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AI技术在风机数字化研发中的应用探索

2024-08-18e-works

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本文介绍了如何通过AI优化研发设计流程实现更加高效的工业风机产品研发,增强产品市场竞争力。
       上期,研发设计部设计主管黄晶为我们分享了,如何以AI技术驱动工业风机研发数字化新变革。上期文章发出后,引起大家的关注与讨论,也激发了大家关于AI应用部署细节的探讨,聚焦如何通过AI优化研发设计流程,实现更加高效的工业风机产品研发,增强产品市场竞争力。

Q1:请您介绍下工业风机的作用?它的研发设计具有哪些特点?
       黄晶研发设计部设计主管:工业风机分为多种类型,包括离心风机、轴流风机、混流风机、罗茨风机等等,不同类型的工业风机特点各异,适用于不同的工业场景。总的来说,工业风机广泛应用在化工、电力、冶金、石油、矿山、水泥等重点行业,提供通风换气、冷却降温、排烟排气以及气力输送等方面的作用。
       在研发设计上,工业风机具有高度定制化特点,需要根据各类客户的应用场景和工艺要求,定制风机的风量、风压、功率、转速、噪声等参数。从材料选择到结构设计,工业风机要保持极高的可靠性和稳定性,以适应各种复杂和恶劣的工作环境,确保在长时间连续工作的情况下还能高效性能。
       此外,由于工业风机涉及流体力学、材料科学、机械设计等多个领域的综合应用,所以还需要考虑风机的性能、结构强度、流体动力学特性等多方面因素,进行精确的计算和模拟以及测试和调试,以符合严格的质量标准,确保风机能在各种工况下稳定高效运行。鉴于整个研发制造的周期较长,对于风机研发设计和制造企业而言,在研发设计环节充分融入数字化、智能化技术,重塑和变革研发设计流程,缩短研发设计周期变得十分必要。
       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,不仅能够快速响应客户需求,缩短研发制造周期,还能及时将技术领先、质量可靠的风机产品交付给客户。 
图1 开展工业风机的数字化设计
图1 开展工业风机的数字化设计

Q2:您认为AI在工业风机产品的研发设计和制造中扮演了怎样的角色?
       黄晶研发设计部设计主管:毫无疑问,AI凭借其强大的数据分析与推理、模式识别、智能预测以及自主学习与决策支持等能力,正在变革和重塑工业风机的研发与设计流程,成为加快研发设计进程,缩短研发设计周期的重要抓手。因此,我们目前也在积极探索以AI技术赋能风机产品的研发设计流程。

       01 AI辅助风机外型与配色设计
       涉及到具体应用来说,我们尝试在风机的外型设计和配色设计中引入生成式AI技术。基于惠普Z系列Z4G5 AI工作站,我们利用“文生图”的方法,根据客户偏好、性能指标(如风量、风压、转速等)和工作环境(如耐高温、耐腐蚀等)的需求描述,借助生成式AI技术生成外型和配色的参考设计。这不仅激发了设计工程师的灵感创意,而且帮助了设计工程师在此基础上进行优化设计,提升了整体设计效率,解决了概念产出与通过效率低的问题。
图2 使用生成式AI技术辅助风机外型及配色设计 
图2 使用生成式AI技术辅助风机外型及配色设计 

       02 AI优化风机结构设计
       不仅如此,AI也有助于优化风机的结构设计。通过利用智能算法对风机的叶轮形状、风道结构等进行优化,提高了风机的效率和稳定性,降低了噪音和能耗。在我们的实际应用中,我们采用了先进的TurboTides软件进行风机设计计算和风机流场模拟分析,导入了AI技术对风机叶轮的气动性能进行精细模拟和优化,并借助惠普Z系列Z4G5 AI工作站的强大性能来加速整个仿真计算过程,从而设计出全三元流动叶轮和适配的静子元件,以确保达到最高的机组效率。
图3 基于AI技术对风机叶轮的气动性能进行精细模拟和优化
图3 基于AI技术对风机叶轮的气动性能进行精细模拟和优化

       03 持续探索AI赋能风机设计与制造
       不过,对于AI技术的应用,当前我们还在持续探索和实践中。我们对AI技术的应用并未局限于研发设计阶段,在风机的制造和运维阶段还有许多待挖掘的潜在应用场景,这也深度契合我们从制造向“制造+服务”转型的发展战略。
       比如,基于AI与数据分析监测风机运行状态,实现智能的故障预测和诊断;基于工艺知识沉淀和AI大语言模型训练,实现风机制造工艺智能问答,指导和改善实际生产制造工艺等等。这些都是我们正在探索的方向,未来我们也将加强AI技术在这些场景的应用。由此可见,AI能够为工业风机的研发设计与制造带来创新和效率的提升。

Q3:您认为应用惠普工作站为我们的研发设计工作带来了哪些价值?
       黄晶研发设计部设计主管:我们以往基于传统PC进行风机产品的设计研发,经常会出现加载缓慢、卡顿甚至死机的现象,尤其是在面对复杂的风机产品设计时更加显得力不从心,这是我们在研发设计环节引入惠普Z系列Z4G5 AI工作站的主要原因。从实际使用体验来看,惠普Z系列Z4G5 AI工作站凭借其强大的数据处理能力,使得我们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,轻松胜任设计绘图、建模仿真、高性能计算等关键需求和任务,为研发设计工作提供高效、稳定的计算处理性能保障,成为促使我们风机研发设计模式变革的关键算力基础设施。
       具体而言,在风机产品的整个研发设计流程,我们会使用开目PLM、PTC Cero、中望3D、TurboTides、ThinkDesign等一系列数字化软件,涉及到产品数据管理、项目管理、产品设计、仿真模拟分析、加工编程与加工过程模拟等关键任务。惠普Z系列Z4G5 AI工作站无论是内存、显卡还是CPU、GPU都具备高效的工作状态和强大性能,显著提升了我们风机设计的响应速度和操作流畅性。不仅如此,惠普Z系列Z4G5 AI工作站对本地私有化数据的高效处理能力,使得我们无论是进行结构设计、CFD仿真分析还是叶轮加工编程与叶片模拟等操作,都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,也保障了核心数据的安全,规避了核心知识产权泄露的风险。
图4 基于惠普Z系列Z4G5 AI工作站进行风机结构设计
图4 基于惠普Z系列Z4G5 AI工作站进行风机结构设计
       除此之外,惠普Z系列Z4G5 AI工作站还确保了我们一系列研发设计软件能长时间稳定高效运行,使得研发人员工作体验和效率进一步提升。例如,借助PTC Cero软件和惠普Z4G5 AI工作站的协作优势,我们完成一个复杂三元流叶轮的3D设计建模,其设计周期由原本传统PC所需的7小时缩减到如今只需2小时10分左右,设计周期缩短了约69%,显著提升了设计效率。
图5 基于惠普Z系列Z4G5 AI工作站进行三元流叶轮设计 
图5 基于惠普Z系列Z4G5 AI工作站进行三元流叶轮设计 
责任编辑:吴婕
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