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Simulationen mit Europas schnellstem Supercomputer

Hazel Hen

23.11.2015

Der Stuttgarter Höchstleistungsrechner Hazel Hen erlaubt effiziente Computer-Simulationen und gehört zu den leistungsfähigsten HPC-Systemen weltweit.

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Simulationen mit Europas schnellstem Supercomputer

Hazel Hen

Hazel Hen, der Höchstleistungsrechner des Höchstleistungsrechenzentrums der Universität Stuttgart (HLRS), ist der schnellste Supercomputer Europas. Auf den neuesten Ranglisten der weltweit leistungsfähigsten HPC-Systeme (High Performance Computing), die letzte Woche auf der Supercomputing Conference 2015 in Austin, TX veröffentlicht wurden, schaffte es Hazel Hen gleich zwei Mal in die Top-Ten. In der TOP500-Liste, die die Rechengeschwindigkeit der HPC-Systeme mittels des Linpack-Benchmarks testet, belegte der HLRS-Rechner mit seiner Leistung von 5,64 Petaflops (Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde) den 8. Rang, und im HPCG-Benchmark (High Performance Conjugate Gradient), der die Rechenperformance des Systems unter “realen Anwendungsbedingungen“ testet (138 Teraflops), schaffte es Hazel Hen sogar auf Platz 6. Damit ist der Stuttgarter Supercomputer, ein CRAY XC40-System, der schnellste Höchstleistungsrechner in Europa.

Hazel Hen

Die Bedeutung der Computer-Simulation nimmt in Wissenschaft, Forschung und Industrie stetig zu. Gerade in der Industrie hat sich die Verfügbarkeit von Höchstleistungsrechnern und die Fähigkeit, diese effizient einzusetzen, zu einem entscheidenden Wettbewerbsfaktor entwickelt. Mit dem Supercomputer Hazel Hen, der im Oktober 2015 am HLRS offiziell in Betrieb genommen wurde, steht an der Universität Stuttgart für diese Herausforderungen ein Rechnersystem von Weltklasse zur Verfügung. Die vom HLRS angebotenen Technologien und Dienstleistungen ermöglichen es Anwendern aller Genres aus Wissenschaft und auch aus der Industrie, das Leistungsvermögen des HLRS-Rechners für ihre jeweiligen Zwecke mittels eines Pay-per-use-Modells nutzen. „Wir freuen uns sehr, es in die Top-10 der TOP500 geschafft zu haben. Unser hervorragendes Abschneiden im HPCG-Benchmark ist uns jedoch viel wichtiger, denn für uns steht der Nutzen unserer Technologien für unsere Anwender an vorderster Stelle“, betonte Prof. Michael Resch, Direktor des HLRS.

Weitere Informationen zu Hazel Hen: http://www.hlrs.de/systems/platforms/cray-xc40-hazel-hen/

Fotos: (c) Boris Lehner, HLRS, Universität Stuttgart

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SimTech bei der EXPO 2015 in Mailand

EXPO 2015 Show

01.05.2015

Nach dem großen Erfolg auf der EXPO 2010 in Shanghai stellen Forscher des SimTech-Exzellenzclusters auch auf der EXPO 2015 in Mailand wieder aus. Zum Deutschen Pavillon der diesjährigen Weltausstellung steuert SimTech Seilroboter bei.

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SimTech bei der EXPO 2015 in Mailand

Nach dem großen Erfolg auf der EXPO 2010 in Shanghai stellen Forscher des SimTech-Exzellenzclusters auch auf der EXPO 2015 in Mailand wieder aus. „Feeding the Planet, Energy for Life“ lautet das Thema der diesjährigen Weltausstellung. In den „Fields of Ideas“, so der Name des Deutschen Pavillons auf der EXPO Milano 2015, sollen die Besucherinnen und Besucher sich selbst einbringen. „Be(e) active!“ lautet das Motto. Am Ende des interaktiven Rundgangs durch den deutschen Pavillon findet eine Show statt, die maßgeblich durch SimTech-Forscher ermöglicht wurde. Hier sehen die Zuschauer Deutschland durch die Augen von Bienen bei deren Flug über das Land. Bewegt durch Drahtseile, angetrieben von Winden, die zwei Seilroboter steuern, dienen zwei große Bienenaugen als Projektionsfläche für die Deutschlandschau von oben. Die Bienenaugen „fliegen“ über die Köpfe der Besucher hinweg sozusagen durch den Raum.

EXPO 2015 Show

Was so einfach klingt, ist mit großem technischen Aufwand und wissenschaftlichem Know-How verbunden. Ohne Simulationen vor dem Bau des Prototyps wäre eine zeitnahe Entwicklung der Bienenaugen-Konstruktion nicht möglich gewesen. Der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Exzellenzcluster SimTech unterstützte nicht nur die Forschungsgrundlagen für die Entwicklung der Seilroboter (Jun.-Prof. Dr.-Ing. Andreas Pott habilitiert zu diesem Thema), sondern bot auch eine Plattform für die Netzwerkbildung unter den Wissenschaftlern. So konnten zwei Institute der Universität Stuttgart gemeinsam an dem Ausstellungsstück arbeiten: Das Institut für Technische und Numerische Mechanik (ITM) hat unter der Leitung von Direktor Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Peter Eberhard und der Mitarbeit von Fabian Schnelle die Software entwickelt, mit der die Bewegung der beiden Seilroboter programmiert wurde. Sie legt zunächst die Flugbahnen der Augen sowie deren Blickrichtung im Raum fest. Das Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen (ISW) wiederum hat mit Seilroboter-Experte Andreas Pott und dessen Mitarbeiter Philipp Tempel die Roboter geplant und die Steuerungssoftware entwickelt.

Die Roboter hängen an jeweils acht Seilen und können sich im Raum bewegen und verdrehen. Die Software setzt die zuvor programmierten Bahnkurven und Ausrichtungen der Bienenaugen in Bewegungen um, indem sie die Befehle gibt, die Seile je nach gewünschter Bewegung zu verkürzen oder zu verlängern. Außerdem muss die Geschwindigkeit der einzelnen Seile variabel sein – passend zur Show-Dramaturgie des Bienenflugs. Eine komplexe Forschungs- und Entwicklungsarbeit der SimTech-Wissenschaftler, auf die Prof. Dr.-Ing. Wolfram Ressel, Rektor der Universität Stuttgart, stolz ist: „Die Universität Stuttgart hat bewährte Industrietechnik so erweitert, dass die ungewöhnlichen Anforderungen durch Einbindung aktueller Forschungserkenntnisse erfüllt werden konnten. Ohne unsere beiden Softwareentwicklungen wäre die Umsetzung der Idee mit den Bienenaugen in der Show wohl nicht möglich gewesen.“

EXPO Show Milla

Begleitet wird die Vorführung in Mailand von Gitarristen und Beatboxern, den „BeeJs“: Ihre Aufgabe wird es sein, die Besucher dazu zu bringen, mit ihren Händen und Stimmen Klänge und Naturgeräusche zu erzeugen. „Auf diese Weise kreiert das Publikum selbst den mitreißenden Sound zu einer Reise durch Deutschland voller Bilder, Klänge und spannender Momente,“ erklärt Peter Redlin die Idee der Show, die er unter das Motto „Be(e) active“ gestellt hat. Als Creative Director von Milla & Partner, der für die Ausstellung verantwortlichen Agentur aus Stuttgart, erstellte er zusammen mit seinem Team das inhaltliche Konzept des deutschen Pavillons. Der Bienenflug führt über Felder und Streuobstwiesen hinein in die Stadt, vorbei an Orten und Menschen, die an der Erzeugung und Verteilung von Nahrungsmitteln beteiligt sind. „Spannende und humorvolle Situationen nehmen durch die gemeinsame Interaktion der Besucher überraschende Wendungen und machen das Motto des Deutschen Pavillons ‚Be active‘ eindrucksvoll spürbar,“ ist Redlin überzeugt. Das hohe Maß an Interaktion soll jedem Zuschauer bewusst machen, dass er die Zukunft aktiv mitgestalten kann und dass gemeinsames Handeln Freunde macht und verbindet.

Seilroboter

Gerade im Zusammenspiel von Gestaltung, Forschung und Sicherheit sah ITM-Direktor Prof. Peter Eberhard eine große Herausforderung: „Die translatorischen Bewegungen und Verkippungen der überdimensionierten Bienenaugen mit Projektionsflächen an der Unterseite über Personen hinweg über eine Ausstellungszeit von sechs Monaten erforderte höchste Zuverlässigkeit und Sicherheit in allen Aspekten. Bei dem nur von oben halb verspannten Seilroboter, der in der Ästhetik der Show nicht wie ein technischer Roboter wirken sollte, mussten zudem Einschränkungen der Bewegungsmöglichkeiten weitere technische Herausforderungen bewältigt werden.“ Die bedeutendste Rolle bei der Entwicklung der Bienenaugen spielte die Frage der Sicherheit. Täglich schweben die je 130 Kilogramm schweren Seilroboter über 16.000 Besuchern. Deshalb mussten die Randbedingungen bei der Entwicklung besonders scharf angesetzt werden. Einen für die Forscher eher ungewohnten Stellenwert nahm bei diesem Projekt die Ästhetik ein. Dass hinter der so leicht und spielerisch anmutenden Konstruktion höhere Mathematik und komplexe Simulationsmethoden stecken, lässt sich am Ende vom gebannten Zuschauer allenfalls vermuten. Und doch – ja vielleicht gerade deshalb – bietet die EXPO den Wissenschaftlern die Möglichkeit, ihre Arbeit vor einem größeren Publikum als üblich vorzustellen. Nun können die Mitarbeiter des SimTech-Projekts "Verbesserte Seil-Modellierungen für die Kinematik und Dynamik von Leichtbaurobotern" einem breiten internationalen Publikum zeigen, dass das, woran sie schon lange in der Theorie forschen, funktioniert.

Hintergrundinformation zum Deutschen Pavillon auf der Weltausstellung 2015 in Mailand
Universale, große Weltausstellungen finden im Wechsel mit kleineren Expos alle fünf Jahre statt. Die kommende große Expo in Mailand folgt auf Shanghai (2010), Aichi (2005) und Hannover (2000). Thema der Expo 2015 ist „Feeding the planet, energy for life“. Sie präsentiert sich als nachhaltiger Agrofood-Park ohne massive Monumentalbauten. Das Motto des Deutschen Pavillons „Fields of Ideas“ lautet „Be active!“.
Im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie verantwortet die Messe Frankfurt Organisation und Betrieb des Deutschen Pavillons auf der Weltausstellung 2015 in Mailand. Konzept, Planung und Realisierung des Deutschen Pavillons übernimmt die Arbeitsgemeinschaft (ARGE) der Unternehmen Milla & Partner (Stuttgart), Schmidhuber (München) und Nüssli Deutschland (Roth bei Nürnberg). Dabei zeichnen Milla & Partner für das inhaltliche Konzept, die Ausstellungs- und Mediengestaltung verantwortlich, Schmidhuber für das räumliche Konzept, die Architektur und Generalplanung sowie Nüssli für Ausführung und Projektmanagement. Das Expo-Gelände liegt in der Nähe des bestehenden Mailänder Messegeländes.

Weitere Informationen zur EXPO finden Sie unter www.expo2015-germany.de.

 

Weitere Informationen:

Lisa Pietrzyk (Referentin für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit)
Universität Stuttgart
SimTech Exzellenzcluster
Tel. 0711 / 685-60097
E-Mail: lisa.pietrzyk (at) simtech.uni-stuttgart.de

 

Bildrechte:
© Messe Frankfurt GmbH / Regenscheit
© Milla & Partner / Schmidhuber
© SimTech

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Simulationstechnologien für sichere Fahrzeuge


22.01.2016

Der Biomechaniker Jun.-Prof. Syn Schmitt forscht im „Tech Center i-protect“ des vom Land geförderten „Leistungszentrums Nachhaltigkeit“ an Sicherheitslösungen für zukünftige Fahrzeuge.

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Simulationstechnologien für sichere Fahrzeuge

Bei der Unterzeichnung

Am Donnerstag, den 21. Januar 2016, unterzeichnete Juniorprofessor Syn Schmitt einen Kooperationsvertrag im Rahmen seiner Mitarbeit im „Tech Center i-protect“. Zu den Kooperationspartnern im Forschungszentrum gehören die Daimler AG, die Robert Bosch GmbH, die Fraunhofer-Gesellschaft mit dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) und dem Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik Ernst-Mach-Institut (EMI) Freiburg, die technische Universität Dresden und die Technische Universität Graz.

Das „Tech Center i-protect“ zählt zu den Pilotprojekten des „Leistungszentrums Nachhaltigkeit“ in Freiburg, das vom Land Baden-Württemberg in einer Höhe von rund fünf Millionen Euro gefördert wird. Die Projekte des Leistungszentrums sollen Antworten auf Fragen zu den Themen nachhaltige Werkstoffe, Energiesysteme sowie ökologische und gesellschaftliche Transformation geben.

Ein wichtiges Zukunftsthema im Autoland Baden-Württemberg sei dabei die Erforschung neuer Lösungen für die Fahrzeugsicherheit, so Finanz- und Wirtschaftsminister Nils Schmid. Im „Tech Center i-protect“ werden solche neuen Sicherheitsansätze für die Fahrzeuge der Zukunft erarbeitet. Die Forschung beschäftigt sich sowohl mit Technologien für die Crashsituation als auch mit Systemen, die schon vor dem Unfall eingreifen, um den Insassenschutz zu verbessern. In einem integralen Sicherheitsansatz betrachten Forscherinnen und Forscher sowohl Fahrer, Fahrzeug, als auch Verkehrsteilnehmer außerhalb des Fahrzeuges wie Fußgänger und Fahrradfahrer.

Der Stuttgarter Juniorprofessor Syn Schmitt

Der Stuttgarter Juniorprofessor Syn Schmitt leistet hierzu mit seiner Forschung im Bereich der Biomechanik einen wesentlichen Beitrag. Mit Methoden der rechnergestützten Biomechanik kann er gefahrlos ermitteln, welche Kräfte auf den Körper wirken, welche Belastungen daraus resultieren und welches Schadenspotenzial vorhanden ist. Die Simulationstechnik im Bereich der Biomechanik ermöglicht mithilfe von Computermodellen die virtuelle Untersuchung solcher Fragen, die nicht am lebenden Organismus gemessen werden können. Dazu nutzt der SimTech-Wissenschaftler ingenieurtechnische Methoden auf der Grundlage der diskreten Mechanik und der Kontinuumsmechanik und passt diese an biomechanische Bedürfnisse an.

Validierung für Simulationen in der Biomechanik

Im „Tech Center i-protect“ sollen Röntgenaufnahmen und Simulationsdaten mit Algorithmen aus der Computertomographie kombiniert werden. Mit diesen Daten wird es möglich sein, ein dreidimensionales Bild der hochdynamischen Verformungsvorgänge bei einem Crash zu sichern. So können Simulationen und damit auch die Fahrzeugsicherheit verbessert werden.

Für nachhaltige Innovation sei die Zusammenarbeit von Industrie und Wissenschaft der Motor – zumal wenn sich so starke Partner zusammenfinden wie im „Tech Center i-protect, so Dr. Dirk Hoheisel, Mitglied der Geschäftsführung der Robert Bosch AG. Neben dem Land Baden-Württemberg stellen die Daimler AG insgesamt fünf Millionen Euro und die Robert Bosch GmbH eine Million Euro zu Verfügung. „Im Tech Center i-Protect arbeiten schlagkräftige Teams der Industrie und der Wissenschaft aus verschiedenen Regionen zusammen, um Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der integralen Sicherheit noch schneller in unsere Fahrzeuge zu bringen“, so Prof. Dr. Thomas Weber, Vorstandsmitglied der Daimler AG, verantwortlich für Konzernforschung und Mercedes-Benz Cars Entwicklung. Auch die Universität und die Fraunhofer-Gesellschaft beteiligen sich an der Finanzierung des Projekts mit ebenfalls insgesamt fünf Millionen Euro.

Um die wichtigen Zukunftsfragen anzugehen, brauche man nachhaltige Entwicklung in Baden-Württemberg, so der Finanz- und Wirtschaftsminister Nils Schmid. „Mit der Integration der verschiedenen Fakultäten und Institute kann exzellente Forschung von den Grundlagen bis zur marktnahmen Anwendung vorangetrieben werden. So wollen wir im Autoland Nummer 1 die Mobilität der Zukunft voranbringen.“

 

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