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[GCP] MITx では、Google Compute Engine 上で Akselos を実行し工学シミュレーションに活用
2015年1月12日月曜日
橋や建築物、航空機のような生活に欠かせない基盤の設計や評価。これをエンジニアが高度なシュミレーションソフトウェアを使って実現できるプラットフォームである Akselos の
Google Cloud Platform
活用事例をご紹介します。
大きなオフィスビルにいるときや、巨大な橋をドライブしているときを想像してください。こんなに大きな建造物がそこに何事もなく存在し続けている、それを可能にしている仕事をしている人がいる、そんな想像をする機会は少ないですよね。
幸運にも私たちがそういった想像をする必要がないのは、建造物が実際に作られる前に、設計上の無数の課題をエンジニアが解決しているからです。例えば梁はどのくらいの太さが必要なのか、異なる建材が時間経過でどう風化していくのか。そして幸運にもエンジニアは
Akselos
のようなソフトウェアを使って課題解決に取り組めます。そして今、MIT のオンライン講義「Elements of Structure」の受講生ならば、世界中の誰でもこのソフトウェアを使えるのです。
Google Compute Engine
(GCE) 上で動作している Akselos は、複雑な構造物の大規模なシミュレーションをソフトウェアで実現します。大きな橋でも安心して渡れる理由です。
コンピューターによるシミュレーションは、現代エンジニアリングの鍵と言えます。現在、業界の中で標準として使われている手法は有限要素解析 (FEA) と呼ばれるものですが、大規模な 3D FEA を行うには莫大な計算量が必要となります。実際問題、橋や建築物、港湾施設、海洋構造物、航空機といった巨大な構造物を 3D で詳細にモデリングするには FEA では現実的ではないこともあります。こういったシミュレーションでは RAM が多く要求され、デスクトップ ワークステーションの RAM では足りないこともあります(テラバイト以上必要なことも)。仮に RAM が足りていたとしても、数時間から数日の計算時間が必要です。時間が貴重であるなら、大規模のシミュレーションをするには 3D FEA では遅すぎるのです。
Akselos は、高度なシミュレーションをより早く、簡単な利用を
目指しています
。過去十数年かけて MIT や他の欧米の大学で開発された新しいアルゴリズムを使うと、大規模であれば FEA の 1000 倍以上の速さで処理しながらも、極めて詳細なシミュレーションが可能です。結果を速く得られることは現場では非常に重要です。重要な箇所には数百回、数千回のシミュレーションを重ね、検証することがエンジニアにとって必要だからです。例えばあらゆる動作周波数下でのガス タービンの振動特性の解析も、Akeselos を使えば、こういった調査を一日で終えられます。
Akeselos では、各シミュレーション モデルは数百から数千のコンポーネントで構成されます。それぞれのコンポーネントには、様々な特性(密度や強度等)や形状(長さ、湾曲率、き裂深さ)が含まれ、ワンクリックで変更できるようになっています。この巨大なデータを扱うために Akselos を Google Cloud Platform 上で動作させ、 Google のストレージ ソリューションと、スケール用に Replica Pools も活用しています。
Akselos の最初の Google Compute Engine への採用は、MIT 機械系学科の上級講師 Dr. Simona Socrate が、
エデックスの構造解析コース
2.01 受講生のために、より早いシミュレーション技術を導入したことがきっかけです。Dr. Socrate は、講義の中で生徒が構造力学における微細影響を双方向に視覚的に探求できるように、ウェブ ブラウザーで動くシミュレーション アプリケーションを導入したかったのです。これまでにも他のシミュレーション ツールを大学の講義で導入しようとしてきたものの、大概が生徒とって使い方をマスターするには複雑すぎてうまくいかなかったのです。
Dr. Socrate の方針に従い Akselos は、講義が有意義なものになるように、いくつもの WebGL ブラウザー アプリケーションを開発してきました。講義に登録している 7,500 人の受講生に対応するために、シュミレーションのバックエンド部分は GCE 上に配置しています。そして 99.9% のアップタイムで、1 時間あたり 15,000 回のシミュレーションの要求に耐えるようにテストをしてきた結果、4ヶ月のコースの間もシュミレーションは障害なく GCE で動作し続け、生徒からも高評価を受けました。
エデックスでの開発と並行して、Akselos はクラウド ベースのシミュレーション プラットフォームを公開し、今や大きくなりつつある世界中のエンジニアの
コミュニティ
で利用されています。Akselos は、可能な限り多くの人々にパワフルなシミュレーション技術を提供し、様々なエンジニアリング分野でのデザインと分析のワークフローを強化することを目指しています。Akselos は、GCE に設置されたソフトウェアを利用して、すべてのエンジニアがより早く簡単に、より詳細なシミュレーションができるよう日々進歩しています。
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