Simulation 5.0 mit KI-Agents und High Speed: Willkommen im Omniverse

Bevor eine Krones-Abfüllanlage in Betrieb geht, wird jeder Prozessschritt exakt auf individuelle Anforderungen des Kunden abgestimmt. Denn Präzision ist die Voraussetzung für die reibungslosen Abläufe, den maximalen Durchsatz und die minimalen Verluste, die Krones seinen Kunden garantiert. Dieses Versprechen erreicht Krones, indem gemeinsam mit dem Betreiber jedes Detail seines Verarbeitungsprozesses durch physikbasierte Simulationen unter die Lupe genommen wird.

Damit beispielsweise Flaschen mit der exakt benötigten Menge an Getränk befüllt werden oder der Inhalt beim Transport nicht überschwappt, werden diese Vorgänge von Krones in Strömungssimulationen vorausberechnet und analysiert. Ist die ideale Konfiguration am Digitalen Zwilling gefunden, wird sie von den Prozessingenieuren auf die reale Anlage übertragen.

Der – buchstäbliche – „Wermutstropfen“: Weil die Modelle sehr detailliert und damit rechenintensiv sind und es um viele isolierte, proprietäre und sequenzielle Simulationen ging, lagen Ergebnisse bisher oft erst nach etwa vier Stunden Rechenzeit vor. Erst dann konnten sie mit weiteren Faktoren verknüpft und Optimierungsmaßnahmen abgeleitet und umgesetzt werden.

Der digitale Zwilling wurde auch für die Entwicklung und Optimierung des neuen Ingeniq-Linienkonzepts von Krones genutzt, das auf der drinktec 2025 vorgestellt wurde. | © Krones

Integriert statt sequenziell: Simulation in NVIDIA Omniverse

Angesichts verschärfter Wettbewerbsbedingungen und wachsendem Kostendruck wurden solche Wartezeiten zunehmend hinterfragt, zumal neue Technologien ganz neue Möglichkeiten versprechen. Eine davon ist NVIDIA Omniverse. Mehr Plattform als Werkzeug schafft NVIDIA Omniverse ein durchgängiges, offenes und vernetztes Engineering-Umfeld, das Simulation, KI, Visualisierung, Automation und reale Datenquellen in einem gemeinsamen digitalen Raum zusammenführt.

Krones ist diesen Weg gegangen. Mit einem Partner-Ökosystem wurde in Omniverse innerhalb von zwei Monaten eine Lösung entwickelt, die

• Simulationszeiten von bisher vier Stunden auf wenige Minuten komprimiert,

• Anlagenoptimierungen quasi in Echtzeit ermöglicht und

• über die von CADFEM entwickelte neue GPU-basierte Simulationsmethode für Ansys Fluent Filling- und Sloshing-Prozesse genau abbildet. Darin kommen KI-Agents zum Einsatz, die lernen und selbst datenbasiert Optimierungsentscheidungen treffen.

Technologien von NVIDIA, Synopsys und Microsoft

Die technologische Basis sind die Verknüpfung von NVIDIA Omniverse mit Ansys Fluent, der CFD-Simulationssoftware von Synopsys, und der Microsoft Azure Cloud.

NVIDIA Omniverse als Echtzeit-Plattform für kollaboratives Engineering ist ein Teil des Industrial Metaverse. In einer konsistenten OpenUSD Szene verbindet sie CAD, physikalische Feldsimulation und IoT Daten und ermöglicht interdisziplinäre Zusammenarbeit sowie physikalisch fundierte Entscheidungsprozesse. Die modulare Architektur mit Connectors, Extensions, Apps und Cloud Services ist die flexible Basis für GPU beschleunigte Simulation und KI gestützte Automatisierung.

In Kombination mit PyAnsys, dem pythonisierten Zugriff auf sämtliche Ansys-Solver von Synopsys, entstehen End to End Workflows auf Basis von Ansys Fluent: vollständig automatisiert, durchgängig reproduzierbar und nahtlos von der Simulation bis zur USD basierten Visualisierung integrierbar.

Zusätzlich zur GPU-beschleunigten Simulation wird die erforderliche Rechenleistung über die sichere und skalierbare Microsoft Azure Cloud-Infrastruktur bereitgestellt.

Expertise von SoftServe und CADFEM

Neben den verwendeten Schlüssel-Technologien gehören die Diensleister SoftServe und CADFEM zum Partner-Ökosystem von Krones. Während der IT-Spezialist SoftServe alle Einzelbausteine zu einem umfassenden Digitalen Zwilling integriert, liegt der Fokus von CADFEM im Aufbau eines Simulationsworkflows auf Basis von…Strömungssimulationen für Füll- und Schwapp-Vorgänge. CADFEM hat für Krones eine GPU-basierte Methode für Ansys Fluent entwickelt und somit die Voraussetzungen für extrem schnelle und KI-unterstützte CFD-Anwendungen in der Omniverse-Umgebung geschaffen.

CADFEM ist seit über 40 Jahren enger Partner von Ansys, heute Teil von Synopsys. Fast genauso lange besteht die Zusammenarbeit von CADFEM mit der Krones AG im Bereich der Simulation, deren jüngster Meilenstein dieses Projekt ist. Darin wurden CFD-Experten von CADFEM für Strömungssimulationen mit Ansys Fluent eingebunden, die in NVIDIA Omniverse eine bisher nicht gekannte Aussagekraft und Geschwindigkeit erlangten.

Füll- und Schwappsimulationen mit Ansys Fluent durch CADFEM

Nicht nur jede Flasche ist anders, auch die Getränke unterscheiden sich in ihrer Konsistenz oder Dichte und Viskosität. Dies führt zu unterschiedlichsten Maschinenkonfigurationen, die im Berechnungsaufsatz abgebildet werden müssen. Alle Stränge im Blick zu haben, um auf das gesamte Spektrum an kunden- und anlagenspezifischen Aspekte eingehen zu können, war die Aufgabe der CADFEM CFD-Experten in der Vorbereitung der Basissimulationen für die anschließende Automatisierung. Ein zusätzlicher wichtiger Aspekt war auch die finale Visualisierung und die vollständige Einbettung in Omniverse, um eine nahtlose und ansprechende Darstellung der errechneten Felddaten, beispielsweise der freien Oberflächen, zu gewährleisten.

CFD-Experten des Krones-Partners für Simulationen, CADFEM, haben in Ansys Fluent die Filling- und Sloshing Effekte unterschiedlicher Flaschen- und Flüssigkeitskonstellationen analysiert und optimiert. | © Krones

Fazit

Omniverse als übergreifende Plattform, die alle Daten, Modelle, KI Mechanismen und Workflows zu einem kohärenten, interaktiven, automatisierbaren Engineering Ökosystem zusammenführt, ist das Bindeglied zwischen Simulation, KI und realem Betrieb. Es ermöglicht eine neue, hochgradig detaillierte Generation an Digitalen Zwillingen, die nicht nur Produkte und Systeme, sondern auch Parameter aus Umgebung und Betrieb abbilden.

Krones nutzt Omniverse und mit GPU beschleunigte CFD-Simulationen, um Füllprozesse und Anlagenlayouts virtuell abzubilden. Sloshing Effekte lassen sich detailliert visualisieren und in realitätstreuen Linienumgebungen bewerten. Gemeinsam mit dem Partner-Ökosystem wurden diese Ansätze zu einem vollständig digitalen Anlagenzwilling zusammengeführt. Er vernetzt Planung, Betrieb und Service und ermöglicht eine höhere Prozesssicherheit. Krones ist damit in der Lage, seinen Kunden die Performance der Anlage für unterschiedliche Anforderungen im Vorfeld zu garantieren.

Das Projekt bei Krones zeigt, wie CADFEM diese Möglichkeiten mit etablierten CAE-Workflows verbindet und sie für das Engineering nutzbar macht.