一、企業(yè)簡(jiǎn)介
武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱武漢重工）隸屬于中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司，是中國(guó)造船工業(yè)和中南地區(qū)的最大鑄鍛中心，是集煉鋼、鍛造、有色鑄造、機(jī)械加工、熱處理、成套設(shè)備制造于一體的國(guó)家大型企業(yè)。
武漢重工創(chuàng)建于1958年，經(jīng)歷了建設(shè)、改革、發(fā)展的創(chuàng)業(yè)歷程。我國(guó)第一支萬(wàn)噸輪螺旋槳，第一根TR鐓鍛全纖維曲軸，第一支大口徑厚壁無(wú)縫鋼管，華西村天下第一鐘等在我們公司誕生，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。船用大馬力低速柴油機(jī)曲軸生產(chǎn)基地在青島海西灣建成并投產(chǎn)。公司建立有完善的質(zhì)量保證體系，通過(guò)ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證，船舶產(chǎn)品通過(guò)國(guó)內(nèi)、外九家船級(jí)社認(rèn)可并取得大口徑厚壁無(wú)縫鋼管、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、超高壓容器等產(chǎn)品制造許可證。公司擁有水壓機(jī)大型鍛件、大口徑厚壁無(wú)縫鋼管、船用柴油機(jī)曲軸總成、有色鑄件、成套設(shè)備等五條專業(yè)化生產(chǎn)線。為中外造船、航天航空、水利電力、石油化工、礦山冶金、機(jī)械制造等行業(yè)用戶提供了各類大中型船用軸系、舵系、螺旋槳、船用大型柴油機(jī)曲軸、中速柴油機(jī)曲軸及低速柴油機(jī)零部件、電站用大口徑厚壁無(wú)縫鋼管等優(yōu)質(zhì)鑄鍛件產(chǎn)品及成套設(shè)備產(chǎn)品。公司現(xiàn)已成為我國(guó)造船工業(yè)鑄鍛件專業(yè)配套基地和大口徑厚壁無(wú)縫鋼管生產(chǎn)基地，為我國(guó)國(guó)防和現(xiàn)代化建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)。
二、CAD/CAM實(shí)際應(yīng)用情況
武漢重工是典型的離散型制造企業(yè)，技術(shù)部門日常工作包括：大型鍛件產(chǎn)品建模、螺旋槳產(chǎn)品設(shè)計(jì)、曲軸產(chǎn)品設(shè)計(jì)、熱加工成型仿真計(jì)算、機(jī)械加工過(guò)程仿真等。對(duì)于復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)和加工要求高，同時(shí)對(duì)大型熱加工產(chǎn)品成型工藝的優(yōu)化非常關(guān)注。因此，日常工作任務(wù)較重，時(shí)間要求很緊。目前，武漢重工鑄鍛的研發(fā)部門共有20臺(tái)圖形工作站，主要搭配的是酷睿i3處理器，少數(shù)搭配了至強(qiáng)四核及六核處理器。顯卡主要為NVIDIA Quadro 600，軟件應(yīng)用平臺(tái)包括AUTOCAD、PRO/E和DEFORM。筆者主要負(fù)責(zé)大型仿真模型的建模和有限元分析計(jì)算，這類應(yīng)用對(duì)設(shè)計(jì)平臺(tái)的3D性能、計(jì)算性能要求都很高。
三、當(dāng)前企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題
隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)節(jié)奏的加快，以及產(chǎn)品復(fù)雜度的提升，現(xiàn)有工作站平臺(tái)已經(jīng)越來(lái)越無(wú)法滿足企業(yè)的設(shè)計(jì)需求，突出表現(xiàn)在：大型產(chǎn)品建模、仿真、有限元計(jì)算的時(shí)間耗費(fèi)過(guò)長(zhǎng)，計(jì)算性能不足導(dǎo)致設(shè)計(jì)體驗(yàn)較差。操作過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)模型操作不夠流暢、卡屏甚至死機(jī)時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響研發(fā)設(shè)計(jì)效率。另外，企業(yè)缺乏高性能的移動(dòng)工作站開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，普通筆記本電腦難以滿足高性能三維建模和仿真計(jì)算要求。近年來(lái)，為進(jìn)一步提升企業(yè)的工業(yè)研發(fā)能力，優(yōu)化產(chǎn)品工藝并降低研發(fā)成本，公司準(zhǔn)備引入更先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)和仿真軟，這對(duì)硬件平臺(tái)提出了更高的要求。
四、ThinkPad W530助力武漢重工提升工藝設(shè)計(jì)水平
ThinkPad W530繼承了ThinkPad W系列移動(dòng)工作站的所有優(yōu)良血統(tǒng)，通過(guò)了8項(xiàng)軍標(biāo)測(cè)試，可以經(jīng)受各種嚴(yán)酷環(huán)境下工作考驗(yàn)。它僅僅只有2.7千克以下重量，是業(yè)界最輕的移動(dòng)工作站之一。W530采用了第三代英特爾酷睿 i5 & i7(可選雙核、四核、至尊四核)處理器以及NVIDIA Quadro K2000M專業(yè)級(jí)顯卡為動(dòng)力基礎(chǔ)，為工程師繁復(fù)設(shè)計(jì)帶來(lái)了強(qiáng)勁的驅(qū)動(dòng)力和高速體驗(yàn)。
圖 1 ThinkPad W530移動(dòng)工作站
ThinkPad W530專門集成了Xrite色彩校正器，可以對(duì)顯示屏進(jìn)行色彩校正，真正實(shí)現(xiàn)色彩一致性。Xrite采用了獨(dú)特的傳感器設(shè)計(jì)，其一直被視為圖形工作站平臺(tái)采用的尖端技術(shù)。而為此配備的新的軟件用戶界面也使得操控更加簡(jiǎn)單易用。此外，W530支持高達(dá)4個(gè)擴(kuò)展顯示器。
體驗(yàn)一：仿真平臺(tái)應(yīng)用性能
本次選用的軟件是熱加工成形仿真平臺(tái)DEFORM，以及設(shè)計(jì)平臺(tái)PRO/E、Solidworks等，主要用于企業(yè)大型鑄鍛件的澆鑄、鍛壓、熱處理等工藝環(huán)節(jié)的成形仿真研發(fā)。為更好的感受ThinkPad W530的性能，我們選用了2款公司配置較好的臺(tái)式工作站和ThinkPad W530做對(duì)比測(cè)試。
表 1 臺(tái)式工作站A與ThinkPad W530配置對(duì)比
DEFORM是一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關(guān)工業(yè)的各種成形工藝和熱處理工藝。通過(guò)在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)加工過(guò)程，幫助工程師和設(shè)計(jì)人員提高工模具設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)和材料成本，縮短新產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)周期。
圖 2 網(wǎng)格劃分
劃分網(wǎng)格是建立有限元模型的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問(wèn)題較多，需要的工作量較大，所劃分的網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算精度和計(jì)算規(guī)模將產(chǎn)生直接影響。圖1用DEFORM劃分10萬(wàn)網(wǎng)格，原6核臺(tái)式工作站需要18秒，本機(jī)僅需12秒，速度加快30%，提升非常明顯。
圖 3 鋼錠沖孔模擬
圖3對(duì)某型鋼錠沖孔過(guò)程進(jìn)行模擬。網(wǎng)格10萬(wàn)個(gè)，主要是計(jì)算該種狀態(tài)下的沖孔力，金屬的流動(dòng)方向，溫度變化等，可觀察整個(gè)沖孔過(guò)程的材料損耗。該鋼錠沖孔后還要繼續(xù)進(jìn)行拔伸模擬，通過(guò)模擬可以分析出鋼錠某一位置的應(yīng)力、應(yīng)變等變化，可以確定某一位置是受拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力，為后續(xù)性能試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)參考，還可以對(duì)性能試驗(yàn)不合格產(chǎn)生的原因進(jìn)行追溯分析。
在ThinkPad W530上運(yùn)行DEFORM，和圖2測(cè)試情況類似，不論是從調(diào)入模型，網(wǎng)格劃分，還是前置處理設(shè)置以及邊界條件選擇的速度都明顯快于用于對(duì)比的臺(tái)式工作站。因公司臺(tái)式工作站性能有限，公司大型產(chǎn)品模型在DEFORM仿真計(jì)算時(shí)，網(wǎng)格數(shù)量一般設(shè)定在十萬(wàn)個(gè)左右，而網(wǎng)格數(shù)量直接影響到最終計(jì)算結(jié)果的精確程度，公司典型產(chǎn)品的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量理想值應(yīng)在15萬(wàn)個(gè)以上。鑒于ThinkPad W530在常規(guī)設(shè)定測(cè)試中的優(yōu)異表現(xiàn)，我們加大了典型產(chǎn)品的網(wǎng)格數(shù)量設(shè)定，觀察ThinkPad W530在高強(qiáng)度持續(xù)運(yùn)算狀態(tài)下的表現(xiàn)。
圖 4 壓實(shí)效果
圖 5 壓實(shí)效果
圖4和圖5是產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中利用DEFORM對(duì)FM法的壓實(shí)效果進(jìn)行分析，通過(guò)修改不同的參數(shù)，反復(fù)比對(duì)以確定最終的工藝參數(shù)。為節(jié)省模擬時(shí)間，只開(kāi)成形模塊，關(guān)閉熱傳導(dǎo)等分析模塊。該產(chǎn)品模型網(wǎng)格劃分187216個(gè)，運(yùn)算28步，ThinkPad W530共耗時(shí)23min，運(yùn)算速度明顯快于臺(tái)式工作站的38min。此項(xiàng)是在室溫26度中進(jìn)行，用紅外測(cè)溫儀測(cè)得ThinkPad W530鍵盤左上角出風(fēng)口溫度最高到39度，整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)器散熱性能表現(xiàn)非常優(yōu)異！
圖 6 模擬42機(jī)曲柄彎鍛
圖6為模擬42機(jī)曲柄彎鍛，DEFORM網(wǎng)格劃分15萬(wàn)個(gè)左右，圖中所示模型在臺(tái)式工作站A上運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)2個(gè)小時(shí)左右，但ThinkPad W530的運(yùn)算時(shí)間為1.5小時(shí)，時(shí)間大幅縮短。整個(gè)運(yùn)行過(guò)程非常穩(wěn)定，CPU溫度始終保持在43度。
圖 7 應(yīng)變模型
圖7是在仿真運(yùn)算完成后，利用DEFORM平臺(tái)后處理模塊DEFORM-3D Post模塊對(duì)應(yīng)變進(jìn)行分析。通過(guò)觀察中心到表面的應(yīng)變，確定產(chǎn)品的壓實(shí)效果。在DEFORM中選擇的點(diǎn)需重新計(jì)算才能生成曲線圖，為便于觀察，一般選擇云圖，該項(xiàng)操作對(duì)CPU的運(yùn)算速度及顯卡要求很高。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試統(tǒng)計(jì)，ThinkPad W530生成曲線的速度較A機(jī)平均提高33%，顏色表現(xiàn)上更加細(xì)膩！
圖 8 色彩渲染
圖8為在ThinkPad W530上的渲染效果，無(wú)論從畫質(zhì)、細(xì)膩度以及透視感都比較好，這得益于ThinkPad W530所搭配的NVIDIA Quadro K2000M專業(yè)顯卡。較之臺(tái)式工作站A所搭配的NVIDIA Quadro 600專業(yè)顯卡，無(wú)論是顯存大小、計(jì)算速度，NVIDIA Quadro K2000M都有著非常大的優(yōu)勢(shì)。因此，在渲染速度和效果上有著非常不錯(cuò)的效果。
體驗(yàn)二：3D設(shè)計(jì)平臺(tái)應(yīng)用性能
PRO/E和Solidworks等是當(dāng)今市場(chǎng)上流行的三維設(shè)計(jì)軟件，也是武漢重工技術(shù)人員主要的設(shè)計(jì)工具。相對(duì)基于有限元分析的DEFORM應(yīng)用，設(shè)計(jì)類軟件在整體性能上對(duì)電腦硬件要求稍低。本次測(cè)試中，我們主要對(duì)PRO/E和Solidwords兩款軟件在不同硬件平臺(tái)上的表現(xiàn)進(jìn)行了對(duì)比。
表 2 臺(tái)式工作站B與ThinkPad W530配置對(duì)比
PRO/E是美國(guó)PTC公司的一款三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是制造業(yè)工程設(shè)計(jì)人員非常熟悉的一款軟件，對(duì)電腦硬件的要求偏重于圖形卡的渲染效果和顯示速度。NVIDIA Quadro 600是當(dāng)初武漢重工引入PRO/E系統(tǒng)時(shí)軟件廠商對(duì)顯卡的推薦配置，已經(jīng)可以滿足公司日常設(shè)計(jì)3D設(shè)計(jì)要求。所以，在本次對(duì)比測(cè)試中，技術(shù)人員沒(méi)有發(fā)現(xiàn)兩個(gè)硬件平臺(tái)上PRO/E表現(xiàn)的過(guò)多差異，只是在進(jìn)行大型PRO/E組裝零件時(shí)，臺(tái)式工作站偶有卡頓現(xiàn)象，ThinkPad W530則始終表現(xiàn)流暢。
圖 9 鋼錠沖孔裝配圖
圖8是在Solidworks軟件上的鋼錠沖孔的裝配圖，主要考驗(yàn)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度及顯示效果，與臺(tái)式工作站相比，測(cè)試人員反映，借助于NVIDIA Quadro K2000M的強(qiáng)大性能ThinkPad W530在鼠標(biāo)拖拽、切換的微操作中，反應(yīng)更加靈敏、流暢。
在3D設(shè)計(jì)平臺(tái)測(cè)試中，ThinkPad W530表現(xiàn)出游刃有余的優(yōu)勢(shì)， 而在對(duì)硬件系統(tǒng)有“雙高”（高計(jì)算性能、高圖形性能）要求的仿真計(jì)算、演示測(cè)試中，ThinkPad W530則充分體現(xiàn)擁有出強(qiáng)橫的心臟——8核CPU，健壯體魄——NVIDIA Quadro K2000M圖形卡的巨大優(yōu)勢(shì)，使用感受上完勝測(cè)試“對(duì)手”臺(tái)式機(jī)，給人留下深刻印象。
五、使用感受及評(píng)價(jià)
通過(guò)一周的試用，我們充分感受到了采用NVIDIA Quadro K2000M 的ThinkPad W530移動(dòng)工作站在仿真應(yīng)用及3D設(shè)計(jì)中給企業(yè)帶來(lái)的效率提升。我們認(rèn)為，隨著中國(guó)制造企業(yè)自主研發(fā)設(shè)計(jì)能力的提升，產(chǎn)品的仿真分析以及3D應(yīng)用設(shè)計(jì)將越來(lái)越廣泛，有諸如ThinkPad W530移動(dòng)工作站這樣的高性能平臺(tái)的支撐，中國(guó)制造企業(yè)的研發(fā)設(shè)計(jì)效率將得到極大提升。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題：ThinkPad W530，加速產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)
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