Das geht: Ganz schnell HPC-Experte werden

Simulieren und Höchstleistungsrechnen für KMU

| Autor / Redakteur: Andreas Wierse* / Ulrike Ostler

Nicht sinnlos abstrampeln! Auch kleine und mittelständische Unternehmen können Simulationen auf High-Performance Computern rechnen (lassen), um wettbewerbsfähig zu bleiben - wenn sie sich helfen lassen.
Nicht sinnlos abstrampeln! Auch kleine und mittelständische Unternehmen können Simulationen auf High-Performance Computern rechnen (lassen), um wettbewerbsfähig zu bleiben - wenn sie sich helfen lassen. (Bild: Sicos BW GmbH)

Für die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen sind effiziente Produktentwicklungsprozesse entscheidender denn je. Zeit- und kostensparende Simulationstechnologien zählen für große Unternehmen deshalb längst zum Alltag. Kleinen und mittleren Unternehmen fehlt es dafür oft an Know-how und Ressourcen. Mit externer Hilfestellung gelingt es - meist leichter als gedacht.

Simulationstechnologien sparen Zeit und Kosten, das ist längst kein Geheimnis mehr. Mit ihrer Hilfe können Produktentwickler physikalische Eigenschaften wie Temperatur, Geschwindigkeit, Druck oder Verformung am Computer simulieren.

Der Vorteil: Die Experimente lassen sich im Vergleich zur realen Variante mit wenig Aufwand und beliebig oft beeinflussen, wiederholen oder vergleichen. Unternehmen können ihre Produktentwicklungsprozesse so maßgeblich beschleunigen, teure Nachbesserungen vermeiden und die Bedürfnisse der Kunden schneller berücksichtigen.

Digitaler Zwilling & Co.

Erfolgsbeispiele gibt es viele. Großunternehmen simulieren das Crash-Verhalten von Fahrzeugen, Strömungen in Turbinen oder Krebsimmuntherapien. Als Abbild des realen Produkts können Simulationen helfen, Fehler frühzeitig zu erkennen und Risiken zu senken – Stichwort „digitaler Zwilling“.

In Zeiten von Künstlicher Intelligenz (KI) geht die Entwicklung sogar dahin, dass Simulations-Tools schon während des Produktentstehungsprozesses eine eigenständige Bewertung der Entwürfe vornehmen und entsprechend selektieren. Dadurch werden die Konstrukteure weiter entlastet.

Bei all diesen Vorteilen haben Simulationstechnologien jedoch eins gemein: Sie sind meist sehr rechenintensiv und erfordern nicht selten den Einsatz von Höchstleistungsrechnern. Was für Großunternehmen in der Regel kein Problem darstellt, wird für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) schnell zu einer schier unüberwindbaren Hürde. Sie verfügen oft nicht über die entsprechenden Rechnerkapazitäten und können die notwendigen Investitionen nicht realisieren. Darüber hinaus fehlt es in vielen Fällen am technischen Know-how, um mit den Technologien effizient arbeiten zu können.

Neutrale und kostenfreie Beratung!

Hilfestellung bietet an dieser Stelle die Sicos BW GmbH aus Stuttgart. 2011 vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Universität Stuttgart gegründet, berät sie deutschlandweit speziell KMU in den Bereichen Simulation und Höchstleistungsrechnen sowie Big- und Smart-Data. Da das Unternehmen finanziell von den beiden Gesellschaftern und dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK) unterstützt wird, arbeitet es neutral und kostenfrei.

Konkret heißt das: Sicos BW versorgt (potentielle) Simulations-Anwender, die sich für Höchstleistungsrechnen interessieren, mit allen notwendigen Informationen über Anwendungsmöglichkeiten und Werkzeuge. Das Team von Sicos BW hilft, eine funktionsfähige Arbeitskonstellation einzurichten und verschafft bei Bedarf den Zugang zu den Höchstleistungsrechnern. Die Unternehmen sollen letztlich in der Lage sein, Simulationen auf dem Höchstleistungsrechner eigenständig oder mit passenden Partnern aus dem Kooperationsnetzwerk von Sicos BW in ihren Produktentwicklungsprozess zu integrieren.

Zum Kooperationsnetzwerk von Sicos BW zählen unter anderem große Höchstleistungsrechenzentren, die ihre Rechnerkapazitäten zu rein nutzungsbasierten Preisen anbieten, die auch für KMU attraktiv sind. Mitglied sind aber auch zahlreiche Forschungsinstitute, Softwarehersteller und Dienstleister sowie spezielle branchenorientierte Simulationszentren, die Zugang zu entsprechenden Simulationstechnologien verschaffen.

Über diese Kooperationsmöglichkeiten hinaus gibt Sicos BW auch einen Überblick über finanzielle Unterstützungsmöglichkeiten. Kleine und mittelständische Unternehmen, die in Simulation investieren möchten, können auf Landes- und Bundesebene (siehe: Förderdatenbank) oder auch auf europäischer Ebene Mittel erhalten.

KMU-Erfolge

Zahlreiche KMU unterschiedlichster Branchen setzen inzwischen erfolgreich Simulationstechnologien in ihrem Unternehmen ein. Allein die Referenzbeispiele von Sicos BW spiegeln dabei die Vielseitigkeit der Anwendungsmöglichkeiten wieder:

Bild aus einer Animation von M.A.R.K.13
Bild aus einer Animation von M.A.R.K.13 (Bild: M.A.R.K.13)

So griff das Animationsstudio M.A.R.K.13 auf die Rechnerkapazitäten des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart (HLRS) zu, um die zeitkritischen und umfangreichen Berechnungen für die 3D-„Biene-Maja“-Filmprojekte durchführen zu können. Das Unternehmen konnte die Prozessabläufe damit deutlich erhöhen.

Auf der diesjährigen Bundesgartenschau in Heilbronn kommt Dosiertechnik von Optima zum Einsatz. Im Projekt „Smart Production“ haben Studierende der Hochschule Heilbronn eine automatisierte Bepflanzungsanlage entwickelt. Diese stellt individualisierte Blumentöpfe für die Besucher her.
Auf der diesjährigen Bundesgartenschau in Heilbronn kommt Dosiertechnik von Optima zum Einsatz. Im Projekt „Smart Production“ haben Studierende der Hochschule Heilbronn eine automatisierte Bepflanzungsanlage entwickelt. Diese stellt individualisierte Blumentöpfe für die Besucher her. (Bild: Sicos BW)

Die fränkische Optima Pharma GmbH macht durch die Nutzung von Simulations- und Visualisierungstechnologien beispielsweise die Luftströmungen in Reinraum-Analgen als wesentlichen Qualitätsfaktor sichtbar. Der Spezialist in der Entwicklung, dem Design und Bau von Maschinen und Anlagen im Bereich aseptischer bis steriler Abfülltechnik für die Human- und Veterinärmedizin minimiert damit das Risiko von Fehlplanungen, beschleunigt den Planungsprozess und erreicht Kosteneinsparungen.

Die Stuttgarter Recom Services GmbH bildet mit Hilfe einer speziell von Recom für industrielle Feuerungen entworfenen 3D-Simulationssoftware die Verbrennungs- und Schadstoffbildungsvorgänge des Anlagenprozesses in der virtuellen Realität ab – ohne dass es zu Auswirkungen auf den laufenden realen Betrieb kommt.

Andreas Wierse gehen die Ideen nicht aus: „Im Kontext des Pilotprojektes, bei dem ein Großteil des Films „Biene Maja“ am Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart berechnet wurde, entstand die Idee, ein Media Solution Center (MSC BW) zu etablieren, um den Austausch von Unternehmen und anwendungsorientierten Forschungseinrichtungen zu stärken und technologische Innovationen zu unterstützen.“ (Bild: Sicos BW GmbH)
Andreas Wierse gehen die Ideen nicht aus: „Im Kontext des Pilotprojektes, bei dem ein Großteil des Films „Biene Maja“ am Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart berechnet wurde, entstand die Idee, ein Media Solution Center (MSC BW) zu etablieren, um den Austausch von Unternehmen und anwendungsorientierten Forschungseinrichtungen zu stärken und technologische Innovationen zu unterstützen.“ (Bild: Sicos BW GmbH) (Bild: Wolfram Scheible)

Hürden überwinden, Know-how aufbauen

Diese Beispiele zeigen exemplarisch, wie auch KMU von den Vorteilen der Simulationstechnologien profitieren können. Es gilt lediglich, die Einstiegshürden zu überwinden. Für Unternehmen, die intern das notwendige Know-how aufbauen möchten, bieten spezialisierte Weiterbildungseinrichtungen wie die Supercomputing-Akademie spezialisierte Fortbildungsmöglichkeiten an.

Die Akademie ist ein Weiterbildungsangebot, das im Rahmen des Projekts „Modulare Weiterbildung zum HPC-Experten (MoeWE)“ angeboten und vom Ministerium für Soziales und Integration Baden-Württemberg (MSI) aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds sowie dem MWK gefördert wird. Das Angebot ist in der Förderphase für Teilnehmer kostenfrei.

* Der Autor, Dr. Andreas Wierse ist Geschäftsführer der Sicos BW GmbH.

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