CATIA飞机协同设计制造图形工作站配置方案

ultralab

       当今飞机三维设计具有三维可视、多部门协同设计等特点，CAD软件创建三维模型达到了逼真相片级效果，常规图形工作站面对复杂图形计算受到挑战，本贴对全三维飞机设计的主要因素--三维模型特点进行了分析，给出用于协作时代，超大规模三维模型设计的工作站、服务器硬件配置方案。
       大型飞机产品结构极其复杂，气动外形要求严格、设计不断修改、产品构型众多、零件材料和形状各异、内部结构复杂、空间紧凑、各类系统布置密集以及零组件数量巨大等特点，另外协作单位几千家，整个设计体现全三维参数化、协作式、关联设计，三维软件设计（CATIA、UG、PTC Creo等）具有全方位、功能丰富、可视化等，作为软件运行平台---图形工作站性能表现变得至关重要。

       飞机设计软件从过去的二维设计、三维设计、参数化三维设计、参数化可视化三维设计，到现在的协同式全三维可视参数化设计，这个变化是因为产品开发周在不断缩短和设计模型要求精细、严格和高精度。从方案设计、初步设计、详细设计、逆向设计、虚拟装配、数字样机和虚拟制造，每个环节都实现了100%的数字化，软件也变得功能丰富无所不能，三维模型的反复修改和相应参数不断自动变更，以及借助计算机的虚拟现实技术，实现产品完美三维展示。因此，在飞机设计制造的所有环节，三维模型流畅的展现（转动、缩放等）是飞机设计基本保证，现在模型比过去越来越逼真，工作站硬件性能要求更高已经成为必备。   

三维建模主要计算特点分析：
1.飞机三维模型数据结构、存储、调用

首先三维设计中-三维模型，它贯穿整个设计与制造所有环节，飞机设计制造的数字化描述的体现，一个完整的三维数据模型不是简单的几何图形，是所有几何信息和非几何制造信息的集合体，它包含了3个要素：

第一个是产品生命周期的不同阶段属性信息和特征的集成；

第二个是产品属性信息及形状、特征、尺寸、公差能够数字化表达、处理和转换；

第三个因素就是集成化的模型应该在分布式环境下管理，便于协同设计，三维实体模型能够作为生产制造过程中的唯一依据

复杂的三维模型文件的存储，肯定是由多个不同类属性文件组成，存储结构复杂、数据量大，从硬盘调到内存，将数据解压缩到内存，同时实时数据的模型还原，通过计算机CPU和图卡，展现出近似实物模型的三维模型，这个过程中，图形工作站的CPU和GPU计算速度、硬盘存储IO都很高要求。

2.CPU-三维建模算法最关键要素

在概念方案、初步设计、详细设计、虚拟装配、数字化样机、虚拟制造和高端可视化各个环节，要对飞机关键配件的三维模型展现和诊断、分析，另外逼真的三维模型帮助创意设计师、设计工作室和工程部门可以在优化其产品方面协同工作，以达到审美和工程目的。屏幕展现近乎实物样品---高精度三维可视模型，是通过建模算法和虚拟技术实现，建模方式主要有实体建模、曲面建模、网格建模，飞机设计主要软件 CATIA V5/V6、西门子NX、PTC Creo，建模功能强大，支持设计各个阶段主流建模方式。

为了让三维模型达到逼真的实物效果，离不开高精度的曲面建模算法，涉及曲面相交时繁杂的数学计算，精度高模型其计算量几何级变大（从G0，G1，G2到G3），此外还要进行诸如布光、跟光等更为复杂的运算，通常这个计算是单核模式，CPU比过去承担更重的计算任务，CPU频率高对复杂、精致三维模型流畅移动、旋转操作影响极大。

3.图形生成与模型卡顿原因

计算机在屏幕将图形展现出来，是由CPU和显卡共同完成的，CPU主要承担三维模型几何顶点数据的计算，供显卡生成图形，显卡拿到这些数据，生成几何三角形，再着色和纹理贴图，图形就这么生成出来，所有这些数据在内存里，图形显示数据在显存里。

很多客户以为移动、缩放三维模型的卡顿原因是显卡性能不够，实际情况是CPU的几何数据计算速度跟不上，造成卡顿。

4.文件操作不同阶段计算特点

主要经历模型数据调入、图形生成、交互式操作、填加图表、窗口、渲染（Renders）阶段

ultralab飞机设计工作站、服务器硬件配置方案
1.三维零配件设计工作站配置方案
应用定位
飞机零配件三维设计、三维建模，复杂的模型需要更高更强性能的图形工作站，保证交互编辑、分析过程中三维模型移动、旋转、缩放流畅自如

2.数字样机（虚拟装配）工作站配置方案
应用定位
数字化装配、数字化样机、虚拟制造应用，飞机产品零配件众多，工作站首先拥有足够容量的内存，保证装配用的零件数据调入，其次超高频率和超高端图卡保证在虚拟装配过程中，实时几何顶点数据计算和图卡三维模型渲染，从屏幕上看到模型的流畅自如

3.沉浸式多屏合成显示工作站配置方案
应用定位
虚拟现实技术下的三维模型在多屏合成超高分辨率图形下实时图形生成，
飞机行业涉及的产品零件众多，通过一个超大分辨额屏幕要展现出更直观和身临其境，供设计分析、诊断和研究

4.海量高性能数据库服务器配置方案
应用定位
协同关联式设计,三维模型库数据量巨大，存储服务器需要具备超高io性能，满足实时多路高密度数据读写操作。


注意事项

• 移动、缩放三维模型的卡顿原因不是显卡性能不够，而是CPU的几何数据计算速度跟不上
  
• CPU--三维建模算法最关键要素
  
• 主流机型都是常规配置架构，这种机型计算能力碰到复杂三维模型，性能肯定不够用
  
• 昂贵的双Xeon高端图形工作站并不适用此类图形设计计算特点，机器配置和应用不适配并不能解决卡顿
  
  

详询：596349281@qq.com