Echtzeitfähige Kollisionsberechnungen für die virtuelle Inbetriebnahme in der Produktionstechnik durch Parallelisierung (EKoVIP)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576083193

In diesem Vorhaben wird eine parallelisierte Kollisionsberechnung für die virtuelle Inbetriebnahme entwickelt. Diese wird auf einem Grafikprozessor (Graphics Processing Unit, GPU) ausgeführt und in eine Echtzeit-Co-Simulation integriert. Im Zusammenspiel von Maschinen, Werkzeugen und Werkstücken ist die virtuelle Inbetriebnahme eine wichtige Methode, um den Produktionsprozess in Abhängigkeit mit der Steuerung zu testen. Die exakte Kollisionsberechnung ist dabei speziell in der Produktionstechnik ein wichtiger Faktor. Die physikalische Kollisionsberechnung erweist sich insbesondere bei variantenreichen Stückgütern mit komplexer Geometrie als anspruchsvoll, da hier eine hohe Präzision in großer Stückzahl gefordert ist. Im Bereich der virtuellen Inbetriebnahme existieren bereits Co-Simulations-Architekturen, die um eine parallelisierte Kollisionsberechnung ergänzt werden können. Im Rahmen des beantragten Vorhabens wird zu Beginn eine Untersuchung der Daten- und Zeitsynchronisierung einer GPU durchgeführt. Ziel dieser Untersuchung ist es, einen zusätzlichen GPU-Solver in die bestehende Co-Simulations-Architektur zu integrieren. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf die Herausforderungen der Synchronisation von Datenflüssen und der Zeitschritte des GPU-Solvers gelegt. Das Ziel besteht in der Gewährleistung einer effizienten und zeitlich synchronisierten Kommunikation zwischen den verschiedenen Simulationskomponenten, um potenzielle Taktverschiebungen zu vermeiden. Ein zentraler Aspekt dieser Untersuchung ist der Echtzeittakt der GPU, die sicherstellt, dass die Berechnungen innerhalb eines festgelegten Zeitrahmens durchgeführt werden kann. Im weiteren Verlauf des Vorhabens wird ein Kollisionsalgorithmus entwickelt, der sowohl die Kollisionsdetektion als auch die Kollisionsauflösung auf der GPU umfasst. Dabei wird auf bereits bestehenden Ansätzen aufgebaut. Dieser Algorithmus wird anschließend in die Co-Simulationsumgebung integriert, sodass er analog zu den anderen Solvern mit den verschiedenen Komponenten der Simulation zusammenarbeitet. Die Funktionalität und Performance des Gesamtkonzepts werden schließlich anhand eines Beispielszenarios validiert. In diesem Szenario wird ein Entlade- und Separierprozess simuliert, bei dem eine große Anzahl an Stückgütern berücksichtigt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Armin Lechler