Разработка программного обеспечения для расчета молниезащиты, заземления и ЭМС, интегрированного в AutoCAD Шишигин Дмитрий, аспирант Шишигин С.Л. д.т.н., зав. кафедрой электротехники Вологодский государственный университет 4 Российская конференция по молниезащите СПб 28 мая 2014 г при поддержке

Задача. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ расчета молниезащиты и заземления и электрических подстанций 2 Характеристика: Сложные геометрические модели AutoCAD, или аналогичные САПР (nanoCAD) Вывод: Следует разрабатывать AUTOCAD – ПРИЛОЖЕНИЕ, что открывает доступ к современным средствам 3D- моделирования и отвечает требованиям проектировщиков.

Архитектура программы ЗУМ СЕРВЕР Молниезащита Заземлени е ЭМС ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ ЯДРО Исходные данные Результаты КЛИЕНТ Сервисная оболочка Распространяется свободно Защищено AutoCAD COM Пользователь Лицензия пользователя ЭМ экология Грозовые перенапряжения Характеристики программы: Многофункциональность вычислительного ядра и:высокое быстродействие; Удобный интерфейс; Поддержка в геометрическом моделировании; 3D- визуализация и анимация результатов 3

Поддержка в геометрическом моделировании Вывод: Построение регулярных сеток автоматизировано Контрольный кабель Электромагнитный экран Резервуар Модель человека 4

Разработка научной 3D-графики в AutoCAD ПРОБЛЕМА : Стандартного компонента 3D график нет, но его можно создать как совокупность линий СТАНДАРТНОЕ РЕШЕНИЕ Рисование методом AddLIne Графики строятся недопустимо медленно. Невозможно строить графики с большими данными. Задача. Искать новые решения Данные для графика НОВОЕ РЕШЕНИЕ График строится в DXF-кодах, далее DXF файл читается в AutoCAD. Вывод. Найден способ, позволяющий на порядок увеличить быстродействие построения графиков с большими данными (десятки, сотни тысяч линий) Вывод: Разработаны средства 3D-визуализации и анимации научной графики в AutoCAD, аналогичные Mathcad 5

Пример: Умножение матриц Построчное умножение кэш-попадание Вывод: Продумать структуру данных и алгоритмы для исключения кэш- промахов 6 Умножение строк на столбцы кэш-промахи Поблочное умножение Уменьшение кэш-промахов 6-9 раз Повышение производительности вычислений 1. ИСКЛЮЧЕНИЕ КЭШ-ПРОМАХОВ Современный процессор работает в 15 раз быстрее оперативной памяти. Цель: уменьшить обращение к медленной оперативной памяти и увеличить обращение к быстрой кэш памяти 2-3 раза

2. Использование специализированных математических библиотек ОперацияAlgLibIntel MKLСравнение Умножение матриц [A]. [A]11.8 сек 0.6 сек 19 раз Решение СЛАУ [A]. [X]=[B]3.9 сек 0.3 сек 13 раз Обращение матрицы [A] сек 1.1 сек 26 раз Решение комплексных СЛАУ [C]. [X]=[B]46 сек 0.9 сек 51 раз Обращение комплексной матрицы [C] сек 3.6 сек 34 раз Размерность матриц – Ноутбук: Windows 7 64-bit, Intel Core i7 2.2 ГГЦ, ОЗУ 6 Гб 7 Вывод: Высокое быстродействие программы позволяет проводить многовариантные расчеты сложных задач Intel Math Kernel Library (MKL) включает многопоточность и низкоуровневую оптимизацию. Используется в Mathcad, Matlab. Характеристики Intel MKL в сравнении с пакетом AlgLib (алгоритмическая оптимизация, распространяется свободно) Повышение производительности вычислений Тестовая задача производительности вычислений: Расчет заземлителя с характерным числом элементов N=5100. Время счета: 20 сек на частоте 50 Гц; импульсный режим - менее минуты

Пример расчета электрической подстанции. режим однофазного КЗ Потенциал Продольный ток Напряжение прикосновения Потенциал на частоте 1 МГц 8

9 МОЛНИЕЗАЩИТА Кондуктивные помехи ЭМ помехи

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Программа ЗУМ (гос.рег от 14 февраля 2013 ) удобный инструмент для проектировщика молниезащиты и заземления СПАСИБО за внимание