Procedure ottimali per la computer-aided engin

Guida alle procedure ottimali
Accelerare l'innovazione con
ANSYS e l'elaborazione ad alte
prestazioni
Procedure ottimali per la computer-aided engineering
Guida alle
procedure ottimali
Gli ingegneri necessitano della velocità e
dell'accesso a software in grado di ridurre i
tempi di progettazione di prodotti ottimali.
Pagina 2
Panoramica sulla progettazione assistita da
computer (o computer-aided design)
Che si parli del passaggio dell'aria attraverso un motore a reazione, del trasferimento di calore
tra i componenti di una scheda di circuiti, dell'efficienza dell'alimentazione di un dispositivo
elettronico o di un altro dei milioni di scenari complessi esistenti, la capacità degli ingegneri di
costruire meglio, innovare più velocemente e rendere più sicuro il nostro mondo dipende dalla
comprensione del funzionamento dei progetti nel mondo reale.
La maggior parte delle aziende opera in un ambiente competitivo in cui i cicli di sviluppo dei
prodotti sono sempre più brevi e lasciano agli ingegneri meno tempo per realizzare prototipi dei
loro progetti e collaudarli. Di conseguenza, la simulazione assistita da computer (o computeraided simulation) e la modellazione sono divenuti elementi cruciali nell'introduzione di nuovi
prodotti sul mercato.
"HPC consente scoperte rivoluzionarie che
alimentano l'innovazione".1
Il software di computer-aided engineering (CAE) può aiutare ad accelerare la fornitura di
prodotti, ma solo se è in esecuzione su un'infrastruttura di data center in grado di supportare
un'ampia varietà di carichi di lavoro e applicazioni CAE. Una tecnologia errata (workstation e
server datati, o capacità e scalabilità insufficienti) può provocare un calo di prestazioni tale da
rallentare l'introduzione di nuovi progetti sul mercato e da provocare una perdita del vantaggio
sulla concorrenza.
Per affrontare questa necessità, le aziende stanno passando a infrastrutture di elaborazione
ad alte prestazioni (HPC, High-Performance Compute) in grado di assicurare la potenza di
elaborazione necessaria per soddisfare i requisiti di CAE. Uno studio recente del Council on
Competitiveness ha riferito che:
•Il 72% delle aziende ritiene che HPC sia uno strumento conveniente per ricerca e sviluppo
•Il 76% crede che "aumentare le prestazioni dei modelli di elaborazione sia fondamentale per
sopravvivere alla concorrenza"
•L'86% concorda nel dire che "HPC è fondamentale per la direzione futura del nostro business"2
1
"The Vital Importance of High-Performance
Computing to U.S. Competitiveness", Stephen J.
Ezell e Robert D. Atkinson, Information Technology
& Innovation Foundation, aprile 2016
2
he Council on Competitiveness, Solve, ottobre 2014,
T
come citato in "The Vital Importance of HighPerformance Computing to U.S. Competitiveness",
Stephen J. Ezell e Robert D. Atkinson, Information
Technology & Innovation Foundation, aprile 2016
La modernizzazione del data center, in particolare la possibilità di sfruttare l'elaborazione ad alte
prestazioni, è divenuta indispensabile nella progettazione e nella realizzazione di nuovi prodotti.
La comprensione dei potenziali vantaggi di HPC inizia con la comprensione delle modalità con
cui il software CAE ha cambiato la progettazione dei prodotti.
Guida alle
procedure ottimali
Fondamentalmente, l'uso di applicazioni
CAE permette agli ingegneri di progettare
e verificare le idee relative a nuovi prodotti
senza doverli costruire.
Pagina 3
Computer-aided engineering
Viviamo in un mondo in cui sono in gioco molteplici forze fisiche (forze dei fluidi, effetti termici,
integrità strutturale, radiazione elettromagnetica), ognuna delle quali può incidere sulle
prestazioni di prodotti e processi industriali.
Le applicazioni CAE tentano di modellare questi fenomeni del mondo reale. In un tipico
scenario CAE, gli ingegneri modellano la geometria e le proprietà fisiche di un progetto e del
relativo ambiente utilizzando carichi o vincoli applicati. Viene quindi eseguita una simulazione,
applicando una rappresentazione matematica della fisica di base; i risultati sono poi esaminati
dagli ingegneri.
Il vantaggio dell'uso dei computer per tale modellazione è legato al fatto che, nel mondo reale,
il processo o il sistema fisico da osservare è spesso troppo lento, troppo veloce, troppo grande,
troppo piccolo o troppo costoso per realizzarne un prototipo o effettuare un'osservazione
empirica.
CAE si occupa di svariate discipline ingegneristiche, tra cui:
• Analisi strutturale: analisi della sollecitazione su componenti e assiemi
• Analisi dei fluidi: analisi di flussi termici e fluidi mediante la fluidodinamica computazionale
(CFD, Computational Fluid Dynamics)
• Dinamiche multibody (MBD, Multibody Dynamics): analisi cinematica e calcolo dei carichi
• Rumore, vibrazione e ruvidità (NVH, Noise, Vibration, Harshness)
• Analisi multifisica: una combinazione di tecniche di analisi
L'uso di CAE accelera lo sviluppo dei prodotti consentendo agli ingegneri di testare
virtualmente le nuove idee, senza dover ricorrere a costosi prototipi. I progetti iniziali possono
essere verificati mediante simulazioni al computer, anziché in gallerie del vento o serbatoi di
fluidi. In questo modo gli ingegneri possono eliminare rapidamente i progetti non ottimali e
concentrarsi sulle idee con il maggior potenziale di successo sul mercato.
Le soluzioni CAE sono impiegate in molti settori, tra cui:
• Settore aerospaziale e della difesa
• Industria automobilistica
• Produzione discreta (progettisti di componenti elettronici, produttori di attrezzature pesanti,
fabbricanti di aeroplani e qualsiasi azienda che produce prodotti fisicamente distinti)
• Produttori di beni durevoli
• Aziende che si occupano di verifica e simulazione dei progetti di prodotti
• Aziende che si occupano di simulazione dei processi (progettazione di impianti)
Guida alle
procedure ottimali
Le soluzioni CAE di solito prevedono la
simulazione di grandi sistemi di modelli
definiti matematicamente. In generale,
con un modello più ampio si ottiene una
simulazione maggiormente in grado di
rappresentare le prestazioni del prodotto
nel mondo reale. Le risorse di elaborazione
richieste per i calcoli matematici
aumentano esponenzialmente rispetto alle
dimensioni del modello (se raddoppiano
le dimensioni del modello, le risorse di
elaborazione necessarie quadruplicano).
Pagina 4
Problematiche a livello di infrastruttura
Dall'idea alla realtà, la modellazione e la simulazione offrono un processo di sviluppo rapido,
efficiente e basato sulle informazioni. Tuttavia, la maggior parte delle aziende che ricorre a CAE
non riesce a sfruttare appieno questi strumenti, principalmente a causa delle prestazioni di
elaborazione.
Tradizionalmente, il software CAE veniva distribuito su workstation desktop. La soluzione era
comoda per ingegneri o analisti che eseguivano simulazioni di piccola portata o relativamente
semplici, ma imponeva vincoli sulle dimensioni e sull'ambito delle operazioni eseguibili.
Inoltre, le nuove tendenze nel software CAE, come i flussi di lavoro incentrati sui dati, le
simulazioni multifisiche e la simulazione prima di CAD (ovvero l'uso dell'analisi e della
simulazione all'inizio del processo di progettazione) consentono agli ingegneri e agli analisti
di produrre più rapidamente progetti migliori, ma solo con la disponibilità della potenza di
elaborazione necessaria per sfruttare queste capacità.
I fornitori di infrastrutture di data center hanno risposto a questa esigenza fornendo soluzioni
server iperconvergenti, configurate per le necessità del software CAE. Questa scelta migliora
le prestazioni, ma fa sorgere un dilemma. Sono le piccole e medie imprese (PMI) a occuparsi,
per l'86%, della progettazione di prodotti in molteplici settori, spesso in qualità di fornitori per
le aziende più grandi.3 La forza di queste aziende sta nell'ingegneria, non nell'IT, pertanto molte
sono prive delle competenze IT necessarie per gestire una complessa soluzione server in
clustering con scalabilità orizzontale, situazione che impedisce loro di crescere.
3
"Top 20 Facts about Manufacturing", National
Association of Manufacturers, 2016
Guida alle
procedure ottimali
Pagina 5
Con la crescita delle richieste di una maggior potenza di elaborazione per le simulazioni CAE, le
aziende si trovano di fronte a:
Un maggior numero di simulazioni e
modelli più accurati si traducono in
prodotti più competitivi.
•Perdita di efficienza all'interno del ciclo di progettazione dei prodotti, dovuta ai lunghi tempi di
restituzione delle simulazioni grandi o complesse
•Riduzione della produttività dovuta al numero limitato di modelli di simulazione che possono
essere eseguiti contemporaneamente
•Ritardi nella produttività dovuti a vincoli hardware
•Uso inefficiente delle risorse dovuto a workstation isolate e stack hardware
Molti ingegneri e analisti accettano il rallentamento delle prestazioni delle applicazioni di
ingegneria come un dato di fatto, in cui i tempi di risposta e la portata dell'analisi sono vincolati
dai limiti di prestazioni, memoria e storage di un singolo sistema. Ma non è detto che debba
essere sempre così.
Una combinazione di soluzioni software all'avanguardia, tra cui ANSYS e una nuova generazione
di prodotti HPC, offre un'alternativa valida e dal prezzo accessibile.
ANSYS
ANSYS è un fornitore leader di soluzioni CAE, che propone una suite software completa
per l'intera gamma di analisi di ingegneria. Il software ANSYS contiene ricercati strumenti di
modellazione numerica e risolutori robusti in grado di assicurare risultati rapidi e precisi per una
gamma quasi infinita di applicazioni ingegneristiche. I risolutori ANSYS sono altresì ottimizzati
per offrire prestazioni eccezionali e scalabilità in parallelo sugli odierni processori multi-core.
ANSYS è leader nella prototipizzazione
virtuale e permette agli ingegneri di
eseguire più simulazioni in meno tempo.
Le soluzioni ANSYS consentono agli ingegneri di creare prototipi virtuali completi di prodotti
e sistemi, composti di componenti meccanici, elettronici e software integrato in grado di
incorporare tutti i fenomeni fisici esistenti negli ambienti reali. I case study mostrano una
riduzione del 40% della durata del ciclo di progettazione a seguito dell'uso di ANSYS.4
Il software CAE di ANSYS aiuta le aziende a ridurre tempi e costi di sviluppo dei prodotti, a
migliorare le capacità e la qualità dei prodotti, ma anche a ridurre il rischio di doversi fare carico
della responsabilità e dei costi di riparazione in garanzia legati agli errori di progettazione.
4
Case study su Eicher Tractors, ANSYS, febbraio 2016
Guida alle
procedure ottimali
I sistemi HPE Apollo 2000 assicurano
un'elaborazione ad alte prestazioni
efficiente ed economica per i carichi di
lavoro CAE più impegnativi.
Pagina 6
Elaborazione ad alte prestazioni
Per ottenere questi vantaggi è necessaria la giusta strategia per l'infrastruttura del data center.
HPC, un tempo considerata una soluzione di nicchia, fuori portata per la maggior parte delle
PMI, è oggi disponibile con una tecnologia x86 standard del settore facilmente accessibile, che
consente ad HPC di divenire un fattore chiave nell'ottimizzazione delle soluzioni CAE.
HPC introduce una nuova dimensione in CAE, permettendo agli utenti di affrontare modelli più
grandi e complessi. Un recente rapporto di Information Technology and Innovation Foundation
(ITIF) ha rilevato che "HPC offre funzionalità avanzate di modellazione, simulazione e analisi dei
dati, in grado di contribuire alla risoluzione delle problematiche di produzione e di assistere nel
processo decisionale, ottimizzare processi e progetti, migliorare la qualità, prevedere prestazioni
ed errori, accelerare o addirittura eliminare la creazione di prototipi e il collaudo. L'elaborazione
ad alte prestazioni è divenuta un fattore cruciale per l'innovazione, la progettazione e lo
sviluppo di nuovi prodotti, nonché per il collaudo e la convalida dei prodotti in tutte le aziende
di produzione: HPC sta quindi aiutando i produttori sia a ridurre i costi, sia a creare nuove
entrate".5
A titolo di esempio, un produttore di motori a reazione è stato in grado di sfruttare HPC per
effettuare simulazioni complesse, le quali hanno rivelato un nuovo aspetto del comportamento
della turbina che ha garantito all'azienda un vantaggio competitivo in termini di efficienza del
carburante. L'azienda ha stimato che la riduzione di un punto percentuale del consumo di
carburante permette agli utilizzatori di questi prodotti di risparmiare 2 milioni di dollari l'anno.6
Le distribuzioni di HPC in cluster sono per natura incentrate sulla promozione dell'utilizzo e
dell'efficienza dei blocchi di elaborazione sottostanti: suddividono i silo tra server, storage e
networking per promuovere prestazioni superiori a un costo inferiore. Un recente studio di IDC
ha rilevato un aumento medio dei ricavi di 673 dollari e un aumento medio dei profitti di 44
dollari per ogni dollaro investito da un'azienda in HPC.7
5, 6
7
"The Vital Importance of High-Performance
Computing to U.S. Competitiveness", Stephen
J. Ezell and Robert D. Atkinson, Information
Technology & Innovation Foundation, aprile 2016
"Update on the ROI with HPC", IDC, agosto 2015
da HPCwire. Around the HPC World in 81 Slides
with IDC, 2016
L'aumento della potenza di elaborazione, delle dimensioni della memoria e della velocità di
accesso allo storage dei sistemi HPC consentono agli ingegneri di affrontare i problemi più
ampi e complessi. Nella scelta di una soluzione HPC è utile cercare un design x86 modulare
che assicuri la flessibilità necessaria per soddisfare i requisiti dei carichi di lavoro variabili e per
ridimensionare l'infrastruttura quando aumentano le esigenze di capacità.
Guida alle
procedure ottimali
Pagina 7
Procedure ottimali per l'elaborazione ad alte prestazioni
Le procedure ottimali per realizzare una soluzione CAE che sfrutti ANSYS e l'infrastruttura di
elaborazione ad alte prestazioni comprendono:
Con i sistemi HPE Apollo 2000 è possibile
partire con un singolo server e accrescere
il cluster nel tempo per soddisfare le
esigenze di business specifiche.
Scalabilità orizzontale verso i cluster
La scalabilità orizzontale verso i cluster permette di ridurre significativamente i tempi di
esecuzione per i modelli complessi e di migliorare la produttività di progettazione tecnica.
I cluster sono particolarmente adatti per la progettazione di esperimenti (DOE, Design of
Experiment) e l'ottimizzazione multidisciplinare della progettazione (MDO, Multi-disciplinary
Design Optimization). I cluster possono inoltre fornire servizi workstation virtuali a una frazione
del costo e assicurare livelli di prestazioni e flessibilità superiori rispetto alle workstation
tradizionali.
Con HPE Insight Cluster Management
Utility è possibile monitorare le
prestazioni di ogni simulazione utilizzando
un'innovativa e intuitiva interfaccia 3D
interattiva.
Semplificare la gestione dei cluster
Gli ingegneri che si occupano di simulazione non dovrebbero essere tenuti a padroneggiare
la tecnologia del clustering, pertanto è bene che i cluster siano facili da distribuire, configurare
e gestire. Il fornitore dell'hardware dovrebbe proporre una soluzione scalabile di gestione dei
cluster che unisca funzioni di provisioning, amministrazione e supervisione in una singola
interfaccia semplificata.
Hewlett Packard Enterprise, lavorando
a stretto contatto con ANSYS, effettua
prove comparative delle applicazioni sui
sistemi HPE e sviluppa le raccomandazioni
di configurazione (SRA) per ottenere
prestazioni ottimali.
I partner dei servizi gestiti di HPE
forniscono l'amministrazione full-service
dei cluster, permettendo ai clienti di
trasferire i loro carichi di lavoro CAE in
un cluster HPC in modo rapido e senza
coinvolgere pesantemente il personale.
Ottimizzare i carichi di lavoro
I carichi di lavoro CAE possono essere ottimizzati sulle piattaforme HPC ricorrendo a
workstation dedicate alle attività grafiche complesse e ai processi dei risolutori che necessitano
di meno di 16 core e dell'esecuzione di simulazioni su vasta scala nel data center.
Utilizzare le architetture di riferimento
Perché reinventare la ruota? Le architetture di riferimento e le appliance flessibili consentono
di scegliere la portata delle risorse di storage e di elaborazione più adatta alle proprie esigenze
specifiche.
Diffidare dai fornitori "white box"
Le soluzioni "white box" (prodotte da progetti originali) hanno costi di acquisizione più bassi, ma
l'uso e la manutenzione nel tempo si rivelano più costosi. I fornitori white box sono spesso "tutto
fumo e niente arrosto". Assicuratevi che si impegnino a utilizzare un'architettura e un fattore di
forma specifici nel tempo e che siano in grado di fornire il supporto quando riscontrate problemi
o se necessitate di un aumento delle capacità.
Avvalersi di servizi gestiti e professionali
Scegliete fornitori HPC in grado di fornire il livello di servizi necessario, dall'assistenza
all'integrazione alla distribuzione e gestione chiavi in mano, sia internamente sia tramite una
rete di partner terzi. Per una vera soluzione chiavi in mano, provate le opzioni relative ai servizi
gestiti.
Vantaggi
La soluzione hardware e software giusta, ottimizzata per i propri carichi di lavoro CAE, consente
alle aziende di ottenere quattro risultati di business altamente desiderabili:
•Accelerazione del time-to-market: la riduzione dei tempi di esecuzione consente cicli di
sviluppo più brevi
•Produttività superiore: l'esecuzione contemporanea di più simulazioni migliora la
produttività tecnica8
8
secuzione di un numero di simulazioni fino a 4 volte
E
superiore con ANSYS Fluent su un sistema HPE Apollo
2000. Test effettuato utilizzando la media geometrica
dei benchmark di ANSYS Fluent, HP (ora Hewlett
Packard Enterprise), maggio 2015
•Miglioramento della qualità dei prodotti: aumento di numero, dimensione e complessità di
modelli e simulazioni
•Riduzione del TCO: ottimizzazione delle licenze software, riduzione della complessità del
supporto e miglioramento dell'utilizzo delle risorse
Guida alle
procedure ottimali
Un investimento sostanziale in un'infrastruttura ad alte prestazioni supplementare o aggiornata
può assicurare notevoli risparmi a livello di progettazione, produzione, garanzia e responsabilità
aziendale, nonché influire sulla realizzazione di prodotti più competitivi, clienti più soddisfatti e
ricavi superiori.
Introduzione all'elaborazione ANSYS
Il software ANSYS, unito all'elaborazione ad alte prestazioni di HPE Apollo 2000, offre agli
ingegneri gli strumenti necessari per migliorare il ciclo di sviluppo dei prodotti dall'idea alla
convalida, per costruire prodotti migliori e rendere il mondo più sicuro, con velocità mai
raggiunte prima.
Scoprite come iniziare a utilizzare CAE ad alte prestazioni con i sistemi HPE Apollo e le
soluzioni di simulazione ANSYS.
Per saperne di più, visitate
hpe.com/info/ansys
Registrati per ricevere gli aggiornamenti
© Copyright 2016 Hewlett Packard Enterprise Development LP. Le informazioni contenute in questo documento sono soggette a
modifica senza preavviso. Le uniche garanzie per i servizi e i prodotti Hewlett Packard Enterprise sono quelle espressamente indicate
nelle dichiarazioni di garanzia che accompagnano tali prodotti e servizi. Nulla di quanto contenuto nel presente documento può essere
interpretato come estensione di tali garanzie. Hewlett Packard Enterprise declina ogni responsabilità per eventuali omissioni ed errori
tecnici o editoriali contenuti nel presente documento.
4AA6-6870ITE, agosto 2016