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澎湃算力助力制造企业研发创新

2023-11-27e-works评测组

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基于联想ThinkStation P7台式工作站为测试平台,使用西门子NX12(试用版)软件对核心功能展开应用测试,验证联想ThinkStation P7台式工作站的性能表现。
       面对数字经济浪潮,新一轮科技革命和产业变革正在世界范围内孕育兴起,全球制造业竞争愈演愈烈,制造企业更加积极的探索转型升级之路,期望从中获取竞争优势。但诸如产品性能、价格、售后服务等竞争要素实际上早已在产品设计时就已确定,产品设计几乎决定了产品的整个生命周期。这就要求制造企业在产品早期设计阶段就建立更完善的设计方案,毕竟随着研发进度的推进,设计自由度越来越小,优化更改方案的成本也越来越高。另一方面,伴随着市场对于产品科技感、型态大小、定制化水平、使用寿命等期望值越来越高,这也导致产品自身结构越来越复杂,可能涉及机、电、软等多个系统的交叉融合,设计过程需要处理的需求和细节也越来越多。

       要想适应数字经济时代研发设计过程中的“新常态”挑战,制造企业需要应用一系列数字技术和工具,例如数字样机、仿真分析、机电一体化设计、数字化制造、增强现实等。这些技术如何更好的与制造企业现有的产品研发设计流程进行融合,将决定制造企业能否赢得激烈市场竞争,并且也是企业高质量发展的关键。

       值得注意的是,当制造企业采用这些新兴技术进行产品研发创新时,会面临一系列复杂场景带来的算力要求,而传统的PC平台会随着应用的逐步深入出现软件运行速度缓慢、等待时间过长、模型设计浏览不顺畅、软件程序无响应等一系列问题。因此,制造企业需要借助计算能力更强、能长时间稳定可靠运行的专业工作站支撑,让研发设计人员能够专注创新,更快完成产品研发工作。
表1 联想ThinkStation P7台式工作站配置表(支持更高配置)

联想ThinkStation P7台式工作站配置表


       为了帮助制造企业用户搭建高效、稳定的研发设计平台,e-works评测小组选取产品研发设计环节中较为普遍的零件载入与装配建模、数字样机设计、设计仿真一体化、机电一体化设计、数字化制造、高质量渲染等场景,基于联想ThinkStation P7台式工作站(具体配置见表1)为测试平台,使用西门子NX12(试用版)软件对上述核心功能展开应用测试,验证联想ThinkStation P7台式工作站的性能表现。

联想ThinkStation P7工作站

图1 联想ThinkStation P7工作站

       本次测试模型选取的是某公司产品装配体模型(仅供测试学习使用),零件数量为:6,923pcs,属于大型装配体模型。结合制造行业实际应用场景,本次评测将尽可能的模拟真实应用环境,旨在为大家呈现出真实的数据表现。

1、零件载入与装配建模

       在产品研发阶段,载入零件并对其进行装配建模是较为普遍且重复性较高的应用场景,同时也是研发设计的第一步。对于研发设计人员而言,越复杂的模型在载入阶段需要计算的内容就越多。

       在实际评测中,联想ThinkStation P7台式工作站能够在秒级载入6,923零件数的复杂装配体模型,基本不存在等待时间,测试小组完全属于无感操作,并且执行平移、旋转、缩放等基本操作时,未出现卡顿及画面不连贯的现象,软件运行十分流畅。

载入模型并旋转/缩放浏览

图2 载入模型并旋转/缩放浏览

       当评测小组进一步通过约束条件进行装配并展开观察时,可以看到整个装配图不存在失真情况,相较于传统PC在此环节中容易出现的卡顿、无响应情况,得益于联想ThinkStation P7台式工作站采用了NVIDIA Ampere架构的NVIDIA RTX™ A5500专业显卡,其单精度浮点(FP32)运算处理速度提升1倍,优化了性能功耗比,显著提高了工作站在建模工作方面的性能,抗锯齿效果明显,画面清晰。在总装环境下,评测小组针对零件组进行了模型转换与编辑,均能够快速定位设计区域,完成模型的快速变更。

针对模型进行局部编辑

图3 针对模型进行局部编辑

       值得一提的是,在建模处理过程中,研发设计人员难以避免的会在原有模型基础上重新构建草图编辑特征。针对这一现象,评测小组在联想ThinkStation P7台式工作站快捷的完成草图编辑过程中的基准面设定、草图创建和草图绘制等操作,所有任务都在秒级完成,基本不存在等待时间,极大提升了工作效率。

针对模型构建草图并修改特征

图4 针对模型构建草图并修改特征

2、数字样机设计

       在产品设计过程中,研发设计人员会通过构建数字样机,对产品的几何属性和功能属性进行数字化描述,并进行早期的设计优化。此过程涉及到模型的大量数据载入、约束条件建立,对工作站的CPU瞬时计算能力和GPU图形处理能力有着较高要求。

       在实际评测中,联想ThinkStation P7台式工作站搭载的英特尔®至强®W9-3495X 处理器基础频率为1.9GHz,可通过睿频加速Max技术3.0实现最大睿频4.8GHz,另外配合NVIDIA RTX™ A5500专业显卡的24GB GDDR6显存,可以带来更加高效、稳定的三维模型特征与约束编辑处理能力,使得我们可以快速、精准的完成数字模型的实体修改,整体操作表现十分流畅,操作过程毫无延迟。在NVIDIA RTX™ A5500专业显卡助力下,联想ThinkStation P7台式工作站能够流畅完成数字样机剖切视图、局部零件编辑。NVIDIA RTX™ A5500专业显卡采用了第2代RT Core技术,其光线追踪渲染速度比上一代产品快2倍,动态模糊渲染性能提升高达9倍,并能同时运行光线追踪和着色或降噪功能,大幅加快数字样机设计工作负载的运行速度。在观察数字样机模型截面时,模型的截面状态清晰可见,评测小组可以随意进行剖面图的设定并进行观察,效果非常令人满意。

建立数字样机模型

图5 建立数字样机模型

选取数字样机局部零件进行编辑

图6 选取数字样机局部零件进行编辑

对数字样机进行剖面观察

图7 对数字样机进行剖面观察

3、设计仿真一体化

       在建立数字样机后,研发设计人员需要经过无数次产品外观与结构、性能验证和可制造性评估的循环迭代才能达到可制造状态,设计仿真一体化也成为本次评测中的重点环节之一。对此,评测小组选取了装配体的一个零件组,通过对内部通道进行CFD流体仿真分析,涉及模型建立、数据分析和处理多个阶段,其不仅要求工作站计算能力强、内存大,对硬盘读写能力也有较高要求,对工作站的整机性能是一个较大的考验。

针对模型内部进行CFD流体仿真测试

图8 针对模型内部进行CFD流体仿真测试

       在实际评测中,联想ThinkStation P7台式工作站共用时13分15秒完成整个仿真分析任务。在复杂的CFD建模与全局网格划分阶段,得益于联想ThinkStation P7台式工作站搭载的NVIDIA RTX™ A5500专业显卡的性能提升,三维图像处理能力大幅优化,核心稳定性也具备了较强优势。在后处理运算阶段,结合NVIDIA RTX™ A5500专业显卡的GPU加速求解器能力,和56核112线程的英特尔®至强®W9-3495X 处理器所带来的超强算力,使每个模型每秒节点更新的吞吐量大幅提升,评测小组可以同时与更大的数据集交互并进行迭代,通过可视化的后处理,将单调繁杂的数值求解结果形象稳定、直观地表示出来,能够流畅显示流场的流线或迹线动画,非常形象生动。

CFD流体仿真分析结果示意图

图9 CFD流体仿真分析结果示意图

4、机电一体化设计

       随着产品设计复杂程度的提升,利用三维设计软件完成产品的结构设计后,还需要考虑电气设计环节。因此,机电一体化设计是企业研发创新中较为普遍的应用场景。研发设计人员会将产品电气原理图设计、仿真、渲染等步骤合并,其中会涉及到多层线路图的布置,尤其在渲染输出阶段非常依赖GPU计算资源,属于设计阶段比较考验GPU性能的场景。

       实际测试中,测试小组将模型三维PCB布局图与电气原理图进行了转换,联想ThinkStation P7台式工作站搭载的NVIDIA RTX™ A5500专业显卡采用了Ampere架构的CUDA核心,带来高达3倍的单精度浮点(FP32)吞吐量,提供了先进的渲染和运算能力,能够快速完成任务编辑、流程定义等操作,所有步骤都在秒级内完成,评测小组基本属于无感操作,不需要任何等待时间。

机电一体化设计仿真测试示意图

图10 机电一体化设计仿真测试示意图

5、数字化制造

       在完成产品的初步设计后,企业通常会进行小规模的试制,此时研发设计人员需要考虑通过生产仿真对制造过程进行规划,例如对数据机床进行离线编程,让数控机床的刀具根据编程指令沿直线、圆、曲线等在虚拟环境里的运动,发现问题并及时优化。针对此场景,评测小组模拟了自动化生产线中的加工场景,设定了机械臂运动程序、刀具各项参数、毛坏尺寸以及主轴转速、加工余量和切削深度等参数,对各项工艺参数讲行合成并执行。

       实际评测中,ThinkStation P7台式工作站整体数字化制造仿真模拟分析过程耗费时间约9分17秒生成动态视图。在联想ThinkStation P7台式工作站搭载的NVIDIA RTX™ A5500专业显卡24GB GDDR6的GPU显存支持下,整个数控加工动态仿真效果流畅逼真,各工艺参数数值及其在刀具轨迹上的位置清晰可见,运动模型整体拖拽、缩放观察效果时也不存在卡顿现象。

数控加工动态仿真示意图

图11 数控加工动态仿真示意图

6、高质量渲染

       通过对模型进行渲染,可以使模型以最终产品方式在现实环境中直观呈现,更加生动形象。由于产品渲染过程中包含两大因素:材质和灯光,并且材质设定本身是非常深的学问,难度较大,而且直接关系到最终结果是否满意。因此渲染过程对工作站性能有较高要求,尤其是其GPU性能,需要较高的专业显卡带宽和显存支撑才能满足复杂模型的渲染工作,如果GPU性能不足则很容易出现渲染失败的情况。

       在实际评测中,评测小组将参数设置为金属材质、物体本色、表面光滑、默认光源。此外,为了充分验证联想ThinkStation P7台式工作站的渲染处理能力,评测小组在渲染结果生成方式处改选为高质量图片模式,加入了反锯齿和透明度支持,较一般渲染结果更加耗费GPU资源,更能体现工作站对于渲染的真实处理能力。联想ThinkStation P7台式工作站搭载的NVIDIA RTX™ A5500专业显卡拥有10240个CUDA核心和320个张量核心,配备高达24GB显存和768GB/s带宽,能够提供高效的图形渲染能力。结合第二代光线追踪引擎,NVIDIA Ampere GPU架构提供了更高质量的光线追踪渲染性能,可以渲染具有物理上准确的阴影,反射和折射的复杂专业模型,最终测试耗时4分钟17秒顺利完成渲染,呈现了栩栩如生的产品形态,满足了复杂的高负载渲染工作中的严苛需求。

针对模型进行高质量渲染

图12 针对模型进行高质量渲染

模型逼真交互渲染

图13 模型逼真交互渲染

最终渲染结果示意图

最终渲染结果示意图

最终渲染结果示意图

图14 最终渲染结果示意图

       众所周知,对于研发设计人员而言,显示屏一直是最直接且重要的交互窗口,一个高质量的显示器不仅可以提供清晰、细腻的图像,帮助更准确地观察细节,增强设计精度;还能够以出色的色彩准确性和广色域,让研发设计人员更准确的获取设计的真实颜色,而不会因为显示器的差异而产生色彩偏差。

       为了让研发设计人员能够更加直观、形象的捕捉产品结构,联想创新推出了全球首款27英寸4K裸眼ThinkVision 27 3D显示器,除了提供超高清4K清晰度与专业的双99%色彩准确度(DCI-P3、Adobe RGB)外,这款显示器还采用了可切换柱状透镜技术,并通过显示器下方的摄像头对眼球运动进行图像实时捕捉,实现了无缝的3D效果显示,让屏幕内的产品能够“跳跃”至眼前。当评测小组完成模型加载后,无需借助任何工具就可以敏捷、高效地浏览三维模型的整体造型和细节结构,在此基础上深度感知产品造型是否符合设计思路,也促使这款显示器成为研发设计人员的理想工具。

联想ThinkVision 27 3D显示器

图15 联想ThinkVision 27 3D显示器

联想ThinkVision 27 3D显示器裸眼3D功能测试

图16 联想ThinkVision 27 3D显示器裸眼3D功能测试

       通过本次评测可以体现联想ThinkStation P7台式工作站具有高性能、高稳定性和高可靠性,可以轻松驾驭研发设计阶段各个场景下对于硬件平台的算力需求,包括上述零件载入与装配建模、数字样机设计、设计仿真一体化、机电一体化设计、数字化制造、高质量渲染等核心应用,帮助制造企业提升研发创新质量和效率,为国内制造企业提供全方位的数字化创新平台。

联想ThinkStation P7台式工作站

图17 联想ThinkStation P7台式工作站
(内部组件可能与图片所示不同,具体视配置而定)

       值得一提的是,历经15年发展,联想提供了丰富的产品组合以满足不同行业、不同场景下的差异化算力需求,包括本次评测的联想ThinkStation P7台式工作站也提供了多种可选配置,最高规格ThinkStation PX在业内独家支持120核处理器和4块NVIDIA RTX 6000 Ada专业显卡,使其既可以作为企业研发设计的首选利器,也可以拓展至机器学习、多学科建模以及高性能计算等深层次应用场景,让人工智能训练及推理性能提升高达10倍以上。

       中国制造业在“智”变,唯有创新“不变”。作为联想“端-边-云-网-智”3S战略中“端”与“边”的重要算力基础,联想ThinkStation P7台式工作站还基于不同的工业场景进行了端到端的工作站适配选型优化,为企业用户提供从硬件配置、应用优化、购前测试、购买通路到售后服务这一完整链路,其具体优势包括:

       无缝协作 加速创新:联想ThinkStation P7台式工作站搭载的NVIDIA RTX™ A5500专业显卡,将新一代RT Core、Tensor Core和CUDA Core核心与24GB显存整合,提供了令人惊叹的渲染、AI、图形和计算性能。其光线追踪渲染速度比上一代产品快2倍,动态模糊渲染性能提升高达9倍,完美满足了复杂产品的创新设计流程中各个应用场景的不同需求,全面提升了企业协同创新能力。

       强劲性能 易于拓展:联想ThinkStation P7台式工作站采用突破性的新计算架构,配备的英特尔®至强®W9-3495X 处理器在单个插槽上支持多达56个核心,更高配置支持多达三个双插槽NVIDIA RTX™ A6000专业显卡,并且在4U机箱中针对各种桌面和数据中心环境进行了机架优化,支持随着工作的演进轻松扩展。

       高效散热 无惧挑战:联想ThinkStation P7台式工作站机箱以实现顶级性能为主要设计初衷,其3D格栅直接受到阿斯顿·马丁DBS豪华跑车的启发,将高性能汽车领域的设计见解应用于桌面工作站。全新设计的挡风板和更大的3D六边形通风口,以及联想获得专利的三通道冷却系统使气流畅通无阻,确保充分吸入冷空气并排出热空气,有助于CPU、GPU、内存和存储性能的充分释放。

       可靠品质 值得信任:联想ThinkStation P7台式工作站专为用于某些要求极为苛刻的专业性托管IT工作环境而设计,提供企业级功能和安全性。联想严格的标准和测试让用户能够放心且安全地工作。同时,联想ThinkStation P系列工作站还拥有业界最为全面的专业ISV认证,确保关键程序的稳定运行。

ThinkStation新品系列

图18 ThinkStation新品系列
责任编辑:程玥
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