电工装备性能分析的云计算关键问题研究

发布时间：2019-10-15 08:52

【摘要】：电工装备制造业乃至传统装备制造业大都是依赖于"经验制造",因此产品设计成品率低,资源浪费严重,设计周期较长成为制造业的常见问题。《中国制造2025》是互联网时代下对中国传统制造业进行改革升级的重要指导方向,是融合互联网、大数据、云计算等高新技术为一体的智能制造设计标准。针对电工装备智能制造的实现是以高性能计算作为基础并将面临大规模计算的问题,分析了传统高性能计算在普适计算方面具有成本昂贵、维护难度高、作业排队等待时间长的问题,引入了动态可扩展、灵活易取、即付即用的云计算技术,提出了电磁场有限元仿真与云计算技术相结合的设计思想,搭建了有限元云计算仿真系统。首先采用VMware vSphere虚拟化技术,整合5台服务器资源形成虚拟资源池。使用linux系统redhat6.0搭建了 9节点的弹性计算集群。对云计算平台的特点进行了深入分析,给出一套行之有效的云计算性能测试方案,并对相同资源配置的虚拟机与物理实体机,从CPU、内存、网络、磁盘、集群计算能力、整体测评等几个方面进行对比测试,测试结果表明云计算虚拟资源在性能方面存在一定的损失。研究分析了云计算资源的管理机制,包括虚拟资源申请创建流程、虚拟资源的迁移、备份方法,实现了并行计算集群从实验室工作站到服务器的成功迁移,证明虚拟资源迁移、备份的灵活性高于传统的高性能计算(HPC)。其次对比分析了 MapReduce、MPI、OpenMpi不同云计算技术的并行计算架构,选取适合大规模计算密集型的OpenMpi并行编程模型,研究了 OpenMpi的消息传递机制。编写了基于Fortran的典型电磁计算案例-感应电机、变压器、国际电磁问题Team 7并行计算程序,对比分析了电工装备电磁计算问题在云计算环境中不同计算节点下不同计算规模的计算时间与计算效率分布图。针对大规模计算多计算节点的任务不均衡问题,给出了计算任务调度、计算容错机制的解决方案。研究结果表明,典型电工装备的大规模有限元仿真计算可在云计算平台部署的弹性计算集群中实现并行化。相比传统高性能计算的并行计算方法,本文的云计算弹性计算集群具有投入成本低、动态可分配、按需索取的优点,为传统纯粹制造业转型升级智能制造产业发展提供了一种灵活、便捷的新型高性能计算方案。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM11;TP393.09

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本文编号：2549544