拉近设计与制造的距离，ThinkStation为智造提速

　　来源：e-works 作者：熊东旭

　　随着个性化需求的凸显，如何将客户个性化定制需求融入到产品设计之中，进而快速投产和交付，即考验着企业的产品设计能力，也关乎企业应对市场需求变化的竞争力。由此推动了产品设计模式由“以产品为中心”向“以用户为中心”转型。

　　同时数字化技术的飞速发展，使得产品的智能化功能越来越多，导致结构越来越复杂，设计过程需要处理的需求和细节也越来越多。为尽快交付产品，企业从设计到制造都在进行全流程的革新与优化，包括实现设计仿真一体化，通过融入VR/AR技术实现产线的全数字化仿真，加速打通从设计端到制造端的数据链路，为智能制造转型打下坚实的基础。

　　然而，在这一过程中企业也面临诸多的挑战，比如如何缩短产品研发周期?如何高效实现机、电、软一体化设计?如何实现产品设计过程的高效评审?如何支撑起产线级的工业数字化仿真需求等。

　　企业数字化转型面临的挑战

　　随着个性化需求的快速发展以及产品推陈出新的速度越来越快，产品的交付周期也越来越短，日趋复杂的产品结构也给企业的产品设计、生产制造和服务运维过程带来了前所未有的挑战。

　　在产品设计环节，企业需要在更短的时间内完成产品三维数字化建模，为准确把握客户的需求，企业往往在设计阶段就会让客户参与进来，通过能远程开发协作参与到前期的产品设计中，完成产品的建模，以缩短产品设计周期。

　　在产品仿真环节，产品的功能越来越复杂，设计的软件功能也日趋丰富，机电软一体化设计以及设计仿真一体化都是趋势。如何高效快速的支撑产品仿真需求，考验着硬件的支撑能力。

　　在工艺仿真环节，工艺仿真是连接设计与制造的桥梁，产品越来越复杂的情况下，对制造工艺的要求也越来越高。在产品生产之前通过三维数字化技术对产品的工艺流程进行全过程验证，进而优化产品设计工艺。

　　在工厂仿真环节，工厂仿真主要是借助专业的工业数字化仿真软件，在三维仿真环境下模拟产品的生产制造过程，包括产线布局、生产节拍和流程、物流路劲以及机器人的编程路径等，以检测并验证生产过程避免干涉等。

　　在运维服务环节，随着产品的结构变得更加复杂，维修人员已无法记住每个操作细节或弄清每一个故障问题，维修维护工作需要及时专业的技术指导，从而保证为客户提供更优质的售后服务。

　　企业要化解传统研发设计和生产制造过程所面临的挑战，除了积极利用新兴技术解决问题，还需要借助计算能力更强、能长时间稳定可靠运行的专业硬件支撑，以加速产品设计，提升市场响应能力。

　　企业需要怎样的数字化设计平台?

　　随着企业数字化转型和智能化升级，企业到底需要怎样的数字化设计平台?站在企业的角度，可能性价比始终是第一位。在同等性能前提下，价格更优者赢。但在讨论这个问题之前，还得解决一个当下用户比较关注的问题，即企业在选择数字化设计平台时，到底是选择云平台还是采用传统的工作站?

　　当前企业上云已成趋势。从设计、生产到销售，企业把业务陆续迁往云端，利用云平台的低成本和高弹性，降低IT成本，提高业务灵活性。但这一过程也碰到不少挑战。就拿研发上云来说，除少部分CAD和CAE软件上云，主流的工业软件仍然是采用传统部署模式。为什么出现这种情况，笔者分析有三个方面：

　　首先，受限于网络传输能力，云平台仅支持较小规模的产品设计需求，功能上不如单机软件强大;其次，与软件功能的兼容性方面，云平台不如传统工作站做好的;第三，企业很多产品都是新产品研发，考虑到设计数据的安全，企业更愿意使用传统的工作站，以保证数据不被泄露和窃取。

　　如果抛开平台功能的支撑能力和差异，从长期看，云平台的使用成本并不低。考虑到企业设计仿真需要租赁的都是多核处理器、大内存和高速盘，再加上计算过程的海量数据传输。综合传统工作站5年左右的使用周期，其实云平台的总体使用成本是要普遍高于传统工作站的。因此，并不一定具备性价比。

　　目前，用云平台替代传统工作站，并不具备条件。

　　为什么选择ThinkStation?

　　在硬件的人士看来，当前无论是PC、手机还是其他的移动终端，经过这么多年的发展，硬件的供应商主要集中在那么几家。以工作站来说，处理器主要是英特尔、AMD两家供应，专业显卡主要是NVIDIA，而内存和硬盘也主要是金士顿、三星等主要玩家。所以很多人认为，工作站的产品同质化问题很严重，这家和哪家基本一样，选择哪家都没问题，主要同配置的价格。

　　但笔者要说的是，虽然工作站产品在硬件存在同质化问题，但差异化的地方也非常多，这些差异化竞争表现在高可靠性和服务。

　　TBR返修率研究显示，2019年联想工作站在前三年中的返修率是所有供应商中最低的。这包括台式和移动工作站。三年来，联想也是唯一一家低于行业平均水平的供应商。ThinkStation工作站还与全球主流工业软件厂商合作，针对各种主流工业设计软件有着完美的兼容性，能保证用户的软硬件系统之间实现最优结合，充分释放平台的强大性能。

　　联想ThinkStation工作站包括9款5个系列产品，其中P300系列为入门级单路工作站，包括P330和P340两款产品，定位最基础的工业设计、BIM设计、广告及平面设计需求;为支撑更复杂的工业设计需求，联想Station推出了三大主流高端单路工作站，包括P520C、P520以及P620，这三款产品可以支撑日趋复杂的工业产品设计与仿真，在成本上也有着其他品牌产品无可比拟的优势。对于更复杂的工厂级产线设计与仿真，企业可以选择P720、P920两款双路顶级工作站产品，不仅能支撑产线级设计与仿真计算需求，还能满足石油天然气GIS应用、数字传媒影视后期制作等需求。

　　ThinkStation工作站支撑的工业场景

　　就ThinkStation工作站全系列产品的配置性能，笔者做了比较详细的分析，并结合多年在工业领域的产业服务经验，梳理除了ThinkStation工作站所支撑的9大工业场景。

　　场景一：快速构建数字化样机

　　构建数字化样机是产品设计的第一步，其过程包括概念草图到三维建模，以三维CAD软件为主，主要对点、线和面的编辑处理，对CPU的瞬时计算压力和显卡的渲染能力要求较高。

　　基于这种特点，ThinkStation P330能很好的满足需求。该产品搭配了英特尔®新一代Coffee Lake处理器平台，包括Core i7 8700K处理器以及至强E-2100系列处理器，支持板载M.2 SSD，实现数据高速读取及编辑。性能上能满足零部件级的模型编辑需求，新一代NVIDIA® Quadro® Pascal架构专业显卡，不仅支持VR专业应用，还能很好的支持模型渲染、剖切等操作;DDR4 2666MHZ ECC内存，提升数据准确性与系统可靠性，面对庞大系统运转亦应对有余。

　　ThinkStation P330工作站支持的配置范围很广，处理器最高支持i9-9900K、E-2224处理器，NVIDIA Quadro P5000专业显卡以及128GB DDR4 2666MHZ ECC内存。因此，企业可根据建模需求进行选配定制。

　　场景二：工程师VR评审

　　随着VR/AR技术融入到产品设计，除用于后期的工业仿真场景的建模外，在产品设计阶段，也用于对产品设计方案和属性的评审，在VR环境下进行直观的交互验证，提前发现设计中存在的问题并做优化，以保证产品设计的质量。

　　目前，ThinkStation工作站配合一些专业VR头显，利用虚拟创作软件平台导入三维模型文件，以全尺寸在虚拟平台中展示，使工程师可以对模型进行标注、测量和编辑，以及更换材质和光照，查看设计产品的内部零件和设计结构等。前面提到，ThinkStation P330由于搭配了新一代NVIDIA® Quadro® Pascal架构专业显卡，支持VR专业应用，搭配VR头显能实现VR环境下的设计评审。对于一些较大的模型评审，企业可综合需求提升配置，比如ThinkStation P520系列能满足复杂的造型设计和VR内容开发。

　　场景三：异地协同设计

　　随着产品推陈出新的节奏不断加快，留给企业产品设计的时间也越来越短，为尽量不偏离客户的需求，在产品设计阶段就会邀请客户方加入。同时为加快产品设计速度，缩短产品设计周期，异地多人协同设计也被使用，这使得完成一个设计项目，需要有设计、提交、传阅、校对、审核、批注、会签、互提、变更、发布、出版、归档等工作过程。

　　对于越来越广泛的异地协同设计需求，ThinkStation工作站支持通过搭配一些远程图形软件来实现远程协同设计。考虑到协同设计对硬件的性能要求不高，企业可根据模型的大小选择产品，比如零部件模型设计可选用ThinkStation P330，较大模型设计可选用ThinkStation P520或P520c。

　　场景四：产品仿真分析

　　产品仿真分析通过仿真实验环境替代实物试验，对产品结构强度、刚度、多刚体动力学、碰撞、安全性，以及总体性能等过程进行模拟分析。比如在汽车行业，在汽车物理样机制造之前，就能通过对模型的仿真分析来预测车辆在实际驾驶情况下的性能情况，避免在产品开发后期发生问题，从而有效地缩短产品从设计到交付的周期，并降低成本。

　　由于产品仿真分析过程对计算性能要求较高，且计算过程会产生大量的分析数据，因此对工作站的整机性能形成了严峻考虑，不仅要求计算能力强，内存要大，硬盘的读写速度较快。CPU应尽量选择多核产品，搭配高性能的图形显卡、内存容量大，硬盘以SSD为主，要实现长时间高稳定性运行。

　　针对这种需求，ThinkStation P720是个不错的选择。ThinkStation P720配置了英特尔最新的Xeon CPU和设计结构，支持双NVIDIA P6000或GP100专业显卡，最大搭配768GB DDR4 RDIMM内存、2个板载M.20SSD、4个M.20SSD阵列卡，实现硬盘的高速独写和安全性的完美兼容。

　　场景五：AI拓扑优化设计

　　在产品创新设计过程中，工程师除了从结构上做优化，还有就是结合日趋成熟的AI技术对产品的材料做分析优化，分析那些不影响零件刚性表现的材料并去除，并在满足功能和性能要求的基础上，从多种结构优化的方案中找到功能和性能相同但重量更轻的结构。比如在汽车行业，轻量化设计是当前汽车结构和材料研发的新趋势。

　　目前，很多工业设计软件开始提供AI拓扑优化设计功能，其核心是利用AI能力对结构和材料做优化，考验硬件的计算分析能力。针对这种需求，ThinkStation P620都是不错的选择。这是一款联想最新发布的产品，搭配锐龙Threadripper Pro处理器，最高64核心，是首款支持PCIe Gen 4的工作站，8通道内存3200MHz，最高可达1TB，提供强大的计算分析能力，内存、硬盘的空间不仅足够大，都是当前最快的性能最快的产品。

　　场景六：工艺装配仿真

　　以3D模型及工艺数据为基础，支撑企业应用3D数字化工艺软件，通过结构化方式创建用于零部件加工和装配过程的工艺规划。目前，企业现有的硬件平台很难满足不断增长的工艺仿真计算需求，很容易因计算能力不足、内存空间太小等问题导致系统卡顿、死机等情况发生。

　　对零部件数量小于2000的模型装配，笔者建议，可考虑ThinkStationP330。对于零部数量高于2000到5000以内的模型，可考虑ThinkStationP520;如果零部件数量高于5000个，就需要选择ThinkStationP620、ThinkStationP720等更高配置的工作站，内存最低配置128GB，选购前，可进行整体的性能测评评估。

　　场景七：产线布局与规划仿真

　　对新产品的投产，企业都需要利用生产仿真软件对生产制造过程进行产线布局和规划仿真，对制造过程进行离线编程，由机器人根据编程指令沿直线、圆、曲线等在虚拟环境里的运动，发现问题及时优化。

　　产线布局与规划仿真过程会产生大量的计算数据，不仅对图形显示性能要求高，对计算性能也有严苛的需求，是虚拟仿真中最耗费性能的场景。因此，对于这个场景的需求，笔者认为，企业直接考虑ThinkStation P920这款集强劲动力与坚固耐用于一身的顶级工作站。

　　ThinkStation P920最高可搭配两颗英特尔最新的Xeon GOLD 6142处理器，持顶尖的NVIDIA® GV100或RTX8000专业显卡，2个板载M.2 SSD、4个M.2 SSD阵列卡，最高2TB DDR4 RDIMM内存，实现硬盘的高速独写和安全性的完美兼容。

　　场景八：AR远程维修维护

　　随着产品结构日趋复杂，对产品维修的专业性要求也越来越高。为提升产品服务水平，很多企业利用VR技术，让企业专家随时随地远程指导现场工程师进行高效产品维修维护。而要保证整个过程的高效稳定，很多企业以工作站强大的性能为支撑，打造AR远程维修维护解决方案。

　　考虑到全3D模型用于AR交互展示，对强大的计算性能、大内存和数据读写低延时的要求，建议选用ThinkStation 620或更高端的ThinkStation产品，目前有些企业通过使用ThinkStation工作站，将PLM系统中的3D模型用于AR的展示。只要戴上眼镜，就可以获得任何你想要的、任何你想看的，打造更新颖、更及时、更有效、更低成本的产品维修服务模式。

　　场景九：VR培训

　　目前很多企业开始利用VR技术模拟真实的操作场景，让员工通过虚拟现实技术详细了解每一个维修操作步骤，即增强了培训效果，缩短了培训周期，也降低了培训成本。

　　VR培训与VR评审功能基本类似，都是借助VR头显，在工作站强大的性能支撑下完成全息虚拟3D场景的交互操作。对硬件的计算能力和图形显示能力有较高要求。对于VR员工培训场景，考虑到效果，建议选用ThinkStation P520或P620中高端工作站，成本价格不高，可扩展的空间较大，能适应更广泛的VR场景培训需求。