Simulationstechnologien – So überwinden KMU schnell und einfach Einstiegshürden

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Simulationstechnologien – So überwinden KMU schnell und einfach Einstiegshürden

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Simulationstechnologien können auch kleine und mittelständische Unternehmen nutzen, wenn sie die Einstiegshürden schnell und einfach überwinden.
Simulationstechnologien

Quelle: Dr. Emmanuel Reynaud

Kleine und mittlere Unternehmen sind oft „verloren“, wollen sie wie Großunternehmen Simulationstechnologien gewinnbringend nutzen. Ihnen mangelt es häufig an (Rechner-) Kapazitäten und Know-how. Das Gute: Beides ist am Markt für sie vorhanden. Auch KMU-spezifische Weiterbildungsprogramme können gute Dienste leisten. So lassen sich Einstiegshürden leichter überwinden als gedacht. Von Dr. Andreas Wierse

Simulationstechnologien auch für KMU

Effizienz ist für jedes Unternehmen entscheidend – gerade auch, wenn es um Produktentwicklungsprozesse geht. Mehr denn je ist sie Voraussetzung, um wettbewerbsfähig zu bleiben und sich am Markt zu behaupten. Kein Wunder, dass Großunternehmen längst auf Simulationstechnologien setzen, zum Beispiel, um mit ihrer Hilfe Prototypen bis hin zur Marktreife zügiger und qualitativ hochwertiger zu entwickeln. Ein großes Potenzial, das kleine und mittlere Unternehmen (KMU) noch zu selten nutzen und entsprechende Vorteile schlicht verschenken. Der Grund: Bei vielen Anwendungen sind die Simulationen sehr komplex und erzeugen einen extrem hohen Rechenaufwand.

Das heißt, sie benötigen leistungsfähige Computer oder können gegebenenfalls sogar nur mit Supercomputern in großen Rechenzentren betrieben werden. Die dafür notwendigen Investitionen überfordern viele KMU finanziell. Außerdem fehlt es ihnen oft am erforderlichen technischen Know-how, um die Simulationstechnologien auch erfolgreich einsetzen zu können. Den richtigen Zugang in die Welt der Simulation können sie aber trotzdem finden: Know-how und Rechnerkapazitäten sind am Markt vorhanden. Zahlreiche Forschungsinstitute, Softwarehersteller und Dienstleister sowie spezielle branchen­orientierte Simulationszentren verschaffen Zugang zu Simulationstechnologien. Finanzielle Unterstützung gibt es in Form von Landes- und Bundesförderprogrammen. Außerdem bieten Rechenzentren, beispielsweise das Höchstleistungsrechenzentrum in Stuttgart (HLRS), ihre Rechnerkapazitäten für KMU zu attraktiven und rein nutzungsbasierten Preisen an. Das heißt: KMU müssen sich nicht länger die Frage stellen, ob, sondern wo und in wem sie den geeigneten Partner für ihr individuelles Vorhaben finden.

Neutrale und kostenfreie Beratung

Eine entsprechende Beratung finden interessierte Unternehmen bei Sicos BW in Stuttgart – neutral und kostenfrei. 2011 vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Universität Stuttgart gegründet, richtet sich Sicos BW speziell an KMU – schwerpunktmäßig in Baden-Württemberg, aber auch bundesweit. Simulations­neulinge erhalten hier Informationen über Anwendungsmöglichkeiten und Werk­zeuge, bekommen bei Bedarf den Zugang zu Höchstleistungsrechnern und finden den geeigneten Partner für die weitere Projektarbeit.

Das gilt auch für die Visualisierung von Simulationsergebnissen: Wie die Simulationen selbst bietet sie große Vorteile, beispielsweise in punkto Datenanalyse oder als Erlebnisfaktor für Kunden. Aber auch sie wird von KMU (aus den gleichen Gründen) noch zu selten genutzt. Immersive Einrichtungen für 3D-Visualisierung – wie die Cave am HLRS – können deshalb auch von der (mittelständischen) Industrie genutzt werden. Als Virtual-Reality-Umgebung erlaubt sie es unter anderem, dreidimensionale Strömungsvorgänge verständlich darzustellen. Die Nutzer können sich beispielsweise in einen virtuellen Brennraum hineinstellen und alle berechneten Daten analysieren, um auf dieser Grundlage das Verbesserungspotenzial zu identifizieren. Auf ähnliche Weise lassen sich auch die Strömungsverhältnisse rund um Gebäude darstellen und analysieren, was zum Beispiel für Städteplaner im Hinblick auf die Schadstoffbelastung von großem Vorteil ist. Aber auch bei der Planung von Wasserkraftwerken wird diese Kombination eingesetzt, um den Wirkungsgrad einer Turbine zu verbessern – egal, ob groß oder eher klein.

SimulationstechnologienQuelle: Simon Sommer
Der Höchstleistungsrechner Cray am HLRS.
Bildquelle: Simon Sommer

Simulationen verlieren nicht an Stellenwert

Anwendungsbeispiele wie diese zeigen: ­Simulationen und Visualisierungen verlieren auch in Zeiten des Big-Data- und KI-Hypes keinesfalls an Stellenwert. Es gibt immer wieder neue Entwicklungen im Bereich der Simulation, speziell der High-Performance-Technologie. Die Zeit der fast automatischen Leistungssteigerung (Moore´s Law) ist vorbei. Die Taktfrequenz moderner Prozessoren steigt praktisch nicht mehr, die Zahl der Recheneinheiten dagegen sehr – was wiederum Auswirkungen auf die hohen Anforderungen an die Parallelität der Software und der zu lösenden Frage­stellungen hat. Diese müssen darauf ausgelegt sein, die vielen Rechenkerne sinnvoll zu beschäftigen. Hierbei ist auch die Geschwindigkeit des Datenaustauschs zwischen den einzelnen Rechenkernen von großer Bedeutung: Die Kommunikationsanforderungen werden höher, je mehr Rechenkerne genutzt werden.

Diese Parallelität ist auch im Bereich von Big Data und künstlicher Intelligenz sehr gut mit den dort verwendeten Algorithmen vereinbar: Denn von der großen verfügbaren parallelen Rechenleistung, profitieren die klassischen Big-Data-Algorithmen und die neuronalen Netzwerke der künstlichen Intelligenz gleichermaßen. Darüber hinaus gibt es erste Ansätze, KI-Methoden mit Simulation zu verbinden – beispielsweise, um Berechnungen deutlich zu beschleunigen, bei einer Vielzahl von Randbedingungen die wesentlichen leichter zu identifizieren und die Gesamtzahl der erforderlichen Berechnungen zu reduzieren. Auch erste praktikable Anwendungen für das Quanten Computing deuten sich an.

Internes Know-how in Simulationstechnologien integrieren

Für Unternehmen ist es in punkto Zukunftssicherung deshalb auch wichtig, internes Know-how im Bereich Simulation, Visualisierung und High Performance Computing aufzubauen. Das können sie, indem sie bestehende Mitarbeiter fortbilden oder bei der Auswahl neuer Mitarbeiter auf entsprechende Qualifikationen achten. Denn der Bereich Simulation ist inzwischen Bestandteil vieler Studiengänge oder sogar als eigener Studiengang wählbar. Die entsprechende Expertise ist bei Bewerbern dadurch immer häufiger vorhanden.

Es existieren aber auch zielgruppen­gerechte Weiterbildungsangebote für die bestehenden Mitarbeiter von KMU. So verhilft beispielsweise die Supercomputing-Akade­mie ihren Teilnehmern zu Kennt­nissen und Fähigkeiten im Höchstleistungsrechnen und der numerischen Simulation – praxisorientiert und im arbeitnehmerfreundlichen Blended-Learning-Format. Auf dem aktuellen Plan für 2020 stehen Module wie „Visualisierung“ oder „Datenmanagement“. Besonders interessant: Das Angebot ist in der Förderphase noch bis Ende dieses Jahres für Teilnehmer kostenfrei. Die Akademie wird im Rahmen des Projekts „Modulare Weiterbildung zum HPC-Experten (MoeWE)“ angeboten und vom Ministerium für Soziales und Integration Baden-Württemberg aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds sowie dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg gefördert. Kooperationspartner sind das HLRS, die Universität Freiburg, die Universität Ulm sowie Sicos BW. Träger ist das HLRS.

Das heißt: Für kleine und mittlere Unter­nehmen ist es leichter als gedacht, den ersten Schritt in Richtung Simulation und Höchstleistungsrechnen zu gehen; sie müssen sich nur trauen. Externe Hilfe und passende Weiterbildungen geben die notwendige Stütze, um sich auch als KMU die entscheidenden Wettbewerbsvorteile zu sichern.

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