三维船舶设计图形工作站的特点与优势分析

船舶与海洋工程行业一直处于不断革新挑战，经营者为了抓住每一个机会，必须提升整体性能和降低总成本，从而要求船舶设计最短时间给出更节能、可靠和环保方案，面对上述需求并应对挑战，船舶设计部门必须拥有高效率、高质量设计能力，能够在最短时间完成建造船舶方案。这是未来趋势，设计部门不仅仅对设计人员素质要求提升，还要有更好的设计利器-专业图形工作站，帮助加速完成船舶设计与性能分析，赢得先机.对大型船舶与海洋工程设计项目的特点：系统复杂、船型多、涉及专业广、各个环节各个专业同步并进，协调，变化而动全身，其设计与性能分析过程的每个环节的软件计算具有不同特点，细化分类，给出匹配的高效能计算架构的工作站硬件配置方案，帮助船舶设计单位更从容地完成大型、复杂船舶和海洋工程设计和船舶建造，满足所有者对快速实现船队现代化日趋迫切的需求

船舶与海洋工程设计是一个典型CAD/CAE/CAM应用范例，主要方面归纳为：

1）大型三维船舶设计参数化设计技术是一种面向产品制造全过程的描述信息和信息关系的产品数字建模方法，参数化、三维可视设计软件大大加速船舶开发过程，缩短研发时间，但是面对更大的数据计算量和图形实时生成计算量巨大膨胀，计算机计算速度和显示速度更高要求

典型软件 TRIBON、NAPA、CADDS5、 CATIA、Maxsurf

计算特点：三维可视设计架构，大型船舶架构复杂，对计算机图形生成如几何顶点计算量巨大，计算机图形生成主要靠单核完成，所以复杂的模型生成，CPU频率至关重要

设计工作站配置  待更新

工作站配置特点：

上述方案拥有目前最高频率架构，彻底解决了面对复杂模型交互设计过程，模型操作卡、顿问题，让你更流畅从容设计，当然具体使用哪种软件还有不同硬件优化，视情况可以做配置调整（2）大型船舶建模（CAE前处理、网格划分）

在有限元求解之前，必须要对三维船舶和海上结构构建有限元模型（CAE前处理、网格划分），这个阶段主要操作:实体几何建模、壳单元网格划分、网格变形、详细分析模型建立、曲面几何建模等，网格划分正确与否对计算结果的精度和计算规模大小至关重要

典型软件：HyerMesh，ANSYS ICEM CFD


工作站配置特点分析：在高度交互式三维可视化环境下，复杂的三维模型网格划分对计算机实时图形生成能力是一种挑战，计算机单核频率和内存容量、图卡和模型复杂度成正比例,很多使用者往往让一台机器承担前处理、求解、后处理所有任务，但是面对复杂模型，这个机器往往在前处理阶段力不从心，其主要原因，工作站受处理器工艺限制，核多频率就低，核少频率高，能胜任多核计算的工作站往往拥有足够核数，但是频率偏低，对复杂模型网格划分，需要很高频率的工作站才能胜任.

3）性能分析之一---结构仿真

整船强度分析(Nastran)、线性静强度分析、非线性屈曲失稳分析模型、船体稳定性分析（Marc）、隐身分析（船型隐身、雷达隐身、噪声隐身）

典型软件（1）SeSAm （包括：DeepC、GeniE、HydroD （2）PATRAN/NASTRAN

计算特点 以隐式算法为主，对CPU频率和一定核数（20核以内）极高要求，内存容量和带宽极高，对硬盘io带宽要求高

工作站配置特点:在CPU、内存、硬盘IO和硬盘容量都保证了高速计算各个阶段完美，每个环节瓶颈降到最低，从而大幅提升计算性能和缩短求解时间

4）性能分析之二---碰撞、爆炸、空泡等安全仿真

这类性能分析主要在碰撞和搁浅，液体晃荡，水下爆炸，空泡等方面

典型软件：MSC Dytran ，ANSYS LS-Dyna，MSC Marc、MD Mastran

计算特点  以显式算法为重点，对多核并行计算加速比极好，核越多越好，频率越高越好，内存带宽尽量能最大化

工作站配置特点:通过CPU加速技术提升，保证了多核+高频的市场需求，让整个计算过程进一步缩短

5）性能分析之三---水动力仿真

此类性能分析主要在结构动力分析的，频率模态、速度加速度等可以用来计算波浪与结构耦合作用，计算中考虑风载荷、流载荷，多体结构相互耦合，前进速度和内部流体运动等的影响

典型软件：ANSYS AQWA，MOSES，HydroStar，ANSYS Fluent，Star-CCM+

计算特点：以显式算法为主，对多核并行计算加速比极高，核越多越好，频率越高越好，内存带宽尽量能最大化

工作站配置特点

高性能服务器集群进行求解优势在拥有更多的核，承担更大规模计算，但是缺点是对环境要求和人的素质要求极高，使用部门大部分都是专业研究单位，对计算机网络管理与维护缺乏专业知识和经验，系统维护是件头大事情，图形工作站越来越强大和普及，72核架构的工作站，其强大的性能足够替代服务器集群，让更多地人从容享受超级图形工作站带来的好处和便利。

6）虚拟现实技术（VR）在船海行业应用

三维数字化船舶设计需要对最终结果，通过一个超大屏幕展现出来，主要应用：(1) 船舶模型的全角度展示 （2）船舶驾驶模拟训练 （3）船舶制造过程的虚拟装配等

典型软件：Vega Prime，3DVIA…
计算特点：需要构建一个超高分辨率的虚拟真实场景的仿真环境，两种实现模式（1）单机模式 （2）多机同步模式， 图形实时生成的最大瓶颈在CPU频率、GPU图形处理性能上



工作站配置特点介绍：

对超高分辨率屏幕显示和3D图形实时生成极高要求，传统的解决方案是通过多台机器控制每一块屏幕实现，因为这么大的场景单机往往无法实现顺利流畅模型转动，但是多机需要同步控制，开发难度和成本太大，解决办法：通过超高频率机器，确保超高分辨率的图形生成实时流畅，同时单机借助Mosaic技术提供最大到4X4屏幕拼接，随着应用的精度和画质更加接近大自然效果要求，这种机器表现更突出,就是回到多机同步应用，让该方案配置的工作站承担，会大幅提升整个超高分辨率图形生成速度。

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