Вычислительному центру ДВО ран 20 лет

Вестник ДВО РАН. 2001. № 6

С.И.СМАГИН

Вычислительному центру ДВО РАН 20 лет

Вычислительный центр ДВО РАН, как новое самостоятельное научно-исследовательское учреждение, был создан 1 июля 1981 г. Необходимость его создания была обусловлена потребностями развития математики, информатики, вычислительной техники и средств передачи данных в Дальневосточном регионе. Основой Вычислительного центра стали два отдела Хабаровского КНИИ ДВНЦ АН СССР, один из которых располагался в г. Владивостоке. Научно-методическое руководство новым институтом взяли на себя с 1984 г. Отделение математики и Отделение информатики, вычислительной техники и автоматизации АН СССР. Большую поддержку и помощь в создании и становлении института оказали академики Н.Н.Моисеев, Г.И.Марчук, А.А.Дородницын, А.А.Воронов, В.А.Трапезников, Н.А.Шило.

Директор-организатор института и его идейный вдохновитель — академик АН СССР Евгений Васильевич Золотов (24.IV.1922, г. Тула — 26.VII.1990, г. Москва), возглавлял институт с момента образования. Е.В.Золотов много лет проработал в оборонном комплексе и известен довольно узкому кругу специалистов как один из создателей теоретических и методологических основ информационно-технических комплексов и систем обороны страны. В 1968 году он демобилизовался из армии и продолжил свою научную деятельность в Калининском политехническом институте, сконцентрировав свое внимание на проблемах системных исследований для промышленности, здравоохранения и образования. В широких научных кругах Е.В. Золотов больше известен своими исследованиями в области математического моделирования больших систем на ЭВМ, экспериментальных, аналитических и машинных методов оценки эффективности сложных систем, прикладных вопросов теории случайных процессов, проблем искусственного интеллекта, создания региональной вычислительной сети «Дальний Восток» Академсети, моделирования процессов, происходящих в популяции человека на Дальнем Востоке. Им создана известная научная школа по системным исследованиям. В 1970 году Е.В.Золотов был избран членом-корреспондентом РАН и приглашен на работу в Дальневосточный научный центр АН СССР для создания и развития научных институтов физико-математического профиля.

СМАГИН Сергей Иванович — член-корреспондент РАН, директор Вычислительного центра ДВО РАН (Хабаровск).

Евгений Васильевия Золотов

В начальный период становления ВЦ основные исследования сотрудников института были сосредоточены на задачах теории чисел и интегральных операторов, математической физики и математического моделирования сложных систем в различных прикладных областях, создания региональной вычислительной сети «Дальний Восток» Академсети, экспериментальных, аналитических и машинных методах оценки эффективности больших систем, вопросах искусственного интеллекта, теории принятия решений, теории игр и других важных научных направлениях.

Основу научного коллектива составили молодые выпускники дальневосточных и сибирских ВУЗов, которые под руководством талантливых ученых из Москвы, Киева, Ленинграда, Новосибирска: Кузнецова H.B., Кузнецова. И.П., Березкина О.И., Кондратьева А.И., Степанова В. Д успешно развивали исследования по важнейшим теоретическим направлениям, не забывая о прикладных разработках. Результаты исследований сотрудников ВЦ неоднократно отмечались правительственными наградами, медалями ВДНХ, ими получены десятки авторских свидетельств на изобретения, опубликовано несколько десятков оригинальных печатных трудов в издательствах «Наука» и «Дальнаука», методических пособий по информатике и математическому моделированию в разнообразных предметных областях знаний.

1981-1988 гг. были периодом интенсивного развития ВЦ. За это время его численность увеличилась более чем вдвое, и достигла 160 чел. Количество научных сотрудников достигло 60, среди которых были: 1 академик, 2 члена-корреспондента АН СССР, 4 доктора наук и 30 кандидатов наук. Институт стал своеобразной кузницей высококвалифицированных математиков, программистов, специалистов по вычислительной технике и средствам связи для многих научных и производственных организаций Дальнего Востока. Он был оснащен самыми мощными и передовыми по тем временам отечественными ЭВМ ЕС-1052 и ЕС-1060, активно осваивал безбумажные технологии обработки информации и средства удаленного доступа.

В этот период в состав ВЦ входили 9 лабораторий: технических средств, математического обеспечения, методов принятия решений, системных исследований, численных методов математической физики, операторных и приближенных методов анализа, спектральной теории и автоморфных форм, математического моделирования (г. Владивосток), неразрушающего контроля (г. Комсомольск-на-Амуре).

Среди научных разработок того времени следует отметить исследования чл.-корр. РАН Н.В.Кузнецова и его сотрудников по аналитической теории чисел; разработки группы Е.В.Золотова в области нетрадиционной китайской медицины и применению методов информатики к изучению явления десинхроноза у спортсменов, вынужденных совершать частые перелеты на большие расстояния; участие в реализации масштабного проекта по созданию вычислительной академической сети (Академсети), объединившего научные и инженерные коллективы Москвы, Санкт-Петербурга, Екатеринбурга, Риги, Новосибирска, Хабаровска и создание под руководством Е.В.Золотова и В.В. Дробницы и региональной подсети «Дальний Восток».

Ведущую роль сотрудники института играли в организации и проведении традиционных Дальневосточных математических школ-семинаров для молодых ученых, проводившихся в гг. Находке, Хабаровске, Владивостоке. Эти школы сыграли важную роль не только в становлении ВЦ, но и стали катализатором развития математических исследований в регионе. На этих школах молодые ученые Дальнего Востока получали уникальную возможность общения в неформальной обстановке с ведущими учеными нашей страны. Участниками школы в разное время были: академики С.П.Новиков, Л.Д.Фаддеев, М.М.Лаврентьев, С.К.Годунов, В.П.Мясников, В.Е.Захаров, С.М.Никольский, П.С.Краснощеков; члены-корреспонденты РАН В.Г.Романов, А.Н.Коновалов, А.А.Стогний, В.П. Коробейников и др. Бессменным председателем оргкомитетов школ был академик Е.В.Золотов, а его заместителями — чл.-корр. РАН Н.В. Кузнецов и к.ф.-м.н. В .В. Дробница.

Одним из самых удачных был для ВЦ 1987 г., когда сразу четыре наших представителя добились успеха на выборах в Академию наук: Е.В.Золотов был избран действительным членом АН СССР, а В.П.Коробейников, Н.В.Кузнецов и В.П.Мяс-ников — ее членами-корреспондентами.

В Вычислительном центре созрели и затем обрели самостоятельность ряд новых институтов и научных подразделений ДВО РАН. В 1988 г. на базе отдела ВЦ, расположенного во Владивостоке, был образован Институт прикладной математики ДВО РАН, а в 1989 г. к нему была присоединен еще один отдел ВЦ, ставший Хабаровским отделением ИПМ ДВО РАН. В 1988 году на базе отдела ВЦ в Комсомольске-на-Амуре был образован Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН, что не замедлило сказаться на общей численности сотрудников института (рис. 1 ).

В 1988-1989 гг. ВЦ пережил серьезный кризис, связанный с выделением из его состава ИПМ в г. Владивостоке и отделения ИПМ в г. Хабаровске. Переход в ИПМ

значительной части научных сотрудников, составлявших основу научного потенциала ВЦ, резко обострил проблему дефицита квалифицированных сотрудников, существовавшую и ранее. Уход из жизни Е.В.Золотова в 1990 г. еще более усугубил положение. В результате, в 1990 г. в ВЦ осталось около 30 научных сотрудни-

Численность сотрудников ВЦ ДВО РАН

д.н. —о— к.н. —— н.с. —а— общая

Рис. 1. Динамика численности сотрудников ВЦ в 1981-2001 гг.

ков, среди которых не было ни одного доктора наук, а его структура была сформирована практически заново. Обязанности директора ВЦ в это время (июль 1990-март 1992 гг.) исполнял к.ф.-м.н. Дробница В.В.

Тем не менее, несмотря на все трудности, исследования по математическому моделированию, информатике и сетям ЭВМ интенсивно развивались. Достаточно сказать, что только за один 1991 г. в ВЦ были подготовлены 2 докторские и 4 кандидатские диссертации по результатам исследований в этих направлениях. К сожалению, этот благоприятный период был слишком коротким. В 1992 г. в стране начались радикальные экономические реформы, которые крайне негативно отразились на состоянии науки, поставив ее на грань катастрофы. Для ВЦ это был самый сложный период развития. В этом же году началось строительство лабораторного корпуса Вычислительного центра. Неоценимую поддержку при этом оказал председатель ДВО РАН академик Г.Б.Еляков. К сожалению, строительство корпуса было остановлено в 1995 г. из-за отсутствия бюджетных средств. На объекте выполнены все работы нулевого цикла, заложен и перекрыт фундамент, смонтированы несущие конструкции первого и второго этажей.

Наряду с тяжелыми финансовыми проблемами, с которыми столкнулись все институты Дальневосточного отделения РАН, Вычислительному центру пришлось решать не менее острые кадровые и организационные проблемы. Резкое уменьшение финансирования научных исследований сделало невозможным традиционный для Дальнего Востока путь создания работоспособного научного коллектива с приглашением известных ученых из ведущих научных центров и талантливых выпускниках вузов страны. Организационные проблемы ВЦ яви-

лись следствием совпадения периода радикальных реформ в стране с периодом бурного прогресса в технологиях производства элементной базы вычислительной техники. Многократное увеличение возможностей микропроцессоров при резком уменьшении их стоимости привели к революционным изменениям в сфере информационных технологий. Дорогостоящая и громоздкая вычислительная техника, которой был оснащен ВЦ, сразу оказалась морально устаревшей. Эксплуатация этой техники стала экономически неоправданной, а средств на переоснащение практически не было. Обслуживавший ее технический персонал, составлявший половину общего числа сотрудников ВЦ, по существу, оказался не у дел. В этот период основные усилия всех сотрудников были направлены на сохранение научного коллектива и удержание достигнутого уровня исследований. Велась активная работа по привлечению к научной работе студентов и выпускников местных вузов. В итоге к 1997 г. удалось восстановить численность научных сотрудников до уровня 1991 г., при существенном росте кандидатов и, что особенно важно, докторов наук. В 1997 г. при активном участии сотрудников ВЦ в Хабаровском государственном техническом университете была организована подготовка специалистов по прикладной математике по программе классического университета. В 1998 г. была открыта специальность «прикладная математика» в Дальневосточном университете путей сообщений и завершено создание базовой кафедры, которой руководит заведующий лабораторией ВЦ, д.г.-м.н. Л.А. Маслов. Работа со студентами на этой кафедре строится по принципу Физтеха. При этом часть учебных занятий проводится с использованием материальной базы ВЦ, а студенты старших курсов привлекаются для научной работы в лабораториях ВЦ. Сотрудники кафедры обеспечивают учебный процесс для этой специальности по всем основным дисциплинам, начиная с общеобразовательных на первом курсе.

В настоящее время в ВЦ ДВО РАН работает 86 сотрудников, в том числе 52 научных. Из них: 2 члена-корреспондента РАН, 10 докторов наук, 21 кандидат наук, и 14 молодых ученых (возраст до 35 лет). В аспирантуре обучаются 10 аспирантов очной формы обучения и 5 — заочной формы. Средний возраст научных сотрудников — 43 год.

Основным научным направлением исследований ВЦ является изучение математических, вычислительных и информационных проблем математического моделирования природных и технологических процессов. Структура научных подразделений ВЦ включает в себя 7 научных лабораторий, объединенных в 2 отдела.

Отдел математического моделирования:

лаборатория численных методов математической физики (зав. лаб. чл.-корр. РАН С.И.Смагин);

лаборатория моделирования в геологии и геофизике (зав. лаб. д.г.-м.н. Л.А.Маслов);

лаборатория приближенных методов и функционального анализа (зав. лаб. чл.-корр. РАН В. Д. Степанов);

лаборатория математических методов моделирования в механике (зав. лаб. к.ф.-м.н. Н.А.Окулов).

Отдел информатики:

лаборатории медицинской информатики (зав. лаб. к.т.н. С.З. Савин);

лаборатория математического моделирования в физике и технике (зав. лаб. д.ф.-м.н. В.А.Рукавишников);

лаборатория технических средств и математического обеспечения (зав. лаб. О.В. Алешин).

Научные разработки ВЦ в течение последних 10 лет носят, в основном, фундаментальный характер. За это время сотрудниками изданы 34 монографии, опубликовано 320 статей в отечественной и зарубежной печати, а также получено 5 патентов Российской Федерации на изобретения. Динамику публикаций отражает рис. 2.

Публикации ВЦ ДВО РАН

30 25 20 15 10 5 0

1996 1997 1998 1999 2000

(абаГбй

Ппабабее

Ыбабие а даббаажГйб дааюуб

Ыбабие а баГббаёСпСю е 1апб|йб едааюуб

Рис. 2. Публикации ВЦ ДВО РАН.

Сотрудники ВЦ активно участвуют в проведении исследований по российским и зарубежным грантам. В последние годы ими выполнялись исследования по 16 грантам РФФИ, 2 государственным научно-техническим программам и 5 грантам зарубежных научных фондов. Количество научных грантов, получаемых сотрудниками ВЦ, с каждым годом растет. В 2001 сотрудники ВЦ ведут исследования по 14 грантам. Финансирование по этим грантам составляет около 25% общего финансирования института. Информация о количестве выполняемых грантов и их финансировании содержится в рис. 3.

Следует отметить, что, несмотря на серьезные финансовые трудности последних лет, в ВЦ появилось более десятка молодых сотрудников и стажеров-исследо-вателей, 1 5 аспирантов, подготовлены к защите несколько докторских и кандидатских диссертаций, укрепились научно-методические связи с институтами ХНЦ и ВУЗами г. Хабаровска.

Основным направлением деятельности лаборатории численных методов математической физики является математическое моделирование физических полей в неоднородных средах. В этой лаборатории за последние годы разработаны, теоретически исследованы и реализованы в виде программных комплексов алгоритмы численного моделирования важных для практики квазитрехмерных (2.5-Б) и трехмерных задач (3-Б) распространения волн различной физической природы. Построена теория релаксирующих вязко-упругих и разномодульных (в частности — сыпучих) сред. Завершены исследования по оптимизации камеры Обскура. Вычислены двухчастичные матричные элементы для парижского потенциала взаимо-

Количество грантов  Объем финансирования

Рис. 3. Гранты, полученные ВЦ ДВО РАН

действия нуклонов в ядрах. Построены и исследованы алгоритмы численного решения некоторых обратных задач квантовой теории рассеяния и томографии. Созданы алгоритмы и проведены исследования температурных полей катода при электроискровом легировании металлов. Проведено исследование разрешимости обратных задач электростатики и комплексного магнитного потенциала.

В лаборатории математического моделирования в геологии и геофизике ведутся исследования по математическому моделированию геодинамических процессов. Были разработаны математические модели для определения механических напряжений по гравитационному полю и по заданному глубинному плотностному строению исследуемой области. На их основе разработан комплекс программ для расчетов механических напряжений в тектоносфере планеты. Проведены расчеты механических напряжений в земной коре и литосфере Азиатско-Тихоокеанской активной области. Создана математическая модель расчетов современных вертикальных движений земной поверхности по аномалиям силы тяжести и высот геоида. Показана тесная взаимосвязь полей напряжений, аномалий гравитационного и магнитного полей, плотностного строения земной коры, аномалий сейсмических полей и топографии границы электропроводящего слоя. Проводится геологическая интерпретация полученных результатов совместно с учеными геологических институтов.

Исследования по математическому моделированию физико-химических процессов в жидких средах сосредоточены в лаборатории математических методов моделирования в механике. Сотрудниками этой лаборатории выполнены исследования по определению максимальных значений КПД жидкостных МГД-генерато-ров и насосов кондукционного типа. Создан комплекс программ для расчета процессов распространения неконсервативных примесей в реке с притоками.

Сотрудники лаборатории приближенных методов и функционального анализа выполняют исследования свойств и интегральных операторов в различных функциональных пространствах, занимаются оценками асимптотических разложений распределения сумм независимых случайных величин и исследованием сходимости оптимизационных методов в задачах механики. В этой лаборатории за послед-

ние годы исследованы ограниченность, компактность и поведение аппроксимативных чисел вольтерровских операторов в различных функциональных пространствах. Получены оценки погрешности нормальной аппроксимации в гильбертовом пространстве для произвольных шагов при условии существования четвертого момента. Показано, что разложение Бергстрема может быть существенно точнее разложения Эджворта. Изучена сходимость метода минимизации негладких функционалов, основанного на алгоритме пошаговой ргох-регуляризации. Найдены эквивалентное метрическое, геометрическое, аналитическое описания квазиконформных отображений групп Карно.

В лаборатории медицинской информатики исследуются информационные модели диагностики и управления состоянием биологических объектов, а также адаптации человека и животных в условиях Дальнего Востока. Исследования этой лаборатории позволили сформировать новое теоретическое направление — топографическая физиология системы точек акупунктуры, разработать теоретические основы биоинформационных систем (БИС). Ее сотрудниками закончены разработка компьютерного атласа системы точек акупунктуры с уточненной рецептурой воздействия для больных детским церебральным параличем, пороками развития , учебно-диагностические программы "ДИАБАТ", "КАРДИАБАТ", "ДИЕС". Созданы модели температурного гетеростазиса, хронического десинхроноза при многократном маятникообразном пересечении часовых поясов, воздействия угарного газа при лесных пожарах, созданы онкоэпидемологические атласы региона. Разработан проект информационно-распознающей системы «ЭКОС» для создания различных эколого-экономических методик по оценке качества жизни популяции человека в условиях Дальнего Востока с учетом разнообразных факторов взаимодействия окружающей среды. Разработана также информационно-распознающая система (ИРС) «ЭКОС» (»Экология»), которая позволяет применить единый методологический подход ко всему комплексу задач распознавания и последующего принятия решений по экологическим, медико-экологическим и эколого-экономи-ческим факторам организации и управления природоохранной системой.

Задачи численного анализа краевых и начально-краевых задач с сингулярностью решения и их приложения изучаются в лаборатории математического моделирования в физике и технике. Определено понятие решения для краевых задач с сингулярностью, выделено два класса задач с согласованным и несогласованным вырождением исходных данных, для которых проведено исследование дифференциальных свойств Я-обобщенного решения и разработаны численные методы его нахождения. Предложен и исследован разностный метод численного моделирования и анализа электроупругих процессов в пьезопреобразователях в режиме излучения. Разработаны и изучены математические модели движения подземного трубопровода сложного профиля для внутренней задачи распространения гидроупругих колебаний в линейном приближении и линейная задача о движении трубопровода при условии конечности перемещений.

Наряду с фундаментальными исследованиями ВЦ ДВО РАН участвует и в прикладных разработках. Эти разработки направлены на решения прикладных задач геодинамики, гидродинамики, тепломассопереноса, медицинской информатики, развития транспортной инфраструктуры Дальнего Востока. Такие прикладные исследования часто проводятся совместно с другими институтами ХНЦ и вузами г. Хабаровска. При тесном сотрудничестве с Институтом тектоники и геофизики ДВО РАН сотрудниками лаборатории математического моделирования в геологии и геофизике выполнены расчеты механических напряжений в земной коре и литосфере Азиатско-Тихоокеанской активной области, проведены расчеты сопоставле-

ния поверхностных структур с глубинными неоднородностями литосферы и особенностями современной геодинамики. На основе исходных данных, полученных в Институте водных и экологическихпроблем ДВО РАН, в лаборатории математических методов моделирования в механике проводилось численное моделирование процессов распространения многокомпонентных неконсервативных примесей в реках и озерах Приамурья. В лаборатории численных методов математической физики совместно с Институтом материаловедения ХНЦ ДВО РАН изучаются математические модели и исследуются тепловые процессы, происходящие при электроискровом легировании материалов. В этой же лаборатории совместно с Дальневосточным государственным университетом путей сообщения проводятся исследования по математическому моделированию процессов тепломассоперено-са вблизи долговременных сооружений, построенных в зоне вечной мерзлоты, развитию транспортной инфраструктуры Дальнего Востока. Большой цикл исследований социокультурных и медико-географических процессов на Дальнем Востоке выполнен в лаборатории медицинской информатики совместно с Дальневосточным государственным медицинским университетом.

Значительная часть (2/3) научных сотрудников ВЦ преподают в вузах современные разделы математики, информатики и физики, готовят молодую смену по прикладной математике, математическому моделированию и информатике для научных учреждений и вузов Дальнего Востока (рис. 4). Это позволило обеспечить, начиная с 1996, постоянный приток необходимых институту молодых специалистов.

"Участие? сотрудников ВЦ ДВО РАН в образовательном процессе

Профессора  Доценты

Не преподают  Ст. пре подав атели

Рис. 4. Участие сотрудников ВЦ в образовательном процессе

ВЦ ДВО РАН уже четвертый год активно участвует в Федеральной целевой программе «Государственная поддержка интеграции высшего образования и академической науки» в рамках проекта «Системы совместных учебно-научных центров по развитию научного потенциала Хабаровского края», поддержанного также и администрацией Хабаровского края.

За это время при непосредственном участии ВЦ ДВО РАН были созданы: филиал кафедры «Прикладная математика» в Дальневосточном государственном университете путей сообщения;

совместный учебно-научный центр математического моделирования при Хабаровском государственном педагогическом университете;

учебно-научный центр информатики и системных исследований при Дальневосточном государственном университете путей сообщения;

совместный учебно-научный центр «Прикладная математика и информатика» при Хабаровском государственном техническом университете.

Кроме того, выполнены большие работы по развитию компьютерной сети институтов ХНЦ ДВО РАН и ВУЗов в г. Хабаровске. В частности, совместно с ХГТУ созданы каналы связи со скоростью передачи данных 2 Мбит/сек. между хабаровским сегментом RBNet, Вычислительным центром и ХГТУ; осуществлено подключение к узлу связи ВЦ локальных компьютерных сетей ИТиГ и ИВЭП ДВО РАН.

На ближайшие 2-3 года предусмотрены также совместные работы в области прикладной информатики с ИПМ ДВО РАН, ХГТУ и ДВГУПС, включающие в себя: широкое внедрение и сопровождение средств электронных библиотек международной компьютерной сети Internet;

создание предметно-ориентированных библиотечных информационных ресурсов в регионе и организация сетевого доступа к ним;

создание Интернет-сообщества математиков региона и выпуск электронных периодических изданий по информатике и прикладной математике.

За последние годы сотрудниками ВЦ были организованы и проведены 3 Российско-Японских семинара «Интегральные уравнения математической физики», пять Дальневосточных школ-семинаров по направлениям математического моделирования и численного анализа в г. Находка Приморского края, региональный семинар по традиционной медицине стран АТР и др. Совместно с Институтом тектоники и геофизики и Институтом географии ДВО РАН Вычислительный центр участвует в организации международного междисциплинарного симпозиума «Закономерности строения и эволюции геосфер».

Вычислительный центр активно развивает и укрепляет сотрудничество с университетами и отдельными учеными Англии, США, Канады, Германии, Японии, Китая, Южной Кореи, Чехии, Испании и Швеции, является участником международного проекта по созданию региональной подсети Интернета, связывающей российский Дальний Восток, Японию, Южную Корею, Китай и Сингапур, поддерживаемого фондом мира Сасакавы (Sasakava Peace Foundation). Сотрудников Вычислительного центра приглашаются в университеты других стран для чтения лекций, а также для проведения совместных научных исследований. В свою очередь иностранные ученые участвуют в различных конференциях, проводимых ДВО РАН, симпозиумах и выступают с научными докладами на семинарах.

Среди проблем, стоящих перед ВЦ и которые следует решить в ближайшее время, следует отметить необходимость более широкого привлечения студентов старших курсов и молодых выпускников вузов к выполнению научных исследований в лабораториях ВЦ и улучшение их материальной базы, обеспечение востребованности результатов научных разработок, завершение строительства лабораторного корпуса Вычислительного центра. Некоторые из этих проблем имеют объективный характер и связаны с общеэкономической ситуацией в стране, которая в последнее время стала улучшаться. Учитывая накопленный организационный и творческий потенциал сотрудников ВЦ, есть все основания надеяться на успешное преодоление этих трудностей. Коллектив Вычислительного центра в канун своего двадцатилетия не теряет оптимизма и с уверенность смотрит в будущее.