Innovative Grid-Entwicklungen für ingenieurwissenschaftliche Anwendungen
Das Community-Projekt InGrid ermöglicht grid-basierte Anwendungen und effiziente Nutzung gemeinsamer Rechner- und Software-Ressourcen für ingenieurwissenschaftliche Projekte. InGrid erstellt eine Grid-Umgebung für ingenieurwissenschaftliche Anwendungen. Durch den flexiblen Einsatz von Grid-Technologien sollen Modellierungs-, Simulations- und Optimierungskompetenz zusammengeführt sowie die effiziente gemeinsame Nutzung von Ressourcen ermöglicht werden.
Fünf typische Anwendungsgebiete (Gießereitechnik, Umformung, Grundwasserströmung- und -transport, Turbinensimulation und Interaktion von Strömungs- und Strukturmechanik) sollen exemplarisch bearbeitet werden, um die drei zentralen Bereiche rechenintensiver ingenieurwissenschaftlicher Anwendungen (gekoppelte Multiskalenprobleme, gekoppelte multidisziplinäre Probleme sowie verteilte simulationsbasierte Optimierung) abzudecken. Insbesondere werden adaptive und skalierbare Prozessmodelle und Grid-basierte Ablaufumgebungen für diese Aufgabenstellungen entwickelt.
Das Projekt positioniert sich sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der anwendungsnahen Forschung zur Etablierung einer grid-basierten, vernetzten Softwareinfrastruktur zur Unterstützung ingenieurwissenschaftlichen Arbeitens. Die Ergebnisse können auf drei Ebenen verwertet werden, um Forschungs-, Entwicklungs- und Produktionsstrategien miteinander zu verzahnen: durch direkte Einflussnahme auf ingenieurwissenschaftliche Anwendungen an den beteiligten Universitäten; durch Transfer der entwickelten Methoden und Werkzeuge in die deutsche Wirtschaft; durch Einsatz der entwickelten Softwarekomponenten in deutschen und europäischen eScience Infrastrukturen.
Ziele eines ingenieurwissenschaftlichen Grid
Die zu erforschenden Problemklassen im Engineering sind aus derzeitiger Sicht:
- Optimaler Entwurf,
- Optimale Steuerung von Systemen,
- Design hybrider Systeme und
- Optimierung mehrstufiger Produktionssysteme.
Diese Problemklassen sind Teilaufgaben im virtuellen Prototyping und im kollaborativen Engineering. Nur durch die Verwendung von Grid-Technologien können notwendige Ressourcen wie Rechner, Speichersysteme, Softwarewerkzeuge, Informationssysteme und schnelle sichere Netzwerkverbindungen bedarfsgerecht kombiniert werden, um diese Aufgabenbereiche in Kooperation von Forschern, Entwicklern, Produzenten und Anwendern zu lösen. Dabei überwinden die heute üblichen Entwicklungs- und Forschungsprozesse die klassischen Grenzen ingenieurtechnischer und betriebswirtschaftlich-organisatorischer Bereiche im Sinne des Produktlebenszyklusmanagements.
Die community-spezifischen Ziele können daher wie folgt zusammengefasst werden:
- Unterstützung des virtuellen Prototypings mittels
- Internet-basierter kollaborativer Methoden,
- Abbildung ingenieurwissenschaftlicher Workflows auf eine Grid- Umgebung
- Einbindung von fachspezifischen Datenquellen und
- Erstellung von Portalen für ausgewählte ingenieurwissenschaftliche Einsatzszenarien.
- Entwicklung eines wissensbasierten Systems zur Optimierung ingenieurwissenschaftlicher Abläufe und Unterstützung von Entscheidungsprozessen
- Entwicklung von Kooperations-, Geschäfts-, Sicherheits- und Vertrauensmodellen für ingenieurwissenschaftliche Anwendungen
Das Vorhaben entwickelt neue wissenschaftliche Ansätze für die zentrale Frage, wie ingenieurwissenschaftliches Arbeiten in der Zukunft mit Hilfe von Grid-Technologie unterstützt werden kann. Es baut hierbei in starkem Maße auf der Vorstellung auf, dass menschliche und maschinelle Fähigkeiten in möglichst synergetischer Weise einzusetzen sind und dass insbesondere adäquat vernetztes Grid-basiertes ingenieurwissenschaftliches Arbeiten eine erhebliche Bedeutung für zukünftige technische Produkte und Produktentwicklungsprozesse hat.
Es sollen fünf Anwendungsgebiete (Gießereitechnik, Umformung, Grundwasserströmung- und -transport, Turbinensimulation und Interaktion von Strömungs- und Strukturmechanik) exemplarisch untersucht werden, um zentrale Problemstellungen ingenieurwissenschaftlicher Anwendungen (gekoppelte Multiskalenprobleme, gekoppelte multidisziplinäre Probleme sowie verteilte simulationsbasierte Optimierung) zu bearbeiten. Mit der Entwicklung von Methoden und Softwarekomponenten zur Unterstützung ingenieurwissenschaftlicher Arbeit durch Grid-Technologie in den genannten Anwendungsbereichen schließt das Vorhaben eine entscheidende Lücke des Forschungsfeldes "Grid Computing" zum "Internet der nächsten Generation". Der Aufbau einer Grid-basierten "Computational Engineering Community" demonstriert technologisch avancierte Anwendungsbeispiele ingenieurwissenschaftlichen Arbeitens im Forschungskontext und im betrieblichen Innovationsmanagement.