(Autor: J. F. Caseiro, P. Alberto)
Centro Tecnológico da Industria dos Moldes, Ferramentas Especiais e Plásticos (CENTIMFE), Marinha-Grande, Portugal
Laboratório de Computação Avançada – Universidade de Coimbra, Coimbra, Portugal

Descreve-se o projeto TOOLING4G, um caso de uso de HPC (High Performance Computing – Computação de Alto Desempenho) numa simulação de Dinâmica de Fluidos Computacional com interesse para a indústria de moldes e plásticos. Conclui-se que o uso de HPC leva a ganhos substanciais de tempo de simulação, potenciando ganhos de produtividade e de competitividade das SMEs deste setor no desenvolvimento de novos produtos. Este projeto foi o primeiro projeto português desenvolvido no âmbito do programa SHAPE do PRACE, a infraestrutura europeia de computação avançada.Descreve-se o projeto TOOLING4G, um caso de uso de HPC (High Performance Computing – Computação de Alto Desempenho) numa simulação de Dinâmica de Fluidos Computacional com interesse para a indústria de moldes e plásticos. Conclui-se que o uso de HPC leva a ganhos substanciais de tempo de simulação, potenciando ganhos de produtividade e de competitividade das SMEs deste setor no desenvolvimento de novos produtos. Este projeto foi o primeiro projeto português desenvolvido no âmbito do programa SHAPE do PRACE, a infraestrutura europeia de computação avançada.

Uma das principais fontes de ruídos que é percecionada no interior de um veículo automóvel em movimento advêm da utilização de motores de combustão. No entanto, com a evolução da motorização dos veículos automóveis, e em particular no caso dos motores elétricos, os ruídos relacionados com o funcionamento do motor foram reduzidos de forma significativa. Consequentemente, ruídos anteriormente classificadas como menores e que se encontravam mascarados por outros mais percetíveis, apresentam agora uma relevância acrescida. Neste sentido, o sistema de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC) apresenta-se como uma das maiores fontes de ruído no interior do habitáculo, sendo este, no entanto, um equipamento fulcral para garantir o conforto térmico dos utilizadores.

Utilizando a Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD do inglês Computacional Fluid Dynamics), é possível o ruído devido ao escoamento do ar e efeitos de turbulência com recurso a um modelo aero-acústico. No entanto, este modelo requer o uso de formulações como o Detached-Eddy Simulation (DES), malhas com elevado grau de refinamento e incrementos de tempo reduzidos. Todos estes fatores resultam em modelos numéricos complexos que necessitam de várias semanas de tempo de execução. Por essa razão, é pretendido com este estudo demonstrar as vantagens da utilização de recursos de Computação de Alto Desempenho (HPC, do inglês High-Performance Computing) para resolução de problemas industriais complexos. Para tal é utilizado o Cluster Navigator do Centro de Computação Avançada (LCA) da Universidade de Coimbra.

Os resultados obtidos demonstram que, quando comparado com uma workstation com 4 cores, a utilização do Navigator com 64 cores distribuídos em dois nós permite reduzir o tempo de computação num fator de aproximadamente 12.3. A simulação CFD completa necessitou de um tempo de execução de aproximadamente 144h. A mesma simulação, realizada na workstation, necessitaria de aproximadamente 74 dias.

Análises numéricas deste tipo apresentam bastantes benefícios para a Indústria, e em particular para as indústrias dos Moldes e Plásticos, uma vez que permitem desenvolver e analisar novos conceitos durante as etapas iniciais de projeto, reduzindo ou evitando alterações posteriores que apresentam custos mais significativos. Os resultados obtidos, em termos de tempo computacional, evidenciam ainda os benefícios da utilização de HPC, sendo estes especialmente relevantes para PMEs que não possuam in-house o hardware de processamento necessário para resolver problemas complexos e computacionalmente dispendiosos. A utilização de HPC poderá dar às PMEs acesso a ferramentas que permitam otimizar os seus processos, aumentar a produtividade e reduzir custos relacionados com o desenvolvimento de novos produtos, tornando-as, desta forma, mais competitivas no mercado atual.
Este trabalho foi realizado no âmbito do SHAPE (SME HPC Adoption Programme in Europe), uma iniciativa europeia com o apoio do projeto PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) que pretende demonstrar às Pequenas e Médias Empresas (PMEs) as vantagens da utilização de HPC.