События
О проекте

О проекте корпоративной кафедры

Проект предполагает проведение широкомасштабных совместных научных исследований в разнообразных областях математического моделирования и разработки программного обеспечения для научных и высокотехнологичных приложений. В рамках Кафедры планируется дальнейшее углубление сотрудничества с организациями РАН в кооперации с совместными лабораториями вычислительной механики РГУ и ИПМ РАН, ИММ РАН, нелинейной механики РГУ и ИПМаш РАН, лаборатории механики активных материалов ЮНЦ РАН.
Важной отличительной чертой структуры корпоративной Кафедры является соединение методологий классических и инженерно-технических программ подготовки специалистов в системе высшего образования.

По направлению планируемых совместных исследований предлагаемый проект соответствует следующим разделам ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ НАУКИ, ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИКИ РФ: "Фундаментальные исследования", "Экология и рациональное природопользование", «Информационные технологии и электроника" и следующим разделам ПЕРЕЧНЯ КРИТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ФЕДЕРАЛЬНОГО УРОВНЯ: "Компьютерное моделирование", "Высокопроизводительные вычислительные системы", "Информационная интеграция и системная поддержка жизненного цикла продукции (CALS-технологии, CAE-CAM, CAD)", "Снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф", "Безопасность атомной энергетики".

С 1999 года на конкурсной основе создан и успешно работает «Научно-образовательный эколого-аналитический центр системных исследований, математического моделирования и геоэкологической безопасности Юга России» (далее «НОЦ Юга России»). С 2003 года НОЦ Юга России функционирует на базе РГУ и ТРТУ. Центр ведет междисциплинарные исследования, посвященные комплексному изучению и прогнозированию экосистемы Азовского моря. В области прикладной математики и математического моделирования получены результаты передового научного уровня. Построены и исследованы трехмерные модели гидродинамики мелководных водоемов, превосходящие по точности и прогностическим возможностям известные модели, в том числе А.С. Саркисяна, Н.Е. Вольцингера, Princeton Ocean Model и другие. Данные модели, наряду с традиционными факторами, учитывают испарение и выпадение осадков не только в уравнениях баланса массы, но и в уравнениях движения и реализованы на оптимальных гранично-адаптивных сетках, что обеспечивает им лучшую точность по сравнению с известными, а также сохраняют свойство устойчивости при перепадах глубин в 50-65 раз (от 0,2 м до 13 метров для Азовского моря). На основе данных моделей было предсказано существование устойчивых крупномасштабных гидродинамических структур течений (S-структур), имеющих замкнутый характер. Эти структуры играют роль гигантских природных ловушек для загрязнений, поступающих со стоком реки Дон из Таганрогского залива в восточную часть Азовского моря.

Данные структуры получили экспериментальное подтверждение в процессе экспедиционных исследований. В НОЦ накоплен опыт математического моделирования сложных систем, имеется современное компьютерное оборудование, включая высокопроизводительный кластер распределенных вычислений производительностью более 20 GFlops с высокопроизводительным коммутационным оборудованием (3Com Gigabit Switch, производительностью 1 Гбит/сек) и распределенной памятью 4 Гбайт, который позволяет осуществлять моделирование пространственно-трехмерных процессов в реальном времени. Имеется собственное научно-исследовательское судно «Платов», которое оснащено современным радио- и навигационным оборудованием и имеет класс Российского Регистра ОПР-1,8, позволяющий проводить исследования на всей акватории Азовского моря практически при всех погодных условиях, характерных для этого региона. На судне установлены высокоточные океанографические зонды: SBE 19plus – позволяющий измерять профили температуры, солености, растворенного кислорода, плотности и мутности в толще морской воды,

буксируемый зонд-профилограф WHS 600 - трехлучевой акустический доплеровский измеритель трехмерного вектора скорости течения, позволяющий производить измерения в столбе жидкости под кормой судна во время движения в реальном времени.

В 2004 году на базе трех ведущих вузов Юга России (РГУ, ТРТУ и ЮРГТУ) был создан Южно-Российский корпоративный университет, основной целью которого является концентрация материальных и интеллектуальных ресурсов трех университетов. Логическим развитием предыдущей деятельности, связанной с созданием НОЦ и Корпоративного Университета, по мнению авторов, является настоящий проект создания корпоративной кафедры.

Коллективы исполнителей имеют богатый опыт интеграции с различными академическими и научно-исследовательскими организациями. Так с 1998 г. в РГУ успешно функционирует учебно-научный центр по проведению фундаментальных научных исследований и подготовке специалистов в областях прикладной математики и механики на базе Ростовского университета (далее УНЦ ПММ). УНЦ ПММ включает в себя механико-математический факультет, научно-исследовательский институт механики и прикладной математики (НИИ М и ПМ), Южно-Российский Региональный Центр Информатизации РГУ (ЮГИНФО РГУ), Институт Проблем Механики (ИПМ) РАН, г. Москва, и (с 2002 г.) Институт проблем Машиноведения (ИПМаш) РАН, г.Санкт-Петербург. В рамках УНЦ были опробованы механизмы интеграции различных учебных и научно-исследовательских учреждений, проведены совместные научные исследования по ряду приоритетных фундаментальных проблем механики и вычислительной математики и развивался и совершенствовался процесс подготовки специалистов. Для развития интеграции и координации совместных научных исследований в 2002 г. в г. Ростове-на-Дону на базе НИИ М и ПМ РГУ были созданы совместные лаборатории «Вычислительная механика» (РГУ, ИПМ РАН и НИИ М и ПМ РГУ) и «Нелинейная механика» (РГУ, ИПМ РАН и НИИ М и ПМ РГУ). В ТРТУ сложились устойчивые связи с Институтом математического моделирования РАН, кафедрой вычислительных методов ВМК МГУ, факультетом Прикладной математики и управления МФТИ. Организованы не реже 1 раза в учебном году курсы лекционно-практических занятий специалистов ИММ РАН, преподавателей МГУ И МФТИ по современным численным методам, распределенным вычислениям для студентов спец. «Прикладная математика» и пр. Лучшие выпускники –бакалавры ТРТУ приняты в 2004г. на конкурсной основе для обучения в магистратуру МФТИ по специальности «Прикладная математика и физика», специализация «Математическое моделирование»

В 2004 г. на базе кафедры математического моделирования создана лаборатория механики активных материалов ЮНЦ РАН (научный рук. – проф. Белоконь А.В., зав. лаб. – Еремеев В.А.)
Богатый опыт взаимодействия с промышленными предприятиями нашел отражение в создании в 2003 г. на базе РГУ Донского компьютерного центра CAD/CAE-технологий. В рамках этого Центра были проработаны научно-методические основы подготовки и переподготовки инженеров в области CAD/CAE-технологий и проведены сложные высокоточные расчетные работы в области прочности в интересах предприятий и научно-исследовательских организаций.

Наличие оборудования, необходимого для реализации проекта.

– Лекционный класс кафедры математического моделирования РГУ с необходимым демонстрационным оборудованием, включая мультимедийный проектор Panasonic LT-501; портативный компьютер HP Omnibook XE3; оверхед-проектор Medium-2300; проекционные экраны; телевизор, видеоплеер и магнитофон для занятий по английскому языку.

– Оборудование для малотиражного выпуска учебных материалов: копир, цветной лазерный принтер, стиплер, переплетный аппарат, аппарат для ламинирования (РГУ)

– Кластеры распределенных вычислений производительностью более 20 GFlops с высокопроизводительным коммутационным оборудованием (2 класса в РГУ, 1 класс в ТРТУ)

– Профессиональная станция Alpha DS20E (ТРТУ). Двухпроцессорная вычислительная система RISC- архитектуры, с лицензионным программным обеспечением.

– 4 класса ПЭВМ, включающих более 40 Pentium IV (2 класса в РГУ, 2 класса в ТРТУ)

– Научно-исследовательское судно - теплоход «Платов» (ТРТУ). Судно типа БПМ-74М, водоизмещением 34,5 тонн, оснащенное двигателем ЯМЗ238М и современным радионавигационным оборудованием; имеет класс ОПР-1,8, позволяющий проводить исследования на всей акватории Азовского моря практически при всех погодных условиях, характерных для этого региона

– Океанологический зонд SBE 19plus (ТРТУ). Высокоточный зонд фирмы Sea Bird Electronics, позволяющий измерять профили температуры, солености, растворенного кислорода, плотности и мутности в толще морской воды в реальном времени

– Океанологический зонд WHS 600 (ТРТУ). Высокоточный буксируемый зонд-профилограф фирмы RDI- трехлучевой акустический доплеровский измеритель вектора скорости водного потока, позволяющий производить измерения в столбе жидкости под кормой судна во время движения

• Привлечение к выполнению проекта студентов, аспирантов, докторантов и молодых ученых.
Планируется привлечь не менее 60 % студентов, специальности «Прикладная математика», а также всех магистрантов и аспирантов к выполнению теоретических и экспериментальных работ в рамках научных задач, решаемых корпоративной Кафедрой. Предполагается, что не менее 15% средств данного проекта будет выделяться на конкурсной основе для финансовой поддержки лучших научных работ студентов, магистрантов и аспирантов, обучающихся на корпоративной Кафедре.

В результате проведения совместных научных исследований планируется получить следующие результаты.

Построение и верификация качественно новых типов пространственно-трехмерных моделей гидротермодинамики и биогеoхимических циклов высокой разрешающей способности, ориентированных для мелководных протяженных водоемов, подобных Азовскому морю, являющихся действенным инструментом изучения и прогноза развития экосистемы; модели и результаты комплексных океанологических исследований дадут возможность предсказать заранее неблагоприятные и катастрофические явления, такие как сгонно-нагонные явления и паводки, образование зон заморов и анаэробного заражения изменения химического состава вод в результате эволюции погодно-климатических условий, а также последствия крупномасштабных гидротехнических проектов.

Будут созданы гидродинамические и диффузионные модели, учитывающие трехмерность и нестационарность процессов распространения примесей, а также динамическая модель речного стока для изучения влияния изменения режима и объема пресного стока на гидрологию Таганрогского залива и соленость Азовского моря. Будет проведена идентификация и верификация моделей применительно к рекам и водоемам бассейна Дона и Кубани (включая Цимлянское и Краснодарское водохранилища).

Для учета влияния некоторых физических факторов (солнечная радиация, ветровая активность), а также роли поверхностно активных веществ, содержащихся в производственных и бытовых сточных водах, предполагается разработать модели возникновения термогравитационных свободно-конвективных потоков в водоемах.

Будут разработаны модели выброса и переноса мелкодисперсных и газообразных частиц (в том числе, радиоактивных нуклидов) для имитации влияния эмиссии загрязняющих веществ на качество воздушной среды и расчета выпадения на акватории. Рассматриваемые модели будут предназначены для расчетов нестационарных процессов распространения многокомпонентных выбросов в атмосфере городского района в трехмерных и двумерных постановках (в горизонтальной и вертикальной плоскостях).

Планируется построение, исследование и применение глобально-экономичных параллельных алгоритмов для решения больших задач математической физики на супер-ЭВМ. Будет разработана параллельная версия конечно-элементного пакета ACELAN.

Создание и применение математических моделей и программных средств для нанотехнологий, в частности, для процессов, использующих эффекты размерного квантования, резонансного и одноэлектронного туннелирования, Штарка, Ааронова-Бома и др., для повышения быстродействия, чувствительности и точности микро- и наносенсоров, и повышения степени их интеграции и функциональной сложности, снижения их энергопотребления и массогабаритных характеристик, расширение возможностей их использования для целей экологического мониторинга атмосферы, водных ресурсов, технологических сред, околоземного пространства и др.

Использование результатов проекта в системе образования:
• Влияние результатов проекта на модернизацию образовательных программ или методик преподавания.

В рамках проекта планируется осуществить переход на интегрированные учебные планы по математическим дисциплинам для первой образовательной ступени подготовки студентов технических специальностей ТРТУ, ЮрГТУ и РГУ. Предполагается разработать методическое и дидактическое обеспечение интегрированных учебных планов курсов по математическим дисциплинам для данных специальностей, издать под грифами УМО и МО и Н не менее пяти учебных пособия, разработать и внедрить систему обеспечения и контроля качества предоставляемых образовательных услуг и учебного процесса по математическим дисциплинам для студентов технических специальностей.

Планируется осуществить переход на интегрированные учебные планы подготовки студентов специальности «Прикладная математика», обучающихся в ТРТУ, ЮрГТУ и РГУ со специализацией в области математического моделирования; разработать единое методическое и дидактическое обеспечение интегрированных учебных планов для данных специальностей; обеспечить снижение аудиторной нагрузки по математических дисциплин в среднем на 35-40 % за счет увеличения доли самостоятельной работы студентов на основе разработанного методического и дидактического обеспечения, включающего электронный образовательный ресурс и систему контроля качества учебного процесса. Предполагается углубить индивидуальную подготовку студентов спец. «Прикладная математика», доведя до 35-40 % численность студентов, обучающихся по индивидуальным планам на IV-V курсах.
Для студентов специальности 010200 планируется сформировать систему профессиональных практикумов, базирующуюся на использовании современных программных продуктов: комплексов программ ANSYS, FLOW VISION, STAR CD, FLUID, STATISTICA и др.

• Использование результатов проекта при подготовке кадров высшей квалификации.
Планируется не реже трех раз в течение каждого учебного года проводить совместные научные мероприятия с участием молодых исследователей: научно-технические конференции, школы молодых ученых, дни науки. Предполагается разработать и внедрить систему интегрального рейтинга для отбора наиболее способных выпускников специальности «Прикладная математика» с целью обучения в аспирантуре и систему распределения и закрепления молодых ученых – кандидатов наук в качестве преподавателей университетов.