CATIA飞机协同设计制造图形工作站配置方案

主要内容
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，本经验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，本文主要内容：

（一）高性能图形工作站、存储是飞机协同设计制造重要保证
（二）飞机三维模型特点与工作站硬件配置分析
（三）CATIA飞机设计工作站、服务器硬件配置方案
     3.1 大型三维建模工作站配置推荐
      3.2 大型装配设计工作站配置推荐
      3.3 超高分辨率沉浸式工作站配置推荐
      3.4 协同设计产品数据管理服务器配置推荐

引子

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。

（一）高性能图形工作站是飞机设计制造重要利器

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。

（二）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。

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