Der rasch zunehmende Einsatz komplexer digitaler Simulationen zum Entwerfen und Testen neuer Produkte erzeugt enorme Datenmengen, die strategisch verwaltet werden müssen. 

Um die Nutzung von Simulationen und die Verwaltung ihrer Daten durch Computertechnikteams weiter zu automatisieren und zu vereinfachen, ist Rescale vor Kurzem eine Partnerschaft mit SCALE eingegangen, einem führenden Unternehmen für Simulationsprozess- und Datenmanagement (SDM) mit starken Wurzeln in der deutschen Automobilindustrie. 

Dank dieser Partnerschaft kann SCALEs Softwarelösung SCALE.sdm nun sofort auf High Performance Computing (HPC)-Dienste in der Cloud zugreifen. Mit einem Klick können Ingenieure automatisch neue Simulationen starten, die auf der Multi-Cloud-HPC-Infrastruktur von Rescale laufen. 

Vor Kurzem sprachen wir mit Marko Thiele, einem Produktmanager bei SCALE mit zwei Jahrzehnten Erfahrung im Bereich SDM, über die wachsende Bedeutung des Simulationsdatenmanagements. 

Was ist SDM und welche zentralen Herausforderungen löst es?

Marko Thiele: SDM steht für „Simulationsdatenmanagement“. Manche verwenden auch den Begriff „SPDM“, wobei das P für „Prozess“ steht. Wir bevorzugen jedoch weiterhin die Bezeichnung „SDM“, da dieser unserer Meinung nach die Prozesse bereits umfasst. Das ist ein sehr wichtiges Konzept, denn Sie verwalten nicht nur die Daten, sondern auch die Prozesse rund um die Simulation – sowohl die Vorverarbeitung als auch die Analyse und Verwaltung nach der Verarbeitung. 

Der Datenteil von SDM besteht typischerweise aus Dateien, in der Regel Solver-Eingabedateien. Diese Daten können 3D-Geometrie oder verschiedene physikalische Parameter der Simulation umfassen, wie z. B. Materialparameter, Reibungsparameter oder Zeitparameter – also alle Arten von Funktionsdaten, die für die Erstellung der Simulation benötigt werden.  

Der Prozessteil umfasst verschiedene Prozesse rund um die Simulation. Dies beginnt mit der Vorverarbeitung, bei der in der Regel die Eingabeparameter geändert werden, um zu untersuchen, wie sich die Simulationsausgabe verändern könnte. Sie ändern Parameter, beispielsweise die physikalische Belastung eines Objekts, um zu sehen, wie es reagiert – Sie testen das Produkt unter verschiedenen Bedingungen. 

Simulationsprozesse umfassen auch Skripte, die die Nachbearbeitung der Rohdaten der Simulationsergebnisse durchführen, indem sie Schlüsselwerte, Kurven, Bilder, Videos usw. extrahieren – was auch immer Sie aus der Simulation benötigen.  

Der Wert von SDM liegt darin, dass alle diese Prozesse und die daraus resultierenden Daten zusammen mit den Quellsimulationsdaten gespeichert werden, da die Daten und die Prozesse sehr eng miteinander verbunden sind.  

Warum ist „Prozess“ für das Simulationsdatenmanagement so wichtig? 

Marko Thiele: Anfangs konzentrierten sich die Teams auf den Datenteil und vernachlässigten dabei den Prozessteil. Dies schränkte die Reproduzierbarkeit der Simulationen erheblich ein. Anders ausgedrückt: Ohne alle Prozessinformationen war es für die Entwicklungsteams sehr schwierig, eine Simulation erneut zu analysieren und ihre ursprüngliche Erstellung zu überprüfen.  

So konnten die Entwicklungsteams sechs Monate oder ein Jahr später eine Simulation nicht mehr nachvollziehen, wie das Team zu einem bestimmten Simulationsergebnis gekommen war. Zwar lagen die Eingabedateien noch vor, aber nicht mehr alle Prozessskripte in den richtigen Versionen, um eine lauffähige Simulation zu erstellen. Außerdem hatten die Teams Schwierigkeiten, neue Ergebnisse aus verwandten Tests mit der Simulation zu finden und neue Simulationen auf Basis der alten Daten zu erstellen. 

Mit der Zeit wurde den Entwicklungsteams klar, dass sie die Prozesse nah an den Daten halten und alle Versionen der Simulationsdaten mit den Prozessen verknüpfen mussten. 

Welche Trends treiben den wachsenden Bedarf an Simulationsdatenmanagement voran? 

Marko Thiele: Der Bedarf an SDM wird sowohl durch die zunehmende Komplexität moderner Produkte als auch durch die zunehmende Komplexität der Simulationen vorangetrieben. Dies trifft insbesondere auf unsere großen Automobilkunden zu.  

Dank der ständig steigenden Rechenleistung werden Simulationen immer komplexer und erzeugen daher deutlich mehr zu verwaltende Daten. Zudem führen die Teams deutlich mehr Simulationen durch als früher, was die Nachverfolgung aller Versionen zunehmend schwieriger macht. 

In der Automobilindustrie beispielsweise werden immer mehr Fahrzeugteile digitalen Simulationstests unterzogen. Es gibt buchstäblich Tausende von Teilen, die verfolgt und getestet werden müssen. Jedes Teil muss modelliert und dann zu größeren Teilesystemen kombiniert werden.  

Es ist kaum vorstellbar, aber in den Anfängen der digitalen Simulationen in der Automobilindustrie war in der Regel ein Ingenieur für die Simulation eines gesamten Fahrzeugs verantwortlich. Heute arbeitet ein ganzes Team nur an der Konstruktion von Autositzen, der Federung usw. 

Alle diese Ingenieure müssen ihre individuellen Simulationsdaten zusammenführen. Jedes Team muss jederzeit sehen können, was die anderen Teams tun. Ein Ingenieur sollte die Simulation eines anderen Ingenieurs problemlos nutzen können, um weitere Aspekte des Designs zu untersuchen. 

Ein weiterer Aspekt von SDM betrifft die Prozesse. Es gibt bestimmte sehr komplexe CAD-Aufgaben, die hochspezialisierte Fähigkeiten erfordern. Oftmals verfügen nur ein oder zwei Ingenieure in einem Unternehmen über die nötigen Fähigkeiten, um diese Simulationen zu programmieren. Durch die Bereitstellung von Skripten im SDM können jedoch alle anderen diese komplexen Simulationen problemlos ausführen. Dies demokratisiert und skaliert den Prozess von nur einem oder zwei Ingenieuren auf Hunderte von Ingenieuren. 

In welche anderen Bereiche entwickelt sich der Einsatz von computergestütztem Engineering weiter? 

Marko Thiele: Ein weiterer Trend, der direkt mit unserer Partnerschaft mit Rescale zusammenhängt, betrifft die neue Generation von Ingenieuren.  

Bis vor Kurzem mussten Ingenieure nicht nur wissen, wie man die Tools zum Erstellen digitaler Modelle und Ausführen von Simulationen verwendet, sondern auch über technisches Know-how verfügen, um Hochleistungsrechner-Batchjobs für die Ausführung der Simulationen einzurichten. Dazu mussten sie beispielsweise wissen, wie man eine Verbindung zu Servern herstellt, einen Job an ein Warteschlangensystem übermittelt oder HPC-Cloud-Dienste startet. 

Doch Ingenieure möchten sich letztlich auf ihre Arbeit konzentrieren und nicht ihre Zeit mit der Einrichtung und Wartung von HPC-Systemen verbringen. Und angesichts der weit verbreiteten Nutzung grafischer Benutzeroberflächen und Low-Code-Entwicklungstools sind Ingenieure heute daran gewöhnt, moderne, intuitive Tools zu verwenden, um wiederkehrende Aufgaben zu automatisieren und technische Komplexitäten zu reduzieren. 

Sie möchten einfach nur an ihren Simulationsdaten arbeiten. Das Einreichen eines Auftrags sollte so einfach wie möglich sein – mit nur einem Klick. 

Und genau diese Möglichkeit steht ihnen jetzt auf der SCALE.sdm-Plattform zur Verfügung. Dank unserer Partnerschaft mit Rescale können sie per Mausklick einen Batch-Job einrichten und eine Simulation auf der Rescale Multi-Cloud-HPC-Plattform ausführen. Der Ingenieur muss unsere Softwareumgebung dabei nie verlassen. Nach Abschluss der Simulation werden alle Simulationsergebnisdaten automatisch an unser SDM-System übertragen und die entsprechenden Nachbearbeitungsaufgaben automatisch ausgeführt.  

Dies ist eindeutig die Zukunft des Computational Engineering. Organisationen wie SCALE und Rescale arbeiten daran, Simulationsprozesse und deren Daten zu standardisieren, zu automatisieren und zu vereinheitlichen, damit sich Forschungs- und Entwicklungsteams auf die Entwicklung innovativer Produkte konzentrieren können, anstatt ihre Zeit mit der Datensuche, der Auseinandersetzung mit technischen Problemen oder der Verwaltung von Computersystemen und Software zu verbringen. Diese neue Partnerschaft ist ein wichtiger nächster Schritt in dieser Entwicklung.