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解析事例・インタビュー

ソフトウェアクレイドル 技術一課 金山 友貴  
移動物体機能の開発背景

計算機性能の向上に伴い、検討する解析対象は複雑化してきています。一つの代表例として物体の移動を伴う解析検討が挙げられます。一般的に、物体の移動は非構造格子系のソフトで解析される事が多く、世の中に出回っている大抵の解析事例は非構造格子系のソフトによるものだと思います。何故ここにきて構造格子系のソフトSTREAM®の「移動物体」なのか?今回は移動物体機能の開発者であるソフトウェアクレイドル 技術部 金山に開発背景について聞きました

ソフトウェアクレイドル
技術一課 金山 友貴

他にはない手軽さ、速さの追求

 STREAM®には以前より、移動物体の機能が備わっていました。しかし、形状の取り扱い、メモリの使用量、計算時間と課題が多かったのも事実です。皆さんも移動するものを計算するとなると、非構造格子系のソフトウェアをイメージされるのではないでしょうか?確かに、今までは社内でも当然のように物体移動の問題については、非構造格子系のSCRYU/Tetra®をお客様にご提案している傾向がありました。しかし、計算負荷を考えるとハードルがとにかく高くなってしまうというのが、非構造格子系での物体移動を伴う解析の現状ではないかと思います。

 物体移動を伴う解析は、計算の手間がとてもかかります。さまざまな制約の中で、単純に平行移動をさせるだけでも、いろいろと調整が必要な高度な解析に位置づけられます。そこで、手軽な設定で解析が実施できるSTREAM®の移動物体機能をもっと広く使えるようにできないか?と考えたことが、大きなきっかけです。

図1 攪拌機

 昨今のCFD(熱流体解析)業界では、物体移動を扱うことの出来る機能自体は一般的で多く存在していますが、STREAM®のような直交格子系をベースとして物体移動を扱うソフトウェアはそれほど多くありません。STREAM®が元来有する高速演算・メッシュ作成の簡単さといった特徴を損なうことなく、移動物体機能という高度な解析機能をも利用が可能であるという点において、他社のソフトウェアにはないアドバンテージを有していると考えています。従って、STREAM®の1つの特徴ともいえるこの移動物体機能を強化・拡張していけば、よりさまざまな解析シーンにおいてユーザー様のお役にたてる機能になっていくと考えました。

 当初、この移動物体機能にはいくつかの機能制限がありました。例えば、2009年リリースのVersion8以前においては並列計算を行うことができないといった点がありました。その数値計算上の扱いの困難さから、並列計算への対応は容易ではなかったためになかなか改善されていかなかった部分です。ハードウェアの性能は日々向上し、それに伴って解析規模も増大していく中で、移動物体機能の並列計算への対応は急務といえました。また、その他にも、移動する物体同士の接触面における熱伝導を考慮する計算への対応や、マルチブロックとの併用など、お客様が取り組まれるさまざまなシーンに対応が可能な機能とするために、改良を重ねて来ました。

図2 拡散物質発生

機能がこのような形になるまで

 並列計算への対応については、二段階で行いました。まず流れ場解析への対応、次に移動物体内部の熱解析部分への対応です。流れ場解析については比較的早く対応することができました。しかしながら、問題は熱解析部分です。STREAM®は前述のように直交格子をベースとしていますが、移動物体内部については非構造格子でメッシングしており、内部の熱解析には有限要素法を用いています。周囲に存在する直交格子の流体要素は有限体積法ですが、この流体要素と移動物体との熱的な相互干渉をいくつもの並列領域にて同時に考慮する方法を考案する部分が、技術的に大変困難でした。それぞれの段階について、まずはユーザー様からの提供して頂いたサンプルデータを活用して社内評価を実施しました。次いで、さらにユーザー様ご自身に評価していただく機会を設けました。結果的には、ユーザー様からの評価は概ね好評であり、十分な並列性能を確認するに至りました。

 また、並列計算に対応したことによって、それまでは難しかった大規模な解析が比較的短時間で行なえるようになりました。これを皮切りに、より複雑な問題へのアプローチも現実的に可能となっています。そこで浮上してくるのが、移動する物体同士の接触面における熱伝導を考慮する機能などといった、新たな機能ということになります。こちらも開発作業を進めながらユーザー様に評価をして頂きましたが、当初こちらが想定していたよりもはるかに移動する物体の数が多く、その接触面の多さに愕然とする場面がありました。これほど多くの接触面を取り扱うのであれば、仕様から考え直すことになるかも、とまで考えたこともあります。最終的にはそこまで立ち戻ることはなく、ご希望に沿った改良を施すことが可能となりました。やはりユーザー様のフィードバックを得ながら開発することは重要であり、それが出来るのも弊社の強みだと、あらためて考えさせられたエピソードです。

図3 地下鉄階段付近の風速分布

結果、どのようなものができあがりましたか?


 各機能をユーザー様ご自身に評価して頂く機会を設けたことにより、弊社の自己満足で終わることのない、確実な評価が伴った機能強化に繋げることができていると考えています。特に、並列演算処理に対応できたことで、現実的な時間内に解析できることが、格段に増えたと思っています。もちろん解析対象にもよりますが、非構造格子で計算するよりも数倍早く計算できるので、一週間かかる計算が、1日で終えることが実現するということも実際にあり得ると思います。

※STREAMは、日本における株式会社ソフトウェアクレイドルの登録商標です。
※その他、本インタビュー記事に記載されている会社名、製品・サービス名は、各社の商標または登録商標です。
※本インタビュー記事の内容は2013年6月現在のもので、予告なしに変更する場合があります。また、誤植または図、写真の誤りについて弊社は一切の責任を負いません。

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