Phát triển phần mềm ứng dụng trong thuỷ lợi thách thức và khả năng - GS. TS. Nguyễn Văn Lệ

PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG THUỶ LỢI<br /> THÁCH THỨC VÀ KHẢ NĂNG<br /> GS. TS. Nguyễn Văn Lệ<br /> <br /> <br /> Tóm tắt báo cáo<br /> Báo cáo trình bày những nét chính về yêu cầu phát triển phần mềm ứng dụng trong<br /> thuỷ lợi, một số kết quả đã đạt được và triển vọng phát triển<br /> <br /> <br /> Thuỷ lợi là một ngành kinh tế có vai trò quan trọng trong việc phát triển nông nghiệp,<br /> công nghiệp, giao thông thuỷ, bảo vệ và cải tạo môi trường sống, phòng chống lũ lụt và<br /> giảm nhẹ thiên tai, xoá đói giảm nghèo và cải thiện điều kiện sinh hoạt cho dân cư ở các<br /> vùng có điều kiện tự nhiên khắc nghiệt v.v. Các hoạt động trong lĩnh vực thuỷ lợi dựa trên<br /> cơ sở xử lý thông tin khá đa dạng:<br /> + Xây dựng ngân hàng dữ liệu về địa hình, địa chất, khí tượng, thuỷ văn, dân<br /> sinh, kinh tế v.v. phục vụ cho công tác lập qui hoạch, thiết kế, quản lý vận hành công trình.<br /> + Thực hiện các tính toán phục vụ cho công tác qui hoạch, thiết kế, thi công, vận<br /> hành công trình.<br /> + Vẽ thiết kế công trình v.v.<br /> Trước năm 1990, khi các phần mềm ngoại nhập còn hạn chế, hầu hết công việc xử<br /> lý tính toán được thực hiện bằng các phần mềm "tự viết" chạy trên các máy tính lớn, xử lý<br /> lô hoặc trên các máy tính PC với hệ điều hành DOS và dữ liệu chủ yếu nhập từ file. Người<br /> sử dụng chương trình cũng chính là người viết chương trình, nên rất am hiểu về lĩnh vực<br /> chuyên môn của mình và do vậy phần mềm làm ra đáp ứng hầu như tối đa yêu cầu của<br /> người sử dụng. Hạn chế của các phần mềm này là tính chuyên nghiệp chưa cao, do hầu hết<br /> người viết đều ở dạng "nghiệp dư" về tin học, tự trang bị kiến thức về lập trình. Do vậy,<br /> kiến trúc của phần mềm còn nhiều điểm chưa hợp lý, hiệu năng sử dụng chưa cao, chương<br /> trình khó sử dụng, chỉ người viết chương trình hoặc một nhóm nhỏ "có kiến thức về lập<br /> trình" mới có thể thực hiện, tính thương mại hầu như không có.<br /> Sau năm 1990, các phần mềm ngoại nhập ngày càng nhiều, đưa đến những tác động<br /> cả tích cực, lẫn tiêu cực. Tác dụng tích cực là thúc đẩy việc phát triển phần mềm chuyên<br /> nghiệp hơn. Hầu hết các phần mềm được viết chạy trên nền WINDOWS với giao diện khá<br /> thân thiện. Tác dụng tiêu cực là một bộ phận khá lớn người sử dụng từ chỗ hăm hở tự trang<br /> bị thêm kiến thức về tin học để có thể viết được phần mềm phục vụ cho công việc của mình<br /> và phổ biến trong cộng đồng, chuyển sang sử dụng phần mềm sẵn có và "ngại" viết phần<br /> mềm. Về mặt chuyên môn, phải nói các phần mềm chuyên dụng ngoại nhập có tính năng<br /> mạnh, độ tin cậy cao, đáp ứng khá đầy đủ yêu cầu người dùng, giao diện thân thiện v.v.<br /> Điểm hạn chế cơ bản của các phần mềm ngoại nhập là hướng dẫn và giao diện viết bằng<br /> tiếng Anh, nên nhân rộng khó khăn, nhất là ở các địa phương, nơi các cán bộ kỹ thuật nói<br /> chung có kiến thức tiếng Anh hạn chế. Mặt khác, nhiều phần tính toán và cách biểu diễn<br /> không phù hợp với tiêu chuẩn và thói quen hiện dùng trong nước. Chẳng hạn, các phần<br /> mềm phân tích kết cấu như SAP hoặc ANSYS của Mỹ chỉ sử dụng được phần tính toán ứng<br /> suất và nội lực, không sử dụng được phần tính toán bê tông cốt thép hoặc thép được xây<br /> dựng theo tiêu chuẩn của Mỹ. Biểu diễn ngoại, nội lực thể hiện trong các phần mềm này<br /> cũng khác với cách biểu diễn ở trong nước đã quen dùng.<br /> Thực tế này dẫn đến việc cần thiết phải phát triển các ứng dụng trong nước. Công<br /> việc này hiện được tiến hành theo hai hướng:<br /> + Thêm vào phần mềm ngoại nhập những chức năng chưa có hoặc không phù<br /> hợp để vừa tận dụng được sức mạnh của các phần mềm đã được thừa nhận rộng rãi có độ<br /> tin cậy cao, hiệu năng tốt v.v. để đáp ứng đầy đủ hơn các yêu cầu của người sử dụng trong<br /> nước.<br /> + Làm phần mềm mới có công năng tương tự với phần mềm ngoại nhập, thân<br /> thiện hơn với người sử dụng trong nước (giao diện tiếng Việt, biểu diễn quen dùng v.v.).<br /> Về hướng thứ nhất, chẳng hạn, để dễ dàng hơn cho người thiết kế trong việc xây<br /> dựng một bản vẽ 3D về cống lộ thiên, với ngôn ngữ Autolisp của AutoCAD có thể thêm<br /> vào phần mềm AutoCAD công năng chuyên dụng vẽ 3D và render kết cấu cống lộ thiên<br /> với các giao diện hướng dẫn người dùng nhập các dữ liệu cơ bản để máy tự xử lý [1].<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H. 1. Form nhập dữ liệu để dựng hình 3D của cống<br /> H. 1 là giao diện người dùng phục vụ cho công năng này, trong đó người dùng nhập<br /> các dữ liệu chung như số khoang cống và kích thước mỗi khoang. Sau đó, chọn các chức<br /> năng như nhập dữ liệu của các bộ phận của cống (tường cánh, cầu giao thông, cửa van<br /> v.v.). H. 2 là form nhập dữ liệu để vẽ kết cấu tường cánh.<br />  H. 2. Form nhập dữ liệu để dựng tường cánh cánh và sân phủ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H. 3. Hình vẽ 3D sau khi nhập dữ liệu Hình 4. Kết quả sau khi render<br /> <br /> Sau khi đã nhập đủ kích thước cho các bộ phận của cống, chỉ cần bấm OK, máy sẽ<br /> tự vẽ và hiện ảnh 3D của cống như biểu diễn trong h. 3 và ảnh sau khi render như h. 4.<br /> Về hướng thứ hai, chẳng hạn, phần mềm Tính toán kết cấu công trình thuỷ lợi được<br /> xây dựng bởi Trung tâm Tin học, Đại học Thuỷ lợi có các công năng tương tự như các công<br /> năng của SAP, nhưng giao diện được Việt hoá và hướng mạnh vào các dạng kết cấu công<br /> trình thuỷ lợi thường gặp như cống ngầm, đường hầm, bản đáy tràn v.v. để tăng tính tiện<br /> dụng cho người dùng trong lĩnh vực này (h. 5).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H. 5. Một số giao diện của phần mềm Tính toán kết cấu CTTL<br /> Mặt khác, trong thiết kế giao diện nhập dữ liệu và hiển thị kết quả cũng như các<br /> công năng tính toán liên quan đến các tiêu chuẩn kỹ thuật đều sử dụng các biểu diễn quen<br /> dùng và các qui chuẩn kỹ thuật hiện hành trong nước.<br /> Thêm vào đó, để hạn chế tối đa các sai sót của người dùng, trong chương trình đã<br /> đưa vào các bẫy lỗi hoặc các cảnh báo trong trường hợp người dùng nhập sai định dạng dữ<br /> liệu, nhập dữ liệu không hợp lý về mặt chuyên môn hoặc nhập thiếu dữ liệu (h. 6).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H. 6. Bẫy lỗi và cảnh báo khi nhập dữ liệu<br /> Để thêm các công năng chuyên biệt cho các phần mềm thông dụng hoặc xây dựng<br /> các phần mềm mới ứng dụng trong thuỷ lợi đòi hỏi người phát triển phần mềm phải có "đủ"<br /> kiến thức về lĩnh vực này và nắm vững các công việc mà phần mềm sẽ hỗ trợ. Mâu thuẫn<br /> xuất hiện ở đây là, các kỹ sư chuyên ngành có kiến thức tốt về lĩnh vực chuyên môn của<br /> mình nhưng lại thiếu nền tin học, còn các kỹ sư tin học thì lại không đủ kiến thức về lĩnh<br /> vực này. Đây là thách thức lớn trong việc phát triển các ứng dung ngay cả ở Mỹ, chẳng hạn<br /> có dự án đã tiêu tốn 35 triệu USD và mất thời gian 4 năm mà không đem lại kết quả gì chỉ<br /> vì kỹ sư tin học không nắm được đầy đủ kiến thức của lĩnh vực họ phát triển ứng dụng hỗ<br /> trợ [2].<br /> Trong lĩnh vực thuỷ lợi còn rất nhiều ứng dụng mang tính đặc thù có yêu cầu cấp<br /> thiết đòi hỏi phải phát triển. Ví dụ:<br /> + Các hệ thống cảnh báo các thảm hoạ thiên nhiên như lũ quét, lở đất v.v.<br /> + Các hệ thống giám sát và quản lý các hệ thống công trình trong thời gian xây<br /> dựng và sau khi đi vào vận hành,<br /> + Các hệ thống điều khiển các công trình hoặc cụm công trình có qui mô lớn<br /> v.v.<br /> Lấy một ví dụ, h. 7 biểu diễn công trình Maeslant ngăn nước biển dâng do bão<br /> (storm surge barrier) và bảo đảm giao thông thủy ở Hà Lan.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H. 5. Yêu cầu hệ thống điều khiển công trình chống ngập Maeslant ở Hà Lan<br /> Do tầm quan trọng của công trình này, hệ thống phần mềm BOS phục vụ điều khiển<br /> đã được xây dựng là một hệ thống phức tạp với yêu cầu rất cao về độ tin cậy, ví dụ tự động<br /> hoá về mặt quyết định, rủi ro về mặt vận hành đóng chỉ là 1/1000, kết nối nhiều kênh liên<br /> lạc và vệ tinh v.v. Phần mềm này đã được phát triển trên cơ sở phương pháp hình thức<br /> (formal method) và có qui mô lên đến 450000 dòng lệnh [3].<br />  Trong tương lai không xa, hệ thống các công trình chống ngập cho thành phố Hồ<br /> Chí Minh có qui mô khá lớn với yêu cầu vận hành tương tự sẽ được xây dựng. Đây là một<br /> thách thức to lớn đối với các kỹ sư tin học và thuỷ lợi.<br /> Như vậy là yêu cầu phát triển các phần mềm ứng dụng trong thuỷ lợi là bức thiết và<br /> to lớn. Những năm qua, trong khuôn khổ các đề tài nghiên cứu và phục vụ sản xuất nhiều<br /> phần mềm ứng dụng đã được phát triển. Tuy vậy, để có các phần mềm mang tính tầm cỡ,<br /> vấn đề đặt ra cho cả công tác đào tạo và tổ chức phát triển phần mềm trong lĩnh vực này là<br /> cần có chính sách và biện pháp kết nối hai khối kiến thức tin học và lĩnh vực ứng dụng.<br /> Tài liệu tham khảo<br /> [1] Po-Han Chen, Nguyen Thi Lan Truc: Automatic 3D Modelling Development and<br /> Application for Hydraulic Construction<br /> The 25th Symposium on Automation and Robotics in Construction, 2008<br /> [2] Những bài học từ một dự án phần mềm<br /> www.dt.ussh.edu.vn/index.php<br /> [3] Jan Tretmans et. al.: Software Engineering with Formal Methods: The Developmnt ò a<br /> Storm Surge Barrier Control System.<br /> www.minvenw.nl/rws/dzh/svk/engels/<br /> <br /> <br /> DEVELOPMENT OF APPLICATION SOFTWARE IN WATER RESOURCES:<br /> CHALLENGE AND POSSIBILITY<br /> Prof. Dr. Nguyen Van Le<br /> Summary<br /> The paper presents the main features of demand on water resources application<br /> development, some results and prospectives.<br />