批量执行 (Batch Execution) — CAE术语解说

批量执行概述

定义与基本概念

批量执行（Batch Execution）是指通过命令行或脚本启动CAE求解器，而无需通过GUI（图形用户界面）进行交互的执行方式。用户无需坐在屏幕前，投入作业后可以放置不管，等待结果生成。这是最大的优点。

典型的批量执行命令示例：

# Abaqus情况
abaqus job=model_01 cpus=8 interactive

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

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

HPC队列系统

企业和研究机构通常在多用户共享的HPC（High Performance Computing）集群上进行CAE分析。为了公平分配计算资源，需要使用作业调度程序（队列系统）来管理。

代表性的作业调度程序：

• SLURM（Simple Linux Utility for Resource Management）— 当前最流行。用sbatch投入作业，squeue查看状态
• PBS / Torque（Portable Batch System）— 历来的标准。用qsub投入，qstat查看
• LSF（Load Sharing Facility）— IBM产品，大企业采用较多。用bsub投入
• SGE（Sun Grid Engine）— 现存为Open Grid Scheduler

作业脚本的编写

SLURM作业脚本的基本结构：

#!/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作业脚本的情况：

#!/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

参数化研究的结合应用

批量执行的真正威力体现在改变设计参数，自动执行多个案例的参数化研究（参数扫描）中。板厚5阶段、材料3种、荷载4水平——全组合是5×3×4=60个案例，用GUI手工逐个运行不现实，但用批量执行就能自动化。

# Python生成参数化输入文件的例子
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

# 从参数列表获取案例
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

故障排查

• 内存不足（OOM）: 查看命令：sacct -j <jobid> --format=MaxRSS。解决方法：增加节点数或粗化网格
• 墙时间超过: 查看命令：sacct -j <jobid> --format=Elapsed,Timelimit。解决方法：延长时间限制或利用重启
• 许可证不足: 求解器的许可证令牌全部被占用，作业无法开始。用lmstat -a查看

相关术语

• HPC（High Performance Computing）: 大规模并行计算机环境。CAE主要使用集群型HPC
• MPI（Message Passing Interface）: 并行计算标准进程间通信库
• DOE（Design of Experiments）: 实验设计法。用于规划参数化研究的高效执行
• 作业数组: 调度程序功能，用不同参数同时运行多个相同脚本
• 重启解析: 从中断点继续执行作业的功能