Мода на «комп'ютерний аналіз»

Дмитро Назаров

Появі більшості нових закордонних конструкцій (автомобілів, літаків, мостів, ракет, мостів, будинків і т.д.) ми зобов'язані програмами кінцево-елементного аналізу [1]. Ринок, що розігріваються рекламою софтверних компаній, змушує використовувати програми аналізу, найчастіше не даючи можливості вітчизняним проектувальникам реально поглянути на їх можливості. Міфи про достовірність розрахунків програм кінцево-елементного аналізу мимоволі змушують замислитися про необхідність академій, університетів, НДІ і т.д., адже рівень знань, необхідних для відтворення моделі, потрібно нікчемний, а красиві різнокольорові картинки, що представляють результати розрахунків настільки вражаюче! Однак не варто забувати, що критерієм вірності будь-якого з результатів розрахунків був і залишається фізичний експеримент. Результати розрахунків представляють всього лише підсумок моделювання реальної конструкції. Від вдалу моделі та математичного апарату, що реалізує модель, залежить відповідність результатів розрахунку і експериментальної перевірки [2]. Мова йтиме про принципові помилки, похибки яких становлять не 5 ... 10%, а 100% і більше.

При створення, програма аналізу проходить три етапи:

1) фізична модель;

2) математична модель (алгоритм);

3) чисельна реалізація (програма).

На кожному етапі можуть виникати помилки. Однак якщо створення алгоритму або тексту програми досить налагоджений механізм, то створення фізичної моделі відноситься до галузі наукових гіпотез. Відзначимо, що наукові омани властиві будь-якій людині, це нормальний розвиток процесу пізнання. Однак якщо раніше досягнення вчених не носили грандіозного впливу на людство в цілому, то сьогодні це досить небезпечно. Якщо, з точки зору безпеки, подання землі (планета, центр всесвіту, тарілка) не є катастрофічним, то інші помилки вчених можуть дорого обійтися людству. Наприклад, до практичного використання реакції ядерного розпаду фізики-ядерники просто не знали про шкоду радіації, але перше масове застосування досягнень (Хіросіма і Нагасакі) чітко показало, наскільки радіація небезпечна для людини. Почни фізики з ядерних електростанцій, людство ще довго не дізналася б про шкоду радіації. Досягнення хіміків початку минулого століття - найпотужніший пестицид ДДТ досить довго вважався абсолютно безпечним для людини.

Обов'язок будь-якого вченого (що зіткнувся з подібними помилками) запобігти катастрофи. Наведемо висловлювання українського вченого А. Диченко: «Те, що зараз закладається в програми, що керують окремими комп'ютерами та спеціалізованими обчислювальними комплексами, може призвести не тільки до новим Боїнга, шатла, Чорнобиля, «проблем 2000». Вважаю, що настав час, і його не можна упустити, коли слід розпочати широку відкриту дискусію з таким, здавалося б, вузькоспеціальних питань, які в умовах застосування потужних сучасних технологій, широкого тиражування і бездумного використання помилкових програмних продуктів можуть придбати вагоме загальнолюдське значення ».

Так, багато компаній-продавці будуть боротися за «шматок пирога», адже вартість пакету кінцево-елементного аналізу перевищує кілька тисяч (а іноді десятки тисяч) доларів. Ймовірно, що без допомоги громадськості, навіть група вчених не зможе протистояти «замовчування» проблеми, особливо, з огляду на методи боротьби «цивілізованого» вітчизняного ринку. Будь-який науковець, що розуміє наскільки висока ціна помилки, зобов'язаний надати вагомі докази своєї правоти. Теоретичне доказ неможливості правильного рішення на рівні фізичної моделі було представлено на міжнародній науково-практичній конференції «Автоматизація та інформатизація машинобудування 2000» [3]. Пояснення помилок у математичної моделі представлено в [4]. Всім властиво помилятися і наявність публікацій не може бути незаперечним доказом. Основним критерієм може служити лише експеримент.

Отже, експеримент. Крім журнальних публікацій [5], вже півтора року тисячам фахівців і сотням компаній відомі чотири тестові завдання [6]. Для недосвідченого читача пояснимо: для розрахунку літака чи автомобіля потрібно використовувати більше ста тисяч елементів, в першому завданні елементів всього два, під другий - три, в третій - чотири, в четвертій - п'ять! Завдання являють тести різних помилок, як в теорії, так і математичної реалізації методу кінцевих елементів. З точки зору аналізу перше завдання - сама пересічна конструкція що складається з простих елементів.

За півтора роки не було представлено жодного правильного рішення! Хоча «поганих» листів прийшло більше сотні. Завдання обговорювалися в: fido7.ru.acad, групах розсилки сервера www.onelist.com xANSYS algor-users, marc-users, - завжди починаючись і закінчуючись лайкою на адресу автора завдань. Всіляко протидіючи можливості обговорення компанії-продавці, подібно кравцем з казки Андерсена «Голий король », намагаються присоромити користувачів в їх низької кваліфікації. Однак нагадаємо, компанії самі до цих пір не надали правильного рішення! Більше того, з великою кількістю графіків та схем у пресі було представлено рішення тільки однієї з чотирьох завдань [7] - неправильне. Помилки, при уважному розгляді статті, стають зрозумілі навіть студенту другого курсу технічного ВУЗу, а їх аналіз був даний ще в листопаді 1999 в fido7.ru.acad і буде опублікований (ймовірно) в № 6. Цікавий факт: одному з співавторів вищеназваної статті про конкретні помилки рішення було вказано ще в жовтні минулого року, проте, додавши співавторів, він опублікував статтю! Інші неправильні рішення були представлені в особистому листуванні, зрозуміло, без дозволу до посилання та публікації з боку компаній. Пропозиції про запрошення (за рахунок автора) на будь-яку з наукових конференцій за участю представників компаній завжди або відхилялося або ігнорувалося, очевидно, для подібних компаній надприбутки важливіше життя людей! Висновок очевидний, якщо для конструкцій з 2-х, 3-х, 4-х, 5-та елементів правильний результат не отримано, то використовувати подібні програми для реального проектування конструкцій неможливо, більше того - небезпечно. За помилкою в розрахунку обов'язково слідують катастрофи!

Зрозуміло, проблеми кінцево-елементного аналіз вимагають як наукового обговорення, так і суспільної уваги. Можливо, сьогодні ця проблема актуальна для людства не менш проблеми СНІДу, тому що результати кінцево-елементного аналіз безпосередньо використовуються для виготовлення ракет, літаків, кораблів, автомобілів, мостів, ангарів і т.д., причому без експериментальної перевірки, що веде до неминучих катастроф. Катастрофи, причини яких сьогодні вважаються прогоріли прокладки, незакрученние болти, погані фільтри і т.д., а перевірки розрахунків проводяться на тих же програмах, які принципово не можуть привести до правильного результату. Хочеться сподіватися, що на основі викладеного матеріалу читачі переконаються - на сьогоднішній день метод кінцевих елементів не застосовується для вирішення реальних завдань. Так само хочеться сподіватися, що громадськість змусить звернути увагу на цю проблему сучасних учених і обмежити область безвідповідального застосування подібних програм.

Список літератури

Назаров Д. Огляд сучасних програм кінцево-елементного аналізу// САПР і графіка. -- 2000, № 2.

Назаров Д. Геометрично нелінійний аналіз у методі кінцевих елементів, реальності і міфи// Проблеми динаміки, міцності і зносостійкості машин. - 2000, № 6, або http://pent.sopro.tu-chel.ac.ru/W/EJ.

Назаров Д.І. «Деякі особливості геометрично-нелінійних завдань» (див. www.tsu.tula.ru/aim/).

Назаров Д. «Аналіз основних помилок методу кінцевих елементів» на сервері "CAD user from exUSSR "www.cad.dp.ua в розділі« Огляди ».

Назаров Д.І. Сучасний стан геометрично нелінійного кінцево-елементного аналізу конструкцій// Інформаційні та соціально-економічні аспекти створення сучасних технологій. - 1999, № 3.

Архіви xANSYS, algor-users, marc-users сервера розсилки www.onelist.com, або сервер "CAD user from exUSSR" www.cad.dp.ua в розділі «Огляди», або архіви news: sci.engr.analysis, news: sci.engr.mech, news: fido7.ru.acad, news: fido7.ru.space.

Данілін А., Зуєв М., Снеговскій Д., Шалашілін В. Про використання методу кінцевих елементів при вирішенні геометрично нелінійних задач// САПР і графіка. - 2000, № 4.