INDAGINE PRELIMINARE SULL'IMPIEGO DI SISTEMI VAX, ISOLATAMENTE O COME UNITA' A SERVIZIO DI UNA RETE, BASATA ANCHE SU SISTEMI PROFESSIONAL, IN APPLICAZIONI SCIENTIFICHE NEI SETTORI DELL'INGEGNERIA CIVILE (studio commissionato da DIGITAL alla HSH).

Gennaio, 1983

1. PREMESSA.

Il presente documento traccia un'indagine preliminare, di larga massima, per individuare linee di intervento che estendano l'impiego di sistemi VAX, isolatamente o come unita' di servizio ad una rete, basata anche su sistemi Professional, in applicazioni specifiche nei settori dell'ingegneria civile e, piu' specificatamente, della modellistica numerica.

L'intenzione e' di proporre un piano coordinato, che destini ad un obiettivo unitario energie altrimenti disperse in iniziative parziali, dedicate magari a diverse famiglie di elaboratori.

2. DEFINIZIONE DEGLI OBIETTIVI.

Obiettivo generale e' quello di incentivare l'applicazione dei sistemi VAX, singolarmente e, piu' specificamente, come cuore di reti locali che colleghino piccoli sistemi - eventualmente di tipo Professional - a servizio di applicazioni scientifiche eminentemente nel settore dell'ingegneria; questo per rispondere ad una recente e pressante richiesta del mercato, per dar sfogo ad una disposizione "fisiologica" dei sistemi Professional, e per esaltare le caratteristiche peculiari dei prodotti richiamati, chiaramente concepiti a sostegno del principio dell'informatica distribuita, ad elevati livelli di affidabilita'

A tal fine le attivita' dovrebbero essere sviluppate almeno sui seguenti fronti:

2.1. Dotare i sistemi VAX di un software esclusivo ed originale, che scaturisca dall'ambiente di ricerca italiano, ma sia gia' presentato e possa affermarsi, a pieno titolo, in ambiente internazionale. In tal modo possono equivalersi validamente le iniziative della concorrenza emergente.

Possono differenziarsi i seguenti interventi:

- implementare un programma "general purpose" ad elementi finiti che, consentendo impostazioni di calcolo di tipo tradizionale, sia in armonia, pero', con i piu' recenti criteri di analisi numerica e di architettura software (pressoche' inadeguabili a prodotti software precedenti, pur riconosciuti universalmente validi), che abbia maggiore affidabilita', un campo di applicazione molto piu' esteso, e si accordi meglio con le risorse hardware; il programma proposto e' il DASPEV, di cui si allega un primo fascicolo di documentazione;

- proporre e sostenere packages dedicati a settori specialistici, non sufficientemente serviti dai programmi disponibili sul mercato a qualsiasi livello, mirando a coprire, primariamente, le esigenze di importanti utenze; si citano, ad esempio, programmi quali CONSOL, NOCON (gia' impiegati in applicazioni per ENEL, ENEA, societa' di progettazione nel campo delle strutture offshore, quali TECNOMARE e MIB, societa' operanti nel settore delle opere speciali di fondazione, quale RODIO, etc.), codici come L-VISCO, dedicati all'analisi del comportamento elasto-visco-plastico di continui bi e tri-dimensionali (applicazioni svolte in Italia per ITALIMPIANTI, ELECTROCONSULT, INCO, CNEN) ed altri (PRIF, PAL, GNL/3D, etc.)

- intervenire sui codici di calcolo gia' esistenti, e di vasta diffusione (ICES-STRUDL, MSC/NASTRAN, STRESS, ETABS, SAP, NONSAP, PSEQGN, DRAIN, FLUSH, PLUSH, etc.) per migliorarne le prestazioni, ma soprattutto, per renderne semplice l'impiego filtrando automaticamente - attraverso pre e post-processori, ispirati alla logica dell'interattivo - le difficolta' interpretative, costringendo ad applicazioni corrette, eliminando, per quanto possibile, gli errori umani legati ad incompatibilita' materiali dei dati o ad inadeguatezza di scelte, studiando, infine, opportune uscite grafiche di supporto (si cita, a titolo di riferimento di esperienza diretta in questo settore come, dopo un corso di ottanta ore ai dipendenti OTO-MELARA, per avviare ad impiego, su VAX, della sezioni dinamica del SAP6, pochissimi degli intervenuti fossero in grado di sviluppare applicazioni corrette e significative; nella veste presente i programmi citati richiedono, infatti, per poter essere impiegati, un grado di specializzazione e di esperienza assolutamente inadeguati alla relativa semplicita' ed ordinarieta' di concezione degli stessi).

2.2. Studiare l'interconnessione, a diversi livelli, tra i sistemi VAX e la nuova famiglia dei Professional. Si possono, in questo senso, da un lato migliorare enormemente le prestazioni del Professional, che, considerato isolato, sembra affacciarsi ad un mercato pressoche' chiuso, e, d'altro canto, si puo' fornire forse l'unica risposta adeguata alle esigenze dell'utente medio-piccolo, operante nel settore dell'ingegneria, che necessita di un software estesissimo, disperso in aspetti anche molto differenti dei problemi, ed impiegato con elevata frequenza per piccole elaborazioni.

Si puo' prevedere, in prospettiva, di attivare un servizio di assistenza coordinato a livello nazionale che contempli anche, a margine, la cessione in affitto di macchine e programmi.

Si propone, a questo proposito, di:

- integrare il piano di attivita' gia' previsto per il Professional, verificando che il taglio dato ai programmi di analisi strutturale rispetti l'esigenza di un loro possibile utilizzo in rete appoggiata ad un sistema VAX;

- sviluppare su Professional parte dei pre-processori e post-processori accennati al precedente punto 2.1; in tal modo la preparazione di modelli numerici anche di elevata complessita' puo' avvenire in modo agilissimo e a costi molto contenuti (tra l'altro l'utente puo' essere stimolato, dato il basso costo e la facilita' d'uso, ad eseguire delle prove per convincersi della validita' e della maneggevolezza dei programmi), e i programmi possono essere lanciati sottomettendoli a VAX in forma "batch";

- definire parametri che possano controllare banche dati locali (ad esempio nel settore topografico; e' in atto, a carico degli enti locali, la ristrutturazione della cartografia nazionale, perche' possa costituire base per la progettazione).

2.3. Individuare i criteri di sistematizzazione della documentazione tecnica di supporto, promuovere la stessa, sostenere la qualificazione dei programmi e dei sistemi integrati hardware-software, presentare sulle riviste nazionali ed internazionali, a vario livello, i prodotti emergenti.

L'attivita' puo' svolgersi, sotto direttive concordate,

- presso l'Universita', attraverso incarichi di ricerca, borse di studio o, piu' semplicemente, coordinamento di lavori di laurea, gia' per scelta propria concepiti in settori affini;

- presso Enti di studio e di ricerca (SOGESTA, ad esempio, ha organizzato gia' piu' corsi, di risonanza nazionale, su applicazioni del calcolatore all'ingegneria; in questi, pur possedendo Sogesta un sistema VAX di configurazione particolarmente adatta, tutti i riferimenti pratici sono stati sviluppati tramite il C.D.C. di Casalecchio, mancando il sistema VAX del software adeguato);

- finalizzando certa produzione di software ad uscite in esibizioni e congressi, dove possa ottenersi l'ufficializzazione e l'approvazione internazionale (programmi, ad esempio, come DASPEV saranno presentati alla "International Conference on Engineering Software for Microcomputers", a Venezia, nell'aprile '84, e, quindi, approvati dal relativo comitato tecnico e fatti propri, per la diffusione dell'informazione, dall'International Journal for Numerical Methods in Engineering);

- organizzando corsi di informazione ed aggiornamento professionale.

3. DESCRIZIONE SOMMARIA DEGLI INTERVENTI SUL SOFTWARE.

3.1. Con riferimento a quanto premesso al punto 2.1., inerente al software specifico per i sistemi VAX, si precisa quanto segue.

3.1.1. PROGRAMMA DASPEV.

Si allega il manuale d'uso e la documentazione tecnica di qualificazione.

3.1.2. PROGRAMMI CONSOL, NOCON, LVISCO, PRIF, PAL, GNL/3D, etc.

Si allegano il manuale d'uso e la relativa documentazione tecnica di qualificazione, e schede di presentazione delle versioni base (relative, quest'ultime, alle versioni di prima implementazione, rilasciate, a pieni diritti, agli scriventi).

3.1.3. Programmi gia' esistenti su sistemi VAX, da migliorare e adattare ai criteri d'uso sopra esposti.

Facendo riferimento all'"Engineering Systems Software Referral Catalog" della Digital, gli interventi piu' significativi potrebbero essere riservati ai seguenti programmi.

- PROGRAMMA SAP6

E' il programma che vanta la massima diffusione rispetto ai codici affini, essenzialmente per la sua compattezza e conseguente attitudine ad essere modificato e adattato. Possono considerarsi le seguenti modifiche sostanziali:

- pulizia degli errori congeniti (negli elementi tridimensionali isoparametrici e sub-parametrici, negli elementi bidimensionali degenerati, nella definizione di dipendenze funzionali tra gradi liberta' dei modelli, nelle generazioni automatiche, etc.);

- implementazione di un elemento piastra spessa (teoria di Reissner), pressoche' indispensabile per l'analisi di piastre di calcestruzzo;

- implementazione di elementi per lo studio di sistemi di fondazioni (gia' presenti nel parallelo programma FOCALS);

- adeguamento alle effettive condizioni di impiego dei super-elementi (pressoche' inutilizzabili nella versione attuale);

- implementazione di algoritmi per la risposta in frequenza di sistemi elastici a sollecitazioni dinamiche;

- arricchimento e sistemazione degli outputs, con particolare riferimento alla possibilita' di controllarne e diversificarne la forma;

- alleggerimento del programma con eliminazione delle parti pressoche' mai impiegate (ad esempio il segmento PIPE);

- completamento e miglioramento delle uscite grafiche (con ricerca, ad esempio, secondo gli orientamenti piu' recenti, di rappresentazione in mappe tematiche);

- implementazione degli elementi di transizione.

- PROGRAMMA MSC/NASTRAN.

Date le caratteristiche di estrema complessita' del codice, oltre agli interventi descritti piu' oltre (punto 3.2.), possono specificamente prevedersi:

- sistemi di autogenerazione dei dati (gia' presenti, in verita', nel l'ufficiale pre-processore MSGMESH, troppo costoso e non proporzionato alle esigenze e alla preparazione dell'utente anche di buon livello);

- sistemi di trasposizione dei dati (NASTRAN contempla, ad esempio, pressoche' tutte le possibilita' previste da SAP6, e fornisce, in alcuni casi, migliori informazioni, specie per il controllo del processo di soluzione; puo' essere allora utile implementare procedimenti di trasposizione automatica dei dati dall'uno all'altro):

- sistemi di post-processing dei risultati, specializzati per i diversi settori di applicazione del programma.

- PROGRAMMA STRESS E ICES-STRUDL.

Sono i programmi con i quali l'utente medio, nel settore dell'ingegneria, ha la maggior familiarita'. Per tale ragione possono essere conservati, essenzialmente per l'impiego nell'analisi di strutture intelaiate.

Interventi migliorativi possono essere rivolti a:

- introdurre procedure guida (trattandosi di programmi a macro-istruzioni e traccia libera consentono con facilita' analisi elementari, ma mettono in difficolta' anche l'utente piu' pedante e sistematico in applicazioni anche di media complessita');

- predisporre agganci automatici ai riferimenti normativi, con particolare riguardo all'analisi delle strutture in zona sismica.

- PROGRAMMA ANSYS.

Valgono per ANSYS le osservazioni fatte per NASTRAN. L'eventuale scelta dell'uno o dell'altro dipende pressoche' esclusivamente dal loro costo di circolazione.

- PROGRAMMI COGO, GIFTS, SUPERTABS, GINO.

Sono programmi orientati allo sviluppo di elaboratori grafici di supporto alla modellistica numerica ed all'analisi strutturale.

Dovendosi comunque predisporre anche un pacchetto di grafica, si puo' prevedere di partire da uno dei programmi citati, probabilmente condizionando la scelta non gia' alla potenzialita' dello strumento, quanto al suo costo e facilita' d'uso.

- PROGRAMMI ETABS, SHAKE, NONSAP, FLUSH, PLUSH, DRAIN, PSEQGN, ANSR1, SIMQKE, ULARK, etc.

Si tratta di programmi messi in circolazione, nelle versioni base, a puro costo di riproduzione, da NISEE, Computer Applications, University of California. Alcuni di essi sono cruciali nella progettazione di macro-strutture, in presenza di problemi di fondazioni, o di natura dinamico-sismica (es. centrali nucleari, strutture offshore, dighe, rilevati, importanti opere stradali, etc.)

L'implementazione diretta dei programmi e' molto agevole; il loro impiego attualmente riservato a specialisti di notevole preparazione sul piano teorico e numerico.

Interventi pressoche' indispensabili su questi programmi sono:

- la creazione di concatenazioni tra gli stessi;

- l'introduzione di procedure guida;

- la predisposizione di agganci ad archivi dati, dinamicamente aggiornati;

- l'esecuzione di controlli rispetto alle richieste normative internazionali;

- la definizione di criteri per una pre-interpretazione automatica dei risultati.

- PROGRAMMA SPSS, IMSL LIBRARY.

Possono costituire strumenti generali di larga diffusione e discreta affidabilita' nel settore della matematica e statistica applicate. Per la loro struttura necessitano di supporto essenzialmente nella predisposizione di main-segments e concatenazione di chiamate alle subroutines.

- PROGRAMMI DI MIS.

Il settore emergente del MIS non sembra coperto da nessun programma, ancorche' elementare.

Si fa presente la corrispondente posizione di originalita' di qualsiasi intervento, e la probabile futura vasta richiesta in questo settore.

3.2. Circa il software da predisporre per l'utilizzo in rete dei sistemi Professional, oltre alle osservazioni generali sviluppate al punto 2.2., si ribadiscono i seguenti criteri:

- ricerca della massima normalizzazione dei programmi e delle procedure (la maggior parte dei programmi descritti possono avere pressoche' la stessa impostazione e successione dei dati in ingresso, lo stesso tipo di controlli, lo stesso tipo di supporti interpretativi);

- ottimizzazione degli accessi all'unita' centrale della rete (minimizzazione della quantita' di dati trasmessi, elaborazioni inviate solo se con alta probabilita' di risoluzioni definitive);

- ricorso a strumenti grafici (video ed, eventualmente, plotter);

- massimo sfruttamento delle funzioni specifiche previste per il Professional (es. funzioni di help);

- avviamento a schemi di personalizzazione degli outputs.

HSH