И Н Ф О Р М А Ц И О Н Н Ы Х Т Е Х Н О Л О Г И Й

Программный комплекс многоуровневого моделирования динамики дискретных систем«Advanced Particle Simulator»

Асонов Игорь

Идея Создать ПО (APS) для моделирования динамики

дискретных систем на различных масштабных уровнях

APS будет применяться для решения фундаментальных и прикладных задач нанотехнологий, пищевой, фармацевтической, горно-добывающей, химической и других отраслей промышленности

Методы моделирования дискретных системМолекулярная динамика (MD) – метод моделирования атомарных систем, основанный на численном интегрировании уравнений движения взаимодействующих частиц (атомов, молекул)

Метод дискретных элементов (DEM) – метод моделирования динамики гранулированных сред, учитывающий вращательные степени свободы частиц

Гидродинамика сглаженных частиц (SPH) – бессеточный метод решения уравнений механики сплошных сред (жидкостей, газов, твердых тел)

Метод динамики частицПредставление вещества в виде совокупности частиц, движущихся согласно уравнениям динамики при заданных законах взаимодействия

Расстояние разрыва связиРавновесное

расстояние

Прочность связи

Исчезновение связи на расстоянии

Простейшая сила взаимодействия

Задачи, решаемые методом динамики частиц

O ON

Нано Микро

Мезо

Макро

PEST-анализ потенциального рынка пакета

Повсеместное внедрение компьютерных технологий (в частности - систем компьютерного моделирования).

Рост интереса общества к высоким технологиям

Омоложение научных и производственных кадров

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ

СОЦИОКУЛЬТУРНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ

Медленное развитие малого наукоемкого бизнеса из-за необходимости крупных инвестиций

Появление и развитие венчурных фондов, бизнес-инкубаторов и т.д.

Поддержка государством научных проектов, связанных с внедрением высоких технологий

Выделение больших средств на научно-исследовательские и федеральные университеты и университеты с особым статусом

ВЛИЯНИЕ ЭКОНОМИКИПОЛИТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Игорь АсоновСпециалист-тренер. Опыт в программировании, преподавании и в создании образовательных начинаний. Выход на ведущие ФМЛ СПб.

Команда проекта

Костяк - сотрудники Политехнического Университета (СПбГПУ)

Более 10 лет разработки наукоемкого ПО для моделирования методом динамики частиц

Успешное применение метода динамики частиц в научно-исследовательских проектах и хоздоговорных работах

Более 100 публикаций по теме проекта в ведущих российских и зарубежных журналах, 3 монографии

1 докторская и 3 кандидатских диссертации по теме проекта

ООО «Альтаир» Антон КривцовНаучный руководитель. Профессор, доктор физико-математических наук. Опыт работы в области – более 15 лет

Виталий КузькинПомощник научного руководителя . Кандидат физико-математических наук. Специалист в области математического моделирования наноструктур

Александр Ле-ЗахаровПрограммист. Кандидат физико-математических наук. Опыт работы в IT – более 7 лет, в т.ч. в стартап области

Игорь БеринскийКоммерческий директор. Кандидат физико-математических наук, магистр менеджмента, имеет успешный опыт работы в научных стартапах.

Избранные публикации по проекту (1999-2012гг.)

Krivtsov A.M., Kuzkin V.A. Derivation of Equations of State for Ideal Crystals of Simple Structure // Mech. Solids. 46 (3), 387-399 (2011) Kuzkin V.A., Krivtsov A.M. Description for mechanical properties of graphene using particles with rotational degrees of freedom // Doklady Physics, 2011, Vol.

56, No. 10, pp. 527–530. E.A. Podolskaya, A.Yu. Panchenko, A.M. Krivtsov. Stability of 2D triangular lattice under finite biaxial strain // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics.

2011, 2 (2), p. 84–90. Kovalev O.O., Kuzkin V.A. Analytical expressions for bulk moduli and frequencies of volumetrical vibrations of fullerenes C20 and C60 // Nanosystems: Physics,

Chemistry, Mathematics, 2011, 2 (2), P. 65–70 Kuzkin V.A. Interatomic force in systems with multibody interactions // Phys. Rev. E 82, 016704 (2010) Berinskii I.E. , Krivtsov A.M. On Using Many-Particle Interatomic Potentials to Compute Elastic Properties of Graphene and Diamond. Mechanics of Solids, 2010,

Vol. 45, No. 6, pp. 815-834. Krivtsov A.M. Molecular dynamics study of chemically induced phase transformation // Proceedings of XXXVIII International Summer School –

Conference "Advanced Problems in Mechanics". 2010, pp.363-374. Loboda O.S., Krivtsov A.M. Determination mechanical properties of nanostructures with complex crystal lattice using moment interaction at microscale. Scale

effect in elastic properties. // Reviews on advanced materials science. 2009, Vol. 20, № 2. Berinskii I.E. , Ivanova E.A., Krivtsov A.M., Morozov N.F. Application of Moment Interaction to the Construction of a Stable Model of Graphite Crystal Lattice //

Mechanics of Solids, 2007, Vol. 42, No. 5, pp. 663-671. Krivtsov A.M., Pavlovskaia E.E., Wiercigroch M. Impact Fracture of Rock Materials Due to Percussive Drilling Action // Proceedings of International Conference

"XXI International Congress of Theoretical and Applied Mechanics", 15 - 21 August 2004, Warsaw, Poland. Gilabert F.A., Krivtsov A.M., Castellanos A. Computer simulation of mechanical properties for powder particles using Molecular Dynamics // Proceedings of the

XXX Summer School "Advanced Problems in Mechanics", St.-Petersburg, Russia, 2003. Krivtsov A.M., Wiercigroch M. Molecular Dynamic Simulation of Mechanical Properties for Polycrystal Materials // Materials Physics and Mechanics, 2001, 3(1),

45-51. Krivtsov A.M. Computer Simulation of Spall Crack Formation // Structural Dynamics - EURODYN '99, Fryba & Naprstek (eds), 1999, Balkema, Rotterdam, 475 -

477

Оборудование Компактные супер-ЭВМ (2 шт.)

- пиковая производительность - 1,1 Тфлопс;- количество процессорных ядер - 144;- частота процессора - 1,9 ГГц;- оперативная память 2-8 Гбайт на ядро;

Персональные компьютеры (5 шт.)- Процессор: Intel Core i7- RAM: DDR3, 12 Гб

Ноутбуки (> 10 шт.) Офисная техника

МВС-100K

Пиковая производительность - 227,84 TFlops (сравнимо с мощностью 2300 ПК)

Конфигурация создана преимущественно на базе Intel Xeon E5450 3GHz 8GB RAM

Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН

Партнеры проектаInstitute of Solids Process Engineering and Particle Technology,Hamburg University of Technology, Professor Stefan Heinrich

Санкт-Петербургский государственныйполитехнический университет

Учреждение российской академии наук институт проблем машиноведения РАН

Концепция М5

Методы моделирования Молекулярная динамика (MD) Дискретные элементы (DEM) Гидродинамика сглаженных частиц (SPH)

Многомасштабность

Мультидисциплинарность

Многопроцессорность

Модифицируемость (API для всего)

Эффективный алгоритм расчета сил (электро-магнитных, гравитационных) для моделирования на МВС

Эффективный алгоритм поиска соседейМоментный потенциал для моделирования

механических свойств углеродных наноструктурФизически корректная модель для описания упругих

связей между частицами в DEM Алгоритм моделирования динамики частиц в газе

Ноу-хау, используемые при разработке

Структура пакета Уже есть

Решатель

Препроцессор(начальные условия)

Визуализация

Модели взаимодействия

В планах

Решатель

Препроцессор+CAD import

Расчет макропараметров

Визуализация

Моделивзаимо-действия+API

Контроллеры движения

Игровое обучение

Онлайн-портал для рейтинга, выкладывания идей, моделей, взаимопомощи и др.

Работа над реальными научными проблемами в игровой форме (по примеру, Fold.It)

Обучение в игровой форме

Microsoft Kinect

Обучение в игровой форме

Существующие примеры работы пакета Нанографеновый резонатор

Микровибрационное разделение

Мезовибрационное сверление

Макротест Шарпи – ударная вязкость

Возможные области применения пакета• Горно-добывающая, горно-перерабатывающая промышленности

– вибрационное сверление, измельчение– сегрегация, виброразделение, вибротранспортировка

• Фармацевтическая промышленность– грануляция– аппараты с кипящим слоем, сушилки, мельницы

• Химическая промышленность– гранулированные удобрения

• Порошковая металлургия – спекание порошков

• Нанотехнологии– разработка графеновых резонаторов– исследование свойств нанотрубок

• Научно-исследовательская деятельность

• Образование

Пакет APS будет использоваться в школьнах, ВУЗах и учреждениях доп. образования в рамках курсов

– физики– механики деформируемого твердого тела– гидродинамики– компьютерного моделирования– программирования– нанотехнологий – …

Наглядность

Интерактивность

Использование в образовании

Потенциальные покупатели• Пищевая, химическая промышленность:

– Nestle– Pfizer– Procter&Gamble

• Металлургия, горно-добывающая, горно-перерабытывающая промышленность:– МЕХАНОБР Техника– Astec Inc.– Martin Engineering– Haald Engineering– VR Steel (Pty) Ltd

• Учебные заведения в РФ и за рубежом

• НИИ и учреждения РАН

Обзор рынка программ для компьютерного моделирования дискретных систем

$ 300 млн./год

Accelrys AMBER DEM Solutions YASARA Rockfield SW …

Название пакета MD DEM SPH ИнтерфейсВзаимодействие

в игровой форме

Цена (тыс.руб.)

APS + + + + + 100 AMBER + - - + - 600 Materials _Studio + - - + - 1000

EDEM - + - + - 1000 LAMMPS + + - - - - YASARA + - - + - 200 ELFEN - + - + - 500 SPARTACUS - - + + - 550

Способы монетизации

Образовательная версия APS

Полная (коммерческая) версия APS

Услуги Продукты Оплата за расчеты,

а не за простой Расчеты в облаке Магазин продажи модулей Техническая поддержка Trial по времени расчетов

Прибыль проекта (руб.)

Год 1 год 2 год 3 год

Коммерческие версии APS 210 000 1 000 000 6 000 000

Образовательные версии APS 35 000 1 000 000 5 000 000

Услуги 5 000 50 000 150 000

1 год проекта 2 год проекта 3 год проекта Итого1 000 000 2 000 000 3 000 000 6 000 000

Затраты на выполнение проекта

1 год проекта 2 год проекта 3 год проекта Итого800 000 2 000 000 4 000 000 6 800 000

Средства фонда (руб.)

Привлеченные инвестиции (руб.)

Затраты первого года развития проектаНаименование статей затрат Сумма, руб.

заработная плата 877 192

начисление на заработную плату 122 808

Итого 1 000 000

Наименование статей затрат Сумма, руб.

заработная плата 490 807начисления на заработную плату 68 713аренда помещения 50 000маркетинг и организация продаж 100 000участие в международных и всероссийских конференциях 50 000прочие расходы 40 480

Итого 800 000

Коммерческая привлекательность

Финансовый анализ проекта показывает, что инвестиции в размере 12,8 млн. руб. при выполнении представленной сбытовой политики окупаются за 3-4 года с момента начала реализации продукта