OpenFOAM® オープンソース解析ソフトウェア 概要
特徴
OpenFOAM®は流体シミュレーションを主体とした連続体物理シミュレーションを行うためのツールボックスであり、GNU GPL(General Public License) v3に従ってオープンソース・ソフトウェアとしてライセンスされています。
OpenFOAMには充実した数値計算ライブラリ群、流体をはじめとする豊富な物理モデル、様々なプリ・ポストユーティリティが備わっていて、商用のソフトウェアに比肩するシミュレーションが可能です。
オープンソースであることから、商用のソフトウェアのようにライセンス数（ライセンス料）の制限を受けることなく無制限に並列化できます。また、プログラムコードが完全に公開されているので自由にカスタマイズできるという高い拡張性を持っています。
こうした特長が受け入れられ、現在では世界中の研究機関や企業で利用されています。
みずほリサーチ&テクノロジーズでは2009年頃からOpenFOAMを用いた受託解析やソルバのカスタマイズ、及びオリジナルのインターフェースと組み合わせた専用シミュレーションシステムの構築といったサービスを展開しています。
- *OpenFOAMはOpenCFD社の登録商標です。
特徴
1．流体ソルバをはじめとした豊富な機能
OpenFOAMには流体現象を中心に様々な物理モデルが実装されており、また、メッシュの移動変形の取り扱いや自動細分化など複雑な現象を取り扱う際に必要となる機能も充実しています。
こうした機能により、乱流、混相流、熱輸送、化学種輸送、化学反応など様々な分野の多様な課題にOpenFOAM®を適用することが可能です。
CADデータからメッシュを自動生成する機能や、各種の商用、オープンソースの可視化ソフトウェアに対応した形式での結果データの出力機能も実装されています。
これらの機能を活用することでメッシュ作成にかかる負担を低減できます。シミュレーション結果の分析を行う際にも使い慣れた可視化ソフトウェアを利用できます。
詳しい機能については「機能詳細」もご参照ください。
2. ライセンス制限の無い大規模並列計算
多くの商用ソフトウェアの場合、並列計算を行うにはプロセッサ数に相当するライセンス、あるいはやや高額な並列計算用のライセンスを購入する必要があります。一方、オープンソース・ソフトウェアであるOpenFOAMならばライセンス数（ライセンス料）による制限のない大規模並列計算を実現できます。
3. 高い拡張性による自由なカスタマイズ
OpenFOAMはC++クラスライブラリとして実装されており、豊富な機能が適度に抽象化され再利用性の高いソースコードで記述されています。このため、新しい物理モデルの実装やソルバの開発といったカスタマイズが容易であり、カスタマイズしたプログラムに対しても並列計算、境界条件設定、プリ・ポスト処理といった多くの基本機能をそのまま活用できます。このようにOpenFOAMは拡張性が非常に高く、自由なカスタマイズが可能です。
OpenFOAMを活用する際の課題
無制限の並列化、自由なカスタマイズといった魅力的な特長を持つOpenFOAMですが、初めてOpenFOAMを使用する場合には様々なハードルがあることが知られています。
（1）コマンドラインによる操作
公式に配布されているOpenFOAMはコマンドラインによる操作のみを想定しており、計算の準備や実行、一部の後処理はすべてコマンドラインから行う必要があります。可視化には商用またはオープンソースのソフトウェアを使用できますが、データ変換のためのユーティリティをコマンドラインで実行する必要があります。このように、ユーザはコマンドラインによる操作に慣れる必要があります。あるいは、サードパーティー製のOpenFOAMを使用するための汎用GUIソフトウェアなどを導入する必要があります。
（2）計算安定性の不安
OpenFOAMに実装されているソルバや物理モデルの多くは既知の計算手法やモデルを忠実に実装したものです。このことは、得られた計算結果の解釈が容易であることを意味します。しかし、多くの商用化されたソフトウェアが行っている計算安定化のための数値計算の工夫は限定的にしか行われていません。このため、計算を安定的に収束させるためにはユーザが対象とする現象、物理モデル、計算手法などを理解したうえで適切な解析モデルを構築する必要があります。
（3）プログラムソースに関するドキュメント不足
プログラムのソースコードに関するドキュメントはまだ整備途上にある部分が多く、物理モデルや数値計算手法の追加などのカスタマイズを行う場合にはOpenFOAMのソースコードを独自に読み解き、理解する必要があります。
みずほリサーチ&テクノロジーズの取り組み
1．OpenFOAM活用サポート
みずほリサーチ&テクノロジーズでは、ユーザが素早く、確実にOpenFOAMを活用できるよう、上記のOpenFOAM使用の課題に対してインターフェースの作成、受託解析、ソルバのカスタマイズ、ソースコードの調査、マニュアル作成などのサービスを行っています。
過去にOpenFOAMを用いた様々なカスタマイズ、解析、インターフェース作成の実績があり、お客さまのOpenFOAMの活用を総合的にサポートします。特にカスタマイズでは流体分野にとどまらず、電気化学反応のような他の分野の物理モデルを実装した実績もあります。詳しくは、「適用事例」をご参照ください。
2．専用シミュレーションシステムの構築
汎用のシミュレーションソフトは機能が豊富で様々な分野の課題に適応できます。しかし、その豊富な機能ゆえに、ユーザが適切に判断して選択しなければならない設定項目が多く、解析モデルの作成が複雑になる傾向があります。
ところが、設計や製造といったものづくりの現場でシミュレーションを使用する際、シミュレーションの対象（形状、物理現象、境界条件など）は限定されることが多く、汎用のシミュレーションソフトの全ての機能を使うことはほとんどありません。
そこで、汎用シミュレーションソフトであるOpenFOAM®の多様な機能の中から、対象の課題に必要な機能だけを抽出し、使いやすくシェイプアップした「専用シミュレーションシステム」を提案しています。
対象とする課題に特化した「専用シミュレーションシステム」では、解析モデルの作成、計算の安定性を担保した解析条件の設定、解析結果の出力などの作業を大幅に自動化して、シミュレーションにかかる作業を劇的に削減します。
詳しくは「適用事例(4) ：専用シミュレーションシステムの構築」、「サービス」をご参照ください。