バッチ実行 (Batch Execution) — CAE用語解説

バッチ実行とは

定義と基本概念

バッチ実行（Batch Execution）とは、CAEソルバーをGUI（グラフィカルユーザーインターフェース）を介さず、コマンドラインやスクリプトから起動して計算を行う方式のことである。ユーザーが画面の前に張り付いている必要がなく、ジョブを投入したら結果が出るまで放置できるのが最大の利点だ。

典型的なバッチ実行のコマンド例：

# Abaqusの場合
abaqus job=model_01 cpus=8 interactive

# OpenFOAMの場合
mpirun -np 16 simpleFoam -parallel > log.simpleFoam 2>&1

# ANSYS Mechanicalの場合
ansys212 -b -np 4 -i input.dat -o output.txt

HPCキューシステム

企業や研究機関では、複数ユーザーが共有するHPC（High Performance Computing）クラスタ上でCAE解析を行う。このとき、計算資源の公平な配分を担うのがジョブスケジューラ（キューシステム）である。

代表的なジョブスケジューラ：

• SLURM（Simple Linux Utility for Resource Management）— 現在最も普及。sbatchでジョブ投入、squeueで状態確認
• PBS / Torque（Portable Batch System）— 古くからの定番。qsubで投入、qstatで確認
• LSF（Load Sharing Facility）— IBM製、大企業での採用例が多い。bsubで投入
• SGE（Sun Grid Engine）— 現在はOpen Grid Schedulerとして存続

ジョブスクリプトの書き方

SLURMジョブスクリプトの基本構造：

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=crash_sim_01
#SBATCH --nodes=2
#SBATCH --ntasks-per-node=32
#SBATCH --time=24:00:00
#SBATCH --partition=general
#SBATCH --output=job_%j.out
#SBATCH --error=job_%j.err

module load abaqus/2024
cd $SLURM_SUBMIT_DIR

abaqus job=crash_model cpus=$SLURM_NTASKS scratch=$TMPDIR mp_mode=mpi

PBSジョブスクリプトの場合：

#!/bin/bash
#PBS -N thermal_analysis
#PBS -l nodes=1:ppn=16
#PBS -l walltime=12:00:00
#PBS -q batch
#PBS -o thermal.log
#PBS -e thermal.err

module load ansys/2024r1
cd $PBS_O_WORKDIR

ansys242 -b -np 16 -i thermal_input.dat -o thermal_output.txt

パラメトリックスタディとの連携

バッチ実行の真価が発揮されるのは、設計パラメータを変えながら多数のケースを自動実行するパラメトリックスタディ（パラメータスイープ）だ。板厚を5段階、材料を3種類、荷重を4水準——このような全組み合わせ（5×3×4=60ケース）を手動でGUIから回すのは非現実的だが、バッチ実行なら自動化できる。

# Pythonでのパラメトリック入力ファイル生成例
import itertools, os

thicknesses = [1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0]
materials   = ['steel', 'aluminum', 'titanium']
loads       = [1000, 2000, 3000, 4000]

template = open('template.inp').read()

for t, mat, load in itertools.product(thicknesses, materials, loads):
    case_name = f"case_t{t}_mat{mat}_F{load}"
    inp = template.replace('@@THICKNESS@@', str(t))
    inp = inp.replace('@@MATERIAL@@', mat)
    inp = inp.replace('@@LOAD@@', str(load))

    os.makedirs(case_name, exist_ok=True)
    with open(f"{case_name}/model.inp", 'w') as f:
        f.write(inp)

#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=param_sweep
#SBATCH --array=0-59
#SBATCH --ntasks=8
#SBATCH --time=04:00:00
#SBATCH --output=logs/job_%A_%a.out

# パラメータリストからケースを取得
CASE_DIR=$(sed -n "$((SLURM_ARRAY_TASK_ID + 1))p" case_list.txt)
cd $CASE_DIR

module load abaqus/2024
abaqus job=model cpus=$SLURM_NTASKS scratch=$TMPDIR

トラブルシューティング

• メモリ不足（OOM: Out of Memory）: 確認コマンド: sacct -j <jobid> --format=MaxRSS。対策: ノード数を増やすか、メッシュを粗くする
• ウォールタイム超過: 確認コマンド: sacct -j <jobid> --format=Elapsed,Timelimit。対策: 制限時間を延ばすか、リスタートを活用
• ライセンス不足: ソルバーのライセンストークンが全て使用中だとジョブが開始できない。lmstat -a で確認

関連用語

• HPC（High Performance Computing）: 大規模並列計算機環境。CAEではクラスタ型HPCが主流
• MPI（Message Passing Interface）: 並列計算における標準的なプロセス間通信ライブラリ
• DOE（Design of Experiments）: 実験計画法。パラメトリックスタディの効率的な計画に使用
• ジョブアレイ: 同一スクリプトを異なるパラメータで多数同時実行するスケジューラ機能
• リスタート解析: 中断されたジョブを途中から再開する機能