三維船舶設計圖形工作站特點分析

船舶與海洋工程行業一直處于不斷革新挑戰,經營者為了抓住每一個機會,必須提升整體性能和降低總成本,從而要求船舶設計最短時間給出更節能、可靠和環保方案,面對上述需求并應對挑戰,船舶設計部門必須擁有高效率、高質量設計能力,能夠在最短時間完成建造船舶方案。這是未來趨勢,設計部門不僅僅對設計人員素質要求提升,還要有更好的設計利器-專業圖形工作站,幫助加速完成船舶設計與性能分析,贏得先機.對大型船舶與海洋工程設計項目的特點:系統復雜、船型多、涉及專業廣、各個環節各個專業同步并進,協調,變化而動全身,其設計與性能分析過程的每個環節的軟件計算具有不同特點,細化分類,給出匹配的高效能計算架構的工作站硬件配置方案,幫助船舶設計單位更從容地完成大型、復雜船舶和海洋工程設計和船舶建造,滿足所有者對快速實現船隊現代化日趨迫切的需求
船舶與海洋工程設計是一個典型CAD/CAE/CAM應用范例,主要方面歸納為:
(1)大型三維船舶設計參數化設計技術是一種面向產品制造全過程的描述信息和信息關系的產品數字建模方法,參數化、三維可視設計軟件大大加速船舶開發過程,縮短研發時間,但是面對更大的數據計算量和圖形實時生成計算量巨大膨脹,計算機計算速度和顯示速度更高要求
典型軟件 TRIBON、NAPA、CADDS5、 CATIA、Maxsurf
計算特點:三維可視設計架構,大型船舶架構復雜,對計算機圖形生成如幾何頂點計算量巨大,計算機圖形生成主要靠單核完成,所以復雜的模型生成,CPU頻率至關重要
設計工作站配置  待更新

工作站配置特點:
上述方案擁有目前最高頻率架構,徹底解決了面對復雜模型交互設計過程,模型操作卡、頓問題,讓你更流暢從容設計,當然具體使用哪種軟件還有不同硬件優化,視情況可以做配置調整(2)大型船舶建模(CAE前處理、網格劃分)
在有限元求解之前,必須要對三維船舶和海上結構構建有限元模型(CAE前處理、網格劃分),這個階段主要操作:實體幾何建模、殼單元網格劃分、網格變形、詳細分析模型建立、曲面幾何建模等,網格劃分正確與否對計算結果的精度和計算規模大小至關重要
典型軟件:HyerMesh,ANSYS ICEM CFD
推薦配置  待更新
工作站配置特點分析:在高度交互式三維可視化環境下,復雜的三維模型網格劃分對計算機實時圖形生成能力是一種挑戰,計算機單核頻率和內存容量、圖卡和模型復雜度成正比例,很多使用者往往讓一臺機器承擔前處理、求解、后處理所有任務,但是面對復雜模型,這個機器往往在前處理階段力不從心,其主要原因,工作站受處理器工藝限制,核多頻率就低,核少頻率高,能勝任多核計算的工作站往往擁有足夠核數,但是頻率偏低,對復雜模型網格劃分,需要很高頻率的工作站才能勝任.
(3)性能分析之一---結構仿真
整船強度分析(Nastran)、線性靜強度分析、非線性屈曲失穩分析模型、船體穩定性分析(Marc)、隱身分析(船型隱身、雷達隱身、噪聲隱身)
典型軟件(1)SeSAm (包括:DeepC、GeniE、HydroD (2)PATRAN/NASTRAN
計算特點 以隱式算法為主,對CPU頻率和一定核數(20核以內)極高要求,內存容量和帶寬極高,對硬盤io帶寬要求高
推薦配置  待更新
工作站配置特點:在CPU、內存、硬盤IO和硬盤容量都保證了高速計算各個階段完美,每個環節瓶頸降到最低,從而大幅提升計算性能和縮短求解時間
(4)性能分析之二---碰撞、爆炸、空泡等安全仿真
這類性能分析主要在碰撞和擱淺,液體晃蕩,水下爆炸,空泡等方面
典型軟件:MSC Dytran ,ANSYS LS-Dyna,MSC Marc、MD Mastran
計算特點  以顯式算法為重點,對多核并行計算加速比極好,核越多越好,頻率越高越好,內存帶寬盡量能最大化
推薦配置(該配置也適合水動力仿真計算)待更新
工作站配置特點:通過CPU加速技術提升,保證了多核+高頻的市場需求,讓整個計算過程進一步縮短
(5)性能分析之三---水動力仿真三維船舶設計圖形工作站特點分析的圖1
此類性能分析主要在結構動力分析的,頻率模態、速度加速度等可以用來計算波浪與結構耦合作用,計算中考慮風載荷、流載荷,多體結構相互耦合,前進速度和內部流體運動等的影響
典型軟件:ANSYS AQWA,MOSES,HydroStar,ANSYS Fluent,Star-CCM+
計算特點:以顯式算法為主,對多核并行計算加速比極高,核越多越好,頻率越高越好,內存帶寬盡量能最大化
推薦配置 (該配置也適合安全分析)待更新
工作站配置特點
高性能服務器集群進行求解優勢在擁有更多的核,承擔更大規模計算,但是缺點是對環境要求和人的素質要求極高,使用部門大部分都是專業研究單位,對計算機網絡管理與維護缺乏專業知識和經驗,系統維護是件頭大事情,圖形工作站越來越強大和普及,72核架構的工作站,其強大的性能足夠替代服務器集群,讓更多地人從容享受超級圖形工作站帶來的好處和便利。
(6)虛擬現實技術(VR)在船海行業應用三維船舶設計圖形工作站特點分析的圖2

三維數字化船舶設計需要對最終結果,通過一個超大屏幕展現出來,主要應用:(1) 船舶模型的全角度展示 (2)船舶駕駛模擬訓練 (3)船舶制造過程的虛擬裝配等
典型軟件:Vega Prime,3DVIA…
計算特點:需要構建一個超高分辨率的虛擬真實場景的仿真環境,兩種實現模式(1)單機模式 (2)多機同步模式, 圖形實時生成的最大瓶頸在CPU頻率、GPU圖形處理性能上
配置推薦:待更新
工作站配置特點介紹:
對超高分辨率屏幕顯示和3D圖形實時生成極高要求,傳統的解決方案是通過多臺機器控制每一塊屏幕實現,因為這么大的場景單機往往無法實現順利流暢模型轉動,但是多機需要同步控制,開發難度和成本太大,解決辦法:通過超高頻率機器,確保超高分辨率的圖形生成實時流暢,同時單機借助Mosaic技術提供最大到4X4屏幕拼接,隨著應用的精度和畫質更加接近大自然效果要求,這種機器表現更突出,就是回到多機同步應用,讓該方案配置的工作站承擔,會大幅提升整個超高分辨率圖形生成速度。

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