Шедевр советской инженерии - компьютер на воде

Аватар пользователя eprst

 



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.

 

Авторство: 
Копия чужих материалов
Комментарий автора: 

Кстати, обратите внимание на эти слова:

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. 

И, после этого, вспомним "древнючие" постройки из "римского"  цемента. 

Комментарии

Аватар пользователя Старичок
Старичок(7 лет 10 месяцев)

Кирхгофф, кстати, был более гидравликом, чем электриком...

Комментарий администрации:  
*** Земля это пассив (с) ***
Аватар пользователя uсеrsр
uсеrsр(4 года 4 месяца)

Просто многое в электрике можно объяснить аналогией из гидравлики, просто и наглядно.

Аватар пользователя mke61
mke61(8 лет 8 месяцев)

+++! именно: ток <--> поток

Аватар пользователя superstar
superstar(5 лет 11 месяцев)

Так ведь были на моей памяти и электрические аналоговые компьютеры, но про водяной я услышал впервые.

Аватар пользователя rexxxa
rexxxa(6 лет 2 месяца)

Очень интересно. В первый раз услышал о таком. Спасибо.

Аватар пользователя Abram Gutang
Abram Gutang(5 лет 11 месяцев)

И я тоже впервые. Спасибо!

Аватар пользователя Судья Сухов
Аватар пользователя MolGro
MolGro(6 лет 2 недели)

Еще был ламповый на троичной симтеме

Аватар пользователя v.p.
v.p.(8 лет 9 месяцев)

охренеть. eprst, как всегда, спасибо за интересное и неожиданное.

Аватар пользователя Bledso
Bledso(8 лет 3 месяца)

Удивительно. Тоже первый раз слышу.

P.S. с [источники] какая-то проблема - нет ссылки.

Аватар пользователя Пропагатор
Пропагатор(4 года 9 месяцев)

Не люблю произносить громкие слова, но принцип аналогии - очень мощный эвристический принцип, имеющий, наверно, неограниченную область применения. Но принцип этот не отвечает формальным математическим требованиям, посему незаслуженно забыт crying

Аватар пользователя Де Пердье
Де Пердье(7 лет 8 месяцев)

 Поэтому язык образов(образный, метафоричный язык) - самый мощный метод познания и обучения. 

     Он был когда-то повсеместно распространён. И обязательно возродится.

Аватар пользователя prometey2013
prometey2013(5 лет 7 месяцев)

Но принцип этот не отвечает формальным математическим требованиям, посему незаслуженно забыт.

А разве о теории подобия вы не слышали?

Аватар пользователя Пропагатор
Пропагатор(4 года 9 месяцев)

Я эйлерову жидкость от ньютоновской не отличаю sad

Аватар пользователя Goga
Goga(6 лет 8 месяцев)

Да уж. Никогда и представить такого не мог...

Интересно.

Аватар пользователя Антидот
Антидот(5 лет 4 месяца)

Ахренеть!

Спасибо! Очень интересно!

Аватар пользователя Morrgo
Morrgo(5 лет 2 недели)

Первый раз услышал про такое, а я немало проштудировал разной литературы, в т.ч. советской, по кибернетике и прочему подобному...

Интересная вещь.

Аватар пользователя iUser
iUser(6 лет 10 месяцев)

Спасибо, Чебуратор!

Очень интересно!
 

Аватар пользователя Strim
Strim(8 лет 3 месяца)

Узкая специализация -зло. Системы расчета и управления основанные на пневматике когда-то изучали в техникумах.

...Сейчас пневмокомпьютеры используются в отраслях промышленности, где требуется повышенная вибрационная стойкость, работоспособность в очень широком диапазоне температур или требуется управление пневматическими силовыми устройствами. В последнем случае устраняется необходимость в преобразователях электрического сигнала в перемещение (электро-пневмопреобразователь + позиционер).

Это — роботы и автоматика, работающие в металлургии, в горнорудной промышленности. Известны случаи управления элементами авиационных двигателей, автоматикой ракетных систем, силовыми приводами вертолетов и самолетов.

Существует также целая категория производств, агрегатов и установок, где применение электричества, даже самых низких напряжений, очень нежелательно. Это химия органических соединений, нефтеперегонные заводы, подземная добыча угля и руды. Они широко используют пневматическую автоматику.

---------------------------------

...разрабатывались для получения средства дискретных вычислений с высокой радиационной стойкостью. Были разработаны элементы, выполняющие основные логические операции и элементы памяти без механических подвижных элементов.

Такие элементы очень долговечны, поскольку в них практически отсутствуют подвижные части, и, как следствие, нечему ломаться. В случае засорения каналов логические матрицы легко разбираются и промываются. Работает пневмокомпьютер от промышленной пневмосети. Логические матрицы легко штампуются на термопласт-автоматах из пластика. Для особых случаев матрица может быть изготовлена из тугоплавкой керамики, отлита из чугуна или другого сплава.

--------------------------------------------

Кстати, видимо такие средства вычисления можно печатать на 3Д принтерах?

Аватар пользователя v.p.
v.p.(8 лет 9 месяцев)

узкая специализация не зло, а смотря где и для чего. если технологии позволяют универсализм за приемлемую плату - хорошо, а иначе два варианта, ждать и курить бамбук пока позволят либо сделать как можется сейчас и решить таки задачу, с течением времени заменить инструмент на более совершенный.

Аватар пользователя Strim
Strim(8 лет 3 месяца)

узкая специализация человеков в смысле технического/общего кругозора )))

Аватар пользователя v.p.
v.p.(8 лет 9 месяцев)

ой. я про инструменты, не про человеков. прошу пардону.

Аватар пользователя ctrl_points
ctrl_points(5 лет 11 месяцев)

А еще, надо полагать, -  пневмоавтоматика, как и гидроинтеграторы, нечувствительны к таким поражающим факторам ядерного взрыва, как ЭМИ. Можно делать из них мозги военным дронам:)))

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 10 месяцев)

Именно поэтому (устойчивость к вибрациям и ЭМИ) пневмопроцессоры управляют полётом многих видов ракет.

Аватар пользователя valera545
valera545(7 лет 2 месяца)

Не поклянусь, но где-то читал, что на Сатане навигационная система на пневматике была сделана.

Комментарий администрации:  
*** отключён (розжиг, невменяемые оскорбления православных) ***
Аватар пользователя pob_ol
pob_ol(6 лет 3 месяца)

стоит добавить авм (аналоговые вм ) очень активно применялись

и применяются до сих пор

притом их быстродействие превосходит иногда даже современные эвм

Аватар пользователя VYUN
VYUN(5 лет 11 месяцев)

Ну,конечно.Россия - родина слонов.Хотелось бы:пощупать,по вычислять.А так - это,лишь"слова,

слова,слова". Но приятные.Однако 60 лет живу,первый раз слышу.Не думаю,что что-то серьёзное

пропустил.

Аватар пользователя pob_ol
pob_ol(6 лет 3 месяца)

как вы далеки от науки smiley

Аватар пользователя VYUN
VYUN(5 лет 11 месяцев)

Наук много,однако.Я,не тот "пострел,который везде поспел".В математике смышлён,но

не более того.Извините.

Аватар пользователя v.p.
v.p.(8 лет 9 месяцев)

>> Не думаю

 

а вот это правильно, никчему это. 60 лет - возраст автоматической правоты по любому вопросу, да. надо отцу на досуге рассказать, ему с его 70++ должна понравится идея. ;-)

Аватар пользователя Де Пердье
Де Пердье(7 лет 8 месяцев)

Как говорится - "Со старостью приходит мудрость." Но иногда старость приходит одна ;-).

Аватар пользователя VYUN
VYUN(5 лет 11 месяцев)

"В 20 лет ума нет,его и не будет..."cheeky

Аватар пользователя Boba
Boba(7 лет 2 месяца)

yes

Аватар пользователя Спасибо
Спасибо(7 лет 1 месяц)

Да.. А кому-то -- всю жизнь 15.

Аватар пользователя VYUN
VYUN(5 лет 11 месяцев)

узкая специализация не зло, а смотря где и для чего. 

Этим всё сказано,могу и поёрничать.Надо ли? 

Аватар пользователя v.p.
v.p.(8 лет 9 месяцев)

можно, ёрничай. я своё видение разъяснил там, откуда ты это процитировал.

Аватар пользователя Boba
Boba(7 лет 2 месяца)

Ключевое - не думаю? Али расчёты, которые выполнялись не понятны?

Аватар пользователя VYUN
VYUN(5 лет 11 месяцев)

Честно сказать?Да,Но это слишком узко-специальное,и со многими оговорками наверное.Я так думаю.

Аватар пользователя Boba
Boba(7 лет 2 месяца)

Это узко-специальное, расчёт потоков и полей находит применение от расчётов распределения нагрузок до траекторий ракет. Там же всякие расчёты обтекаемости судов, кораблей, подводных лодок, температурных режимов источников тепла (котлы, реакторы) и прочая. Только с приходом мощных ЭВМ, типа БЭСМ-6, стало возможным считать точнее. Для своего времени это было выдающимся решением.

Аватар пользователя VYUN
VYUN(5 лет 11 месяцев)

Тем удивительнее для меня.что это прошло мимо меня. 5 лет выписывал "квант",10 лет "наука и жизнь"

и "знание-сила", 7 лет "химия и жизнь" и ни где ни чего.Вот,как американцев в Зелиноград приглашали

для развития нашей ЭВМ-индустрии об этом писали и довольно подробно,а об этом почему-то нет.

Так,что "век живи-век учись..."

Аватар пользователя Boba
Boba(7 лет 2 месяца)

Я тоже не знал о "гидравлическом интеграторе", хотя означенные журналы читал. В "Технике молодёжи" также не встречал.

Аватар пользователя VYUN
VYUN(5 лет 11 месяцев)

"технику молодёжи" читал эпизодически,потому и не помянул.Но всё таки Колмогорова,Келдыша

знают"все",а Крылова"не только лишь все".Я,собственно,об этом.

Аватар пользователя Boba
Boba(7 лет 2 месяца)

Крылов много занимался "закрытыми темами".

Аватар пользователя VYUN
VYUN(5 лет 11 месяцев)

А Келдыш"открытыми"- ага.

Аватар пользователя sv717
sv717(8 лет 9 месяцев)

А про вычислительные машины на коноидах не попадалось?

Комментарий администрации:  
*** Уличен в распространении политоты ПОМОЙНОГО качества ***
Аватар пользователя Boba
Boba(7 лет 2 месяца)

Нет.

Аватар пользователя Pavel-ch
Pavel-ch(6 лет 1 месяц)

Офигеть, сколько народа работает с компом и не знает истории его создания - в мое время нас с этим инструментом в школе на уроках информатики знакомили, как с примером, что не все всегда решается электричеством + что есть задачи, где можно применять аналоговые системы без него.

ну и как продолжение темы рисовали перспективы компьютеров на свету (то есть полностью оптических)...

 

Аватар пользователя ИЮЛь Майский

Кстати, обратите внимание на эти слова:                  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.                                              И, после этого, вспомним "древнючие" постройки из "римского"  цемента.

Обратил внимание. Но не понял связи между первым абзацем и вторым.

Вы уж не сочтите за труд, "рукой покажите".  

Страницы