Mehr Rechenpower für die Produktentwicklung II

Digitalisierungsprojekt mit Meshparts GmbH

In Zusammenarbeit mit Meshparts wurde am Fraunhofer IGD daran gearbeitet, die GPU-basierte Simulation für den Mittelstand nutzbar zu machen, um die Berechnungszeit von Simulationen zu verkürzen und damit den Produktentwicklungsprozess zu beschleunigen. Die gleichnamige Software Meshparts wird von KMUs aus dem Maschinenbau (Kunden von Meshparts) dazu genutzt, um z.B. die Belastung von Silos durch unterschiedliche Füllmaterialien vor der Herstellung zu simulieren. Bei der GPU-basierten Simulation handelt es sich um eine völlig neue Art, Rechenprozesse der Simulationssoftware schneller als bisher durch den Computer berechnen zu lassen. Um dabei für Meshparts etablierte Funktionen in gewohnter Weise anbieten zu können, mussten im Hintergrund einige Kniffe gelöst werden.

Schnelleres Rechnen für schnellere Ergebisse

Einer davon war die Verwendung von virtuellen Federn im Programm. Mechanische Bauteile und Strukturen sind nie ganz starr; sie können sich bei Belastung verbiegen, verziehen, reißen oder eindrücken. Diese Veränderungen werden im Simulationsprogramm vom sogenannten Löser berechnet. Dieser Softwareteil löst die komplexen Gleichungen hinter den mechanischen Phänomenen. Im Rahmen des Projekts wurde an Algorithmen für solche Löser geforscht, um die Berechnung der virtuellen Federn in den Handlungsfeldern der Meshparts GmbH effizient durchzuführen.

Abstimmung der Algorithmen für eine nutzergerechte Software

Virtuelle Federn ermöglichen es, die Interaktion zwischen Bauteilen zu modellieren, wie zum Beispiel die Verbindung von Flächen. Damit können auch zusammengesetzte Baugruppen simuliert werden. Durch die entstehenden Federkräfte werden die Flächen in einem vom Anwender der Simulationssoftware vergebenen Maß zusammengehalten. Im ersten Teil des Projekts wurde recherchiert, wie diese Federkräfte modelliert werden und wie sie in Lösern umgesetzt werden können. Basierend auf diesen Erkenntnissen konnten die notwendigen Algorithmen für die Software von Meshparts entwickelt werden, die speziell auf die vorhandenen GPU-optimierten Datenstrukturen abgestimmt sind. Als Ausführungsumgebung für die Algorithmen wurde der etablierte Löser namens RISTRA des Fraunhofer IGD gewählt und in die Software von Meshparts integriert.

Testen: Das A und O der Softwareentwicklung

Zur Validierung, dass die Software, Schnittstellen und die zugrundeliegenden Berechnungen der Federn effektiv zusammenarbeiten, wurden verschiedene Testdurchläufe in Kooperation mit Meshparts durchgeführt. In der Simulation von Testbaugruppen konnte die Funktionalität und Genauigkeit der Implementierung bestätigt und damit die Unterstützung für unser KMU Meshparts erfolgreich abgeschlossen werden. In Zukunft ist es denkbar, die entwickelten Algorithmen in den Standard-Funktionsumgang des RISTRA-Lösers des Fraunhofer IGD aufzunehmen, und sie damit einer Vielzahl von Anwendern zugänglich zu machen.