JSP verbessert High-Tech-Fertigungssimulationen

Mithilfe von Intel® Technik und einer verwalteten HPC-Appliance konnte JSP die Leistung beschleunigen und seine technische Simulationsumgebung vereinfachen.

Auf einen Blick:

  • JSP ist der Erfinder von ARPRO EPP-Kunststoffen (expandiertes Polypropylen) und ist bei deren Produktion führend.

  • JSP benötigte mehr Leistung für seine Computer-Aided-Engineering-Analysen (CAE) und entschied sich für eine TotalCAE-Appliance mit Intel® Xeon® Gold 6238 Prozessoren.

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Kurzübersicht:

JSP ist der Erfinder von ARPRO EPP-Kunststoffen (expandiertes Polypropylen) und ist bei deren Produktion führend. JSP benötigte mehr Leistung für seine Computer-Aided-Engineering-Analysen (CAE) und entschied sich für eine TotalCAE-Appliance mit Intel® Xeon® Gold 6238 Prozessoren. Laut JSP verbessert die Appliance die Ansys LS-DYNA-Leistung um bis zu 35 Prozent1 im Vergleich zum Vorsystem, bei dem duale Intel® Xeon® E5-2697 v3 Prozessoren zum Einsatz kamen. Mithilfe der Appliance kann JSP mit den zunehmenden CAE-Anforderungen Schritt halten und gleichzeitig Zeit sparen und die Zeit bis zum Erkenntnisgewinn für das CAE-Team des Unternehmens reduzieren.

Herausforderung

JSP ist ein führender Anbieter fortgeschrittener polymerbasierter technischer Materialien, die in der Automobilindustrie und in den Bereichen Konstruktion, Tiefbau, Verpackung sowie anderen Branchen zum Einsatz kommen. Das Unternehmen mit Sitz in Tokio führte seine bahnbrechende EPP-Technik in den 1970er Jahren ein und entwickelt gemeinsam mit seinen Kunden weiterhin innovative neue Möglichkeiten für deren Einsatz. EPP-Materialien werden für geringes Gewicht, ihre Strukturfestigkeit und ihre Energieabsorptions-Eigenschaften geschätzt. Die Technik ist in der Regel auch kostengünstiger und schneller zu implementieren als herkömmliche Spritzgussverfahren und ist zu 100 Prozent recyclingfähig.

JSP stellt winzige EPP-Schaumkügelchen her, die als Rohmaterialien für viele verschiedene Anwendungen von Lebensmittelverpackungen bis zu Möbelstücken und Autostoßstangen dienen. Das Unternehmen bietet basierend auf einer Palette von expandierten Polymeren unter der Marke ARPRO und anderen Marken auch Bahnen, Platten sowie andere Formate. Je nach Anforderungen des Kunden kann JSP die Rohmaterialien selbst liefern oder diese zu Teilen und Produkten formen.

CAE ist ein wesentlicher Faktor für den Geschäftserfolg von JSP. Ein kleines Team am nordamerikanischen Hauptsitz von JSP in Madison Heights, Michigan, ist für die gesamte CAE-Arbeit des Unternehmens zuständig und verwendet Ansys LS-DYNA-Software zur Ausführung einer Vielzahl verschiedener statischer und dynamischer Analysen. Diese CAE-Studien gehen in die Entwicklung von Endprodukten sowie die Optimierung der Werkzeuge (oder Gussformen) ein, die für die Produktherstellung verwendet werden. Um bestmöglichen Kundensupport zu bieten, stellt die Gruppe jedem Kunden auch ein CAE-Modell der Materialien zur Verfügung. „Kunden können dieses Modell in ihre eigenen Design- und Konstruktionsbemühungen integrieren“, so Nurul Huda, Lead Product Development Engineer bei JSP. „Ein Automobilkunde kann z. B. prognostizieren, wie sein Stoßstangendesign mit den Auswirkungen einer Kollision bei verschiedenen Geschwindigkeiten umgeht.“

Das CAE-Team führte seine Analysen auf einem HPC-Cluster mit skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren aus, doch war das System mehrere Generationen alt und die Workloads des Teams nahmen zu. „Mit unserem Geschäft wächst auch unser CAE-Bedarf“, erläutert Huda. „Wir müssen mehr interne Aufträge und mehr Kunden unterstützen. Wo wir früher mit Modellen arbeiteten, die durch Tausende von Elementen dargestellt wurden, erstellen wir jetzt Modelle mit Millionen von Elementen. Wir sind eine kleine Gruppe mit großer Verantwortung, und HPC ist für unsere Arbeit von grundlegender Bedeutung. Wir waren an einem Punkt, an dem wir viel mehr CPU-Leistung benötigten.“

JSP stellt winzige EPP-Schaumkügelchen her, die als Rohmaterialien für viele verschiedene Anwendungen von Lebensmittelverpackungen bis zu Möbelstücken und Autostoßstangen dienen.

Das CAE-Team war auch auf der Suche nach einem Anbieter, der ihm bei der Bereitstellung und Verwaltung eines neuen HPC-Systems helfen konnte. „Unsere IT-Abteilung unterstützt Standard-Geschäftscomputing für das Unternehmen, hat aber nicht die nötige Expertise, um die speziellen Anforderungen von HPC und technischen Analysen zu erfüllen“, so Huda. „Daher hatte die CAE-Gruppe zu kämpfen.“

Lösung

JSP wählte eine verwaltete HPC-Cluster-Appliance von TotalCAE, eine schlüsselfertige Lösung, die sich im Rechenzentrum von JSP in Michigan befindet und von TotalCAE dezentral verwaltet wird. Die Hardware basiert auf Dell EMC PowerEdge R640 Servern mit Intel Xeon Gold 6238 Prozessoren und die Software ermöglicht Simulation as a Service mithilfe von technischen Simulationsanwendungen von Ansys und anderen Unternehmen.

„Wir wollten ein System, das uns präzise Simulationen und bessere, effiziente Leistungen liefert“, sagt Huda. „Wir entschieden uns für Intel® Prozessoren, PowerEdge Server und TotalCAE, um ein optimiertes System zu erhalten, das uns schneller genaue Ergebnisse liefert.“

Die verwaltete HPC-Cluster-Appliance von TotalCAE bietet JSP eine einzige Schnittstelle für Auftragseinreichung, Nutzungsanalyse, Datenverwaltung, Simulationssoftware-Lizenzverwaltung und Simulations-Backups. JSP hat auch die Option, auf die verwaltete Cloud von TotalCAE unter Azure oder Amazon Web Services (AWS) zu expandieren.

Rod Mach, President von TotalCAE, betont, dass Intel Technik für TotalCAE und seine Kunden einen soliden Wert darstellt. „Unsere Kunden benötigen bewährte Technologien, die konsistente, zuverlässig hohe Leistungen bieten“, so Mach. „Weil wir die technische Produktionsumgebung des Kunden unterstützen, ist das für uns ebenfalls sehr wichtig. Wir können es uns nicht leisten, für unbewährte Technik als Versuchskaninchen zu fungieren. Wir achten aber weiterhin genau auf alles, was unseren Kunden einen Wettbewerbsvorteil verschaffen könnte.“

TotalCAE testet die Systemleistung, um seine Kunden bei Hardware-Entscheidungen zu beraten. TotalCAE verglich kürzlich einen Intel Xeon Platinum 8168 Prozessor mit 24 Kernen mit 2,7 GHz und einen AMD EPYC 7V12 64-Kern-Prozessor mit 2,45 GHz. Das Testteam führte LS-DYNA auf dem car2car-Benchmark aus.

„Wir stellten fest, dass die 120 Kerne des AMD EPYC etwas länger brauchten als die 88 Kerne des Intel Xeon Platinum Prozessors“, so Mach. „Obgleich sie ähnliche Taktfrequenzen aufweisen, erledigte der Intel Prozessor die Arbeit in weniger Zeit und mit weniger Kernen. Dies bietet einen Vorteil hinsichtlich Leistung und potentiell auch ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis bei der Softwarelizenzierung. Das sind für uns gute Gründe, uns weiterhin auf Intel Xeon Prozessoren für unsere verwaltete HPC-Cluster-Appliance und Cloud-Lösungen zu verlassen.“

Ergebnisse

Die TotalCAE HPC-Appliance mit skalierbaren Intel® Xeon® Prozessoren der 2. Generation bietet dem CAE-Team bei JSP eine Leistungsverbesserung, die dem Unternehmen hilft, wichtige Geschäftsziele zu erfüllen. „JSP ist ein Marktführer und es ist unser Ziel, unserer Konkurrenz stets einen Schritt voraus zu bleiben“, betont Huda. „CAE ist dabei ein sehr wichtiges Tool. Mit dem neuen System erhalten wir Top-Rechenleistung für unsere CAE-Workloads.“

Skalierbare Intel Xeon Prozessoren sind für daten- und rechenintensive Workloads optimiert. Die flexible Leistung der Prozessoren ist hervorragend für die verschiedenen Workloads geeignet, denen das CAE-Team von JSP jede Woche begegnet.

Die HPC-Cluster-Appliance von TotalCAE basiert auf einem Dell EMC PowerEdge System mit Intel Xeon Gold Prozessoren und ermöglicht Simulation as a Service mithilfe von technischen Simulationsanwendungen.

„Weil die Produkte von JSP so vielfältig sind, haben wir viele verschiedene Arten von Kunden“, erläutert Huda. „Das bedeutet, dass jeder CAE-Auftrag anders ist. An einem Tag arbeite ich an einer Stoßstangen-Anwendung. Am nächsten an einem Betonguss für ein Haus. Und dann vielleicht an einer Frontalzusammenstoß-Analyse für einen Autositz. Wir führen viele verschiedene Simulationen durch. Mit dem neuen System sparen wir bei der Einrichtung und Ausführung dieser vielen verschiedenen Aufgaben Zeit.“

Die Leistung der skalierbaren Intel Xeon Prozessoren hat die Erwartungen von JSP übertroffen.

„Wir erwarteten eine Leistungssteigerung von 15-20 Prozent im Vergleich zu unserem vorherigen System. Bei einem direkten Vergleich zwischen dem alten und dem neuen System ermittelten wir eine Verbesserung der gesamten Anwendungslaufzeit von bis zu 35 Prozent.”1 – Nural Huda, Lead Product Development Engineer bei JSP

Huda zufolge verwendete das ältere System von JSP duale Intel Xeon E5-2697 v3 Prozessoren mit 2,60 GHz.

Die verbesserte Leistung bietet eine kürzere Zeit bis zum Erkenntnisgewinn für das JSP-Team. „Zeit ist unser größter Feind“, so Huda. „Ein optimiertes System zu haben, das uns richtige Ergebnisse und einen Sprung von 35 Prozent bei der Simulationsleistung bietet, ist von entscheidender Bedeutung.“

Durch die verbesserte Leistung konnte auch ein erheblicher Engpass für JSP beseitigt werden. „Die Analyse ist der Engpass in unserer Pipeline. Hier kommt es wirklich auf die Intel Leistung an“, sagt Huda. „Auf diese Weise halten wir mit allen neuen Aufträgen Schritt. Das System kann sogar mit der erhöhten Komplexität umgehen, die wir in unserer Simulationsanalyse einsetzen. Es bietet uns einen höheren Durchsatz und ermöglicht es uns, schneller Lösungen zu finden. Dadurch kann JSP bessere Produkte entwickeln und der Konkurrenz eine Nasenlänge voraus bleiben.“

Durch die HPC-Appliance von TotalCAE wird JSP auch vom Druck der eigenen Cluster-Entwicklung und Verwaltung befreit. „Herauszufinden, welche Hardware wir benötigen, die Lizenzen zu verwalten, den Cluster zu installieren und optimieren und Probleme zu beheben ist sehr arbeitsaufwendig“, betont Huda. „Jetzt muss ich diese große Last nicht mehr herumschleppen. Ich habe mehr Zeit für die Analyse. Bei Problemen reagiert TotalCAE unglaublich schnell.“

Neben der zusätzlichen Zeit, die früher für die Systemverwaltung erforderlich war, hilft die Appliance JSP auch bei der Verbesserung der Produktivität durch die bessere Nutzung von HPC-Ressourcen. „Mit unserem vorherigen Cluster wurden für eine Aufgabe vielleicht 18 unserer 28 Kerne benötigt“, erinnert sich Huda. „Die anderen zehn konnten wir erst nutzen, wenn die erste Aufgabe abgeschlossen war. Das war sehr frustrierend. Jetzt können wir alle Kerne gleichzeitig verwenden. Wir können ein Skript schreiben, um ein Gitter zu erstellen, ein Modell zu schaffen, die Ergebnisse abzurufen und sie zu analysieren – und all das mit wenigen Klicks. Wir nutzen die Ressourcen des Systems besser und können mehr Aufgaben erledigen. Das ist ein wichtiger Vorteil, weil unsere CAE-Nutzung weiter expandieren wird.“

Produkt- und Leistungsinformationen

1Leistungsergebnisse von JSP angegeben.