Development of a methodology for quantum computing potential evaluation of manufacturing simulations

Abstract

As lâminas integradas a discos (blisks) são, atualmente, uma tendência na indústria aeronáutica. Porém, componentes de geometria complexa como esse requerem tecnologias e métodos avançados de produção. Tais métodos e tecnologias utilizam, na maioria, simulações em uma ou mais etapas do processo, as quais permitem simular a produção do componente antes que esta aconteça no mundo real permitindo a análise da provável qualidade final. Simulações mais realistas utilizam mais parâmetros, o que requer mais recursos computacionais e tempo para alcançar o resultado desejado. Nesse contexto, métodos de computação quântica (CQ) são visados como meios de solução para tais problemas. Considerando isso, foi desenvolvida neste trabalho uma metodologia que seja capaz de apontar as etapas das simulações com gasto excessivo de recursos e avaliar o potencial de tais etapas para a aplicação de soluções de CQ, que irão reduzir ou eliminar esses gastos. O foco da pesquisa é direcionado para simulações do departamento OE120 do Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie, como casos de estudo. A metodologia tem, no entanto, a pretensão de ser genericamente aplicável.

Blade integrated disks (blisks) are currently extensively used in the aeronautical industry, due to their assembly advantage and their reduced weight. However, such complex geometry components require advanced production methods and technologies. These methods and technologies use simulations at one or more stages of the process, which makes it possible to simulate the production of the component before it happens in the real world and to analyze the likely final quality. More realistic simulations use more parameters, which requires more computing resources and time to achieve the desired result, e.g. digital twin models. In this context, \gls{QC} methods are seen as promising means for solving such problems. With this in mind, the aim is to develop a methodology which, when applied, is capable of pinpointing the steps in simulations which use up excessive resources and assessing the potential of these steps for the application of QC solutions which will reduce or eliminate these costs. The focus of the work will be on simulations from High Performance Cutting department of the Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie, as case studies. However, the methodology is intended to be generally applicable. Bottelenecks for which QC application is suitable were found, although feasibility is demonstrated to be still unreachable in current quantum hardware.