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研究生:陳立偉
論文名稱:電腦叢集應用於多孔洞氣靜壓軸承之最佳化設計
論文名稱(外文):The Applications of Cluster of Computers in the Optimum Design of Porous Air Bearings
指導教授:王能治王能治引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:最佳化設計多孔洞氣體軸承電腦叢集
相關次數:
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由於個人電腦的效能和網路速度越來越高而且價格越來越便宜。我們可以使用個人電腦建構一個個人電腦叢集來進行平行處理,個人電腦叢集比起超級電腦來說,具有更好的價格和性能比。
我們建構了一個具有9台電腦的個人電腦叢集(包括1台指派工作的電腦以及8台計算的電腦)。利用此電腦叢集從事多孔洞氣靜壓軸承的最佳化設計,減少在執行程式時所需的時間。電腦的作業系統為Red Hat Linux,而叢集內電腦溝通的問題採用openMosix的系統來處理。所有使用的軟體均可免費經由網際網路上取得並下載使用。
在最佳化設計方面,我們提出了一個適合於平行處理環境的分區搜尋最佳化方法(divide-and-conquer scheme)來求解多孔洞氣體軸承(porous air bearing)的4個設計參數,設計的目標為供給最小的氣體壓力時軸承能有最大的負載和剛性。使用實驗室所建構叢集,由8台計算電腦執行程式得到的結果,在系統自動指派工作模式和撰寫程式手動指派工作模式的加速率分別是5.55和5.75。二者的加速率差異不大,在面對複雜的工作分配時,可以選擇系統自動指派模式來幫助我們工作的分配。另外如果加入更多的電腦到叢集當中則程式所需要的執行時間將可以再減少,而且不必更改電腦架構及工作的分配方式。因此,我們所建構的叢集架構以及所提出的分區最佳化搜尋法提供了一個平行處理的方向,並且幫助我們解決軸承的設計問題,平行效率可以達到令我們滿意的水準。

As the performance/price of the commodity computer and the networking hardware increased, it becomes feasible to build a parallel computational system that uses the low-cost and commodity components rather than buying CPU time on very expensive supercomputers for solving tribological design problems.
In order to reduce the program’s execution time, we build a PC-cluster that consists of a master node and eight slave nodes. The operating system for each node is Red Hat Linux, and the cluster uses the openMosix to handle the message passing. All the software tools are freely available in the public domain.
This study develops a generalized parallel optimization procedure for engineering applications. We present a divide-and-conquer scheme that is suitable for parallel computing. The basis of the divide-and-conquer scheme for the optimization is Taguchi’s Design of Experiments. The speedups of the simulations by assigning tasks automatically or manually in our eight nodes cluster are 5.55 and 5.75, respectively. For a similar problem in a cluster with more nodes than this study, the execution time can be reduced without changing any program code. This is the key feature of using divide-and —conquer scheme for solving computationally intensively problems in parallel.

致謝 V
摘要 VI
目錄 VIII
符號定義 X
圖目錄 XI
表目錄 XIII
第一章 簡介 1
1.1 前言 1
1.2 研究背景與動機 2
1.3 論文大綱 3
第二章 平行處理 5
2.1 電腦硬體 5
2.1.1 電腦的基本架構 5
2.1.2 電腦型態分類 6
2.2 個人電腦、超級電腦和叢集電腦 9
2.3 個人電腦叢集 13
2.3.1 什麼是叢集 14
2.3.2 個人電腦叢集簡介 14
2.4 平行處理中所探討的幾個議題 17
2.5 個人電腦叢集平行處理 18
2.6 加速率 19
2.7 相關研究 20
第三章 電腦叢集架構 27
3.1 電腦叢集環境 27
3.2 實驗室所建構的電腦叢集 28
3.3 電腦叢集效能測試 34
3.4 測試結果討論 41
第四章 數值和最佳化方法 43
4.1 數值模型 43
4.2 目標函數 43
4.3 最佳化設計 45
4.3.1 田口式實驗計畫法 47
4.3.2 分區搜尋最佳化方法(Divide-and-Conquer Scheme) 48
第五章 模擬結果與討論 51
第六章 結論與建議 60

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