發(fā)布時(shí)間：2019-10-15 08:52

【摘要】：電工裝備制造業(yè)乃至傳統(tǒng)裝備制造業(yè)大都是依賴于"經(jīng)驗(yàn)制造",因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)成品率低,資源浪費(fèi)嚴(yán)重,設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)成為制造業(yè)的常見(jiàn)問(wèn)題。《中國(guó)制造2025》是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)進(jìn)行改革升級(jí)的重要指導(dǎo)方向,是融合互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等高新技術(shù)為一體的智能制造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)電工裝備智能制造的實(shí)現(xiàn)是以高性能計(jì)算作為基礎(chǔ)并將面臨大規(guī)模計(jì)算的問(wèn)題,分析了傳統(tǒng)高性能計(jì)算在普適計(jì)算方面具有成本昂貴、維護(hù)難度高、作業(yè)排隊(duì)等待時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題,引入了動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展、靈活易取、即付即用的云計(jì)算技術(shù),提出了電磁場(chǎng)有限元仿真與云計(jì)算技術(shù)相結(jié)合的設(shè)計(jì)思想,搭建了有限元云計(jì)算仿真系統(tǒng)。首先采用VMware vSphere虛擬化技術(shù),整合5臺(tái)服務(wù)器資源形成虛擬資源池。使用linux系統(tǒng)redhat6.0搭建了 9節(jié)點(diǎn)的彈性計(jì)算集群。對(duì)云計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)進(jìn)行了深入分析,給出一套行之有效的云計(jì)算性能測(cè)試方案,并對(duì)相同資源配置的虛擬機(jī)與物理實(shí)體機(jī),從CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、磁盤(pán)、集群計(jì)算能力、整體測(cè)評(píng)等幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明云計(jì)算虛擬資源在性能方面存在一定的損失。研究分析了云計(jì)算資源的管理機(jī)制,包括虛擬資源申請(qǐng)創(chuàng)建流程、虛擬資源的遷移、備份方法,實(shí)現(xiàn)了并行計(jì)算集群從實(shí)驗(yàn)室工作站到服務(wù)器的成功遷移,證明虛擬資源遷移、備份的靈活性高于傳統(tǒng)的高性能計(jì)算(HPC)。其次對(duì)比分析了 MapReduce、MPI、OpenMpi不同云計(jì)算技術(shù)的并行計(jì)算架構(gòu),選取適合大規(guī)模計(jì)算密集型的OpenMpi并行編程模型,研究了 OpenMpi的消息傳遞機(jī)制。編寫(xiě)了基于Fortran的典型電磁計(jì)算案例-感應(yīng)電機(jī)、變壓器、國(guó)際電磁問(wèn)題Team 7并行計(jì)算程序,對(duì)比分析了電工裝備電磁計(jì)算問(wèn)題在云計(jì)算環(huán)境中不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)下不同計(jì)算規(guī)模的計(jì)算時(shí)間與計(jì)算效率分布圖。針對(duì)大規(guī)模計(jì)算多計(jì)算節(jié)點(diǎn)的任務(wù)不均衡問(wèn)題,給出了計(jì)算任務(wù)調(diào)度、計(jì)算容錯(cuò)機(jī)制的解決方案。研究結(jié)果表明,典型電工裝備的大規(guī)模有限元仿真計(jì)算可在云計(jì)算平臺(tái)部署的彈性計(jì)算集群中實(shí)現(xiàn)并行化。相比傳統(tǒng)高性能計(jì)算的并行計(jì)算方法,本文的云計(jì)算彈性計(jì)算集群具有投入成本低、動(dòng)態(tài)可分配、按需索取的優(yōu)點(diǎn),為傳統(tǒng)純粹制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了一種靈活、便捷的新型高性能計(jì)算方案。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TM11;TP393.09

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