О проекте

Разработка открытой библиотеки проведения поэтапного математического моделирования и оптимизации параметров систем при создании цифровых двойников изделий (ссылка на сайт)

Цель проекта

Обеспечить предприятия, инжиниринговые компании, научно-исследовательские институты и ВУЗы доступным инструментом для формирования комплексных математических моделей цифровых двойников изделий за счет создания открытой платформы для решения инженерных задач, связанных с подбором и поиском оптимальных параметров на базе сквозного мультидисциплинарного моделирования с использованием различных параметризированных математических моделей и САЕ продуктов.

Преимущества проекта

Закладываемая архитектура обеспечивает возможности параллельного и распределенного выполнения задач внутри этапа сценария, комбинирования легких и ресурсоемких моделей, использование локальных подпространств имен обеспечит возможность:

• переиспользования математических моделей
• разработки сложных комплексных моделей (в том числе многопользовательском режиме), задел для:
  • вложенных циклов оптимизации
  • применения вложенных моделей
  • формирования локальных баз для прогнозирования параметров отдельных моделей

Перечень направлений прикладного использования проекта

Открытая библиотека позволяет решать инженерные задачи, связанные с подбором и поиском оптимальных параметров на базе сквозного многодисциплинарного моделирования с использованием различных параметризированных математических моделей и CAE продуктов и может быть использована для:

• проведения исследовательских работ по созданию многодисциплинарных математических моделей при создании цифровых двойников изделий
• поиска параметров, вариантов и комбинаций для формирования обликов изделий и процессов оптимальных по широкому спектру параметров и ограничений
• изучения подходов к разработке многодисциплинарных математических моделей при создании цифровых двойников изделий при выполнении магистерских и аспирантских проектов в ВУЗах
• применения в качестве интегрируемого решения в корпоративные системы и другие продукты

Архитектура открытой библиотеки

Основные компоненты открытой библиотеки сквозного многодисциплинарного моделирования расположены в следующих репозиториях:

• БХО (ustep-storage) - База хранения и обмена параметрами
• МИС (ustep-player) - Модуль исполнения сценария
• Оптимизатор (ustep-optim) - компонент, обеспечивающий проведение оптимизационных исследований

Для демонстрации возможностей открытой библиотеки, а также в качестве примеров ее использования, разработаны независимые програмные компоненты, расположенные в репозиториях:

• ГИ (ustep-ide) - Графический интерфейс (текущий репозиторий), демонстрирующий использование библиотеки из приложения Electron;
• Сценарии (ustep-workers) - Консольные примеры, демонстрирующие использование библиотеки из интерфейса командной строки.

Для использования библиотеки следует загрузить на компьютер репозитории библиотеки (БХО, МИС, Оптимизатор), а также один или оба репозитория, демонстрирующих ее использование (ГИ, Сценарии). Подключение библиотеки к ГИ осуществляется в окне настроек ГИ, в котором указываются пути к БХО, МИС и оптимизатору. Для подключение библиотеки к Сценариям все загруженные репозитории (БХО, МИС, Оптимизатор, Сценарии) должны быть расположены в одной директории, после чего подключение осуществляется автоматически.

Платформа сквозного многодисциплинарного моделирования при использовании ГИ работает по следующему алгоритму:

• пользователь готовит в ГИ проект сквозного многодисциплинарного моделирования;
• ГИ сохраняет описание и начальные параметры сценария;
• ГИ запускает МИС;
• МИС считывает начальные параметры сценария, инициализирует и заполняет БХО с помощью помощника БХО;
• МИС выполняет запуск МШС в соответствии с полученным описанием сценария;
• API внешних модулей получает параметры для выполняемого МШС;
• МШС сценария выполняет свой скрипт/сценарий расчета задачи и обменивается расчетными данными с ядром платформы;
• API внешних модулей передает статус выполняющегося МШС в БХО;
• ГИ получает из БХО информацию о выполнении МШС, отображает ее и позволяет пользователю управлять выполнением сценария;
• ГИ отображает результаты выполнения сценария.

Платформа сквозного многодисциплинарного моделирования при использовании Сценариев работает по следующему алгоритму:

• пользователь запускает в командном интерпритаторе начальный скрипт (run.cmd для ОС Windows или run.sh для ОС Linux) и выбирает сценарий, который должен быть расчитан;
• скрипт запускает МИС, передавая ему параметры выбранного сценария;
• МИС считывает начальные параметры сценария, инициализирует и заполняет БХО с помощью помощника БХО;
• МИС выполняет запуск МШС в соответствии с полученным описанием сценария;
• API внешних модулей получает параметры для выполняемого МШС;
• МШС сценария выполняет свой скрипт/сценарий расчета задачи и обменивается расчетными данными с ядром платформы;
• API внешних модулей передает статус выполняющегося МШС в БХО;
• по окончании расчета управление возвращается в командный интерпритатор, после чего пользователь может проанализировать файлы с результатами выполнения сценария.

Взаимодействие представленных компонентов платформы друг с другом, обеспечивает полный цикл сквозного многодисциплинарного моделирования: подготовку, выполнени и отображение результатов расчета.

Описание графического интерфейса пользователя

Графический интерфейс открытой библиотеки проведения поэтапного математического моделирования и оптимизации параметров систем при создании цифровых двойников изделий предназначен для подготовки сценария решения исследовательских задач и предоставляет пользователю возможности по управлению расчетом в открытой платформе сквозного математического моделирования.

Описание структуры и логики графического интерфейса, а также использованных технологий доступны по ссылке.

Описание графического интерфейса и примеров использования открытой библиотекой посредством графического интерфейса в виде законченных тестовых примеров с пошаговой инструкцией их подготовки, запуска и анализа результатов доступны для скачивания на сайте

Подготовленные проекты ГИ, содержащие указанные примеры, а также необходимые дополнительные элементы(типовые объекты, типовые модели) расположены в директории, там же расположено краткое описание структуры директории.

Минимальные технические требования для запуска и использования графического интерфейса:

• Cистемные требования:
  • процессор с архитектурой x86-64 (Intel с поддержкой Intel 64, AMD с поддержкой AMD64). Желательно использование многопроцессорных или многоядерных машин;
  • оперативная память не менее 2 Гбайт (рекомендуется 4 Гбайт и выше);
  • жесткий диск 40Гб и выше;
• Программные требования:
  • ОС Windows 10 x64 /Ubuntu 22.04;
  • Python 3.11;
  • Node.js 18.14.2.
  • Redis 7.2
  • дополнительные модули Python можно установить из файла requirements.txt командой pip install -r requirements.txt

Настройка и запуск графического интерфейса

• 1 Установить на машину node.js
  • ОС Windows:
    • 1.1 Скачать дистрибутив node.js рекомендованной версии, часто обозначаемая как LTS (на момент написания readme это версия 18.17.0);
    • 1.2 Установить полученный msi файл.
  • ОС Linux:
    • 1.1 Для установки лучше всего воспользоваться nvm - node version manager.
    • 1.2 Для скачивания ипользовать одну из команд wget или curl, параметры для которых представлены на сайте
    • 1.3 После скачивания и установки nvm для того, чтобы им воспользоваться без перезагрузки ОС, выполнить загрузку переменных из .bashrc: source ~/.bashrc
    • 1.4 Получить доступные версии nodejs командой: nvm list-remote
    • 1.5 Устанавить рекомендованную версию, обозначаемую как LTS (на момент написания readme это версия 18.17.0): nvm install v18.17.0
• 2 Загрузить исходные коды из репозитория:
  • git clone https://gitflic.ru/project/ustep/ustep-ide.git
• 3 Перейти в директорию ustep-ide
• 4 Установить зависимости:
  • ОС Windows:
    • В среде интерпретатора команд сmd.exe выполнить команду npm i
  • ОС Linux:
    • В командной оболочке bash выполнить команду npm i
• 5 Запустить приложение:
  • ОС Windows:
    • Запустить в отладочном режиме: в среде интерпретатора команд сmd.exe выполнить npx quasar d -m electron
    • Собрать исполняемый файл: в среде интерпретатора команд сmd.exe выполнить npx quasar b -m electron. После сборки исполняемый файл ustep-ide.exe будет доступен в директории ./dist/electron/Ustep App-win32-x64.
  • ОС Linux:
    • Запустить в отладочном режиме: в командной оболочке bash выполнить npx quasar d -m electron
    • Собрать исполняемый файл: в командной оболочке bash выполнить npx quasar b -m electron. После сборки исполняемый файл ustep-ide будет доступен в директории ./dist/electron/ustep-ide-linux-x64

Готовые сборки приложения графического интерфейса

Готовые сборки приложения графического интерфейса доступны для скачивания на сайте:

• для ОС Windows;
• для ОС Linux.