风机作为重要的机械设备在工业领域广泛应用。而随着人工智能技术的发展与应用，风机产品的研发设计也在引发一场深刻的变革。本期我们邀请到某知名工业风机制造企业研发设计部设计主管黄晶为我们揭秘，AI如何驱动工业风机研发数字化新变革。
       个人简介：拥有丰富的风机产品研发设计和项目管理经验，主持和参与了公司数字化研发设计平台的建设工作，并负责指导技术人员开展产品研发，组织解决了研发设计过程中出现的各种技术问题。

创新与突破：工作站助力风机研发创新

       近年来，伴随着新型工业化的推进、产业结构的升级以及“双碳”战略和节能减排政策的实施，带动了市场对高效、节能、低噪的工业风机的需求，这也使得我们作为研发设计和制造工业风机的核心企业，风机订单持续旺盛。然而，工业风机产品具有高度的定制化特点，需要根据客户的要求量身定制，同时工业风机产品从概念原型设计到成品交付于客户，整个周期也较长。因此，对于我司而言，提升研发设计效率、缩短产品交付周期势在必行。
       为此，我们一方面搭建和完善数字化研发平台和体系，打通产品数字化研发创新工具链；另一方面也在风机产品的研发设计流程中，引入了高性能的惠普Z系列Z4G5 AI工作站，提供高效、稳定的计算处理性能保障，赋能风机研发设计模式新变革。

       Step1 AI赋能的风机外型及配色设计

       在为客户设计风机产品时，我们首先会根据客户需求描述，对风机的外型和配色进行设计，待客户确认后再进行内部结构、组件等的深化设计。由于风机的外型和配色设计主要依赖于公司历史所积累的案例库和设计工程师的个人经验与创意能力，设计效率会因人而异，导致在效率以及客户满意度上往往难以保证。

       随着“文生图”等生成式AI技术的兴起，我们也尝试在风机的外型和配色设计流程中融入AIGC解决方案——我们的设计工程师会根据客户需求描述，基于惠普Z系列Z4G5 AI工作站利用生成式AI生成风机外形及配色的创意设计，从中寻找设计灵感，并在此基础上进行外型和配色的优化设计。在引入AIGC技术和惠普Z系列Z4G5 AI工作站之后，我们设计一个风机产品的外型及其配色的整体效率提升了约72%，从原本的3小时左右缩短到50分钟以内，而且有效解决了概念产出与通过效率低的问题。
       Step2：强劲算力赋能风机装配设计和模拟

       在我们工业风机的研发设计环节中，生成风机装配的爆炸视图是必不可少的环节。这是因为工业风机通常由叶轮、电机、进风口、出风口、机壳、皮带轮、轴承等多个部件组成，爆炸视图通过将装配体的各个部件分离开来，可以更加清晰地展示装配体的内部结构和部件布局，帮助我们检查部件之间的空间关系，确保设计中不存在干涉或空间不足的问题；同时也通过展示部件将如何被装配在一起的过程，用于指导后续实际装配过程。

       但是，由于生成风机装配的爆炸视图，涉及到复杂的计算和图形处理，需要有强大的算力支撑。以往，我们使用传统的PC在中望3D软件中生成风机爆炸视图，由于其配备的是非专业的图形显卡，且硬件也没有针对中望3D等专业设计软件进行兼容测试和深度优化，经常会出现加载缓慢、卡顿甚至死机的现象，非常影响工作效率。而在引入了高性能的惠普Z系列Z4G5 AI工作站之后，其效率得到明显提升。

       这主要得益于惠普Z系列Z4G5 AI工作站配备了拥有12核24线程以及30Mb的三级缓存的英特尔®至强®W5-2455X处理器和24G显存容量的NVIDIA®RTX™A5000专业图形显卡，能够轻松应对复杂的图形处理和计算任务，而且惠普Z系列Z4G5 AI工作站通过了21,000+软硬件组合认证的广泛合作生态，并经过360,000小时严苛测试，能够深度兼容和发挥中望3D软件的全部功能，确保长时间保持稳定高效运行。以在中望3D软件中生成一个通用型风机的爆炸视图为例，使用传统PC一般需要20多分钟，而使用惠普Z系列Z4G5 AI工作站则能够将整体时间缩短至5-10分钟，让等待时间大幅缩短。
       Step3：AI加快CFD仿真分析过程

       相较于二元流叶轮，三元流叶轮能够更好地匹配流体的实际流动，对流动的控制和优化更加精细，在性能和效率方面更具优势，在我们为客户设计的风机产品中已经广泛使用了三元流叶轮。但由于三元流叶轮是基于三维空间设计，形状更加复杂，不仅设计和制造难度更大，而且也需要进行仿真模拟分析使流道更适应流体的真实流态。因此，我们应用了先进的TurboTides软件进行风机设计和风机流场模拟分析。

       在这个过程中，惠普Z系列Z4G5 AI工作站成为了我们的得力助手。我们利用惠普Z系列Z4G5 AI工作站进行CFD仿真模拟分析，基于其强大的算力和稳定出色的表现，解决了叶轮复杂三维流动的数值计算问题，获得了符合气流流动的全三元流动叶轮和与之匹配的静子元件的优化设计，而且其对本地私有化数据的高效处理能力，使得我们无需将大量核心数据上传到云端进行处理，既节省了云端计算的成本和开支，也保证用户隐私数据的安全性。
       Step4：模拟加工减少试错成本

       鉴于惠普Z系列Z4G5 AI工作站强大性能和稳定表现，我们也将它用于叶轮的数控（CNC）加工程序编程和加工过程模拟，以在实际加工之前预测和解决潜在的问题，减少试错成本，缩短生产周期，并提高加工质量。

       首先，我们利用ThinkDesign一体化三维设计平台的参数化建模功能，创建精确的叶轮几何形状和三维模型，然后基于软件提供的多轴加工策略和实际生产制造工艺，对叶轮进行五轴加工编程，模拟刀具运行路径和材料去除过程，评估加工过程中是否存在潜在的碰撞情况以及加工效率和表面质量，最后对加工参数进行优化，生成适用于CNC机床的数控代码，用于实际的加工过程。

       由于整个过程较为复杂，需要综合考虑设计、材料、刀具、机床和模拟仿真等多方面因素，同时需要不断优化和调整，相较于我们使用传统PC所需要的2-3天左右的时间来说，如今我们借助惠普Z系列Z4G5 AI工作站，凭借其强大的数据处理能力和优化的内部架构，使得我们对中等复杂度的叶轮进行数控编程和加工过程模拟时，能够更快地传输和处理大量数据，有效缩短了数据传输延迟，在1天之内即可完成原先的工作量。
引领与超越：以AI之力提升风机产品市场竞争力

       随着数字化研发工具链的逐步拉通以及惠普Z系列Z4G5 AI工作站的引入，我们在风机产品研发与制造创新的征途上不断突破，攻克了一系列复杂且棘手的难题。在这个过程中，惠普Z系列Z4G5 AI工作站的全栈适配能力，使得我们从设计到高阶仿真优化和超大数据集准备与处理等复杂而严苛的工作流程都游刃有余，让我们能够快速响应客户需求，缩短研发制造周期，能够及时将技术领先、质量可靠的风机产品交付给客户。
       当前，工业风机技术正朝着高效节能化、产品集成化、设备智能化、设备低噪音化等方向发展，旨在提高性能、降低能耗、减少噪音、增强智能化程度，并更好地适应各种复杂的工业应用场景和下游不断变化的市场需求。我们也将基于惠普Z系列Z4G5 AI工作站全栈适配能力，开展持续的产品创新研发设计，不断推进风机研发模式变革，以提升公司风机产品的市场竞争力。