejlett szoftverekkel és minősített karbantartást igényeltek. Különösen az örök fagy problémáit könnyedén és gyorsan meg lehet oldani egy hidrointegrátoron és egy számítógépen - nagy nehézségekkel. Ezenkívül a hidraulikus analógiák módszerének előzetes alkalmazása hozzájárult a probléma megfogalmazásához, javaslatot tett a számítógépes programozás módjára, sőt még a vezérlésére is a súlyos hibák elkerülése érdekében. Az 1970-es évek közepén az ország 40 városában található 115 ipari, tudományos és oktatási szervezetben hidraulikus integrátorokat alkalmaztak. Csak a 80-as évek elején jelent meg kis méretű, olcsó digitális számítógép, nagy sebességgel és memóriakapacitással, amely teljesen átfedésben van a hidrointegrátor képességeivel.
Két mosogatógép Lukyanov-ot mutat be a moszkvai Politechnikai Múzeum analóg gépeinek gyűjteményében. Ez ritka, nagy történelmi értéket képviselő kiállítás, tudományos és technológiai emlékmű. Az eredeti számítástechnikai eszközök állandó érdeklődést mutatnak a látogatók körében, és a számítástechnikai osztály legértékesebb kiállításainak egyike.