JPH09128373A - 数値計算の支援方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】有限要素法および境界要素法などの数値計算シ
ステムでは、計算規模と計算環境と計算時間の関係が容
易に求まらず、計算機のメモリ容量と計算規模の関係か
ら、同一の計算でも計算プロセスが異なってくることが
あり、計算作業者が計算時間および計算終了時間を予測
することが困難である。 【解決手段】数値計算を行う際必要な計算内容データを
用いて、節点数，要素数，総自由度，バンド幅，フロン
ト数およびそれらを組み合わせた変数を表す計算規模，
計算機のＣＰＵの種類，使用できるメモリ，ディスクを
表す計算環境，数値計算の実行に要する計算時間の相関
関係を、データベース化して、数値計算を行う際に、予
め、使用する計算環境，予定とする計算規模を指定する
ことにより、このデータベース上のデータより補間，外
挿法を用いて計算時間を予測し、計算機の表示装置によ
り表示して、計算作業者に数値計算の予測所要時間を知
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は有限要素法，境界要
素法，差分法などの数値計算プログラムを用いて計算を
行う場合、その計算手段の決定法，要する計算時間の予
測法，計算規模の決定方法など数値計算の支援方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来では、有限要素法，境界要素法およ
び差分法の数値計算システムでは、要素数，節点数，総
自由度などで表される数値計算の規模，使用する計算
機，CPU,ディスク，メモリなどを表す計算環境，計算の
実行に要する時間の相関関係は、計算作業者が経験から
推定していた。しかし、計算機のメモリ容量の違いによ
る計算プロセスの変化や反復法など連立方程式の解法の
進展により、計算作業者の経験による計算規模，計算環
境，計算時間の相関関係の推定は複雑なので困難だっ
た。また、この相関関係を把握し推定する装置および方
法も存在しなかった。尚、数値計算にかかる計算処理時
間を予測する方法として特開平5−20297号公報が開示さ
れている。また、コンピュータ上でのソフトウェアの実
行時間とFORTRAN の演算サイクルに関して、小国力他
著，スーパーコンピュータ 科学技術計算への適用，丸
善ｐ.４５ に、反復法による連立方程式の解法について
は、ｐ.１３６ に記載が見られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】有限要素法および境界
要素法などの数値計算システムでは、計算規模と計算環
境と計算時間の関係が容易に求まらない。さらに、計算
機のメモリ容量と計算規模の関係から、同一の計算でも
計算プロセスが異なってくることがあり、計算作業者が
計算時間および計算終了時間を予測することが困難であ
る。本発明による計算支援装置を有した数値計算システ
ムを用いれば、数値計算の相関を把握するデータベース
を用いることにより、計算を実行する以前に数値計算の
相関を予測し、あるいは計算の実行中に計算時間および
計算終了時間の予測を行うことが出来る。

【０００４】本発明の目的は、従来の数値計算システム
の問題点を解消する数値計算システムを提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による計算支援装
置は、上記課題を達成するために、まず、数値計算に必
要なデータを計算評価装置Ｉに読み込む。ここで、計算
内容データから、相関データベースとの比較に必要なデ
ータを読み込み、数値計算の種類，計算のプロセス，計
算規模，計算環境を特定する。これを数値計算相関デー
タベースに計算の種類別に蓄えられているデータと比較
して、この数値計算に必要とされる計算時間を予測す
る。さらに、この数値計算を実行して、その際要した計
算時間を、計算条件，計算環境とともに各計算プロセス
ごとに相関データベース化することにより相関データベ
ースを構築していくことができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】

（実施例１）次に本発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。図１は本発明による計算力学における
計算支援装置（以下、単に計算支援装置という）のブロ
ック図であり、図２は計算支援装置の一構成部分である
計算評価装置のブロック図であり、図３は計算支援装置
の一構成部分である計算終了時間予測装置のブロック図
である。

【０００７】図１で、１０は計算支援装置であり、デー
タ読み出し装置１１は、数値計算装置１３に入力される
数値計算に要する入力データと数値計算装置１３に用い
られる計算機，ＣＰＵの仕様，メモリ容量，ディスク容
量を表す計算環境データと数値計算を実行するのに要す
る計算時間の三つの計算要因を表すデータのうち、本計
算支援装置により推測を行う一つの計算要因を除く、残
り二つの計算要因を表すデータを保持するためのデータ
読出し装置１１と、このデータ読出し装置１１に対して
接続されており、さらに、相関データベース１６に対し
てもデータベースマネージャ１５を介して接続されてい
る本計算支援装置により推測を行うべき計算規模，計算
環境，計算時間のうちの一つの計算要因を推測するため
の計算評価装置１２と、この計算評価装置１２に対して
接続されており、さらに、数値計算装置１３に対しても
接続され、数値計算を実行中に計算の終了までの所要時
間を予測するための計算終了時間予測装置１４と、計算
評価装置１２および計算時間予測装置１４に対して接続
され、情報を表示する表示装置１７とにより構成されて
いる。

【０００８】また、相関データベース１６は、過去の数
値計算の実行例を数値計算に関する三つの計算要因を表
すデータと共にデータベース化したものであり、データ
ベースマネージャ１５を介して計算評価装置１２と計算
終了時間評価装置１４に接続されている。

【０００９】本発明による計算支援装置に入力されるデ
ータとして、数値計算に要する入力データと計算環境デ
ータと要する計算時間のデータのうちから推測すべきデ
ータを除く二つのデータと、推測すべき一つの計算要因
をデータ読出し装置１１から計算評価装置１２に入力す
る。

【００１０】また、データベースマネージャ１５を介し
て、相関データベース１６から、データ読出し装置１１
から入力された数値解析データに適合するデータベース
を計算評価装置１２に読出す。計算評価装置１２はその
内部で、読出されたデータベースを基にして、推測すべ
きデータを除く二つの計算要因のデータから、推測すべ
き計算要因を推測し、これを表示装置１７により表示す
る。計算作業者は、計算評価装置１２より推測された計
算要因より判断を行い、計算規模，計算環境，計算時間
を定めて、数値計算を実行することが出来る。ここで、
数値計算を実行する際、計算規模，計算環境を定めて、
計算時間の推測を上記方法により行い、この推測結果を
計算終了時間予測装置１４に入力し、また、数値計算装
置１３より解析実行中の任意の時点で計算プロセス経過
情報，計算所要時間を計算終了時間予測装置１４に入力
し、終了時間予測装置１４はこれら入力された情報に基
づいて、各計算プロセスごとに推定計算時間より、所要
計算時間を差し引いて、予測計算終了時間を求め、これ
を表示装置１７により表示する。さらに、これをデータ
ベースマネージャ１５を介して相関データベース１６に
構築する。

【００１１】次に、計算支援装置の一構成部分である計
算評価装置について図２を参照して詳しく説明する。図
２で２０は、図１における本計算支援装置により推測を
行うべき計算規模，計算環境，計算時間のうちの一つの
計算要因を推測するための計算評価装置１２に等しく、
その内部において、データ読出し装置１１に対して接続
されており、データ読出し装置１１が保持するデータよ
り数値計算の種類を特定して、相関データベース１６か
ら読出すべきデータベースを特定するためのデータ判別
装置２１と、データ判別装置２１に対して接続されデー
タ判別装置２１で特定されたデータベースの読出し、保
持を行うためのデータベース読出し装置２２と、データ
読出し装置１１に対して接続されており、データ読出し
装置１１が保持するデータより、本計算支援装置により
推測を行うべき計算規模，計算環境，計算時間の３種類
のうちの一つの計算要因の種類と、残り二つの計算要因
に関するデータを抽出するためのデータ抽出装置２３
と、データベース読出し装置２２およびデータ抽出装置
２３に対して接続されており、本計算支援装置により推
測を行うべき計算規模，計算環境，計算時間の３種類の
うちの一つの計算要因を推測するための推測装置２４と
により構成されている。

【００１２】また、推測装置２４は図１における表示装
置１７，計算終了時間予測装置１４に対して接続されて
いる。

【００１３】データ判別装置２１は、データ読出し装置
１１より読出された数値解析に要するデータより数値計
算の種類を特定して、相関データベース１６から読出す
べきデータベースを特定する。データベース読出し装置
２２は、データ判別装置２１より読出すべきデータベー
スの情報を得、データベースマネージャ１５を介して、
読出すべきデータベースを読出す。また、データ抽出装
置２３は、データ読出し装置１１が保持するデータよ
り、本計算支援装置により推測を行うべき計算規模，計
算環境，計算時間の３種類のうちの一つの計算要因の種
類と、残り二つの計算要因に関するデータを抽出する。
この際、計算規模がデータの与えられている二つの計算
要因として与えられている場合は、数値計算に要するデ
ータから、計算規模に関するデータを抽出する。これ
は、例えば総節点数や総要素数や総自由度や要素タイプ
と要素次数であったりする。推測装置２４は、データ抽
出装置２３より数値解析に関する計算要因のデータを、
データベース読出し装置２２より数値計算に適合するデ
ータベースを入力され、推測を行うべく定められた一つ
の計算要因の推測を行う。この推測結果を他の二つの計
算要因と共に、あるいは適合するデータベースと共に表
示装置１７により表示する。また、推測結果が計算時間
である場合、推測装置２４は推測結果を計算終了時間予
測装置１４へ入力する。

【００１４】最後に、計算支援装置の一構成部分である
計算終了時間予測装置について図３を参照して詳しく説
明する。図３において３０は図１における計算終了時間
予測装置に等しく、その内部において、計算評価装置１
２に対して接続され、数値計算を実行する際に、その時
点で特定されている計算環境，計算規模より計算評価装
置１２よりその数値計算の実行に要する計算時間を推測
した結果を計算評価装置１２より読出すための推測結果
読出し装置３１と、図１における数値計算装置１３に対
して接続され、数値計算装置１３より、数値計算の実行
時に、数値計算装置１３がその時点までに実行した数値
計算のプロセスを検出し、保持するための数値計算プロ
セス検出装置３４と、同じく、図１における数値計算装
置１３に対して接続され、数値計算装置１３よりその時
点までに要した数値計算の所要時間を計測し保持する、
数値計算所要時間計測装置３５と、数値計算プロセス検
出装置３４および数値計算所要時間計測装置３５に対し
て接続され、数値計算の各プロセスごとに要した計算時
間を計測するための数値計算計測装置３３と、推測結果
読出し装置３１および数値計算計測装置３３に対して接
続され、推測結果読出し装置３１より予測計算時間を
得、数値計算計測装置３３より所要計算時間を得ること
により、計算終了までの所要時間を予測するための計算
終了時間予測装置３２とにより構成されている。また、
数値計算計測装置３３は図１におけるデータベースマネ
ージャ１５および表示装置１７に対して接続されてお
り、計算終了時間予測装置３２は表示装置１７に対して
接続されている。

【００１５】推測結果読出し装置３１は、推測結果が計
算時間であった場合、計算評価装置１２より推測結果
を、計算規模，計算環境と共に読出し、計算終了時間予
測装置３２に送る。また、数値計算を実行中の場合、数
値計算プロセス検出装置３４は数値計算装置１３より、
数値計算装置１３がその時点までに実行した数値計算の
プロセスを検出して、数値計算計測装置３３に送信す
る。同時に、数値計算所要時間計測装置３５は数値計算
装置１３より、数値計算装置１３がその時点までに要し
た数値計算の所要時間を計測し保持する。これを数値計
算計測装置３３に送信する。数値計算計測装置３３は、
数値計算を実行中の場合、数値計算プロセス検出装置３
４より実行した数値計算のプロセスを、数値計算所要時
間計測装置３５よりその時点までに要した数値計算の所
要時間を得、数値計算の各プロセスごとに所要計算時間
を計測，記憶して、直ちに計算終了時間予測装置３２に
送る。計算終了時間予測装置３２は推測結果読出し装置
３１より、推測計算時間を、数値計算計測装置３３より
プロセスごとの所要計算時間を得、これらに基づき、予
測終了時間を数値計算実行中の任意の時点で求めること
が出来る。この際の任意の時点における予測終了時間
は、推測結果読出し装置３１より読出された推測計算時
間からその時点までの所要計算時間の差として求め、数
値計算において各計算プロセスが終了するごとに、推測
計算時間をそれ以降の計算プロセスの総和からそれ以降
の所要計算時間の差として求めることにより、正確な計
算終了時間の推測を行う。そして、この推測結果および
数値計算の計測結果を、表示装置１７により表示を行
う。この表示例は例えば、図４のようなものである。ま
た、数値計算の終了後、数値計算計測装置３３は、数値
計算の各プロセスごとに記憶した所要計算時間を計算規
模，計算環境のデータと共にデータベースマネージャ１
５を介して相関データベース１６に追加する。

【００１６】（実施例２）さらに、図５，図６を参照し
ながら、本発明による数値計算支援装置の第２の実施の
形態について、詳細に説明する。

【００１７】第２の実施の形態は、図５に示すように、
メッシュ最適化装置１８が計算評価装置１２と数値計算
装置１３の間に、それぞれに対して接続されて導入され
ており、メッシュ最適化装置１８が計算評価装置１２よ
り得られた計算規模の範囲内で最適なメッシュ分割を行
うことおよび、データ読出し装置１１にさらに、計算作
業者が要求する計算精度を入力することを除き、第１の
実施の形態と同一の構成及び作用を有している。

【００１８】従って、簡単のため、計算評価装置１２と
数値計算装置１３の間に、それぞれに対して接続されて
いるメッシュ最適化装置１８，データ読出し装置１１に
入力される計算精度を除き、第１の実施の形態と同じ符
号を付けることによって、詳細な説明を省略する。

【００１９】図６は図５におけるメッシュ最適化装置１
８のブロック図である。５０はメッシュ最適化装置であ
り、計算評価装置１２に対して接続され、計算評価装置
１２より計算規模に関するデータを読出し、保持するた
めの計算規模，要求精度読出し装置４１と、計算規模，
要求精度読出し装置４１に対して接続され、さらに、メ
ッシュ制御装置４４に対しても接続され、計算規模，要
求精度読出し装置４１より総節点数，要素数，要求精度
を読出し、また、メッシュ制御装置４４よりメッシュ生
成に必要な、メッシュ制御情報を読出して、要求を満た
すメッシュを生成するためのメッシュ生成装置４２と、
図５における数値解析装置１３に対して接続され、さら
にメッシュ制御装置４４に対しても接続されており、数
値解析装置１３により得られた数値解析結果に対して誤
差評価を行い、その誤差評価結果をメッシュ制御装置４
４に対して送るための誤差評価装置４３と、誤差評価装
置４３に対して接続され、また、メッシュ生成装置４２
に対しても接続され、誤差評価装置４３より誤差評価結
果を読出し、メッシュ生成装置４２にメッシュ制御情報
を送るメッシュ制御情報４４とから構成されている。

【００２０】また、メッシュ生成装置４２は数値計算装
置１３および計算評価装置１２に接続されており、メッ
シュ生成装置４２により生成された数値計算に要する計
算データ（メッシュデータ）は、数値計算装置１３およ
び計算評価装置１２に送ることが出来る。また、メッシ
ュ制御装置４４は計算規模，要求精度読出し装置４１に
対しても接続されており、要求精度を計算規模，要求精
度読出し装置４１より読出す。

【００２１】計算規模，要求精度読出し装置４１により
読み出された計算規模に関する総節点数，総要素数が与
えられた場合、メッシュ生成装置４２はその計算規模の
範囲内の規模の、例えば、計算規模の１／５の計算規模
の均一な初期メッシュを生成する。これを数値計算装置
１３に入力して、数値計算を実行する。誤差評価装置４
３はこの数値計算結果を用いて、数値計算結果に含まれ
る離散化誤差を予測する。メッシュ制御装置４４はこの
誤差評価結果および計算規模，要求精度読出し装置４１
より読出した要求精度を基にして、数値解析結果が、計
算作業者の要求する計算精度を有するかあるいは、計算
規模，要求精度読出し装置４１により読み出された計算
規模を満足しているか否かを判断し、計算作業者の要求
する計算精度を有するかあるいは、読み出された計算規
模を満足している場合は終了とし、そうでない場合は、
この誤差評価結果よりメッシュの最適化に必要な情報を
計算し、計算作業者の要求する計算精度を有するメッシ
ュの生成のためのメッシュ制御情報をメッシュ生成装置
４２に与える。また、メッシュ生成装置４２はメッシュ
制御装置４４よりメッシュ制御情報が与えられた場合、
このメッシュ制御情報に従って、メッシュの生成を行
う。

【００２２】（実施例３）さらに、図７を参照しなが
ら、本発明による数値計算支援装置の第３の実施の形態
について、詳細に説明する。第２の実施の形態は、図７
に示すように、計算終了時間予測装置１４が除去された
ことを除き、第１の実施の形態と同一の構成及び作用を
有している。

【００２３】従って、ここでは説明を簡潔とするため
に、第１の実施の形態に含まれた装置に相当する装置に
対して同一の符号を付けて、その詳細な説明を省略す
る。

【００２４】この実施の形態では、計算終了時間予測装
置１４が除去されているので、第３の実施の形態と同一
の動作により実行された計算評価装置１２による推測結
果を表示装置１７で表示された計算作業者は、直ちに適
正な数値解析を実行できる。そして、数値解析の実行
中，実行後の数値計算の計算時間の計測の必要はない。

【００２５】

【発明の効果】本発明の一実施例によれば、計算規模，
計算環境，計算時間の相関をデータベース化し、計算作
業者が自分の経験によらず、このデータベースを活用し
て、計算作業者の要求に適合した計算要因で数値計算を
行うことが出来る。この時、計算時間を予測する際に、
数値計算の実行を開始する前に計算終了までに要する所
要計算時間を従来よりも正確に、計算の実行中に計算終
了までに要する所要計算時間を、数値計算の実行中に計
算し、計算作業者に表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】計算支援装置のブロック図。

【図２】計算評価装置のブロック図。

【図３】計算終了時間予測装置のブロック図。

【図４】数値計算計測結果の表示例の説明図。

【図５】計算支援装置のブロック図。

【図６】メッシュ最適化装置のブロック図。

【図７】計算支援装置のブロック図。

【符号の説明】

１１…データ読出し装置、１２…計算評価装置、１３…
数値計算装置、１４…計算終了時間予測装置、１５…デ
ータベースマネージャ、１６…相関データベース、１７
…表示装置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】数値計算システムにおいて、数値計算を行
   う際必要な計算内容データを用いて、節点数，要素数，
   総自由度，バンド幅，フロント数およびそれらを組み合
   わせた変数を表す計算規模，計算機のＣＰＵの種類，使
   用できるメモリ，ディスクを表す計算環境，数値計算の
   実行に要する計算時間の相関関係を、データベース化し
   て、数値計算を行う際に、予め、使用する計算環境，予
   定とする計算規模を指定することにより、このデータベ
   ース上のデータより補間、外挿法を用いて計算時間を予
   測し、計算機の表示装置により表示して、計算作業者に
   数値計算の予測所要時間を知せることを特徴とする数値
   計算の支援方法。
2. 【請求項２】数値計算システムにおいて、数値計算を行
   う際必要な計算内容データを用いて、節点数，要素数，
   総自由度，バンド幅，フロント数およびそれらを組み合
   わせた変数を表す計算規模，計算機のＣＰＵの種類，使
   用できるメモリ，ディスクを表す計算環境，数値計算の
   実行に要する計算時間の相関関係を、データベース化し
   て、数値計算を行う際に、予め、使用する計算環境，予
   定する計算時間を指定することにより、このデータベー
   スを用いて要する計算規模を推定し、計算機の表示装置
   により表示して、計算作業者に数値計算の予測計算規模
   を知らせることを特徴とする数値計算の支援方法。
3. 【請求項３】数値計算システムにおいて、数値計算を行
   う際必要な計算内容データを用いて、節点数，要素数，
   総自由度，バンド幅，フロント数およびそれらを組み合
   わせた変数を表す計算規模，計算機のＣＰＵの種類，使
   用できるメモリ，ディスクを表す計算環境，数値計算の
   実行に要する計算時間の相関関係を、データベース化し
   て、数値計算を行う際に、予め、使用する計算規模，予
   定する計算時間を指定することにより、このデータベー
   スを用いて好適な計算環境を推定し、計算機の表示装置
   により表示して、計算作業者に数値計算の好適な計算環
   境を知らせることを特徴とする数値計算の支援方法。
4. 【請求項４】請求項１，２または３において、計算内容
   データと計算環境データと数値計算相関データベースを
   用いて、数値計算の実行にかかる計算時間を予測するに
   際し、計算種類別，計算機種類別，計算を構成する各プ
   ロセスごとに、計算時間，計算環境，計算規模の相関関
   係をデータベース化することにより、計算を構成する各
   プロセスごとに予測計算時間を予測し、これを表示する
   計算時間の支援方法。
5. 【請求項５】請求項１，２，３または４において、その
   数値計算の実行に要した計算時間，計算規模，その数値
   計算の実行を行った計算環境を記憶，保持しておき、数
   値計算の実行終了後、これらのデータをデータベースに
   追加することにより、データを自ら増やしてゆく自己増
   殖型のデータベースを有する計算時間の支援方法。
6. 【請求項６】数値計算システムにおいて、請求項４また
   は５に記載の方法により予測計算時間を求めておき、計
   算実行中のある時点で、計算開始からその時点までの計
   算実行時間を計測しておき、予測計算時間よりその時点
   までの計算実行時間を差引いて、計算終了までに要する
   予測終了時間を予測し、これを計算実行中に表示する計
   算時間の予測方法。
7. 【請求項７】請求項６において、請求項４に記載の方法
   により予測計算時間を求める際、計算を構成する各プロ
   セスごとに予測計算時間を求めておき、各計算プロセス
   の終了の時点で、計算終了までに要する予測終了時間
   を、各計算プロセスの終了の時点以降の計算プロセスに
   要する予測計算時間の総和とし、各計算プロセスの終了
   の時点からの計算実行時間を計測して、予測終了時間
   を、この予測計算時間からこの計算実行時間の差とし
   て、計算終了までに要する予測終了時間を予測し、これ
   を表示する計算時間の予測方法。