Deutlich schneller und effizienter: digitale Simulationen bei Schaeffler mit Azure-HPC

Experimente mit Prototypen waren gestern – längst setzt die Motion Technology Company Schaeffler auf digitale Simulationen, um das Verhalten einer Komponente oder eines Systems unter bestimmten Voraussetzungen zu erforschen. Der Bedarf wuchs zuletzt so enorm, sodass die alte On-Premises-Landschaft mit ihrer Rechenkapazität nicht mehr ausreichte. Abhilfe schuf High Performance Computing in der Cloud. Mit der neuen Lösung auf Basis von Azure-HPC und der Software-Lösung eines Partners fährt Schaeffler mehr Simulationen denn je – und das so schnell und effizient wie nie.

Die Herausforderung: hoher manueller Aufwand und lange Rechenzeiten bremsen Simulationen aus

Radlager fürs Auto, Rotorwellen und Getriebe für Windkraftanlagen – jedes der Produkte von Schaeffler hat seinen Ursprung in den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen des Unternehmens. Noch vor 20 Jahren standen dort Labor-Versuche und Prototyp-Aufbauten auf der Tagesordnung. Mit fortschreitender Digitalisierung wurden sie größtenteils durch digitale Simulationen ersetzt. So analysieren, berechnen und testen die Entwickler*innen beispielsweise Lastverhalten und Wärmeentwicklung für ein einzelnes Kugellager oder deren Vorteile auf ein ganzes System. „Simulationen erlauben uns, mehrere Versuche parallel durchzuführen – dadurch erhalten wir schnellere Ergebnisse und kürzere Entwicklungszeiten“, sagt Markus Kießling, Product Owner Systems Engineering Solutions bei Schaeffler.

Für die rechenintensiven Modellierungen kommen zahlreiche Anwendungen wie MATLAB, Ansys oder Abaqus zum Einsatz. „Diese Anwendungen beinhalten mehr als 120 Tools für die verschiedensten Arten von Simulationen – jedes Jahr erscheinen neue Versionen. Da Projekte nach Beginn nur mit derselben Tool-Version beendet werden dürfen, sind bei uns immer mehrere Versionen parallel im Einsatz“, berichtet Markus Kießling. „Sind diese Tools lokal auf einem Rechner installiert, muss jedes einzelne zeitaufwändig aktualisiert, lizenziert und verwaltet werden.“

Deshalb stellte Schaeffler die Anwendungen zunächst über ein eigenes Rechenzentrum bereit. „Wir haben eigene Hardware gekauft und installiert. Die Personen, die die Anwendungen betreiben, haben dann die Installationen der Tools vorgenommen“, berichtet Tobias Frömel, Product Owner - Hybrid Cloud Platforms bei Schaeffler. „So entstand eine äußerst isolierte Infrastruktur mit hohem manuellem Aufwand, die nur über eine lange Laufzeit von drei bis fünf Jahren wirklich kosteneffizient war.“

Als die Zahl der digitalen Simulationen explosionsartig anstieg und die On-Premises-Lösung zunehmend an ihre Grenzen stieß, begannen die Fachbereiche, eigene Lösungen aufzubauen und zu betreiben. „Das wollten wir in der Corporate IT bündeln und auf neue Füße stellen. Das funktioniert nur mit einer High Performance Computing (HPC) Lösung in der Cloud, weil wir dadurch stets die neueste und effizienteste HPC-Infrastruktur nutzen können“, erzählt Tobias Frömel. „Unsere Entwicklerinnen und Entwickler sollen in der Lage sein, viele Simulationen parallel, sicher, schnell und flexibel durchführen zu können. Dafür schafft Azure-HPC die perfekte Basis.“ Da Schaeffler bereits seit einigen Jahren eine Cloud-First-Strategie mit Microsoft als strategischem Partner verfolgt, war die Lösung als technologische Basis gesetzt und das Team begann die Umsetzung.

Die Lösung: Azure-HPC hebt Simulationen auf ein neues Level

Die neue, standardisierte Lösung vereint heute 20 bis 30 der vorherigen Einzellösungen und besteht aus zwei Teilen: Das Webportal im Frontend läuft über die Software as a Service-Lösung eines Partners und ähnelt einem App Store, in dem die Entwickler*innen die jeweilige Simulationsanwendung auswählen. Im Hintergrund laufen diverse Azure Compute Ressourcen und Azure Storage Dienste zur Zwischenspeicherung der Daten.

Die Lösung funktioniert voll automatisiert: Sobald im Frontend eine Simulation gestartet wird, werden im Backend unmittelbar die dafür erforderlichen Speicher-Ressourcen und Rechenleistungen passgenau bereitgestellt und nach Beendigung wieder freigegeben. Neben dem Webportal können die User ihre Simulationen auch über eine Cloud-Workstation mit einem virtuellen Arbeitsplatz abwickeln. „Beide Varianten brauchen keine zusätzlichen Installationen mehr. Das System lässt sich mit wenigen Klicks für die Simulation konfigurieren“, erklärt Tobias Frömel. „Ein enormer Pluspunkt bezüglich Handhabung, Nutzerfreundlichkeit und Bedienbarkeit – das kommt bei den Kolleginnen und Kollegen sehr gut an. Denn durch das Projekt haben wir ein besseres Verständnis für ihre Bedürfnisse und können gemeinsam gezielter Lösungen entwickeln.“

Dank Cloud und Automatisierung werden bei der Durchführung von Simulationen nur noch die Kapazitäten und Ressourcen verwendet, die wirklich benötigt werden. „Wir bezahlen also nur noch, was wir tatsächlich nutzen, und erhalten gleichzeitig die maximale Flexibilität und Skalierbarkeit der Cloud“, sagt Tobias Frömel. 12.000 Simulationen für ein großes Projekts werden heute so in wenigen Tagen abgewickelt. Die Berechnungen laufen im Hintergrund, der Zugriff auf alle Anwendungen ist weiter möglich. „Dank unserer neuen HPC-Lösung auf Basis von Azure und der SaaS-Lösung unseres Partners können wir unsere Simulationen deutlich schneller abwickeln“, sagt Markus Kießling. „So können wir Folgeberechnungen früher starten, Fehler früher erkennen und Produkte deutlich schneller entwickeln. Ein enormer Vorteil für unsere Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskraft.“ Die kürzeren Rechenzyklen haben wiederum direkten Einfluss auf die Kosten: Denn die Lizenzen der Anwendungen werden oftmals nach Nutzungsdauer und -häufigkeit berechnet. Gleichzeitig profitiert Schaeffler bei der Arbeit mit den äußerst schützenswerten Daten in der Forschung und Entwicklung vom ausgezeichneten Microsoft Sicherheits-Framework.

Dank der hohen Integrationsfähigkeit von Azure lassen sich künftig auch Partnersysteme von Drittanbietern sowie weitere, eigenentwickelte Anwendungen problemlos in die Lösung einbinden – und zwar unabhängig davon, ob sie On-Premises oder in der Cloud laufen. „Dank der HPC-Lösung auf Basis von Azure haben wir nun das perfekte Fundament, um künftige Innovationen wie Quantencomputing deutlich leichter für unsere Entwickler*innen nutzbar machen zu können“, fasst Tobias Frömel zusammen.