Anzeige
Anzeige
Anzeige
Beitrag drucken

Engineering mit Rechenkraft beschleunigen

Am Supercomputer simuliert

Das Potential eines Supercomputers für die simulationsgestützte Produktentwicklung ist erheblich. Doch die Hürden vor einem Einsatz schrecken viele Unternehmen ab. Im Projekt HiPerSim4All wird an der Universität Bayreuth daran gearbeitet, den Zugang zu dieser Technologie zu vereinfachen und die dafür benötigte IT-Expertise auf Seite der Anwender zu senken.

Der Bayreuther Supercomputer btrzx4 besteht aus miteinander verbundenen Rechenknoten in speziellen Serverracks. (Bild: Universität Bayreuth)

Der Bayreuther Supercomputer btrzx4 besteht aus miteinander verbundenen Rechenknoten in speziellen Serverracks. (Bild: Universität Bayreuth)

Technische Simulationen, allen voran die Finite-Elemente-Analyse (FEA), ist seit Jahren Stand der Technik und wird in vielen Unternehmen in der Produktentwicklung eingesetzt. Der Bedarf einer realitätsnäheren virtuellen Abbildung von Produkten und Produktionsprozessen resultiert jedoch in einer zunehmenden Komplexität dieser Simulationen. Dadurch können die Rechenzeiten mehrere Tage dauern. Die Nutzung von Supercomputern bietet Möglichkeiten den Produktentwicklungsprozess effizienter zu gestalten und Entwicklungszeiten zu verkürzen. Jedoch ist der Einstieg keineswegs trivial. Daher begleiten Mitarbeiter der Universität Bayreuth im Rahmen des EU-geförderten Projekts ‚HiPerSim4All‘ Unternehmen bei der Umsetzung und unterstützen bei der Methoden- und Prozessentwicklung sowie dem Wissensaufbau der Mitarbeiter.

Workstations an der Grenze

Zu den Projektpartnern des am Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD (LSCAD) angesiedelten Projektes zählen vor allem kleine und mittelständische Unternehmen: Vom Ingenieurdienstleister bis hin zum OEM-Zulieferer. Die meisten der Projektteilnehmer setzen bei Simulationen auf aufgerüstete Workstations. Diese zeichnen sich meist durch mehrere Gigabyte große Arbeitsspeicher und schnelle Mehrkernprozessoren aus, was für kleine und mittelgroße Simulationen in der Regel ausreicht. Das Problem sind die immer häufiger gefragten großen und komplexen Simulationen. So werden Multi-Physik-Simulationen und das detaillierte Abbilden sehr großer Strukturen oft zu einem Problem, da entweder die Rechenzeiten unverhältnismäßig lang werden oder die Größe des verfügbaren Arbeitsspeichers limitierend wirkt. Die Gründe dafür liegen vereinfacht ausgedrückt am Skalierungsverhalten der FEA und den thermischen Eigenschaften der Prozessoren. Supercomputer können diese Limitationen überwinden und sind keinesfalls nur für Großunternehmen interessant.

Nicht nur für Konzerne

Bei einem Supercomputer handelt es sich im Grunde um mehrere unabhängige Computer (Rechenknoten), die über ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk verbunden sind und ein Cluster bilden. Jeder Rechenknoten ist wiederrum mit einem oder mehreren Multi-Core-Prozessoren bestückt, was eine Parallelisierung der Lösung auf mehreren Ebenen ermöglicht: Zunächst können Partitionierungsalgorithmen die ursprüngliche Problemstellung (Domain) in mehrere Subdomains aufteilen und diese über die verfügbaren Rechenknoten verteilen. Innerhalb jeder Subdomain kann wiederrum eine weitere Partitionierung durchgeführt und/oder eine Beschleunigung der mathematischen Operationen durch Ausnutzung des Parallelisierungspotentials der Prozessorkerne erreicht werden. Insbesondere bei der Dimensionierung und Auslegung von genormten Produkten mit unterschiedlichen Lastkollektiven können Unternehmen durch Simulationen mit Supercomputern Kosten sparen. Um einen Eindruck von den Chancen für die Produktentwicklung zu vermitteln, wurde am LSCAD der simulationsgestützte Auslegungsprozess eines elektrischen Antriebes hinsichtlich der thermischen Verlustleistung optimiert. Dies ist numerisch aufwendig, da die realistische Bestimmung des Temperaturprofils, sowohl einer Bestimmung der konvektiven Wärmeübergänge, als auch der abstrahlenden Wärme bedarf. Jedoch erfordert die Simulation der Strahlungsvorgänge eine sehr aufwendige Sichtfaktorbestimmung, die stark von der Kühlrippengeometrie abhängig ist und daher detailliert abgebildet werden muss und dementsprechend die Berechnungszeiten erhöht. Sollen dann noch viele Produktvarianten berechnet werden, kann das ohne einen Supercomputer unverhältnismäßig lange dauern.


Das könnte Sie auch interessieren:

Zum 30. Juni nächsten Jahres wird Finanzvorstand Harald Fuchs das Softwareunternehmen PSI verlassen.‣ weiterlesen

Der Technologieanbieter Abbyy hat kürzlich NeoML vorgestellt, eine Open-Source-Bibliothek für die Erstellung, das Trainieren und die Bereitstellung von Machine-Learning-Modellen.‣ weiterlesen

Gerade in einer wirtschaftlichen Flaute sollten Unternehmen ihre Position sichern, stärken, neue Angebote entwickeln und bestehende verbessern. Eine gute Datenbasis sorgt dafür, das die Geschäftsprozesse reibungsarm ablaufen und Manager gute Entscheidungen treffen. Doch wie misst man die Güte der Systemdaten?‣ weiterlesen

Im Rahmen einer Partnerschaft wollen Kuka und T-Systems Lösungen für mittelständische Fertigungsunternehmen zur Verfügung stellen.‣ weiterlesen

Schichtübergaben sind je nach Arbeitszeitmodell unvermeidbar und finden meist sogar mehrmals am Tag statt.‣ weiterlesen

Die Werkerführung Schlauer Klaus ist jetzt mit einem Laser erhältlich, der u.a. Bohrlöcher und Montagepunkte auf dem Werkstück anzeigt. Auch kompliziertere Handgriffe sollen in der Montage so schnell und fehlerfrei unterstützt werden.‣ weiterlesen

Rockwell Automation und PTC haben angekündigt, die gemeinsame Anwendung FactoryTalk InnovationSuite powered by PTC erweitert zu haben.‣ weiterlesen

RB Solutions nutzt schon seit Jahren die ERP-Lösung AP-plus zur Planung und Steuerung der Geschäftsprozesse. Um das System in Zeiten der Corona-Krise zu aktualisieren, verlagerten der Maschinen- und Anlagenbauer und sein IT-Dienstleister N+P Informationssysteme die Zusammenarbeit in die virtuelle Welt - mit Erfolg.‣ weiterlesen

Die Mait-Gruppe übernimmt das baden-württembergische IT-Systemhaus IT-On.NET Süd. Mit dem Erwerb will die Unternehmensgruppe ihr IT-Geschäftsfeld ausbauen.‣ weiterlesen

Adlink Technology bringt die Roscube-X-Serie in Position. Die Echtzeit-ROS-2-Robotik-Steuerung wird durch das Modul Nvidia Jetson AGX Xavier angetrieben. Darin sind eine Volta-GPU von Nvidia verbaut, zwei Deep Learning-Beschleuniger und verschiedene Schnittstellen.‣ weiterlesen

Die Simulation von roboterbasierten Anlagen und Prozessen hilft nicht nur in der Planungsphase. Auch bei der Inbetriebnahme lassen sich böse Überraschungen vermeiden. Daher bietet Roboterhersteller Yaskawa für seine Motoman-Systeme leistungsfähige Simulationstools und Offlineprogrammierung.‣ weiterlesen

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige