CPU 24/7 Unternehmensmagazin

„Hohe Geschwindigkeit, gute Skalierbarkeit und
Benutzerfreundlichkeit – darauf kommt es an.
“
— Thomas Hildebrandt
DR. THOMAS HILDEBRANDT IST SEIT MEHR ALS 15 JAHREN
GESCHÄFTSFÜHRER DES NUMECA INGENIEURBÜROS, DEM
DEUTSCHEN PARTNER VON NUMECA INTERNATIONAL S.A.
DER PROMOVIERTE INGENIEUR IST EXPERTE AUF DEM GE-
BIET DER NUMERISCHEN STRÖMUNGSSIMULATION.
Wie hat sich die Nachfrage nach CFD-Softwareprogrammen
entwickelt?
Der Markt für CFD-Programme hat über die letzten Jahre
ein durchschnittliches Wachstum von ca. 20% gezeigt. Dieses
Wachstum verteilt sich auf die verschiedenen Anbieter jedoch
sehr unterschiedlich. Auch die Anwendungsbereiche und
Branchen für CFD-Programme zeigen ein stark streuendes
Wachstum.
Wie ist die Akzeptanz dieser sich ständig weiter entwickelnden
Methoden als Entwicklungs- und Entwurfswerkzeug
einzuschätzen?
Aus den meisten Branchen ist CFD, wie auch viele andere Simulationswerkzeuge,
als Entwicklungswerkzeug nicht mehr
wegzudenken.
In welchen Branchen ist NUMECA vorrangig aktiv?
NUMECA‘s Stärke sind anwendungsspezifische CFD-Programme.
Unsere Schwerpunkte liegen dabei im Turbomaschinen-
und Marinebereich, sowie in der Vernetzung hoch
komplexer CAD-Geometrien. Neue, stark wachsende Märkte
liegen in der Verbrennungssimulation sowie in der Aeroakustik.
Was sind heutzutage die wichtigsten Anforderungen an
CFD-Software?
Neben einer anwendungsgerechten Auslegung der Software
kommt es auf eine hohe Geschwindigkeit und eine gute Skalierbarkeit
auf den HPC-Clustern sowie auf die Benutzerfreundlichkeit
an.
Wie setzt NUMECA diese Anforderungen um?
NUMECA verwendet moderne numerische Algorithmen, die
eine schnelle und robuste Konvergenz ermöglichen. Im Vergleich
zu unseren Mitbewerbern können wir alleine dadurch
einen nachgewiesenen Geschwindigkeitsvorteil bis zu einem
Faktor 20 demonstrieren. Darüber hinaus ist NUMECA Software
voll parallelisiert und skaliert nahezu linear selbst auf
Tausende von Cores.
Was hat das mit Computational Fluid Dynamics (CFD)
zu tun? Und wie kann High Performance Computing
(HPC) On Demand dabei helfen? Immer anspruchsvollere
Modelle sowie der Drang nach Genauigkeit, Optimierung
und Effizienz machen den Einsatz von HPC im Bereich
der CFD unabdingbar. Laut einem im April 2013 von TechNavio
veröffentlichten Report wächst der weltweite Markt der
Strömungsmechanik zwischen 2012 und 2016 um 13,33%.
Dies ist vor allem der steigenden Nachfrage aus den Entwicklungsländern,
insbesondere in den APAC-Staaten, wie
China, geschuldet. Außerdem steigt die Popularität von
Open-Source-CFD-Software-Tools. Eine Entwicklung, die
dieses Wachstum zudem fördert, ist die Nachfrage nach
on-demand-CFD-Softwareprogrammen.
CFD spart Entwicklungskosten
Was macht also CFD für die Endnutzer, vor allem aus der Automobilindustrie,
Elektrotechnik, Maschinenbau, Flugzeugindustrie
und Verteidigung, so attraktiv? Experimente lassen
sich nicht nur virtuell am Rechner durchführen, sondern
es können auch verschiedene Design-Varianten simultan
durch eine gezielte Manipulation einzelner Parameter
erstellt werden. Die Simulationsergebnisse werden
dann dazu genutzt, um kostenintensive Real-Experimente
besser zu planen und durchzuführen.
Dies gilt insbesondere für den Bau von
umfangreichen Versuchsanlagen. Mit
CFD als Instrument für die Planung,
Durchführung und Auswertung
von Experimenten lassen sich
somit Kosten sparen.
CFD und seine Grenzen
Dennoch stoßen Numerische Strömungssimulationen schnell
an die Grenzen der technischen Machbarkeit. Zu grobe Gitter
mit großen Abständen zwischen den Stützpunkten erzielen ungenaue,
bis hin zu falsche Ergebnisse. Zu feine Gitter erhöhen
den Rechenaufwand, ohne ein besseres Ergebnis zu erzielen.
Es gilt also eine geeignete Anzahl von Stützstellen bzw. Gitterpunkten
zu finden.
HPC als Enabler: Hohe Performance trotz umfangreicher
Modelle
Eine Lösung ist der Einsatz von HPC-Ressourcen. Bei bestimmten
Berechnungen steigt die Anzahl der Zellzahlen des
Gitters schnell um ein Vielfaches. Dies ist jedes Mal der Fall,
wenn komplexe Geometrien mit einer extrem hohen Dichte an
Gitterpunkten abgebildet werden müssen. Die Anzahl der Gitterpunkte
wird dann so groß, dass die Simulation nicht mehr
auf konventionelle Art und Weise gestartet werden kann. Spätestens
jetzt stoßen normale Rechner an ihre Grenzen. Berechnungen
können nicht ausgeführt werden oder dauern bis
zu mehreren Tagen. Heutzutage wird somit fast jedes Industrieprodukt
mit HPC-Rechenpower designed, getestet und
evaluiert. Laut EU-Angaben befinden 97% der HPC nutzenden
Unternehmen dieses für unverzichtbar, wenn es um ihre Innovations-
und Wettbewerbsfähigkeit geht.
Weg von der Vereinfachung - hin zu Genauigkeit, Produktivität
und Effizienz
Laut dem VDI (Verein Deutscher Ingenieure e.V.) ist eine Simulation
das zielgerichtete Experimentieren an einem Modell –
an einem vereinfachten Abbild der Realität – was genutzt wird,
um Erkenntnisse zu gewinnen, die zur Lösung eines realen
Problems geeignet sind. Ziel heutiger numerischer Simulationen
ist es jedoch diese Vereinfachungen zu Gunsten von mehr
Genauigkeit und Detailtreue zu reduzieren. Die Zeiten haben
sich geändert. Ingenieure sind produktiver und ökonomischer
geworden. Nicht zuletzt durch HPC On Demand – der Bereitstellung
von Hochleistungsrechenpower „auf Abruf“. Diese
Bereitstellung von HPC-Ressourcen wird an kompetente externe
Provider ausgelagert, welche Ingenieuren einen fertigen
Arbeitsplatz mit Remote-Zugang ebenso zur Verfügung
stellen, wie die passende CFD-Software, das Lizenzmanagement
und den Supportservice. Das Plus: Eine schnellere
time-to-market Phase.
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