本文从湖北三江航天万山特种车辆有限公司特种越野车和重型平板运输车产品的技术特点入手，分析了特种越野车和重型平板运输车在数字化设计条件下的研发模式，从信息化应用角度出发，为读者展示了NVIDIA Quadro专业显卡在产品研发过程中分级应用的范例。本文是我和楚宏理、王峻合作撰写，素材和图片均来自于三江航天万山特种车官方网站，（www.wstech.com.cn）感谢两位的支持和帮助。
一、专注特种车技术，积极拓展军民市场
湖北三江航天万山特种车辆有限公司（以下简称万山公司），前身是国营万山特种车辆制造厂，隶属于中国三江航天集团。现已跻身于中国500家最大机械工业企业、中国企业信息化500强之列。企业自成立以来，40年专注于特种车辆研发生产。如图1为企业研发的WS系列特种越野车底盘。载重从20吨到105吨，广泛应用于各种恶劣作业环境。
图1 WS系列特种越野车底盘（来自www.wstech.com.cn）
2004年，按照国家军民融合的整体思路，万山公司决定上马重型平板运输车项目开拓民品市场。至2005年的7月万山公司第一辆重型平板运输车顺利下线时，企业的民品收入只有2400多万元；但三年后，仅重型平板运输车领域，万山公司就已研发出A、B、C、G、L五大系列20多个品种，载重量覆盖了75吨－900吨，2008年仅该领域产品的订单就超过了2.2亿。作为一家传统的军工企业，在进入民品市场短短的三年中，之所以能取得如此突出的成绩，原因包括：
首先，产品的市场定位合理。万山公司立足与自身在特种车辆研发和生产上的优势，选择装备制造和工程建设领域的特定用户，如：船厂、钢厂等，以特种车与重型装备领域的交叉成果-重型平板运输车作为突破口。这种差异化战略既找到高附加值的市场，又避免了过早和汽车制造领域的对手直接竞争。
其次，万山公司研发能力强大。企业拥有专业技术人员700余人，还通过了产学研联合研制的方式，充分发挥武汉理工大学专家的作用，提高了研发速度。
第三，万山公司拥有生产重型平板车必须的关键设备。如试验场、试验中心和五个专业的研究室（所），企业拥有各类加工设备2000余台套，其中高、精、尖、关、重设备100余台套，具备大型机械加工和专用特种车制造能力。
第四，在新车研发过程中，信息化技术帮助企业改变了传统的研发模式，在万山公司产品发展中发挥了重要的作用。
二、特种车辆研发模式之变
特种越野车和重型平板运输车都属于重型工程装备与汽车的交叉领域，其共同特点是：研制和生产模式常采用多品种、小批量、定制方式。其研制周期短、质量要求高、学科跨度大、技术和管理的难度大。
传统的设计方法采用“设计试制试验”的串行设计流程，需经过多轮样车试制后才能完成，人力和财力消耗大、设计周期长，部分试验项目因为具有危险性或不具备条件而影响开发；而且用传统设计方法，难以把握该车型结构与性能关系的本质规律，不利于指导精确的设计。
图2 仿真与虚拟验证工作逻辑图
为此，万山公司采用了图2所示的仿真与虚拟验证流程。建立了重型平板车的数字化功能样车，将其作为一个完整的系统进行分析研究，通过不断实验和总结，逐步认识到部件结构参数与整车性能关系的本质规律。在设计产品数字化样机时，企业改用了自顶向下的三维设计思想和方法：总体设计部门在三维设计系统中进行总体布局设计，将总体布局传递到各级分系统，进行分系统的设计。在这个过程中，总体与分系统在三维数字化样机的环境中，进行各种沟通协调，不断完善整车的设计。
图3 某齿轮变速箱的三维模型仿真（MASTA）
图3 为在MASTA进行仿真的变速箱图，根据提供的载荷、工况，对结构进行应力和变形分析，从而确保最终产品的特性为最优的。在设计过程中，企业实现了边设计边对其性能进行可行性研究和优化；通过多次仿真和比较，可直接进行零部件设计参数的分析和优选。图4为企业的某挖掘机产品的液压仿真图。
图4 某挖掘机的液压系统仿真图
从串行到并行的模式质变，不但有效提高了设计质量和水平，还能利用仿真模型进行模拟实验，能减少试制、试验的轮次，既节省经费、又能缩短设计周期。
三、数字化技术应用，提升企业研发速度和产品技术水平
如前文所述，并发和协同的多领域设计对多个领域和部门之间的协同提出了很高的要求，必须通过信息化手段来支撑。为了满足应用需求，万山公司采用了建立了以三维数字化设计为核心的计算机辅助设计/工程分析与数字仿真、辅助制造的汽车产品开发平台系统，涉及到新产品开发项目的三维建模、总装布置、工程化设计、电子样车装配检查、性能仿真分析等数字化产品方面。相关应用软件和主要应用范围可参见表1。
表1 万山公司设计应用软件和功能说明
四、专业显卡分级应用，为软件应用构筑高效平台
创新的设计、仿真一体化模式以及众多的信息化应用对计算机设备提出了很高的要求，正所谓：工欲善其事，必先利其器。万山公司研发部门始终关注产品，计算机和信息化应用都是达到目的的工具和手段。选择硬件的原则是绝不允许因计算机的原因影响到产品设计。目前设计部门使用了数百台多个档次的惠普图形工作站，而决定工程师使用哪个档次的工作站的关键正是NVIDIA Quadro专业显卡。
1、比较方知专业显卡之重要
2000年以前，万山公司在设计上主要以二维为主，应用软件为Autodesk的AutoCAD，三维设计只用于少数复杂铸件的设计上。企业在选配电脑时没有对显卡给予充分的关注，采用的都是普通显卡。
万山公司从2000年开始引入了PTC Pro/ENGINEER，在使用过程中发现在普通电脑上运行此软件还不如企业在三年前配置的UNIX平台上运行的效率高。当进行缩放、旋转、移动等操作时，在PC上明显有跳动的感觉。而当时UNIX平台计算机硬件CPU、主板、内存、硬盘等方面的性能指标均远低于PC硬件。分析后发现症结在显**，UNIX平台计算机的显卡性能远远高于PC平台上配置的显卡。从那以后，专业显卡被列入选择范围。
随着企业的设计逐步迁移到三维平台上，部件、组件和整车的三维装配工作提上了日程，这时普通显卡的局限性凸显出来，由于显卡带宽、GPU运算能力、显存速度和容量以及驱动程序等的局限，即使入门级专业显卡也显得捉襟见肘，很多时候甚至无法正常完成工作。具体表现如下：
在一级总成装配的设计过程中，频繁出现花屏现象，缩放、旋转、移动时反应慢，延迟、停滞现象突出，常常出现破面的情况。
三维设计中，有时需要频繁地在阴影模式和线框模式切换，这时即使是二级总成，延迟和停滞现象很严重，出现破面。
在从三维模型绘制工程图时，阴影模式和线框模式切换时延迟和停滞现象突出。
此后，万山公司确立了设计部门必须使用工作站的选型标准，而且将工作站选择的关键指标定为专业显卡。
2、专业显卡的**划分
NVIDIA 将其Quadro 专业显卡划分为四个级别：入门级产品、中端产品、高端产品和超高端产品，具体参见图5。这样的级别划分代表了NVIDIA Quadro产品不同的性能，也对应了不同的价格。
图5 NVIDIA Quadro产品家族
根据实际体会，万山公司在设计部门根据显卡能力，将三维设计的工作用机分成了三个等级：
表2 三维设计依据专业显卡的分级表
表2中的超高端专业显卡中，企业使用的主要有Quadro FX4500 以及Quadro FX5800，除用于设计工作以外，配置该显卡的图形工作站同时也用于外接大屏幕投影进行汇报和演示。
在计算机辅助工程方面，因为有限元模型的单元往往在80万以上，常常涉及一维单元、二维单元、三维单元混合建模，当显卡性能不足时，操作除了出现延迟和停滞外，还常常出现整个模型只显示出一部分的现象，在实际工作中使用高端专业显卡较好的解决了问题。
五、显卡应用小结
作为一家快速成长的军工企业，高效研发军用和民用的特种车辆，对于万山公司而言至关重要。万山公司研发系统选择了NVIDIA Quadro专业显卡，并根据不同的应用需求，实现了分级应用，保证了高效能的硬件支撑系统。在全部使用NVIDIA Quadro专业显卡后，显卡影响研发工作效率的问题得到较好解决，满足了万山公司利用软件进行产品设计的复杂要求。通过对设计、分析工作的分类、分层次考虑，NVIDIA Quadro专业显卡做到了有效控制成本，物尽其用。
NVIDIA Quadro专业显卡过硬和不断创新的技术有利于企业轻松处理大规模图形数据，大幅缩短复杂可视化问题所需的时间，让工程师把精力全部放到设计、分析工作中，不再为硬件而抱怨和分神，从而从根本上提高了产品研发效率。本文系陈同江、楚宏理和王峻合作撰写，欢迎转载，转载时请注明作者和来源于e-works。
附：三江航天万山特种车辆有限公司简介
湖北三江航天万山特种车辆有限公司（简称万山公司）隶属于中国三江航天集团。经过36年的艰苦创业，万山公司现已跻身于中国500家最大机械工业企业、国家大型二类企业、企业信息化建设500强之列，国家一级计量单位，1999年一次通过新时代认证中心ISO9002质量体系认证并持续保持和改进。
万山公司是国家批准的汽车整车及底盘定点生产企业之一，多年来一直致力于汽车整车及底盘的研发和生产，形成了重型特种越野车（含底盘）总装、总调、试验生产线，中、大型零件精密机械加工生产线，大型结构件成形、焊接加工生产线，车轮车桥生产线，黑色金属及有色金属铸造生产线，零部件、整车喷涂生产线等6大越野特种车制造生产线，缩短了产品研发、生产周期，提高了加工制造水平和产品质量。
从上世纪80年代中期开始，研制了具有国际先进水平的重型特种越野车，在高机动、高越野等多项关键技术取得突破，填补了我国国防建设的空白，也为石油工业的采运、地质勘探等野外作业提供了优良的运输机械设备，现已形成WS2300、WS2400、WS2500、WS2900四大系列近五十个品种的产品格局。
进入二十一世纪以来，万山公司已形成了重型特种越野（专用）车及其底盘、WTW万山牌重型平板运输车、万山牌轻型客车、汽车零配件等四大系列产品，进一步拓展了民用产业发展领域。
2005年的7月万山公司第一辆重型平板运输车顺利下线时，企业的民品收入只有2400多万元；三年内，仅重型平板运输车领域，万山公司就已研发出A、B、C、G、L五大系列20多个品种，载重量覆盖了75吨－900吨，2008年仅该领域产品的订单就超过了2.2亿。
万山七大系列平板车产品
万山公司在特种越野车和重型平板运输车领域取得了广泛的成功，在行业中具有领先地位。同时，企业针对民用行业特种车的各种需求，为油田、矿山、铁路等不同行业，针对高原、沙漠等恶劣工况环境推出了相关民用专用车辆。具体参见下图：
万山公司推出的众多专用车
发表于：
2009-07-28 11:26 学无涯 阅读(5054)
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