JPH0754510B2

JPH0754510B2 - シミュレーションシステム

Info

Publication number: JPH0754510B2
Application number: JP964287A
Authority: JP
Inventors: 和光高梨
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1987-01-19
Filing date: 1987-01-19
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: JPS63177248A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、シミュレーション実行の中途において外的条
件の付加等、シミュレーション実行の変更を可能にした
シミュレーションシステムに関する。

〔従来の技術〕

最近、コンピュータによるシミュレーションへの関心が
航空宇宙、原子力、建設、機械、造船や化学工業等の分
野で高まってきている。シミュレーションとは、複雑な
挙動を示す現象をコンピュータを用いて解析することで
ある。これらのシミュレーションによってより合理的で
且つ経済的な機械や構造物の設計が可能となり、さらに
は現象の予測等にも利用することができる。そして、建
設業では、環境アセスメントを行う場合にもシミュレー
ションを適用している。

このようなシミュレーションには、例えば流体分野では
流体解析シミュレーション、構造分野では構造解析シミ
ュレーションや地盤解析シミュレーション等がある。

第４図はシミュレーションシステムの構成概要を示す
図、第５図はシミュレーションプログラムの構成例を示
す図、第６図は時々刻々の変化を求める解析プログラム
の処理の流れを説明するための図である。

シミュレーションシステムは、第４図に示すようにシミ
ュレーションプログラム11に初期条件やパラメータその
他のシミュレーションデータがセットされると、コンピ
ュータ12がそのシミュレーションプログラムを実行す
る。そしてその結果がグラフィックワークステーション
13で処理されてCRT14にグラフィック表示される。

一般にシミュレーションプログラムは、例えば岩盤シミ
ュレーションでは第５図に示すように構成される。はじ
めに、ヤング係数、ポアソン比等の物性値形状データを
有限要素法、差分法や境界要素法等の離散化手法によっ
てモデル化し、弾性や段塑性等の解析プログラムによっ
て変位、応力や歪等の物理量の時々刻々の変化を求め、
その結果を図化するものである。

その処理の流れを示したのが第６図である。

例えば岩盤解析プログラムでは、第６図に示すようにま
ず、物性値形状データを初期条件として読み込み、しか
る後に岩盤の状態毎に各ステップの計算や荷重や強制変
位等の境界条件の読み込みを最終時刻に達するまで繰り
返して行う。そして最終時刻に達するまで処理が行われ
ると、その最終結果を出力する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、第６図に示す処理の流れで代表されるよう
に、従来のシミュレーションシステムでは、最終時刻に
達するまでシミュレーション処理を繰り返し行ってから
その最終結果を出力するものであるため、シミュレーシ
ョンの実行状況を見ながらその中途において岩盤の掘削
等条件設定の変更や荷重や強制変位等の新たな外的条件
の付加等、モデル化の変更等シミュレーション実行の変
更を行うことはできない。仮にシミュレーションの中途
から条件設定の変更や新たな外的条件の付加等を行おう
とすると、従来のシミュレーションシステムでは、最終
結果の出力を見て中途から行おうとする条件設定の変更
や新たな外的条件の付加等に対応してシミュレーション
プログラムを組み直すことが必要であった。実際、長い
シミュレーション処理の中でシミュレーションの現象に
合わせて適切なシミュレーションプログラムの組み直し
を行うことは至難の技である。これは、シミュレーショ
ンの再実行となるものであり、特にシミュレーションが
長時間に及ぶ場合、或いはその結果の出力が長時間に及
ぶ場合には、再実行にかける時間的な損失もはかりしれ
ないものである。

本発明は、上記の問題点を解決するものであって、シミ
ュレーションの実行途中において適宜条件設定の変更、
新たな外的条件の付加等を行うことができるシミュレー
ションシステムの提供を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明は、波動や拡散系の伝播現象を扱うシ
ミュレーションシステムであって、微分方程式で記述さ
れる波動や拡散系の離散化手法によりモデル化し、単位
処理ブロックとして初期条件の読み込みと各ステップの
計算と境界条件の読み込みとシミュレーション結果の出
力とに分けて各ステップの計算と境界条件の読み込みと
を時刻更新しながら繰り返し実行するシミュレーション
実行手段と、シミュレーション実行結果を逐次保持する
バッファと、センサーやデータ入力手段から外的条件、
条件設定の変更、付加の割り込み要求を受け付け、シミ
ュレーション実行結果をバッファに逐次出力するシミュ
レーション制御手段と、バッファに保持したシミュレー
ション実行結果を出力する出力手段とを備え、シミュレ
ーション実行手段は、各ステップの計算と境界条件の読
み込みの各単位ブロックに割り込み受け付けステップを
設け、時刻更新により各ステップの計算と境界条件の読
み込みとを繰り返し実行しながらシミュレーション制御
手段により外的条件や条件設定の変更、付加の割り込み
要求を受け付け処理するように構成したことを特徴とす
るものである。

〔作用〕

本発明のシミュレーションシステムでは、高速処理コン
ピュータを使ってシミュレーションを行うと、シミュレ
ーションの実行に従ってリアルタイムにシミュレーショ
ン実行結果が出力手段から出力される。他方、シミュレ
ーション実行手段が単位処理ブロック実行毎に割り込み
受け付けるので、出力内容を見て割り込みをかけると、
出力内容に応じたシミュレーション実行の変更を行うこ
とができる。

〔実施例〕

以下、地面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係るシミュレーションシステムの１実
施例を説明するための図、第２図はバッファのシミュレ
ーションデータ保持例を示す図、第３図は本発明に係る
シミュレーションシステムによる処理の流れを説明する
ための図である。

第１図において、１はシミュレーション処理部、２は制
御部、３は条件設定部、４はセンサー、５はデータ入力
部、６はバッファ、７は表示制御部、８はCRT、９はVT
R、10はライトペンを示す。シミュレーション処理部１
は、各種のシミュレーションを行う例えばシミュレーシ
ョンプログラムで構成され、各シミュレーションの単位
処理ブロック実行毎に割り込み可能な構成とするもので
ある。条件設定部３は、シミュレーションを行うための
初期条件を設定しておくものである。センサー４は、シ
ミュレーションに関連する動的情報を入力するものであ
り、データ入力部５は、条件設定部３に設定する内容の
入力やシミュレーションの中途における割り込み指示及
びその内容を入力するものであり、ライトペン10は、CR
T8の画面上からデータを入力するものである。制御部２
は、シミュレーション処理部１に対して条件設定部３の
内容の読み込みや起動を制御すると共に、センサー４、
データ入力部５やライトペン10からのデータ等の入力処
理及びそれに伴うシミュレーション処理部１への割り込
み制御を行い、さらにはシミュレーション結果のバッフ
ァ６への出力処理を行うものである。バッファ６は、制
御部２から単位処理ブロック実行毎のシミュレーション
結果が出力されてくると、第２図に示すように単位処理
ブロック実行のシミュレーション結果i,i＋1,i＋２を一
時保持するものであり、その保持した内容が表示制御部
７によって読み出されCRT8に表示される。また、VTR7
は、CRT8にグラフィック表示されるシミュレーション結
果の映像を記録しておくものである。このように本発明
のシミュレーションシステムは、入力設定手段Ｘと出力
手段Ｙと処理制御記憶手段Ｚとを有するものであって、
処理制御記憶手段Ｚは、シミュレーション実行手段１と
シミュレーション制御手段２とバッファ６とを有し、出
力手段Ｙは、CR8とVTR9とを有し、入力設定手段Ｘは、
データ入力部５とセンサ４と条件設定部３とマウス10等
を有するものである。

次にシミュレーション処理部の構成を説明する。先に述
べたようにシミュレーション処理部１は、シミュレーシ
ョンの単位処理ブロック実行毎に割り込みが可能な構成
となっており、例えば第３図（ａ）に示すようにそれぞ
れのシミュレーションの処理ブロックにおいて割り込み
受け付け処理を行って繰り返し実行される。この割り込
み受け付け処理では、実行中のシミュレーションにおけ
る条件設定の変更や新たな外的条件の付加等を行い、或
いは他のシミュレーションの実行、例えばシミュレーシ
ョンＩからシミュレーションIIへの実行移行等を行う。
各シミュレーションの単位処理ブロックは、第３図
（ｂ）に示すように初期条件の読み込み処理（S1）と、
各ステップの計算処理（S3）と、境界条件の読み込み処
理（S6）と、シミュレーション結果の出力処理（S8）か
らなる各処理に分けて構成し、各ステップの計算処理
（S3）や境界条件の読み込処理（S6）の前で割り込みの
有無を判断（S2、S5）し、割り込みがあった場合には、
制御部２がその割り込みを解析して所定の処理への移行
や処理の変更（S4、S7）を行う。そして、単位処理ブロ
ックのシミュレーション毎にシミュレーション結果を出
力（S8）し、最終時刻まで時刻更新（S9）しながらS2か
らの処理を繰り返し実行する。

上記のように本発明に係るシミュレーションシステム
は、センサー４からシミュレーションに関する動的情報
を入力し、時刻更新をしながらその情報を用いたシミュ
レーションを実行するものである。しかも、本発明に係
るシミュレーションシステムは、先に述べたように微分
方程式で記述された内容、例えば拡散方程式や波動方程
式等で記述されたのものであり、その場は温度や熱、環
境の減衰、拡散系、変位や速度、水波（津波）、地震、
音波の波動系になる。

シミュレーションのプログラムを作成する場合には、一
般に、電信電話方程式（例えば池原止文夫著「応用数学
講座」学術図書出版社昭和49年４月20日発行第２版
第１刷第173〜180頁参照）から導出され、で表される微分方程式について差分近似または有限要素
近似等により離散化を行う。この離散化された式は、例えばとなる。そして、この離散化された式を解くアルゴリズ
ムは、第３図（ｂ）に示すようにまず、初期条件の読
込（uⁿ＝ａ）、各ステップの計算（反復解を求めるた
めの漸化式uⁿ⁺¹＝Auⁿの計算；ただしＡは係数マトリク
ス）、境界条件の読込（uⁿ⁺¹＝u_B）、解（uⁿ⁺¹）の
出力のブロックに分けられる。このとき、時刻更新を行
って繰り返し実行するとのブロックでセンサー等か
ら動的情報を割り込みにより入力している。

次にシミュレーションシステム全体の流れを説明する。
条件設定部３に所定の初期条件が設定され、データ入力
部５から実行命令が入力されると、制御部２は、実行命
令に基づき所定のシミュレーション処理部１を制御し
て、第３図（ａ）に示すようにシミュレーションの単位
処理ブロック１、２、３、……のように順次割り込み受
け付け処理を行いながら各単位処理ブロック毎に実行さ
せる。各単位処理ブロックでは、図３（ｂ）に示すよう
に設定された初期条件を読み込むと（S1）、各ステップ
の計算処理の実行に先立って、割り込みが有るか否かを
判断する（S2）。この割り込み有無の判断処理では、セ
ンサ４、データ入力部５、ライトペン10から割り込み条
件が入力されているか否かをチェックする。ここで割り
込みが有る場合には割り込みの内容を解析して所定の処
理を実行する（S4）が、割り込みがなければそのまま各
ステップの計算処理を実行する（S3）。さらに、境界条
件の読み込み処理に先立って、割り込みが有るか否かを
判断して（S5）、割り込みがある場合には割り込みの内
容を解析して所定の処理を実行する（S7）が、割り込み
がなければそのまま境界条件の読み込み処理を実行する
（S6）。そして、シミュレーション結果の出力処理を実
行し（S8）、最終時刻か否かを判断して（S9）、最終時
刻まで各ステップの計算処理の実行前の割り込み有無の
判断処理（S2）に戻り、同様の処理を繰り返し実行す
る。単位処理ブロックのシミュレーション結果がその出
力処理により制御部２からバッファ６に格納される（S
8）と、バッファ６のデータが表示制御部７を通してCRT
8にグラフィック表示される。

例えばCRT8に表示された時々刻々変化するシミュレーシ
ョン結果を見ながら条件設定の変更、新たな外的条件の
付加等を行う場合には、データ入力部５或いはライトペ
ン10を使って割り込みをかけ、所望のデータを入力す
る。このような操作が行われた場合、制御部２は、割り
込みステップでこれを処理する。また、センサー４によ
り予め設定された所定の状況変化があった場合にも制御
部２がこれを監視しつつ所定の処理を行う。また、制御
部２は、データ入力部５或いはライトペン10を使った割
り込み処理をする際、表示制御部７を通してその時点に
おけるCRT8の画面を調べ、CRT8の画面と割り込みの発生
との時間的一致を取って処理する。従って、例えば岩盤
解析を行いそのシミュレーション結果を見ながらある状
況で熱流体解析も併せて行うようにすることもできる。
このように幾つかのシミュレーションプログラムを移行
制御して実行させるようにする場合には、例えば同一の
離散化手法が採用される。従来は、このような場合、予
めシミュレーションプログラムに全てを組み込むことが
必要であったため、その作成に高度な技術と経験を要し
た。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば上記の実施例で
は、CRT8の表示画面からデータ等を入力する手段として
ライトペンを使ったが、マウス、ジョイスティック等の
ポインティングデバイスやキー入力部５のカーソルキー
その他のデータ入力手段を用いてもよい。また、シミュ
レーション結果の出力には、CRTでなくXYプロッタその
他の出力手段を用いてもよいことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、シミ
ュレーションの時々刻々の状況を画面で見ながら、その
状況の変化に応じたシミュレーションの実行変更が可能
になり、シミュレーションの効率的な活用を図ることが
できる。また、シミュレーションの中途からシミュレー
ションの実行変更ができるので、動的なシミュレーショ
ンが可能となる。特に、本発明は、スーパーコンピュー
タのような高速処理コンピュータを使用するとシミュレ
ーションの実行と割り込みの発行とをリアルタイムに結
合できるので、シミュレーション実行結果の時々刻々の
出力を見ながら自由に新たな条件を付加したシミュレー
ションに移行させることができ、シミュレーションの効
率的な活用を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシミュレーションシステムの１実
施例を説明するための図、第２図はバッファのシミュレ
ーションデータ保持例を示す図、第３図は本発明に係る
シミュレーションシステムによる処理の流れを説明する
ための図、第４図はシミュレーションシステムの構成概
要を示す図、第５図はシミュレーションプログラムの構
成例を示す図、第６図は解析プログラムの処理の流れを
説明するための図である。１……シミュレーション処理部、２……制御部、３……
条件設定部、４……センサー、５……データ入力部、６
……バッファ、７……表示制御部、８……CRT、９……V
TR、10……ライトペン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力設定手段（Ｘ）と、出力手段（Ｙ）
と、処理制御記憶手段（Ｚ）とを有するシミュレーショ
ンシステムであって、処理制御記憶手段（Ｚ）は、シミュレーション実行手段
（１）と、シミュレーション制御手段（２）と、バッフ
ァ（６）とを有し、シミュレーション実行手段（１）は、微分方程式で記述
される波動系や拡散系を離散化手法によりモデル化した
シミュレーションプログラムを実行するものであって、
シミュレーションの単位処理ブロックを、初期条件の読
み込み処理と、各ステップの計算処理と、境界条件の読
み込み処理と、シミュレーション結果の出力処理からな
る各処理に分けて構成し、単位処理ブロックを構成する
各処理のうち各ステップの計算処理と境界条件の読み込
み処理の前に割り込み受け付け処理を設け、処理ブロッ
ク全体の実行は、初期条件の読み込み処理を実行した後
に、割り込みがあれば割り込み受け付け処理により割り
込み処理を行い、各ステップの計算処理と境界条件の読
み込み処理を最終時刻まで繰り返して実行し、シミュレーション制御手段（２）は、入力設定手段
（Ｘ）から所望のデータを入力し、シミュレーション実
行手段（１）に対してシミュレーションに関するデータ
の入出力や、割り込み受け付けや、シミュレーションの
実行を制御し、シミュレーション実行結果のデータをバ
ッファ（６）に逐次格納し、バッファ（６）のデータを
出力手段（Ｙ）に出力するシミュレーションシステム。」
【請求項２】出力手段（Ｙ）は、シミュレーション実行
結果をグラフィック表示する表示出力手段（８）と表示
映像を記録するビデオ記録手段（９）からなる特許請求の範囲第１項記載のシミュレーションシステ
ム。