上期，劉加林老師為大家分享了軌道交通領(lǐng)域檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)思路。文章發(fā)出后，網(wǎng)友們留言提出了很多關(guān)于工業(yè)裝備領(lǐng)域構(gòu)建產(chǎn)品數(shù)字化虛擬樣機(jī)的問題本期，劉加林老師為大家答疑解惑剖析「軌道交通智能裝備」的全三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)方法。

貴公司所聚焦的軌道交通檢測(cè)產(chǎn)品體系，相較于一般裝備制造業(yè)而言有哪些特點(diǎn)？從技術(shù)應(yīng)用層面看，你們是如何通過智能化技術(shù)提升檢測(cè)結(jié)果精度的？

高鐵作為人們普遍的出行方式，安全性一直是大家關(guān)心的問題。我們主導(dǎo)科技目前的產(chǎn)品主要聚集在高速動(dòng)車組的安全運(yùn)行保障檢測(cè)裝置。作為一種復(fù)雜的檢測(cè)裝置，動(dòng)車組安全運(yùn)行保障檢測(cè)裝置涉及到多種學(xué)科、多種技術(shù)的交叉應(yīng)用，包括光學(xué)圖像檢測(cè)技術(shù)、無損檢測(cè)技術(shù)、人工智能及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等。

以我們代表性的裝備產(chǎn)品：動(dòng)車組輪對(duì)、受電弓及走行部檢測(cè)裝置為例，它可以進(jìn)行車載檢測(cè)、正線監(jiān)測(cè)、日常動(dòng)態(tài)檢測(cè)、定期在線檢測(cè)、定期落輪檢測(cè)等，為高鐵的安全出行構(gòu)筑五層綜合保障體系。換句話說，主導(dǎo)科技可以為動(dòng)車組關(guān)鍵部件的全生命周期安全質(zhì)量控制提供智能化解決方案，全方位保障動(dòng)車組運(yùn)行安全。

圖. 主導(dǎo)科技檢測(cè)產(chǎn)品系列

以我們安裝在鐵路列車運(yùn)行線路上的TADS滾動(dòng)軸承故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)為例，在研發(fā)過程中采用了先進(jìn)的軌邊聲學(xué)跟蹤等技術(shù)，對(duì)各型鐵路列車滾動(dòng)軸承外圈、內(nèi)圈和滾動(dòng)體的裂紋、剝離、磨損及腐蝕等技術(shù)及智能識(shí)別故障均可以進(jìn)行早期診斷和分級(jí)報(bào)警。適用于各型動(dòng)車組、機(jī)車、車輛及動(dòng)力集中動(dòng)車組在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)，滿足鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求。

我主要負(fù)責(zé)在新品研發(fā)階段進(jìn)行三維重建、各類三維數(shù)據(jù)處理、算法的設(shè)計(jì)、開發(fā)和測(cè)試工作，同時(shí)負(fù)責(zé)各類實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境搭建，編制各類技術(shù)資料文檔，并不斷跟進(jìn)行業(yè)內(nèi)的新技術(shù)與算法。這其中會(huì)涉及多種類型的3D、CAD軟件工具，會(huì)面臨復(fù)雜3D模型、高精度和高性能計(jì)算等各種情形。

圖 高鐵在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)

在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)全三維設(shè)計(jì)過程中，高性能臺(tái)式圖形工作站對(duì)您和研發(fā)部門的最大幫助體現(xiàn)在哪些方面？

就我個(gè)人而言，我認(rèn)為專業(yè)的高性能工作站是我們?nèi)粘９ぷ髦凶罨A(chǔ)也是最重要的工具，我們內(nèi)部也一致認(rèn)為沒有穩(wěn)定、高效的設(shè)計(jì)環(huán)境是很難貫徹全三維設(shè)計(jì)這樣的全新設(shè)計(jì)理念。我們?cè)谘邪l(fā)階段全面應(yīng)用三維CAD、PDM以及OA與SVN等系統(tǒng)平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)全三維數(shù)字化的協(xié)同設(shè)計(jì)，包括各分公司與總部開展國(guó)內(nèi)異地遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計(jì)，整個(gè)過程都是無紙化設(shè)計(jì)模式。

在惠普Z(yǔ)8 G5工作站的強(qiáng)大性能支持下，我們可以全面替代傳統(tǒng)PC開展各項(xiàng)研發(fā)設(shè)計(jì)工作，各種專業(yè)設(shè)計(jì)軟件可以無壓力地同時(shí)流暢運(yùn)行，支持我們以三維數(shù)據(jù)模型為主線貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)流程，使各部門都能流暢自如的共享單一數(shù)據(jù)源結(jié)果。需要特別說明的是，動(dòng)車組安全運(yùn)行保障檢測(cè)裝置本身精度較高，為了確保將產(chǎn)品精度、產(chǎn)品性能最大化，我們產(chǎn)品的所有大型結(jié)構(gòu)件和關(guān)鍵零部件都會(huì)使用CAE分析軟件ADAMS與ANSYS、Simulation等進(jìn)行有限元分析，并使用ANSYS、Simulation對(duì)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行FEA應(yīng)力分析，使用ADAMS對(duì)運(yùn)動(dòng)相關(guān)部件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，進(jìn)而優(yōu)化各部件的結(jié)構(gòu)，為產(chǎn)品的安全性提供了保障性的依據(jù)。

得益于惠普Z(yǔ)8 G5工作站的強(qiáng)勁性能，尤其是搭載的英特爾至強(qiáng)Gold 6444Y 處理器和NVIDIA RTX A5000專業(yè)級(jí)顯卡，以及21000+ISV軟硬件組合認(rèn)證，提高了我們?cè)谑褂酶黝悓I(yè)工業(yè)軟件高強(qiáng)度同步求解運(yùn)算的效率，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，減少設(shè)計(jì)失誤，為生產(chǎn)、制造、改進(jìn)以及后續(xù)的變形設(shè)計(jì)節(jié)省了大量的時(shí)間和成本，對(duì)提高公司研發(fā)水平，以及產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力起到了重要的作用。

之前您提到了產(chǎn)品采用空氣動(dòng)力學(xué)仿真，為何會(huì)考慮使用這種仿真設(shè)計(jì)方法？采用這種方式對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)流程而言有哪些優(yōu)勢(shì)？對(duì)設(shè)計(jì)工具產(chǎn)生了哪些要求？

在科技日新月異的今天，高鐵檢測(cè)已經(jīng)從曾經(jīng)依靠人力巡檢的作業(yè)方式逐步被智能巡檢裝備所取代。但是，設(shè)備同樣也會(huì)遭遇到惡劣天氣條件的困擾。例如由于戶外條件多變難以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，設(shè)備在軌道運(yùn)動(dòng)過程中最高可能會(huì)遇到9級(jí)大風(fēng)天氣，如何保障產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定、高效運(yùn)行來保障測(cè)試準(zhǔn)確性成為困擾設(shè)計(jì)師的難題。

之前我提到的空氣動(dòng)力學(xué)仿真，其設(shè)計(jì)靈感也是來源于汽車通過流線型設(shè)計(jì)來減少風(fēng)阻系數(shù)，提高車身的穩(wěn)定性，降低能耗等。以生活中的例子來說，當(dāng)水流過鴨子的背會(huì)發(fā)生什么？水會(huì)順暢地，毫無阻礙地從鴨子那有著流線型曲線的背部流過，從鴨子的尾巴甩出去。上面這是一個(gè)貼近日常生活的場(chǎng)景，但它同時(shí)也代表著理想的產(chǎn)品空氣動(dòng)力學(xué)形態(tài)。空氣雖然看不見摸不著，但它是有力量的。當(dāng)我們的檢測(cè)設(shè)備在高速移動(dòng)的過程中，與氣流之間接觸的位置就會(huì)產(chǎn)生兩種狀態(tài)，一種是空氣順暢流走，另一種則是空氣被設(shè)備的某些部位給擋住，產(chǎn)生風(fēng)阻，這時(shí)候就會(huì)影響產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)，如果長(zhǎng)時(shí)間保持這樣的狀態(tài)運(yùn)行還會(huì)損傷產(chǎn)品的性能造成一定的故障。

因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程就需要充分考慮外部環(huán)境對(duì)于產(chǎn)品所帶來的影響，采用空氣動(dòng)力學(xué)來分析模擬，并設(shè)定合理的產(chǎn)品外形參數(shù)。這就需要硬件擁有快速實(shí)時(shí)圖形生成以及高速計(jì)算能力，幫助我完成從設(shè)計(jì)到虛擬仿真驗(yàn)證等環(huán)節(jié)。由于對(duì)模型的模擬仿真進(jìn)而獲得最優(yōu)解，是一個(gè)持續(xù)優(yōu)化迭代的過程，其中涉及到大量的數(shù)據(jù)需要處理，可能一個(gè)中等模型所需處理的數(shù)據(jù)量就高達(dá)幾十GB，之前受限于機(jī)器性能不足成為我們?nèi)粘９ぷ髦泻臅r(shí)最嚴(yán)重的環(huán)節(jié)之一。憑借惠普Z(yǔ)8 G5工作站搭載的高性能CPU以及專業(yè)顯卡，原本需要2-3天時(shí)間所需處理的數(shù)據(jù)量可以在1天輕松完成。我們可以毫無顧慮的并行開展多種方案的比對(duì)調(diào)優(yōu)，專注創(chuàng)新，無需再為算力不足而苦惱。

請(qǐng)您總結(jié)分享一下在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)過程中的經(jīng)驗(yàn)。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)首先需要通過提高附加值來提高效益，區(qū)別于仿制型和跟隨性的研發(fā)策略，我們必須采用先進(jìn)研發(fā)技術(shù)和設(shè)計(jì)方法學(xué)，創(chuàng)新、改善和規(guī)范企業(yè)研發(fā)流程，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)造更多價(jià)值。

對(duì)于企業(yè)來說，需要全局性思維，歸納整合企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)過程中的各個(gè)要素環(huán)節(jié)，從理念、方法、流程到工具、技術(shù)，從而形成一套企業(yè)遵循的研發(fā)流程和管理規(guī)則。包括我們部門也曾有過“重視研發(fā)、輕視優(yōu)化”、“重視軟件、輕視硬件”等情形，我認(rèn)為企業(yè)必須綜合考慮研發(fā)環(huán)節(jié)當(dāng)中的各個(gè)元素，將先進(jìn)設(shè)計(jì)工具和產(chǎn)品研發(fā)流程緊密結(jié)合。此外，企業(yè)需要以人為本，換句話說就是重視一線研發(fā)設(shè)計(jì)人員的體驗(yàn)，配以優(yōu)秀的數(shù)字化工具，例如專業(yè)的惠普Z(yǔ)8 G5工作站搭建數(shù)字化創(chuàng)新平臺(tái)，完成產(chǎn)品全數(shù)字化協(xié)同仿真，以虛擬化樣機(jī)技術(shù)持續(xù)對(duì)產(chǎn)品優(yōu)化，進(jìn)一步提高研發(fā)創(chuàng)新技術(shù)能力與效率。