一、企業簡介
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，是中國造船工業和中南地區的最大鑄鍛中心，是集煉鋼、鍛造、有色鑄造、機械加工、熱處理、成套設備制造于一體的國家大型企業。
武漢重工創建于1958年，經歷了建設、改革、發展的創業歷程。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，填補了國內空白。船用大馬力低速柴油機曲軸生產基地在青島海西灣建成并投產。公司建立有完善的質量保證體系，通過ISO9001質量體系認證，船舶產品通過國內、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、成套設備等五條專業化生產線。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質鑄鍛件產品及成套設備產品。公司現已成為我國造船工業鑄鍛件專業配套基地和大口徑厚壁無縫鋼管生產基地，為我國國防和現代化建設作出了重要貢獻。
二、CAD/CAM實際應用情況
武漢重工是典型的離散型制造企業，技術部門日常工作包括：大型鍛件產品建模、螺旋槳產品設計、曲軸產品設計、熱加工成型仿真計算、機械加工過程仿真等。對于復雜曲面設計和加工要求高，同時對大型熱加工產品成型工藝的優化非常關注。因此，日常工作任務較重，時間要求很緊。目前，武漢重工鑄鍛的研發部門共有20臺圖形工作站，主要搭配的是酷睿i3處理器，少數搭配了至強四核及六核處理器。顯卡主要為NVIDIA Quadro 600，軟件應用平臺包括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，這類應用對設計平臺的3D性能、計算性能要求都很高。
三、當前企業研發設計面臨的問題
隨著市場競爭節奏的加快，以及產品復雜度的提升，現有工作站平臺已經越來越無法滿足企業的設計需求，突出表現在：大型產品建模、仿真、有限元計算的時間耗費過長，計算性能不足導致設計體驗較差。操作過程中經常會出現模型操作不夠流暢、卡屏甚至死機時有發生，嚴重影響研發設計效率。另外，企業缺乏高性能的移動工作站開展現場調試，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，為進一步提升企業的工業研發能力，優化產品工藝并降低研發成本，公司準備引入更先進的三維設計和仿真軟，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計水平
ThinkPad W530繼承了ThinkPad W系列移動工作站的所有優良血統，通過了8項軍標測試，可以經受各種嚴酷環境下工作考驗。它僅僅只有2.7千克以下重量，是業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專業級顯卡為動力基礎，為工程師繁復設計帶來了強勁的驅動力和高速體驗。
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，真正實現色彩一致性。Xrite采用了獨特的傳感器設計，其一直被視為圖形工作站平臺采用的尖端技術。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：仿真平臺應用性能
本次選用的軟件是熱加工成形仿真平臺DEFORM，以及設計平臺PRO/E、Solidworks等，主要用于企業大型鑄鍛件的澆鑄、鍛壓、熱處理等工藝環節的成形仿真研發。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，用于分析金屬成形及其相關工業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，幫助工程師和設計人員提高工模具設計效率，降低生產和材料成本，縮短新產品的研究開發周期。
圖 2 網格劃分
劃分網格是建立有限元模型的一個重要環節，它要求考慮的問題較多，需要的工作量較大，所劃分的網格數量對計算精度和計算規模將產生直接影響。圖1用DEFORM劃分10萬網格，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。網格10萬個，主要是計算該種狀態下的沖孔力，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進行拔伸模擬，通過模擬可以分析出鋼錠某一位置的應力、應變等變化，可以確定某一位置是受拉應力還是壓應力，為后續性能試驗提供數據參考，還可以對性能試驗不合格產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，不論是從調入模型，網格劃分，還是前置處理設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，公司大型產品模型在DEFORM仿真計算時，網格數量一般設定在十萬個左右，而網格數量直接影響到最終計算結果的精確程度，公司典型產品的網格劃分數量理想值應在15萬個以上。鑒于ThinkPad W530在常規設定測試中的優異表現，我們加大了典型產品的網格數量設定，觀察ThinkPad W530在高強度持續運算狀態下的表現。
圖 4 壓實效果
圖 5 壓實效果
圖4和圖5是產品在實際應用中利用DEFORM對FM法的壓實效果進行分析，通過修改不同的參數，反復比對以確定最終的工藝參數。為節省模擬時間，只開成形模塊，關閉熱傳導等分析模塊。該產品模型網格劃分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，整機運行穩定，機器散熱性能表現非常優異！
圖 6 模擬42機曲柄彎鍛
圖6為模擬42機曲柄彎鍛，DEFORM網格劃分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定，CPU溫度始終保持在43度。
圖 7 應變模型
圖7是在仿真運算完成后，利用DEFORM平臺后處理模塊DEFORM-3D Post模塊對應變進行分析。通過觀察中心到表面的應變，確定產品的壓實效果。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。經過多次測試統計，ThinkPad W530生成曲線的速度較A機平均提高33%，顏色表現上更加細膩！
圖 8 色彩渲染
圖8為在ThinkPad W530上的渲染效果，無論從畫質、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專業顯卡。較之臺式工作站A所搭配的NVIDIA Quadro 600專業顯卡，無論是顯存大小、計算速度，NVIDIA Quadro K2000M都有著非常大的優勢。因此，在渲染速度和效果上有著非常不錯的效果。
體驗二：3D設計平臺應用性能
PRO/E和Solidworks等是當今市場上流行的三維設計軟件，也是武漢重工技術人員主要的設計工具。相對基于有限元分析的DEFORM應用，設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公司的一款三維設計系統，是制造業工程設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系統時軟件廠商對顯卡的推薦配置，已經可以滿足公司日常設計3D設計要求。所以，在本次對比測試中，技術人員沒有發現兩個硬件平臺上PRO/E表現的過多差異，只是在進行大型PRO/E組裝零件時，臺式工作站偶有卡頓現象，ThinkPad W530則始終表現流暢。
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，反應更加靈敏、流暢。
在3D設計平臺測試中，ThinkPad W530表現出游刃有余的優勢， 而在對硬件系統有“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用及3D設計中給企業帶來的效率提升。我們認為，隨著中國制造企業自主研發設計能力的提升，產品的仿真分析以及3D應用設計將越來越廣泛，有諸如ThinkPad W530移動工作站這樣的高性能平臺的支撐，中國制造企業的研發設計效率將得到極大提升。
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