一、企業(yè)簡介
武漢重工鑄鍛有限責任公司（簡稱武漢重工）隸屬于中國船舶重工集團公司，是中國造船工業(yè)和中南地區(qū)的最大鑄鍛中心，是集煉鋼、鍛造、有色鑄造、機械加工、熱處理、成套設(shè)備制造于一體的國家大型企業(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。我國第一支萬噸輪螺旋槳，第一根TR鐓鍛全纖維曲軸，第一支大口徑厚壁無縫鋼管，華西村天下第一鐘等在我們公司誕生，填補了國內(nèi)空白。船用大馬力低速柴油機曲軸生產(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ISO9001質(zhì)量體系認證，船舶產(chǎn)品通過國內(nèi)、外九家船級社認可并取得大口徑厚壁無縫鋼管、液壓啟閉機、超高壓容器等產(chǎn)品制造許可證。公司擁有水壓機大型鍛件、大口徑厚壁無縫鋼管、船用柴油機曲軸總成、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、船用大型柴油機曲軸、中速柴油機曲軸及低速柴油機零部件、電站用大口徑厚壁無縫鋼管等優(yōu)質(zhì)鑄鍛件產(chǎn)品及成套設(shè)備產(chǎn)品。公司現(xiàn)已成為我國造船工業(yè)鑄鍛件專業(yè)配套基地和大口徑厚壁無縫鋼管生產(chǎn)基地，為我國國防和現(xiàn)代化建設(shè)作出了重要貢獻。
二、CAD/CAM實際應(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、曲軸產(chǎn)品設(shè)計、熱加工成型仿真計算、機械加工過程仿真等。對于復(fù)雜曲面設(shè)計和加工要求高，同時對大型熱加工產(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，時間要求很緊。目前，武漢重工鑄鍛的研發(fā)部門共有20臺圖形工作站，主要搭配的是酷睿i3處理器，少數(shù)搭配了至強四核及六核處理器。顯卡主要為NVIDIA Quadro 600，軟件應(yīng)用平臺包括AUTOCAD、PRO/E和DEFORM。筆者主要負責大型仿真模型的建模和有限元分析計算，這類應(yīng)用對設(shè)計平臺的3D性能、計算性能要求都很高。
三、當前企業(yè)研發(fā)設(shè)計面臨的問題
隨著市場競爭節(jié)奏的加快，以及產(chǎn)品復(fù)雜度的提升，現(xiàn)有工作站平臺已經(jīng)越來越無法滿足企業(yè)的設(shè)計需求，突出表現(xiàn)在：大型產(chǎn)品建模、仿真、有限元計算的時間耗費過長，計算性能不足導(dǎo)致設(shè)計體驗較差。操作過程中經(jīng)常會出現(xiàn)模型操作不夠流暢、卡屏甚至死機時有發(fā)生，嚴重影響研發(fā)設(shè)計效率。另外，企業(yè)缺乏高性能的移動工作站開展現(xiàn)場調(diào)試，普通筆記本電腦難以滿足高性能三維建模和仿真計算要求。近年來，為進一步提升企業(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，公司準備引入更先進的三維設(shè)計和仿真軟，這對硬件平臺提出了更高的要求。
四、ThinkPad W530助力武漢重工提升工藝設(shè)計水平
ThinkPad W530繼承了ThinkPad W系列移動工作站的所有優(yōu)良血統(tǒng)，通過了8項軍標測試，可以經(jīng)受各種嚴酷環(huán)境下工作考驗。它僅僅只有2.7千克以下重量，是業(yè)界最輕的移動工作站之一。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)級顯卡為動力基礎(chǔ)，為工程師繁復(fù)設(shè)計帶來了強勁的驅(qū)動力和高速體驗。
圖 1 ThinkPad W530移動工作站
ThinkPad W530專門集成了Xrite色彩校正器，可以對顯示屏進行色彩校正，真正實現(xiàn)色彩一致性。Xrite采用了獨特的傳感器設(shè)計，其一直被視為圖形工作站平臺采用的尖端技術(shù)。而為此配備的新的軟件用戶界面也使得操控更加簡單易用。此外，W530支持高達4個擴展顯示器。
體驗一：仿真平臺應(yīng)用性能
本次選用的軟件是熱加工成形仿真平臺DEFORM，以及設(shè)計平臺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式工作站和ThinkPad W530做對比測試。
表 1 臺式工作站A與ThinkPad W530配置對比
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。通過在計算機上模擬整個加工過程，幫助工程師和設(shè)計人員提高工模具設(shè)計效率，降低生產(chǎn)和材料成本，縮短新產(chǎn)品的研究開發(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重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問題較多，需要的工作量較大，所劃分的網(wǎng)格數(shù)量對計算精度和計算規(guī)模將產(chǎn)生直接影響。圖1用DEFORM劃分10萬網(wǎng)格，原6核臺式工作站需要18秒，本機僅需12秒，速度加快30%，提升非常明顯。
圖 3 鋼錠沖孔模擬
圖3對某型鋼錠沖孔過程進行模擬。網(wǎng)格10萬個，主要是計算該種狀態(tài)下的沖孔力，金屬的流動方向，溫度變化等，可觀察整個沖孔過程的材料損耗。該鋼錠沖孔后還要繼續(xù)進行拔伸模擬，通過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)性能試驗提供數(shù)據(jù)參考，還可以對性能試驗不合格產(chǎn)生的原因進行追溯分析。
在ThinkPad W530上運行DEFORM，和圖2測試情況類似，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比的臺式工作站。因公司臺式工作站性能有限，公司大型產(chǎn)品模型在DEFORM仿真計算時，網(wǎng)格數(shù)量一般設(shè)定在十萬個左右，而網(wǎng)格數(shù)量直接影響到最終計算結(jié)果的精確程度，公司典型產(chǎn)品的網(wǎng)格劃分數(shù)量理想值應(yīng)在15萬個以上。鑒于ThinkPad W530在常規(guī)設(shè)定測試中的優(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在高強度持續(xù)運算狀態(tài)下的表現(xiàn)。
圖 4 壓實效果
圖 5 壓實效果
圖4和圖5是產(chǎn)品在實際應(yīng)用中利用DEFORM對FM法的壓實效果進行分析，通過修改不同的參數(shù)，反復(fù)比對以確定最終的工藝參數(shù)。為節(jié)省模擬時間，只開成形模塊，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，運算28步，ThinkPad W530共耗時23min，運算速度明顯快于臺式工作站的38min。此項是在室溫26度中進行，用紅外測溫儀測得ThinkPad W530鍵盤左上角出風口溫度最高到39度，整機運行穩(wěn)定，機器散熱性能表現(xiàn)非常優(yōu)異！
圖 6 模擬42機曲柄彎鍛
圖6為模擬42機曲柄彎鍛，DEFORM網(wǎng)格劃分15萬個左右，圖中所示模型在臺式工作站A上運行時長2個小時左右，但ThinkPad W530的運算時間為1.5小時，時間大幅縮短。整個運行過程非常穩(wěn)定，CPU溫度始終保持在43度。
圖 7 應(yīng)變模型
圖7是在仿真運算完成后，利用DEFORM平臺后處理模塊DEFORM-3D Post模塊對應(yīng)變進行分析。通過觀察中心到表面的應(yīng)變，確定產(chǎn)品的壓實效果。在DEFORM中選擇的點需重新計算才能生成曲線圖，為便于觀察，一般選擇云圖，該項操作對CPU的運算速度及顯卡要求很高。經(jīng)過多次測試統(tǒng)計，ThinkPad W530生成曲線的速度較A機平均提高33%，顏色表現(xiàn)上更加細膩！
圖 8 色彩渲染
圖8為在ThinkPad W530上的渲染效果，無論從畫質(zhì)、細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。較之臺式工作站A所搭配的NVIDIA Quadro 600專業(yè)顯卡，無論是顯存大小、計算速度，NVIDIA Quadro K2000M都有著非常大的優(yōu)勢。因此，在渲染速度和效果上有著非常不錯的效果。
體驗二：3D設(shè)計平臺應(yīng)用性能
PRO/E和Solidworks等是當今市場上流行的三維設(shè)計軟件，也是武漢重工技術(shù)人員主要的設(shè)計工具。相對基于有限元分析的DEFORM應(yīng)用，設(shè)計類軟件在整體性能上對電腦硬件要求稍低。本次測試中，我們主要對PRO/E和Solidwords兩款軟件在不同硬件平臺上的表現(xiàn)進行了對比。
表 2 臺式工作站B與ThinkPad W530配置對比
PRO/E是美國PTC公司的一款三維設(shè)計系統(tǒng)，是制造業(yè)工程設(shè)計人員非常熟悉的一款軟件，對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是當初武漢重工引入PRO/E系統(tǒng)時軟件廠商對顯卡的推薦配置，已經(jīng)可以滿足公司日常設(shè)計3D設(shè)計要求。所以，在本次對比測試中，技術(shù)人員沒有發(fā)現(xiàn)兩個硬件平臺上PRO/E表現(xiàn)的過多差異，只是在進行大型PRO/E組裝零件時，臺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，主要考驗計算機的運行速度及顯示效果，與臺式工作站相比，測試人員反映，借助于NVIDIA Quadro K2000M的強大性能ThinkPad W530在鼠標拖拽、切換的微操作中，反應(yīng)更加靈敏、流暢。
在3D設(shè)計平臺測試中，ThinkPad W530表現(xiàn)出游刃有余的優(yōu)勢， 而在對硬件系統(tǒng)有“雙高”（高計算性能、高圖形性能）要求的仿真計算、演示測試中，ThinkPad W530則充分體現(xiàn)擁有出強橫的心臟——8核CPU，健壯體魄——NVIDIA Quadro K2000M圖形卡的巨大優(yōu)勢，使用感受上完勝測試“對手”臺式機，給人留下深刻印象。
五、使用感受及評價
通過一周的試用，我們充分感受到了采用NVIDIA Quadro K2000M 的ThinkPad W530移動工作站在仿真應(yīng)用及3D設(shè)計中給企業(yè)帶來的效率提升。我們認為，隨著中國制造企業(yè)自主研發(fā)設(shè)計能力的提升，產(chǎn)品的仿真分析以及3D應(yīng)用設(shè)計將越來越廣泛，有諸如ThinkPad W530移動工作站這樣的高性能平臺的支撐，中國制造企業(yè)的研發(fā)設(shè)計效率將得到極大提升。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊涵了豐富的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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本文標題：ThinkPad W530，加速產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計
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