Буквально только сейчас узнал о совершенно потрясающем устройстве – водяном компьютере. Гидравлический интегратор Лукьянова — первая в мире вычислительная машина для решения дифференциальных уравнений в частных производных — на протяжении полувека был единственным средством вычислений, связанных с широким кругом задач математической физики.
В 1936 году он создал вычислительную машину, все математические операции в которой выполняла текущая вода. Слышали ли вы о таком?
Первый гидроинтегратор ИГ-1 был предназначен для решения наиболее простых – одномерных задач. В 1941 году сконструирован двухмерный гидравлический интегратор в виде отдельных секций. В последствии интегратор был модифицирован для решения трехмерных задач.
После организации серийного производства интеграторы стали экспортироваться за границу: в Чехословакию, Польшу, Болгарию и Китай. Но самое большое распространение они получили в нашей стране. С их помощью провели научные исследования в поселке "Мирный", расчеты проекта Каракумского канала и Байкало-Амурской магистрали. Гидроинтеграторы успешно использовались в шахтостроении, геологии, строительной теплофизике, металлургии, ракетостроении и во многих других областях.
Появившиеся в начале 50-х годов первые цифровые электронно-вычислительные машины (ЦЭВМ) не могли составить конкуренции "водяной" машине. Основные преимущества гидроинтегратора — наглядность процесса расчета, простота конструкции и программирования. ЭВМ первого и второго поколений были дороги, имели невысокую производительность, малый объем памяти, ограниченный набор периферийного оборудования, слабо развитое программное обеспечение, требовали квалифицированного обслуживания. В частности, задачи мерзлотоведения легко и быстро решались на гидроинтеграторе, а на ЭВМ — с большими сложностями. В середине 1970-х годов гидравлические интеграторы применялись в 115 производственных, научных и учебных организациях, расположенных в 40 городах нашей страны. Только в начале 80-х годов появились малогабаритные, дешевые, с большим быстродействием и объемом памяти цифровые ЭВМ, полностью перекрывающие возможности гидроинтегратора.
И еще немного для тех, кому интересны подробности.
Создание гидроинтегратора продиктовано сложной инженерной задачей, с которой молодой специалист В. Лукьянов столкнулся в первый же год работы.
После окончания Московского института инженеров путей сообщения (МИИТ) Лукьянов был направлен на постройку железных дорог Троицк-Орск и Карталы-Магнитная (ныне Магнитогорск).
В 20-30-е годы строительство железных дорог велось медленно. Основными рабочими инструментами были лопата, кирка и тачка, а земляные работы и бетонирование производились только летом. Но качество работ все равно оставалось невысоким, появлялись трещины — бич железобетонных конструкций.
Лукьянов заинтересовался причинами образования трещин в бетоне. Его предположение об их температурном происхождении сталкивается со скептическим отношением специалистов. Молодой инженер начинает исследования температурных режимов в бетонных кладках в зависимости от состава бетона, используемого цемента, технологии проведения работ и внешних условий. Распределение тепловых потоков описывается сложными соотношениями между температурой и меняющимися со временем свойствами бетона. Эти соотношения выражаются так называемыми уравнениями в частных производных. Однако существовавшие в то время (1928 год) методы расчетов не смогли дать быстрого и точного их решения.
В поисках путей решения проблемы Лукьянов обращается к трудам математиков и инженеров. Верное направление он находит в трудах выдающихся российских ученых — академиков А. Н. Крылова, Н. Н. Павловского и М. В. Кирпичева.
Инженер-кораблестроитель, механик, физик и математик академик Алексей Николаевич Крылов (1863-1945) в конце 1910 года построил уникальную механическую аналоговую вычислительную машину — дифференциальный интегратор для решения обыкновенных дифференциальных уравнений 4-го порядка.
Академик Николай Николаевич Павловский (1884-1937) занимался вопросами гидравлики. В 1918 году доказал возможность замены одного физического процесса другим, если они описываются одним и тем же уравнением (принцип аналогии при моделировании).
Академик Михаил Викторович Кирпичев (1879-1955) — специалист в области теплотехники, разработал теорию моделирования процессов в промышленных установках — метод локального теплового моделирования. Метод позволял в лабораторных условиях воспроизводить явления, наблюдаемые на больших промышленных объектах.
Лукьянов сумел обобщить идеи великих ученых: модель — вот высшая степень наглядности математической истины. Проведя исследования и убедившись, что законы течения воды и распространения тепла во многом сходны, он сделал вывод — вода может выступать в роли модели теплового процесса. В 1934 году Лукьянов предложил принципиально новый способ механизации расчетов неустановившихся процессов — метод гидравлических аналогий и спустя год создал тепловую гидромодель для демонстрации метода. Это примитивное устройство, сделанное из кровельного железа, жести и стеклянных трубок, успешно разрешило задачу исследования температурных режимов бетона.
Главным его узлом стали вертикальные основные сосуды определенной емкости, соединенные между собой трубками с изменяемыми гидравлическими сопротивлениями и подключенные к подвижным сосудам. Поднимая и опуская их, меняли напор воды в основных сосудах. Пуск или остановка процесса расчета производились кранами с общим управлением.
В 1936 году заработала первая в мире вычислительная машина для решения уравнений в частных производных — гидравлический интегратор Лукьянова.
Для решения задачи на гидроинтеграторе необходимо было:
1) составить расчетную схему исследуемого процесса;
2) на основании этой схемы произвести соединение сосудов, определить и подобрать величины гидравлических сопротивлений трубок;
3) рассчитать начальные значения искомой величины;
4) начертить график изменения внешних условий моделируемого процесса.
После этого задавали начальные значения: основные и подвижные сосуды при закрытых кранах наполняли водой до рассчитанных уровней и отмечали их на миллиметровой бумаге, прикрепленной за пьезометрами (измерительными трубками) — получалась своеобразная кривая. Затем все краны одновременно открывали, и исследователь менял высоту подвижных сосудов в соответствии с графиком изменения внешних условий моделируемого процесса. При этом напор воды в основных сосудах менялся по тому же закону, что и температура. Уровни жидкости в пьезометрах менялись, в нужные моменты времени краны закрывали, останавливая процесс, и на миллиметровой бумаге отмечали новые положения уровней. По этим отметкам строили график, который и был решением задачи.
Возможности гидроинтегратора оказались необычайно широки и перспективны. В 1938 году В. С. Лукьяновым была основана лаборатория гидравлических аналогий, которая вскоре превратилась в базовую организацию для внедрения метода в народное хозяйство страны. Руководителем этой лаборатории он оставался в течение сорока лет.
Главным условием широкого распространения метода гидравлической аналогии стало совершенствование гидроинтегратора. Создание конструкции, удобной в практическом применении, позволило решать задачи различных типов — одномерные, двухмерные и трехмерные. Например, течение воды в прямолинейных границах — одномерный поток. Двумерное движение наблюдается в районах крупных излучин рек, вблизи островов и полуостровов, а грунтовые воды растекаются в трех измерениях.
Первый гидроинтегратор ИГ-1 был предназначен для решения наиболее простых — одномерных — задач. В 1941 году сконструирован двухмерный гидравлический интегратор в виде отдельных секций.
В 1949 году постановлением Совета Министров СССР в Москве создан специальный институт "НИИСЧЕТМАШ", которому были получены отбор и подготовка к серийному производству новых образцов вычислительной техники. Одной из первых таких машин стал гидроинтегратор. За шесть лет в институте разработана новая его конструкция из стандартных унифицированных блоков, и на Рязанском заводе счетно-аналитических машин начался их серийный выпуск с заводской маркой ИГЛ (интегратор гидравлический системы Лукьянова). Ранее единичные гидравлические интеграторы строились на Московском заводе счетно-аналитических машин (САМ). В процессе производства секции были модифицированы для решения трехмерных задач.
В 1951 году за создание семейства гидроинтеграторов В. С. Лукьянову присуждена Государственная премия.
После организации серийного производства интеграторы стали экспортироваться за границу: в Чехословакию, Польшу, Болгарию и Китай. Но самое большое распространение они получили в нашей стране. С их помощью провели научные исследования в поселке "Мирный", расчеты проекта Каракумского канала и Байкало-Амурской магистрали. Гидроинтеграторы успешно использовались в шахтостроении, геологии, строительной теплофизике, металлургии, ракетостроении и во многих других областях.
Особенно наглядно проявилась эффективность метода гидравлических аналогий при изготовлении железобетонных блоков первой в мире гидроэлектростанции из сборного железобетона — Саратовской ГЭС им. Ленинского комсомола (1956-1970). Требовалось разработать технологию изготовления около трех тысяч огромных блоков весом до 200 тонн. Блоки должны были быстро вызревать без трещин на поточной линии во все времена года и сразу устанавливаться на место. Очень сложные расчеты температурного режима с учетом непрерывного изменения свойств твердеющего бетона и условий электропрогрева произвели своевременно и в нужном объеме только благодаря гидроинтеграторам Лукьянова. Теоретические расчеты в сочетании с испытаниями на опытном полигоне и на производстве позволили отработать технологию изготовления блоков безукоризненного качества.
Появившиеся в начале 50-х годов первые цифровые электронно-вычислительные машины (ЦЭВМ) не могли составить конкуренции "водяной" машине. Основные преимущества гидроинтегратора — наглядность процесса расчета, простота конструкции и программирования. ЭВМ первого и второго поколений были дороги, имели невысокую производительность, малый объем памяти, ограниченный набор периферийного оборудования, слабо развитое программное обеспечение, требовали квалифицированного обслуживания. В частности, задачи мерзлотоведения легко и быстро решались на гидроинтеграторе, а на ЭВМ — с большими сложностями. Более того, предварительное применение метода гидравлических аналогий помогало поставить задачу, подсказать путь программирования ЭВМ и даже проконтролировать ее во избежание грубых ошибок. В середине 1970-х годов гидравлические интеграторы применялись в 115 производственных, научных и учебных организациях, расположенных в 40 городах нашей страны. Только в начале 80-х годов появились малогабаритные, дешевые, с большим быстродействием и объемом памяти цифровые ЭВМ, полностью перекрывающие возможности гидроинтегратора.
Два гидроинтегратора Лукьянова представлены в коллекции аналоговых машин Политехнического музея в Москве. Это редкие экспонаты, имеющие большую историческую ценность, памятники науки и техники. Оригинальные вычислительные устройства вызывают неизменный интерес посетителей и входят в число самых ценных экспонатов отдела вычислительной техники.
источники
http://www.nkj.ru/archive/articles/7033/
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB...
http://www.newsinfo.ru/news/2017-03-10/item/781009/
https://geektimes.ru/post/228283/
Я еще хотел бы вам напомнить про Секретного предка компьютеров, а так же что это за «Сетунь» — единственный серийный троичный компьютер из СССР ну и вспомним немного про Советские корни процессора Intel Pentium. Вот кстати, еще «Минск» против IBM, а так же Неформальная история разработки ПК “Истра-4816”
Комментарии
Слышали о таком и даже читали.
Да, похоже та же статья!
Сегодня наткнулся, думал кому-то будет интересно.
Не грех напомнить. Однако, АШ - это кладезь, надо только в завалах порыться.
Да, вопрос, как порыться!
Есть ли на АШ поиск внутри самого сайта, а не поиск Google?
Чтобы предварительно посмотреть, было это или нет,чтобы не дублировать информацию.
Надо ключевые, "уникальные" для записи слова\обороты "спрашивать".
А может быть администраторам ресурса замутить поиск по сайту - по названиям, по ключевым словам и т.п.?
А ещё добавить возможность удалить свою запись в блоге, если оказалось баяном, чтобы не замусоривать ресурс?
Удалить вы можете. Изменить - удалить. Проблем нет.
Ясно, буду иметь в виду.
Но было бы проще, просто добавить какую-то кнопку - "удалить запись в блоге",
чтобы не делать лишних телодвижений.
Простота конструкции и программирования? Это про те 4 пункта, где описывается, что надо делать, чтобы на нем работать?
Серёжа, на нём в танчики не играют.
Да-да, сперва надо составить схему, рассчитать ее вручную, потом по этой схеме соединить трубки и так далее, и так далее. Какие уж тут танчики? И рассчитывать на нем можно было только определенные процессы, под которые можно было подогнать работу этого аппарата. ЭВМ гораздо более универсальны, даже самые первые образцы. Может этот аппарат, например, применяться для управления артиллерийским огнем? А первые ЭВМ могли.
для управления арт.огнем достаточно рисок на козырке фуражки и уметь складать цифры в столбик, но лучше в уме.
И для определения координат огневых позиций по куску траектории - цифровые ЭВМ не нужны - достаточно аналоговых вычислителей, которые в отличие от современных ЭВМ работают в реальном режиме времени и намного быстрей.
Вы, Сережа, наверно удивитесь, но до недавнего времени крылатые ракеты летали по механическим вычислителям, без всякой электроники (почти) и попадали в цель.
Можно и лаптем мерить, делов-то. Только артиллеристы все-таки предпочитают вычислители. Сперва механические, а потом и электронные.
Вычислитель и ЭВМ, тем более ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина) именуемая в народе "компьютер" это разное.
Риски на фуражке - это тоже вычислитель. Та и что там считать - одно деление прицела 50 метров дальше/ближе, углы по рискам на козырьке посчитал - показание угломера получил. Стрельнул и посмотрел, в вилку взял, и добил.
А вот этот агрегат так может?
А это интересно, не знал такого!
Нашёл на каком-то форуме объяснение:
Как здорово у людей голова варит, даже завидно!
Да, нам в школе рассказывали, когда учили на логарифмических линейках считать, то же кстати аналоговая ЭВМ.
Да, получается фактически аналоговая ЭВМ!
У нас на кафедре автоматики были такие, какие-то лабораторные работы по различным видам
регуляторов и переходных процессов делали.
Вывод на осциллограф был.
ну да на входе функция на выходе в реальном времени график производной или интеграл.
Простой конденсатор - в параллель это простейший ингератор, последовательно дифференциатор.
Или через катушку
Да, всё просто, решение в реальном времени!
Никаких микропроцессоров!
Если не ошибаюсь, именно он описан Пратчеттом в Плоском мире.
хьюберт? в делай деньги ?
Хлюпер, если мне память не изменяет.
Ну вот логистические задачи на нём рассчитывать вполне можно, если я всё правильно понимаю.
Использовался ли он Генштабом во время ВОВ?
В ссылках об использовании этого вычислителя во время войны нет никакой информации.
Возможно и использовался.
логистические задачи - это системы линейных уравнений. их можно на листочке посчитать.
данное устройство для решения дифур.
Привет!
Спасибо! Первый раз услышал о таком вычислителе 😊
Грамотна и интересна сама концепция моделирования одного физического процесса посредством другого - когда математическое описание примерно одинаково. Нет нужды строить натурную масштабированную модель - а здесь и вовсе смогли довести до состояния универсального аналога. И всё хорошо с наглядностью и пониманием ограничений.
Я не удивился бы, если на основе работы с этой моделью ещё и открытия какие были сделаны.
Мне кажется, к этой работе ещё вернутся в будущем. Очень элегантно сделано.
Вряд ли. Если только под рукой такого готового нет. А так - компы рулят. В конце концов машинка была хороша именно своей универсальностью в отношении целого класса задач и дешевизной - относительно цифровых машин. Сейчас компы универсальнее и дешевле.
Не зарекайтесь.
Всё равно - вряд ли. Если есть нужда в расчёте застывания массивов бетона, то и на производство ламп средства найдутся.
Производство ламп, это еще тот хайтек.
Нам не дано предугадать. Как бы к производству счет(ов) не перейти. Феликс - это точная механика.
Производство ламп, особенно прямого накала - вполне себе домашний процесс. По крайней мере как-то видел на ютубе как один товарищ делал триоды в лаборатории с оборудованием, как в нашей средней школе. Там самое навороченное - насос.
Повторю - если возникают потребности в расчёте процессов в различных средах, тогда на электровакуумную промышленность точно ресурсы найдутся.
Не вижу оснований для экстраполяции.
Человечество подьест ресурсы. Чего то хватит на подольше, чего то на поменьше. Если возьмемся тотально экономить, оттянем неизбежное на сотню-другую лет.
А дальше - счеты. Но это для самых продвинутых.
В начале восьмидесятых нам на лабах давали поиграться с электрическими. На полстола ящик, на верху гнёзда для втыкания RLC элементов, на передней панели стрелочные показометры с зеркальными шкалами.
Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.
В принципе, то, что сейчас происходит, хотя бы с регуляторами, повергает меня в уныние. Киберпанк. Там, где можно обойтись регулятором прямого действия, вешают компьютер. И аргумент:"да он стоит 2 копейки!"
Во время учёбы в институте рассказывали о подобных машинах. Только не об этой конкретной, а о возможности реализации логики "и, или, нет" на гидравлике. Ничего принципиально сложного там нет, только скорость вычислений хромает.
Когда работал киповцем, было полно всяких датчиков и систем управления на пневматике. В принципе, реализовать что-то более сложное, дискретное в том числе, невозможным не кажется. И вроде как встречал упоминания о подобных изделях.
Пневмоизделия еще в сов. время были предельно минитюаризированы, стандартизированы, логические элементы на пневматике работали со скоростью, как бы не более кГц. А изготовленные из коррозионностойких сплавов и керамики, практически вечны. И давление рабочее, емнип, порядка 0.2 атм избыточного.
Уж не знаю, байки или правда, но встречал упоминания про нечто похожее на ртути. Вот там запросто и в мегагерцы уйти было можно.
Не слышал про такое.
Интересно было бы почитать.
Вот натурально не помню - не то в журнале каком техническом, не то у Гарри Гаррисона в одном из романов. Так-то схемотехнику вполне себе представляю, единственное - ртуть вроде как металлы хорошо ест.
Спасибо. Прочитал с удовольствием для общего развития. Гордость за страну.
Удивительно просто! Каких же замечательных талантов люди были.
Спасибо, очень интересно. Я сейчас часто наблюдаю толпы людей и толпы машин, поведение очень похоже на поведение газов и жидкостей.