Integration von Ingenieuranwendungen mit TENT <Guy.Kloss@dlr.de> Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) Workshop in Braunschweig, 10. November 2004 1
Überblick 4 Was ist TENT? 4 Entwicklungsprinzip 4 Systemübersicht 4 Anwendungen 4 Status 4 Zukünftige Arbeiten 2
Einführung Viele Probleme erfordern komplexe numerische Simulationen. Beispiele: 4 Wiedereintritt von Raumfahrzeugen 4 Aeroelastik von Flugzeugen 4 Verhalten von Flugzeugen bei Flugmanövern Immer öfter wird multidisziplinär gekoppelt simuliert, z. B. 4 Strömung Struktur 4 Strömung Wärme Solche Simulationen werden softwaretechnisch ständig komplexer: 4 Anstoßen (vieler) unterschiedlicher Codes in korrekter Reihenfolge 4 Nutzung von Höchstleistungsrechnern 4 Transferieren von Daten zwischen den Codes 4 Zusammenarbeit mit Kollegen 3
Softwaretechnische Durchführung von Simulationen Komplexe Simulationen lassen sich als Prozessketten (Workflows) abbilden: Preprocessing Daten Simulation Daten Postprocessing/ Visualisierung Abarbeitung: 4 Steinzeitmethode: Manuelles Starten aller Einzelcodes 4 Mittelalterliche Vorgehensweise: Steuerung durch Shell/Batch-Skripte 4 Zeitgemäße Methode: Simulationsumgebung 4
Aufgaben & Eigenschaften einer Simulationsumgebung Integration existierender Anwendungen Wiederverwendung und Aufwertung Graphische Benutzeroberfläche Einfache Benutzbarkeit Start von Programmen Nutzung beliebig verteilt stehender Rechner Datentransfer Automatisches Kopieren von Daten zwischen Rechnern Workflow-Abarbeitung Wiederholung wiederkehrender Arbeitsschritte Entwicklung des DLR: Simulationsumgebung TENT 5
Was ist TENT? Antwort für Anwender TENT ist eine Simulationsumgebung für ingenieurwissenschaftliche Anwendungen. Wesentliche Eigenschaften: 4 Einfacher Aufbau und Konfiguration von Simulations-Workflows aus integrierten Applikationen 4 Nutzung verteilter Rechenressourcen 4 Online-Steuerung und -Visualisierung 4 Projektbasiertes Datenmanagement inkl. kooperativem Arbeiten 4 Multidisziplinäre gekoppelte Rechnungen 6
Was ist TENT? Antwort für Informatiker TENT ist ein offenes und erweiterbares Framework für Integration von Tools und für Workflow-Management. Wesentliche Merkmale: 4 Komponentenbasiert h CORBA Peer-to-Peer-Modell 4 Erweiterbare Java-GUI 4 Zugriff auf verteilte Rechner (Grids) 4 Flexible Integration existierender Tools h Umfangreiches SDK 4 Datenmanagement h Offene Lösung mit WebDAV & XML Entwicklungsprinzip: Entwicklung basierend auf Standards 4 CORBA, LDAP, FTP, HTTP, WebDAV, XML,... Keine eigenen Bastellösungen! 7
Systemkomponenten 8 Skripte Kopplung Name Server Factories Datenserver GUI Plug-In... Plug-In CORBA Wrapper Wrapper Wrapper Wrapper Filter Visualisierung CSM CFD Applikationen
Systemübersicht Anwendungs-Systeme Optimierung Aeroelastik Wiedereintritt Flugmanöver CFD TENT Komponenten (Wrapper) CSM Filter Visualisierung TENT-SDK TENT Basissystem TENT Support Komponenten IDL- Interfaces GUI Steuerung Kopplung Datenserver Entwicklungsbibliothek Factories Name Server Skript Monitoring 9
Systemübersicht Anwendungs-Systeme Optimierung Aeroelastik Wiedereintritt Flugmanöver CFD TENT Komponenten (Wrapper) CSM Filter Visualisierung TENT-SDK TENT Basissystem TENT Support Komponenten IDL- Interfaces GUI Steuerung Kopplung Datenserver Entwicklungsbibliothek Factories Name Server Skript Monitoring 10
Property-Editor und Plug-Ins Komponenten- und Projekt- Browser Workflow Design Info/Hilfe Hilfe,, Logging, Script-Konsole Steuerung 11
GUI Plug-In Beispiel: 2D-Plot 12
Monitoring Tool 13
Systemübersicht Anwendungs-Systeme Optimierung Aeroelastik Wiedereintritt Flugmanöver CFD TENT Komponenten (Wrapper) CSM Filter Visualisierung TENT-SDK TENT Basissystem TENT Support Komponenten IDL- Interfaces GUI Steuerung Kopplung Datenserver Entwicklungsbibliothek Factories Name Server Skript Monitoring 14
Verteiltes Rechnen TENT GUI Cluster Factory Abteilungs-/ Firmenweit CORBA Factory Factory TENT-Factory: (CORBA-) Server zum Start von Programmen Lokaler Arbeitsplatz Grid Weltweit Workstation/PC 15
Systemübersicht Anwendungs-Systeme Optimierung Aeroelastik Wiedereintritt Flugmanöver CFD TENT Komponenten (Wrapper) CSM Filter Visualisierung TENT-SDK TENT Basissystem TENT Support Komponenten IDL- Interfaces GUI Steuerung Kopplung Datenserver Entwicklungsbibliothek Factories Name Server Skript Monitoring 16
Datenmanagement und kooperatives Arbeiten Freie hierarchische Struktur von Projekten und Daten: Projekte 4 Simulationen h Komponenten Konfigurationen Datenfiles Verwaltung von Metadaten Kooperatives Arbeiten 4 Benutzer- und Rechteverwaltung h LDAP-Server 4 Datenaustausch über den Datenserver 4 Ähnlichkeit zu PDM-Systemen h Check-Out, Check-In 17
Datenmanagement Prinzip 4 Serverseitige Speicherung der Projekt-Daten in XML 4 Serverzugriff über das Standardprotokoll WebDAV WebDAV: Web Distributed Authoring & Versioning Erweiterung des HTTP-Protokols (Locking, Meta-Daten, Versionierung, Suche und Zugriffskontrolle) TENT Data-Server HTTP/WebDAV TENT Internet HTTP/WebDAV WebDAV File-Server Datenbank Andere Anwendungen (z. B. DataFinder) 18
Systemübersicht Anwendungs-Systeme Optimierung Aeroelastik Wiedereintritt Flugmanöver CFD TENT Komponenten (Wrapper) CSM Filter Visualisierung TENT - SDK TENT Basissystem TENT Support Komponenten IDL - Interfaces GUI Steuerung Kopplung Datenserver Entwicklungsbibliothek Factories Name Server Skript Monitoring 19
Wrapper Andere TENT-Komponente Applikation Start Steuerung und Properties Wrapper (applikationsabhängig) CORBA-Interface Andere TENT-Komponente Kontrollfluß CORBA 20
Systemübersicht Anwendungs-Systeme Optimierung Aeroelastik Wiedereintritt Flugmanöver CFD TENT Komponenten (Wrapper) CSM Filter Visualisierung TENT - SDK TENT Basissystem TENT Support Komponenten IDL - Interfaces GUI Steuerung Kopplung Datenserver Entwicklungsbibliothek Factories Name Server Skript Monitoring 21
Anwendungs-Systeme Wiedereintritt Aeroelastik Triebwerke Flugmanöver Automobil- Entwicklung 22
Anwendung: Wiedereintritt eines Raumgleiters Projekte IMENS, IMENS+ Simulation der thermisch hochbelasteten Teile des Raumgleiters X-38 Multidisziplinäre Simulation: Strömungs-Struktur-Wärme-Kopplung 4 Strömungslöser TAU (DLR) 4 Kommerzielle Strukturmechanik-Codes (ANSYS & MSC-NASTRAN) 4 Kopplung h Standard-Kopplungsbibliothek MpCCI (FhG, Institut SCAI) h Kopplungs-Steuerungs-Modul des IFL (TU-Braunschweig) 23
Luftfahrt-Anwendungen Aeroelastische Simulationen 4 Gekoppelte Simulationen h Aerodynamik h Strukturmechanik 4 Flügel-Deformation Flugmanöver 4 Projekt SikMa (Simulation komplexer Manöver) 4 Gekoppelte Simulation h Aerodynamik h Strukturmechanik h Flugmechanik 4 Testbeispiel: X-31 24
Anwendung: Automobil-Entwicklung Verbundprojekt AUTO-OPT Interaktive Simulation in der Konzeptphase von Automobilen 4 Karosserie-Optimierung DesParO 4 Optimierungsschleife: h Konzept-Tool Action h Strukturmechanik-Code h Crash-Test-Code Coupling Control SFE- Concept Medina (incl. Nasbif) PERMAS (LSF) Pammed PamCrash JobCreator (LSF) PamView Result Collector Re-Submit bei Fehler Parametric model SFE, Berlin 25
Status 4 Unterschiedliche Anwendungen sind realisiert h Parameterstudien h Rechnungen Multidisziplinär Gekoppelt Verteilt h Parametrische Konstruktions-Optimierung 4 Beispiele für integrierte Applikationen: h FLOWer, TAU, TRACE_S, NASTRAN, ANSYS, TECPLOT, AVS, PERMAS,... 4 Produktisierung und Vermarktung h Projekt mit dem DLR-Innovationsmanagement h Kooperation mit CeBeNetwork, Bremen 26
Zukünftige Arbeiten 4 Stetige Weiterentwicklung des Basissystems h Web-Interface (Portal) h Parallele Job-Abarbeitung (Farming) h Intelligente Benutzerführung (Wizards) 4 Datenmanagement h Anbindung an PDM-Systeme h Integration mit Grid-Computing 4 Neue Anwendungen h Integration wissenschaftlicher & kommerzieller Tools h Entwicklung spezieller Kontroll-Komponenten 4 Einsatz in neuen Bereichen h Automobilindustrie, Schiffsentwurf, Erdbeobachtung,... 27
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen zu TENT: http://www.dlr.de/tent 28