Simulation in der Cloud Cloud-native CAE-Lösung reduziert Komplexität

Anbieter zum Thema

Arvato Systems

dive solutions GmbH

Maschinenbauunternehmen müssen sich stetig neu erfinden – zuletzt verstärkt durch aktuelle Trends wie Nachhaltigkeit und E-Mobilität. Das erzeugt hohen Druck – neue Produkte müssen immer schneller für herausfordernde Betriebsbedingungen entwickelt und getestet werden. Eine Simulationslösung in der Cloud vereinfacht das.

Lange Zeit waren Versuchsstände und der Bau von Prototypen das Standardtool für Ingenieure. Bereits seit Anfang der 1990er Jahre existiert in einer Vielzahl von Industriebereichen rechnergestützte Simulation, für die große Datenzentren nötig sind – das bedeutet für Unternehmen hohe Investitionskosten und die ständige Betreuung der Hardware-On-Premises. Um Anwendungsfälle realgetreu abzubilden, wurden physikalische Gleichungen rechnergestützt wochenlang gelöst. Und ist die Hardware durch ein Projekt ausgelastet, muss das nächste warten. Steht hingegen einmal keine Simulation an, verursacht das Rechenzentrum laufende Kosten, liefert aber keine Ergebnisse.

„Das geht auch anders“, sagt Johannes Gutekunst, Gründer und Chief Technology Officer (CTO) der Dive Solutions GmbH. Sein Start-up Dive aus Berlin wartet mit einer neuen Simulationstechnologie auf, die komplexeste Strömungen akkurat vorhersagen kann, egal ob Wasser, Luft oder Öl. Dive verwendet im Gegensatz zu den weitverbreiteten Gitterverfahren eine Partikeltechnologie. Je mehr Partikel für die Repräsentation einer Strömung genutzt werden, desto genauer die Vorhersage und desto länger die Berechnungszeit. „Unsere partikelbasierte Simulationstechnologie ermöglicht Simulationen in Bereichen, in denen diese vor wenigen Jahren undenkbar gewesen sind und befähigt den Ingenieur, sich auf das Wesentliche zu konzentrieren: Die Analyse und Optimierung des Bauteils“, so Gutekunst.

Angesichts der enormen Anforderungen an die Hardware und dem beispiellosen Siegeszug von SaaS-Angeboten in anderen Branchen war für Johannes Gutekunst von Anfang an klar: Dive muss ein cloud-natives SaaS-Angebot entwickeln. Doch dem standen die Bedenken seiner Kunden entgegen, die vor allem aus F&E-Abteilungen großer Automobilhersteller und Fertigungsunternehmen kommen. „Das ist ein recht konservativer Markt, der bis dato eher cloud-avers eingestellt war.“

Es dominierten Sicherheitsbedenken der Kunden und Referenzen fehlten. „Wir konnten anfangs nicht sagen: ‚Die anderen machen das auch so‘ oder ‚Hier seht ihr das Ergebnis‘“, sagt Gutekunst. Bei Simulationen im Rahmen der Entwicklung heutiger Maschinen werden hochsensible Daten verarbeitet. „Das ist der ‚Heilige Gral‘ von Unternehmen. Alles unterliegt höchster Geheimhaltung. Unsere größte Hürde war also nicht technologischer Art, sondern das Mindset unserer Zielgruppe“, fasst Gutekunst zusammen.

Die Lösung: Cloud-native CAE auf einer sicheren Hardwareumgebung

Die erste Version von Dive entstand auf einer anderen Cloud-Plattform. „Als wir gesehen haben, dass unser Produkt gut ankommt, wollten wir es noch einmal neu und besser bauen“, sagt Gutekunst. Dafür wechselten er und sein Team auf Microsoft Azure. „Gerade in großen Unternehmen hat Microsoft ein exzellentes Standing und genießt großes Vertrauen. Viele unsere Kunden haben sehr hohe Compliance-Anforderungen. Die hohen Sicherheitsstandards von Azure und Europa als Datenspeicherort überzeugen“, erklärt Gutekunst.

Auch Dive selbst profitiert vom Wechsel auf Azure. „Microsoft hat im Bereich High-Performance Computing (HPC) die Nase vorn“, sagt Gutekunst. „Das machen wir uns zunutze. Wir müssen uns nicht auf den Serverbetrieb konzentrieren, sondern können unsere Energie in die Entwicklung der optimalen Codes investieren.“ Er lobt die Unterstützung durch das Programm Microsoft for Start-ups und die Zusammenarbeit mit den Industry Experts. „Microsoft versteht Enterprise-Kunden und hat uns geholfen, gute Lösungen für sie zu entwickeln“, so der CTO. „Eine Haupterkenntnis: Unsere Kunden lechzen nach Performance. Auch in dieser Hinsicht kann die Cloud überzeugen.“

Skalierbare Rechenleistung auf Knopfdruck

In Parameterstudien simulieren Dive-Kunden eine Vielzahl verschiedener Lastfälle gleichzeitig – ermöglicht durch die Cloud: Was passiert, wenn die Geschwindigkeit der Achsen im Getriebe statt 500 Rotationen pro Minute 1.000, 1.500, 2.000 oder gar 2.500 beträgt? Welches Design führt zu geringeren Verlusten und damit zu mehr Effizienz? Welchen Einfluss haben Geometrieform, Ölstand und Materialparameter wie Dichte und Viskosität? „Durch Simulation sind die Ingenieure in der Lage, das absolute Optimum unter den gegebenen Betriebsbedingungen zu finden“, sagt Gutekunst.

Um Entwicklungszyklen zu beschleunigen, arbeiten Unternehmen häufig an mehreren Projekten gleichzeitig und nutzen die Skalierbarkeit der Cloud voll aus. Das Resultat: „Allokationen von mehreren tausend Central-Processing-Units-(CPU)-Kernen im Peak und Schwankungen um den Faktor zehn in der Ressourcenallokation innerhalb weniger Stunden sind keine Seltenheit. Die Azure-HPC-Systeme passen sehr gut zu diesen heterogenen Bedürfnissen unserer Kunden. Und sie bezahlen nur für die Leistung, die sie wirklich nutzen“, so Gutekunst.

Ziel: Noch schneller zum Ergebnis

Indes arbeitet Dive am nächsten Vorstoß: Zeitnah bietet das Start-up weitere Anwendungsfälle an und integriert physikalische Modelle für beispielsweise thermodynamische Analysen. „Künftig werden wir eine ganzheitliche cloud-native Erfahrung für Computer Aided Engineering anbieten“, sagt Gutekunst. Hier arbeitet Dive mit Microsoft und dessen Hardwarepartnern an der Optimierung der Hardware-Software-Schnittstelle, um noch schnellere Simulationen und Analysen zu erzielen.

„Browserbasierte Benutzeroberflächen helfen Einfachheit in die CAE-Komplexität zu bringen und die Cloud als zentraler Datenspeicher ermöglicht Ingenieuren von überall auf der Welt sicher auf Daten zuzugreifen. Die Lösungen für die aktuellen Herausforderungen in der Branche sind bereits bekannt, denn angrenzende Branchen haben gezeigt, wie ein Umbruch hin zur Cloud gelingen kann. Jetzt brauchen wir Mut, progressives Denken und kreative Köpfe, um diesen im Maschinenbau zu verwirklichen“, so Gutekunst.

Der Beitrag, der von unserer Schwesterpublikation konstruktionspraxis übernommen wurde, ist 2022 bei Microsoft erschienen und Teil der Info-Kampagne „Digitalisierung in der Krise? Wie der industrielle Mittelstand trotz Krise digitale Innovation vorantreibt“.

(ID:49042204)