Математика, вычислительные машины и приложения: вспоминая Анатолия Петровича Меренкова

Рузайкин Г.И.

А.П. Меренков (1936–1997) – чл.-корр. АН СССР (1990), доктор физико-математических наук (1976), профессор (1980). Механик. Специалист в области математического моделирования, оптимизации и системных исследований в энергетике. В Сибирском отделении с 1958 г.: младший научный сотрудник Института математики с Вычислительным центром СО АН СССР, с 1961 г. зав. лаб. Сибирского энергетического института СО АН (Иркутск); нач. лаб. оптимизации газотранспортных систем Всесоюзного научно-исследовательского института газа Мингазпрома (Москва) (с 1982); директор Сибирского энергетического института (с 1988) (ныне Институт систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН). Преподаватель, старший преподаватель, доцент, профессор кафедры методов оптимизации Иркутского государственного университета (1965–1982); зав. кафедрой трубопроводных систем учебно-научно-производственного комплекса Сибирского энергетического и Иркутского политехнического институтов.

Математика и вычислительные машины

Личность члена-корреспондента РАН Анатолия Петровича Меренкова и его творчество интересны для современных исследователей не только с точки зрения становления, но сегодня к ним важно подойти и с позиций восстановления приоритетной роли науки в развитии технико-экономических представлений, касающихся самых различных аспектов с трудом обновляющейся России. Автор настоящей работы был знаком с Анатолием Петровичем еще в студенческую пору. Мы учились на одном потоке курса мехмата МГУ им. М.В. Ломоносова. С первых дней учебы трудно было не обратить внимания на стройного и всегда подтянутого юношу в постоянном окружении одногруппниц. Позже я узнал, что он бывший суворовец и староста группы. Наши пути вглубь математики шли на разных кафедрах: у него на вычислительной, а у меня на кафедре теории вероятностей и математической статистики. К концу обучения в университете на факультете появилась ЭЦВМ «Стрела», на которой Толя в течение дипломного года поработал лаборантом, получив опыт погружения в программирование и тесного знакомства с цифровой ЭВМ.

Очень важным обстоятельством в жизни А.П. Меренкова стал набор сотрудников в Новосибирский Академгородок. Он попал в число, если не ошибаюсь, двух десятков выпускников курса, распределенных в СО АН. Работа в Сибири для А.П. Меренкова началась с сотрудничества с А.П. Ершовым в отделе программирования Института математики с Вычислительным центром СО АН СССР. В Электронном архиве академика А.П. Ершова этот начальный период отражен в переписке между ними. Речь идет о пребывании А.П. Меренкова в Ереване, где он участвовал в освоении ЭЦВМ «Раздан» и ускорении ее получения для СО АН. Из переписки видно, сколь цельным был этот человек, в нем соединились хорошая профессиональная подготовка, вдумчивое отношение к порученной работе и умение ее организовывать. Об этом весьма красноречиво говорят подробные отчеты в его письмах, включающих анализ ситуации и даже «политическую» оценку последней. Это касалась собираемого экземпляра ЭЦВМ «Раздан» и проектируемой машины «Арагац». В течение первых трех лет пребывания в Сибири Анатолий Петрович приобрел заметный научно-организационный вес, позволивший ему едва ли не самому первому из однокурсников стать заведующим лабораторией в академическом институте. Так, в начале 1961 года в порядке перевода он становится заведующим лабораторией прикладной математики и кибернетики СЭИ.

Приложения

Совершим важный для дальнейшего изложения исторический экскурс. Пока Анатолий Петрович проходил курс наук, ЭВМ завершали свой первый этап развития, они имели ламповую аппаратную платформу, небольшую оперативную память и невысокое быстродействие. Это позволяло Ричарду Фейнману выигрывать пари на скорость решения дифференциальных уравнений у вычислителей, вооруженных тогдашними ЭВМ. Вычислительные методы и редкие программируемые вычислительные машины были доступны в основном для решения уникальных задач, связанных с оборонными потребностями по обе стороны океана. Хотя это и породило вычислительную математику, как утверждает профессор В.М. Тихомиров, само название предложил известный математик Лазарь Аронович Люстерник. Основные достижения этой науки были главным образом связаны с реализацией численных методов решения различных дифференциальных уравнений на ЭВМ.

Начало 60-х годов прошлого века ознаменовалось не только переходом на ЭВМ второго поколения на полупроводниковой аппаратной платформе, но и к большему их распространению (увеличился парк доступных машин) Это позволило перейти к решению на них более широкого класса задач, в котором уже рассматривались разнообразные приложения. В частности широкое распространение получили различные технико-экономические задачи и не только оборонного характера. Так вычислительная математика стала прикладной.

В это время Анатолий Петрович, как математик и программист, обратил внимание на широкие возможности использования методов линейного программирования в прикладных задачах. Поэтому появление работы «Программа решения общей задачи линейного программирования модифицированным симплекс-методом» в «Сборнике программ для БЭСМ-2М», опубликованной в ВИНИТИ АН СССР 1964 г., стало важным этапом в развитии направления, захватившего его на всю оставшуюся жизнь. А именно разработка методологии решения задач, связанных с проектированием крупных трубопроводных транспортных сетей (гидравлических, газовых, нефтяных и энергетических). Осознав сложность модельного представления подобных объектов, Анатолий Петрович стал развивать методы моделирования транспортных сетей, что по мере возрастания сложности таких реальных сетей становилось основным способом их исследования, проектирования и даже проработки стратегических планов развития соответствующих отраслей экономики страны. Одна из первых опубликованных в журнале «Теплоэнергетика» еще в 1962г. работ А.П. Меренкова была связана с определением оптимальной структуры перспективного баланса с использованием ЭВМ, в которой он участвовал наряду с такими известными специалистами, как энергетик Л.А. Мелентьев и экономист А.С. Некрасов.

Типичной для того времени развития прикладной математики стала тенденция предвосхищать решение реальной задачи ее постановкой и математической моделью. Тщательность проработки позволяла либо найти приемлемое решение задачи, либо провести моделирование (целенаправленный цикл решений для огрубленной модели), которое приводило к допустимому решению реальной задачи. В первой половине 60-х годов Анатолий Петрович вместе со своим учителем В. Я. Хасилевым начинает заниматься моделированием построения тепловых сетей. Ими развивается комплексная модель различных сетей, на базе которой создается методология оптимизационного моделирования разветвленных тепловых сетей с использованием ЭВМ. В 1963 г. Анатолий Петрович защитил диссертацию «Методы комплексной оптимизации разветвленных тепловых сетей с применением ЭВМ» на ученую степень кандидата технических наук. Любопытно заметить, что в дипломе о присвоении ученой степени не была указана специальность, потому что в ВАК к тому времени ее не «придумали».

Настоящая заметка имеет значение для автора, кроме прочего, еще и потому, что позволяет поделиться личными впечатлениями, связанными с ролью и значением работ, выполненных Анатолием Петровичем до 1970 г. Но прежде следует обратить внимание на опубликованные им тогда труды. Дадим их краткую характеристику, а более полные сведения можно найти в книге, изданной в Иркутске[1] . Модели трубопроводных систем в работах Анатолия Петровича рассматривались с линейными функционалами с ограничениями и использовались в случаях оптимизации отдельных параметров разветвленных сетей (напоров, диаметров и нескольких источников подачи тепла), а также с учетом динамики развития или реконструкции, например, для газопроводных сетей. В последнем случае расчеты проводились с использованием метода динамического программирования. Также предметом исследования были общие модели сетей с целью оптимизации их структур, в частности, задаваемых на кольцевых графах. Им предлагалась методика выбора параметров промышленных тепловых сетей. Вместе с соавторами Анатолий Петрович получил авторское свидетельство на изобретение способа определения расходов и гидравлических сопротивлений в трубопроводных сетях и других гидравлических системах. Следует сказать, что в то время большое внимание он уделял проблемам оптимизации гидравлических сетей.

Так как автор данной статьи в эти годы работал в крупном проектном институте «Гипроводхоз», являвшимся головной организацией по выполнению крупных мелиоративных проектов в стране и за рубежом, то проблемы оптимальных проектных решений крайне интересовали его сотрудников. Контакт с Анатолием Петровичем был крайне важен, мы поддерживали связь и как однокурсники, и как участники научных мероприятий (конференций и семинаров). Таким образом, работы Анатолия Петровича оказывали на нас методическое влияние. Различие в аппаратно-платформном оснащении наших организаций не позволяло непосредственно использовать наработки СЭИ, но модельные представления и методы их анализа мы использовали не без успеха. Так, для больших водоводов в проектах обводнения пастбищ в Казахской ССР были использованы модели сетей, позволивших рассчитать оптимальные трассы водоводов по их длине, а также гидравлические характеристики, что позволило дать хорошо обоснованную стоимость проектных решений. Помимо выполнения оптимальных проектных расчетов институтскому вычислительному подразделению удалось получить методическую помощь в обосновании потребных средств для приобретения необходимой вычислительной техники. Это оказалось возможно благодаря детальному знанию алгоритмов, на которых базировались расчетные методики. Полезными оказались оптимизационные методы, лежащие в основе динамического программирования, которые широко использовались при расчете мелиоративных каналов, проектировавшихся для открытых оросительных систем.

Другое направление, также успешно развиваемое Анатолием Петровичем на основе линейных оптимизационных моделей, относилось к оптимизации технико-экономических проектных решений. Например, оптимальной рассортировки топлива на энергетических объектах, сокращенные модели для планирования в топливно-энергетических хозяйствах. Это были полезные работы, потому что позволяли рассматривать сходные модели в других отраслях. Так, в мелиоративном строительстве можно было рассматривать планирование работ соответствующих строительных организаций и даже строить модели перспективного развития мелиоративного строительства в регионах и стране в целом.

Быстрое развитие производства вычислительных машин заострило проблему переноса уже имеющегося ПО на новые конфигурации, поэтому и Анатолий Петрович вынужден был уделять внимание этой проблеме, например, им была перенесена программа для модифицированного симплекс-метода на новую ЭВМ БЭСМ-4. Можно утверждать, что по мере совершенствования вычислительной техники Анатолий Петрович активно поддерживал переход с использования ЭВМ для решения отдельных расчетных задач, т.е. от приложений на рабочем месте пользователя, к созданию программных комплексов, поддерживающих получение оптимальных решений, уже состоящих из множества приложений.

Провозвестник будущего мира ИТ

Завершая краткие воспоминания об Анатолии Петровиче, необходимо отметить, что его почти полувековой вклад в развитии методологии моделирования в отраслевом комплексе Сибирского энергетического института СО АН СССР и ВНИИГАЗ до сих пор отвечает самым передовым представлениям о решении задач отрасли. Они опирались на математические модели и методы и использование вычислительных машин. В силу хорошего уровня формализации моделей, охватывающих широкий круг реальных систем, системная реализация их оптимизации хорошо вписывалась в ИТ-поддержку при решении не только задач проектирования, обеспечивающего их функционирование, но и позволяла создавать на их базе АСУ, обеспечивающие их эффективную эксплуатацию. В последние годы жизни, возглавляя СЭИ СО РАН, А. П. Меренков уделял внимание моделированию трубопроводных систем, учитывающих термодинамические факторы, рассматривал энергетическое развитие регионов и страны в целом в новых экономических условиях. Не оставил он без внимания и аналитическую работу по рассмотрению роли трубопроводных систем в международной торговле энергоносителями.

Примечаниe

1. Анатолий Петрович Меренков: Научное наследие. Воспоминания близких. Документы. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2006. 654 с.

Об авторе: Редакция журнала «Мир ПК»
ruza@osp.ru
Материалы международной конференции SORUCOM 2011 (12–16 сентября 2011 года)
Помещена в музей с разрешения автора 16 октября 2013