В Московском авиационном институте разработали программное обеспечение для ускорения сложных инженерных расчетов в авиационной отрасли. Однотипные аэродинамические расчеты исследователи МАИ заместили нейросетевыми методами. Созданная нейросетевая библиотека, которая продолжает пополняться, позволит с приемлемой точностью выполнять на обычном домашнем ПК задачи, требующие сегодня использования самых мощных суперкомпьютеров.

Проект выполняется на базе лаборатории искусственного интеллекта и математического моделирования института № 8 "Компьютерные науки и прикладная математика" МАИ. Эта работа была начата в рамках отдельного постановления Правительства РФ, в котором университет играет роль главного разработчика нового отечественного программного обеспечения для комплексных мультифизических расчетов в области авиации.

- При проектировании нового вида авиационной и космической техники на этапе выбора оптимальной конфигурации образца требуется производить множество расчетов на суперкомпьютерах. В частности, исследователи занимаются детальным моделированием аэродинамических процессов, что является одной из самых долгих и трудозатратных частей работы, - рассказал участник проекта, ведущий разработчик научно-исследовательского отдела кафедры 806 "Вычислительная математика и программирование" МАИ Вадим Кондаратцев. - Для того чтобы перебрать как можно больше вариантов компоновки летательного аппарата или чтобы посчитать 5 секунд полета традиционными методами вычислительной аэродинамики, требуется затратить целые месяцы работы больших суперкомпьютеров. Чтобы решить проблему скорости типовых расчетов, мы и создаем нейросетевой аналог классических методов решения подобных задач. Ведь нейросети могут хорошо делать быстрые предсказания в сложноструктурированных задачах.

Библиотека программного комплекса была написана на Python и С++, а нейросети - на базе фреймворка PyTorch. В своей работе специалисты МАИ использовали самые современные архитектуры: физически-информированные нейронные сети (PINN) и графовые нейросети (GNN).

Разработчики встроили в свою библиотеку модуль генерации данных для почти любого, даже самого сложного случая обтекания тела. Получив набор сгенерированных данных, нейросети обучаются на них, а затем проводят быстрые расчеты без использования суперкомпьютеров. Модуль генерации данных построен на основе программного обеспечения для моделирования процессов динамики жидкости и газа, а именно - CFD-решателей "Логос" и OpenFOAM.

Маевская разработка не имеет аналогов на отечественном рынке. При этом в мире только шесть коллективов занимаются подобной задачей, включая специалистов института № 8 МАИ. Программное обеспечение ученых МАИ сопоставимо по уровню с продуктами одного из лидеров в сфере инженерного ПО - американской компании Ansys Inc.

В качестве главного индустриального заказчика МАИ выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации, которое субсидирует разработку для внедрения на предприятиях авиационной промышленности. На данном этапе специалисты тестируют первую версию библиотеки и планируют до конца года получить вторую версию с более широким функционалом и лучшим качеством обученных нейросетей. Также в ближайшем времени разработку планируется запатентовать.