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Data-Mining Algorithmen für die Stabilitätsanalyse von Crash-Simulationsergebnissen

Clemens-August Tholethole@scai.fraunhofer.de

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Chr

AUTOBENCH Project

National funded project

Partners:- BMW Crash-Simulation Department- DaimlerChrysler “Verfahrensentwicklung, Fügetechnik- Karmann Simulation Department, Finite Elements- Porsche Structural Mechanics Department

- ESI PAM-CRASH- INPRO INDEED (metal forming)- INTES PERMAS (Structural analysis)

- U Stuttgart GENIAS GMD

Duration: 05.1998 - 04.2001

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Chr

Technologien

Gittergenerierung - Bauteilbehandlung

Schnelle LöserNumerik Stabilität und Bifurkation

Optimierung

Visualisierung

HPC

Integration

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Chr

DaimlerChrysler Karmann BMW Porsche Metal forming Structural analysis Crash simulation CAD-System CATIA CATIA CATIA

Grid generation 2D-Shellls 2D-shells, volume elements, inhomogenous grids

2D-Shellelementeinhomogenous grids

BMW Code Owner

Simulation code INDEED PERMAS PAM-CRASH

Numeric Optimisation New solvers, Inhomogenous grids

Stability, inhomogeneous grids

GMD, code owners

VR-Visualisation (Code specific features)

Integration of dbView

Structural analysis support

PAM-VIEW integration

Basic Technology

Integration platform objektoriented Datenexchange using CORBA Standard data objects defined using CORBA-IDL

GMD

Job Scheduler Codine GENIAS

HPSC-platform Parallelrechner, Workstation-cluster (dyn. Lastverteilung)

VR-Visualisation Cyberstage, Responsive Workbench, Walls (Multiple user tracking, Multiple user interaction)

GMD-IMK, Uni Stuttgart

Project Structure

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Chr

New technologies

Grid generationSupport for inhomogeneous grids,Assembler

NumericsFast solvers, optimisation,stability

VR-VisualisationCAE support

HPCLoad balancing

IntegrationInteroperability of applications

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Chr

Surface Surface -- surface surface connection:connection:

WP ‘WP ‘Crashsimulation’Crashsimulation’Grid independent connecting partsGrid independent connecting parts

Point Point -- point connection:point connection:

4

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Chr

WP ‘WP ‘Crashsimulation’Crashsimulation’Inhomogenous Inhomogenous gridsgrids

Old approach using compatible grids:Old approach using compatible grids:

New approach using New approach using inhomogenousinhomogenousand incompatible grids:and incompatible grids:

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Chr

DatumThe maAbteilungVerfasser

20.6.2000Meile nstein IIIEGB3Kai He ller

Variante 2 Konsole

Variante 1 Bolzen

Längsträger

Modellbes chreibung

5

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Chr

Software Integration Software Integration -- 22Integration of CAE Integration of CAE process into product process into product development processdevelopment process

Crash analysis

Data-management, Intranet, Extranet

Project-/Process partner

CAD-data;PDM

Design

Testingdata base

Testing

Occupant-simulationdata base

Occupant-simulation

Engineering officesSuppliers, ...

otherPartners

CAD-data;PDM

Dataset Results Key results

Pre-processor Solver Post-

processor

Meshing;Assembly

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Chr

MeshAssembly

Module

Load CaseModule

SolverModule

PostprocessingReportModule

CAE-Bench

MeshAssembly

tools

Loadcasesetuptools

Resource-Manager

FE-Solver

PostprocessingtoolsPDM-Systems

•CAD models•Connections•Materials

Hypermesh

CrashViewer

Web-Viewer

Hypermesh GRD / CODINE

Pam-Crash

CrashViewerApplication Level

Middle Layer

WebCAE-Bench: Web-based graphical user interface

Workbench Page

PDM-Browser&

Model Read

CAEDatabase

Import PageSearch Page Projekt Page

Generis PamView

CAECAE--Bench Bench -- SimulationsportalSimulationsportalSoftware Software integrationintegration and and datadata--management management systemsystem

ce-object management

IntegrationBus

Client

Server

3 –t

iers

arc

hite

ctur

e

6

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Chr

AUTOBENCH AUTOBENCH offspringoffspringCAECAE--BenchBench ‚‚SolverSolver Module‘Module‘

job job submitsubmit, , controlcontrol and and monitoringmonitoring

queue monitoringqueue monitoring

WebWeb--Browser Browser asas GUIGUI

only requires accessonly requires access to to Internet (Internet (firewall firewall restrictionsrestrictions !)!)

futurefuture: : access withaccess with WAPWAP--HandyHandy

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Chr

MSC.VirtualInsight

Web-based architecture

Application Integration:- Post-Processing Tools- Pre-Processing Tools

Database Support- Central SQL DB (Oracle)

Reporting- Layout Definition- Annotation- PDF Output- Report Compare

Display & Navigation- Preview, Level of Detail- Multiple Structured Views- Collapse/Expand branches- Search

Administration- Access Control, Release- Storyboard Editor

Content Management:Standardized Data Collection and Management for specific DisciplinesHigh Automation and IntegrationSpecific Implementations, Crash, NVH...SQL DB based Data Management

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Chr

Integration: TENT

Joint development by DLR – SISTEC and GMD - SCAI

CORBA

Open environment for integration of other modulesApplications are components

Execution of process graphsEstablish dynamic connections between modulesTransparent transport of service requestsData transport

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Chr

Data Server

Central administration of simulation related data

- CAD- Grids- Preprocessing information

Generic Interface

Blocked data transfer

Access based on parts of simulation models

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Chr

Data Organisation

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Chr

Example Configuration

9

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Chr

Simulationsdatenbanken in Automobilfirmen

• Alle Hersteller speichern Simulationsergebnisse in konsistenter Basis

• Ergebnisse sind monolithische Files- Eingabedaten zum Nachvollziehen der Simulationen- Simulationsergebnisse- Standardauswertungen

• Auf dem zu strukturierten Datenstrukturen

• Kenngrößen zur Bewertung von Entwürfen- z.B. Opel: 200 Kenngrößen zur Bewertung der Eigenschaften einer Rohkarosserie

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Chr

AUTO-OPT Ziel

CADGittergenerierung

PreprocessingSimulation

PostprocessingVR-Visualisierung

Konzeptphase (Vorentwurf):parametrisierte Modelle

Simulations-Daten

OptimierungSensitivitätErsatzmodelle

CADGittergenerierung

PreprocessingSimulation

PostprocessingVR-Visualisierung

Konzeptphase (Vorentwurf):parametrisierte Modelle

Simulations-Daten

OptimierungSensitivitätErsatzmodelle

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Chr

AUTO-OPT Ziele

Allgemein:

- Ausweitung der Simulation- Zeitersparnis - Verbesserung des Fahrzeugentwurfs

Konkret:

- Simulation in der Konzeptphase allgemein nutzbar zu machen,- die große Menge der archivierten Simulationsergebnisse im Sinne eines Datamining

erneut auszuwerten (z.B. für Stabilität und Optimierung) und- multidisziplinäre Optimierung und großräumige Optimierung der Geometrie durch

Kopplung von Simulation und Konzepttools.

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Chr

Anwendungspartner DaimlerChrysler(Umformtechnik)

DaimlerChrysler (Nutzfahrzeuge)

BMW

Karmann Porsche Arbeitspaketleitung INPRO INTES BMW Softwarehäuser und Technologiepartner

FhG-SCAI SFE FhG-SCAI

SFE Uni Stuttgart FHG-SCAI

Umformtechnik Strukturanalyse Crashsimulation Konzeptphase Enge Kopplung von

PERMAS und SFE CONCEPT

Nutzung von Konzeptmodellen für Crashsimulation

Interaktive Simulation Einschrittver-fahren

Numerische Beschleunigung der Analyse von Varianten

Interaktive Änderung der Geometrie

Simulationscode VIKING PERMAS PAM-CRASH

Datamining Vorschläge für Ankonstruktion auf der Basis alter Modelle

Stabilität und Clusteranalyse von Crash-Simulationen

Optimierung, Stabilität und Vorhersagesicherheit

Interaktive Bewertung von Varianten, Versagens-analyse

Designelemente, Kopplung Konzepttools und Simulation für Optimierung

Basistechnologie:

Multidisziplinäre Optimierung (FHG-SCAI, Audi)

Anpassung der TENT Integrationsumgebung an neue Anforderungen (DLR-SISTEC, FHG-SCAI)

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Chr

Stabilitäts unters uchung bei 32 Prozes s oren on SP2

0

20

40

60

80

100

120

140

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000

Takte

Abwe

ichun

g in

mm

Reihe1Reihe2Reihe3Reihe4Reihe5Reihe6Reihe7Reihe8

Differences between several parallel runs on IBM SP-2- mpp-PAM-CRASH 96- contact type 6 / PCSA / 1 slideline

Dev

iatio

ns

Maximum

Average

10 cm

Timesteps

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Chr

DIFFCRASH

.DSY File.DSY File.DSY File.DSY File.DSY File.DSY FileDIFF-CRASH

PAM-VIEWESI

Extended .DSY File

ANIMATORGNS

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Chr

PD3MX – Find interesting areas

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Chr

Singular vectors

[ ]

),()( :

)(1)(

small with ,)()()(ˆ :solution Distorted

t1t0,für t ,1 :yInstabilit

:Problem

010

),(001

),(

),(

1

0

ttLtX

tXA

tX(t)XtX)(tX

XAX

tX

XtXtXtX

AA

A(X,t)tX

t

t ttX

ttX

ttX

′=

∂

∂∂

′′

+′=′

∂∂′=

∂′∂

′′+=

∈>>∆

=∂∂

∫

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Chr

[ ])()()(ˆ falls ,)()(ˆˆ

,),(,

valuesand ectorssingular v ),(), of seigenvalue

vectorsandt coefficien

Lyapunov t tolargefor leads

tA

solution theofpoint each for analysis mode of seigenvalue

0000011

102

0110

),(

tX(t),

tVtXtXtXtX))-X(t(tX

ttttVttLt(tL

xA

ii

ii

ttX

αµ

µ

=−−=

∈

∂∂

∂∂

∗

Stability analysis methods

does not take time evolution into accountgrowth can be faster, than estimated (non-symmetric)

does not monitor the actual situation at a single time step

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Chr

Singular vector analysis for Crash Simulation (Patent of FhG)

ector singular vdominant a ofpart zero-non the tobelong and than

all and somefor ),(),(),(),(

If . timestepsat two points twoare and

),(

),(),(),(),(),(),(),(),(

) (small ),(),(),(),( conditions initialdifferent slightly with irun ofResult ),(

2211

22221111

2211

),t(p),t(p

i,jtpXtpXtpXtpX

),t(p),t(p

tpV

tptpVtpXtptpVtpXtpXtpX

tptpVtpXtpXtpX

jiji

ji

jjiiji

iii

i

αα

αα

εαεα

εεα

−≈−

−≈

−−−++=−

++=

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Chr

DPN – Find the origin (Patent of FhG)

80 ms

50 ms

Red: Strong dependency of undeterminismto selected node andstate on fire wall

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Chr

DPN (Patent of FhG)60 ms 24 ms

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Chr

DPNCluster (Patent of FhG)

- Based on dependence functional

- ProcedureSelect one stateGroup those nodes of this state, which are related to each other and assign to them the same value.Assign nodes of all other states to one of the clusters, if a relation exists.

- Parameters:Reference StateThreshold for dependence functional (default: 0.66)Minimal cluster size (default: 300)

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Chr

DPNCluster RefState 81, 0.66, 300 State 81

Each color represents one cluster

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Chr

DPNCluster RefState 81, 0.66, 300 State 81

4 colors

2 clusters on the firewall

Cluster 2

Cluster 1

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Chr

DPNCluster RefState 81, 0.66, 300State 28

Origin Cluster 2

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Chr

Extreme cases

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Chr

DataMining auf Simulationsdatenbanken

• Stabilitätsanalyse

• Design of Experiment

• Optimierung

• Entwicklung einfacher Bauteilmodelle für die Konzeptphase

• Generierung von Produktionsprozessen aus vorhandenen Entwürfe(Umformsimulation)

• Knowledge Discovery

Entdecken neuer Gesetzmäßigkeiten

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Chr

Aufgaben

• Entwicklung von Similarity functions, um ähnliche Modelle zu finden

• Aufbau von Modellindices zum schnellen Zugriff auf verwandte Modelle

• Clusterung von Modellentwürfen

• embedded DataMining

- gleichzeitige Analyse der Simulationsdaten parallel zum Entwurfsprozess

- Automatisches Auffinden von zielführenden Weiterentwicklungsstrategien