一、企业简介
武汉重工铸锻有限责任公司（简称武汉重工）隶属于中国船舶重工集团公司，是中国造船工业和中南地区的最大铸锻中心，是集炼钢、锻造、有色铸造、机械加工、热处理、成套设备制造于一体的国家大型企业。
武汉重工创建于1958年，经历了建设、改革、发展的创业历程。我国第一支万吨轮螺旋桨，第一根TR镦锻全纤维曲轴，第一支大口径厚壁无缝钢管，华西村天下第一钟等在我们公司诞生，填补了国内空白。船用大马力低速柴油机曲轴生产基地在青岛海西湾建成并投产。公司建立有完善的质量保证体系，通过ISO9001质量体系认证，船舶产品通过国内、外九家船级社认可并取得大口径厚壁无缝钢管、液压启闭机、超高压容器等产品制造许可证。公司拥有水压机大型锻件、大口径厚壁无缝钢管、船用柴油机曲轴总成、有色铸件、成套设备等五条专业化生产线。为中外造船、航天航空、水利电力、石油化工、矿山冶金、机械制造等行业用户提供了各类大中型船用轴系、舵系、螺旋桨、船用大型柴油机曲轴、中速柴油机曲轴及低速柴油机零部件、电站用大口径厚壁无缝钢管等优质铸锻件产品及成套设备产品。公司现已成为我国造船工业铸锻件专业配套基地和大口径厚壁无缝钢管生产基地，为我国国防和现代化建设作出了重要贡献。
二、CAD/CAM实际应用情况
武汉重工是典型的离散型制造企业，技术部门日常工作包括：大型锻件产品建模、螺旋桨产品设计、曲轴产品设计、热加工成型仿真计算、机械加工过程仿真等。对于复杂曲面设计和加工要求高，同时对大型热加工产品成型工艺的优化非常关注。因此，日常工作任务较重，时间要求很紧。目前，武汉重工铸锻的研发部门共有20台图形工作站，主要搭配的是酷睿i3处理器，少数搭配了至强四核及六核处理器。显卡主要为NVIDIA Quadro 600，软件应用平台包括AUTOCAD、PRO/E和DEFORM。笔者主要负责大型仿真模型的建模和有限元分析计算，这类应用对设计平台的3D性能、计算性能要求都很高。
三、当前企业研发设计面临的问题
随着市场竞争节奏的加快，以及产品复杂度的提升，现有工作站平台已经越来越无法满足企业的设计需求，突出表现在：大型产品建模、仿真、有限元计算的时间耗费过长，计算性能不足导致设计体验较差。操作过程中经常会出现模型操作不够流畅、卡屏甚至死机时有发生，严重影响研发设计效率。另外，企业缺乏高性能的移动工作站开展现场调试，普通笔记本电脑难以满足高性能三维建模和仿真计算要求。近年来，为进一步提升企业的工业研发能力，优化产品工艺并降低研发成本，公司准备引入更先进的三维设计和仿真软，这对硬件平台提出了更高的要求。
四、ThinkPad W530助力武汉重工提升工艺设计水平
ThinkPad W530继承了ThinkPad W系列移动工作站的所有优良血统，通过了8项军标测试，可以经受各种严酷环境下工作考验。它仅仅只有2.7千克以下重量，是业界最轻的移动工作站之一。W530采用了第三代英特尔酷睿 i5 & i7(可选双核、四核、至尊四核)处理器以及NVIDIA Quadro K2000M专业级显卡为动力基础，为工程师繁复设计带来了强劲的驱动力和高速体验。
图 1 ThinkPad W530移动工作站
ThinkPad W530专门集成了Xrite色彩校正器，可以对显示屏进行色彩校正，真正实现色彩一致性。Xrite采用了独特的传感器设计，其一直被视为图形工作站平台采用的尖端技术。而为此配备的新的软件用户界面也使得操控更加简单易用。此外，W530支持高达4个扩展显示器。
体验一：仿真平台应用性能
本次选用的软件是热加工成形仿真平台DEFORM，以及设计平台PRO/E、Solidworks等，主要用于企业大型铸锻件的浇铸、锻压、热处理等工艺环节的成形仿真研发。为更好的感受ThinkPad W530的性能，我们选用了2款公司配置较好的台式工作站和ThinkPad W530做对比测试。
表 1 台式工作站A与ThinkPad W530配置对比
DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员提高工模具设计效率，降低生产和材料成本，缩短新产品的研究开发周期。
图 2 网格划分
划分网格是建立有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格数量对计算精度和计算规模将产生直接影响。图1用DEFORM划分10万网格，原6核台式工作站需要18秒，本机仅需12秒，速度加快30%，提升非常明显。
图 3 钢锭冲孔模拟
图3对某型钢锭冲孔过程进行模拟。网格10万个，主要是计算该种状态下的冲孔力，金属的流动方向，温度变化等，可观察整个冲孔过程的材料损耗。该钢锭冲孔后还要继续进行拔伸模拟，通过模拟可以分析出钢锭某一位置的应力、应变等变化，可以确定某一位置是受拉应力还是压应力，为后续性能试验提供数据参考，还可以对性能试验不合格产生的原因进行追溯分析。
在ThinkPad W530上运行DEFORM，和图2测试情况类似，不论是从调入模型，网格划分，还是前置处理设置以及边界条件选择的速度都明显快于用于对比的台式工作站。因公司台式工作站性能有限，公司大型产品模型在DEFORM仿真计算时，网格数量一般设定在十万个左右，而网格数量直接影响到最终计算结果的精确程度，公司典型产品的网格划分数量理想值应在15万个以上。鉴于ThinkPad W530在常规设定测试中的优异表现，我们加大了典型产品的网格数量设定，观察ThinkPad W530在高强度持续运算状态下的表现。
图 4 压实效果
图 5 压实效果
图4和图5是产品在实际应用中利用DEFORM对FM法的压实效果进行分析，通过修改不同的参数，反复比对以确定最终的工艺参数。为节省模拟时间，只开成形模块，关闭热传导等分析模块。该产品模型网格划分187216个，运算28步，ThinkPad W530共耗时23min，运算速度明显快于台式工作站的38min。此项是在室温26度中进行，用红外测温仪测得ThinkPad W530键盘左上角出风口温度最高到39度，整机运行稳定，机器散热性能表现非常优异！
图 6 模拟42机曲柄弯锻
图6为模拟42机曲柄弯锻，DEFORM网格划分15万个左右，图中所示模型在台式工作站A上运行时长2个小时左右，但ThinkPad W530的运算时间为1.5小时，时间大幅缩短。整个运行过程非常稳定，CPU温度始终保持在43度。
图 7 应变模型
图7是在仿真运算完成后，利用DEFORM平台后处理模块DEFORM-3D Post模块对应变进行分析。通过观察中心到表面的应变，确定产品的压实效果。在DEFORM中选择的点需重新计算才能生成曲线图，为便于观察，一般选择云图，该项操作对CPU的运算速度及显卡要求很高。经过多次测试统计，ThinkPad W530生成曲线的速度较A机平均提高33%，颜色表现上更加细腻！
图 8 色彩渲染
图8为在ThinkPad W530上的渲染效果，无论从画质、细腻度以及透视感都比较好，这得益于ThinkPad W530所搭配的NVIDIA Quadro K2000M专业显卡。较之台式工作站A所搭配的NVIDIA Quadro 600专业显卡，无论是显存大小、计算速度，NVIDIA Quadro K2000M都有着非常大的优势。因此，在渲染速度和效果上有着非常不错的效果。
体验二：3D设计平台应用性能
PRO/E和Solidworks等是当今市场上流行的三维设计软件，也是武汉重工技术人员主要的设计工具。相对基于有限元分析的DEFORM应用，设计类软件在整体性能上对电脑硬件要求稍低。本次测试中，我们主要对PRO/E和Solidwords两款软件在不同硬件平台上的表现进行了对比。
表 2 台式工作站B与ThinkPad W530配置对比
PRO/E是美国PTC公司的一款三维设计系统，是制造业工程设计人员非常熟悉的一款软件，对电脑硬件的要求偏重于图形卡的渲染效果和显示速度。NVIDIA Quadro 600是当初武汉重工引入PRO/E系统时软件厂商对显卡的推荐配置，已经可以满足公司日常设计3D设计要求。所以，在本次对比测试中，技术人员没有发现两个硬件平台上PRO/E表现的过多差异，只是在进行大型PRO/E组装零件时，台式工作站偶有卡顿现象，ThinkPad W530则始终表现流畅。
图 9 钢锭冲孔装配图
图8是在Solidworks软件上的钢锭冲孔的装配图，主要考验计算机的运行速度及显示效果，与台式工作站相比，测试人员反映，借助于NVIDIA Quadro K2000M的强大性能ThinkPad W530在鼠标拖拽、切换的微操作中，反应更加灵敏、流畅。
在3D设计平台测试中，ThinkPad W530表现出游刃有余的优势， 而在对硬件系统有“双高”（高计算性能、高图形性能）要求的仿真计算、演示测试中，ThinkPad W530则充分体现拥有出强横的心脏——8核CPU，健壮体魄——NVIDIA Quadro K2000M图形卡的巨大优势，使用感受上完胜测试“对手”台式机，给人留下深刻印象。
五、使用感受及评价
通过一周的试用，我们充分感受到了采用NVIDIA Quadro K2000M 的ThinkPad W530移动工作站在仿真应用及3D设计中给企业带来的效率提升。我们认为，随着中国制造企业自主研发设计能力的提升，产品的仿真分析以及3D应用设计将越来越广泛，有诸如ThinkPad W530移动工作站这样的高性能平台的支撑，中国制造企业的研发设计效率将得到极大提升。
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