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Data-Mining Algorithmen für die Stabilitätsanalyse von Crash-Simulationsergebnissen
Clemens-August [email protected]
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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:
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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
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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
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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
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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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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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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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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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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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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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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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Extreme cases
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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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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
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