导读
INTRODUCTION
当今汽车业的竞争异常激烈，汽车企业保持竞争力的关键是加快产品的上市速度，这就意味着企业必须加快产品创新的步伐。企业如何缩短产品研发周期，高效完成机、电、软一体化设计与设计评审是产品设计过程需要解决的核心痛点。
汽车产品研发是一个宏大的系统工程，需要不同技术领域的相互配合与协同工作，通常整车的新产品开发周期至少需要36个月左右，在此期间会涉及底盘、车身、电气、试制、试验、生产等多个环节和众多学科的交叉融合。因此，企业如果要达到整车的质量目标，最大程度为客户实现价值提升，就需要将产品的数字化设计与仿真优化工作贯穿于整个产品设计的全生命周期中。在这一过程里，企业需要应用诸多的设计手段和仿真工具，如全三维数字样机、CFD、碰撞分析、工艺优化、Cruise动力性经济性分析、结构优化和减重分析等。
为了更好的验证图形工作站在整个设计流程中的实际应用情况，我们通过惠普Z8 Fury G5台式工作站开展了从数字化建模、装配建模、性能分析、运动分析到加工等全流程的评测分析，最终惠普Z8 Fury G5台式工作站大幅优化了各项功能的使用周期，远远超出了我们的预期效果。
英特尔®至强®W9-3435X 处理器
(3.1GHz 24个内核)
内存
128GB DDR5-4800 ECC
显卡
NVIDIA®RTX™ A4000 16GBX4
512GB PCle4x4-TLC
表1：惠普Z8 Fury G5台式工作站测试机配置表
（可支持更高配置）
PART.1
优化设计成功率
高效完成数字化建模设计
当今汽车业的竞争异常激烈，汽车企业保持竞争力的关键是加快产品的上市速度，这就意味着企业必须加快产品创新的步伐。企业如何缩短产品研发周期，高效完成机、电、软一体化设计与设计评审是产品设计过程需要解决的核心痛点。对于整车建模工作而言，汽车零部件数量数以万计，在整车模型的操作运转过程中，无疑对图形工作站的CPU、GPU与内存等各方面的配置均要求较高，
图1 在惠普Z8 FuryG5台式工作站上
浏览模型的各个角度
通过运用三维软件进行产品数字化建模设计，我们在惠普Z8 Fury G5台式工作站上首先采用了达索SolidWorks（试用版）中的建模功能模块进行实体设计，建模功能模块包括特征建模模块和自由形状建模模块两大部分，它将基于约束的特征建模和显示几何建模集成在一起，可以开展极为复杂的复合建模。在达索SolidWorks中我们以草图绘制为基础，并通过一系列的拉伸、旋转等操作来构建车体的零部件实体模型，通过惠普Z8 Fury G5台式工作站，我们可以轻松地开展各种复杂的实体和曲面建模。
图2 惠普Z8 FuryG5台式工作站
轻松开展复杂的实体和曲面建模
在设计评审过程中，我们需要对模型的全方位浏览、渲染着色和剖切等进行相关操作，只有性能较高的专业显卡才能满足需求。
本次测试的惠普Z8 Fury G5台式工作站搭载的英特尔®至强®W9-3435X 处理器和128GB DDR5 4800 ECC内存给予的强大支撑，能够短时间完成模型的整体载入工作，面对如此庞大的模型设计工作依然轻松自如。
图3 应用惠普Z8 FuryG5台式工作站完成设计评审
图4 在惠普Z8 FuryG5台式工作站上浏览模型线框
在建模处理过程中，评测小组在重新构建草图编辑特征中，通过惠普Z8 Fury G5台式工作站快捷完成了整个草图编辑过程中的基准面设定、草图创建和草图绘制等操作，所有任务都瞬时完成，线框模式清晰浏览，毫无延迟，极大提升了工作效率。
图5 惠普Z8 FuryG5台式工作站开展实体特征编辑操作
惠普Z8 Fury G5台式工作站是一款拥有高主频、多核心处理器的产品，其搭配了英特尔®至强®W9-3435X处理器，拥有强大的24核和32线程，主频高达3.1GHz，为复杂的三维数据运算处理工作带来了高效的算力支撑。
值得一提的是，惠普Z8 Fury G5台式工作站在我们所做的整个高频度、高强度的三维建模测试环节中，整机运行中并未给我们带来任何噪音干扰，外部环境始终保持静默无声，这主要得益于惠普Z8 Fury G5台式工作站拥有布局合理的通风孔和通风导管能够优化气流和散热，保持系统安静、稳定、高效运作。
经过详尽的测试检验，最终采用惠普Z8 Fury G5台式工作站可以大幅提升设计效率，节省设计时间和减少设计失误，提高了新产品一次完成设计的成功率，帮助我们有效解决了三维数字化样机的快速构建，高效完成产品设计与评审等相关痛点问题。
PART.2
护航产品装配建模
提前“目睹”产品结构
对整车制造企业而言，他们更希望在没有拿到物理样机的时候能提前知晓产品详细结构，进而采取优化手段，进一步提升产品性能与核心竞争力。这就需要借助达索SolidWorks中的装配功能模块，提前将产品零部件根据约束条件与需求进行装配。在整个模型的工艺仿真与装配过程零部件数量超过2万个，模型的运算量会根据模型装配规模呈指数级增加，图形工作站性能必须足够强大和稳定才能保持设计工作的正常运作。
图6 惠普Z8 FuryG5台式工作站
完成模型的数字样机（1）
图7 惠普Z8 FuryG5台式工作站
完成模型的数字样机（2）
图8 惠普Z8 FuryG5台式工作站完成模型的细节展示
图9 惠普Z8 FuryG5台式工作站生成数字样机爆炸图
与此同时，随着汽车机、电、软一体化发展，汽车工艺装配与仿真过程正日趋复杂以及计算精度也不断提升，对硬件平台带来的计算性能要求越来越高，最终经测试，在惠普Z8 Fury G5台式工作站环境下可以流畅的保障我们完成部分零部件的整机装配工作。
图10 惠普Z8 FuryG5台式工作站进行整机装配演示
当评测小组进一步通过约束条件进行装配并展开观察时，可以看到整个装配图不存在失真情况，得益于惠普Z8 Fury G5台式工作站搭载的NVIDIA Ampere架构的NVIDIA ®RTX™ A4000专业显卡，可提供比上一代核心高2倍之多的单精度浮点 (FP32) 性能，有效加速图形工作流程。在总装环境下，评测小组针对零件组进行了模型转换与编辑，均能够快速定位设计区域，完成模型的快速参数变更处理。
PART.3
工业设计优化
提前预备最佳制造过程
工程图是产品设计的重要组成部分，也是影响到企业生产制造过程成败的重要因素。本次测试的模型结构较复杂，包含了大量的线框，由于创建过程中需要计算大量数据，尤其是针对本次测试的这种大型模型，所以工程视图的生成速度也是反映工作站性能的一个指标。实际测试中，我们应用SolidWorks工程图设计功能，同时完成主视图、俯视图和右视图的设计工作，整个过程都是瞬时完成，很快实现了几个视图的同时生成工作。
图11 通过惠普Z8 FuryG5台式工作站生成工程制图
在惠普Z8 Fury G5台式工作站环境下，我们即使面对众多复杂的线条，在尺寸标注过程中依然可以很准确的进行选取，线条显示清晰，无论对工程图进行缩放还是平移，都未出现线条丢失的现象，极大的节省了工作效率。在工程图的剖切视图的编辑过程中，也几乎是瞬时完成，快速实现了相关的设计工作。
图12 应用惠普Z8 FuryG5台式工作站
流畅完成工程制图尺寸标注
在完成产品的初步设计后，企业通常会进行小规模的试制，此时研发设计人员需要考虑通过生产仿真对制造过程进行规划，例如对数据机床进行离线编程，让数控机床的刀具根据编程指令沿直线、圆、曲线等在虚拟环境里的运动，发现问题并及时优化。针对此场景，评测小组模拟了自动化生产线中的加工场景，设定了刀具运动程序、刀具各项参数、毛坏尺寸以及主轴转速、加工余量和切削深度等参数，对各项工艺参数讲行合成并执行。
图13应用惠普Z8 FuryG5台式工作站进行制造工艺仿真
实际评测中，惠普Z8 Fury G5台式工作站对整体制造工艺进行了仿真模拟分析，此过程仅耗费约3分12秒即可生成动态视图。整个数控加工的动态仿真过程流畅逼真，各工艺参数值及其在刀具轨迹上的位置清晰可见，运动模型整体拖拽、缩放观察效果时也不存在卡顿现象。
PART.4
持续仿真迭代优化
缩短设计周期
在汽车整车及零部件产品设计初期，企业需要尽可能采用仿真分析优化来替代实物试验。使汽车在物理样机制造之前，企业就能预测车辆在实际驾驶情况下的性能，以避免在产品开发的后期发生意外，从而有效地提高汽车产品开发的成功率，节省成本。
因此，仿真技术始终贯穿于汽车产品设计的整个流程，从产品概念设计到样车试制，性能优化，以及后续的投产和市场问题反馈等方面。汽车产品设计分析仿真过程的各个阶段都是海量数据的运算，CPU是分析仿真系统的核心处理部件，分析仿真过程需要多核运算，对多核多线程高频CPU有着非常大的需求。
图14 碰撞测试分析结果
在测试的过程中，我们还基于惠普Z8 Fury G5台式工作站，采用FUSION中的有限元分析模块对大型的结构件进行应力分析，优化整个产品的结构，提升了产品性能。网格规模是节点总数29601435、单元总数22067329，如此庞大规模的网络，网格划分时间仅为3分02秒，效率高到普通性能图形工作站完全无法比拟。
图15 惠普Z8 Fury台式工作站完成有限元分析
汽车空气动力学是一门研究车辆在运动中与空气之间相互作用的科学领域，通过空气动力学研究降低气动阻力会直接影响车辆的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、乘坐舒适性和行驶安全性。为了解决空气动力学相关难题，企业会大量采用CFD仿真软件工具进行仿真模拟，由于相关软件都对于处理器核数和主频都有要求，并且CFD流体仿真分析涉及模型建立、数据分析和处理多个阶段，其不仅要求工作站计算能力强、内存大，对硬盘读写能力也有较高要求，对工作站的整机性能有较大的考验，是企业的核心痛点之一。
图16 借助惠普Z8 Fury台式工作站完成CFD分析结果
在测试中，我们尝试对整车进行了CFD多轮优化，在CFD仿真应用过程中，我们整个产品建模与仿真采用了Flow Simulation、SolidWorks等相关软件，总网格量46945，接触固体的流体网格21472，迭代次数2482，分析计算总时仅为6分12秒，分析计算时，所有CPU及内核均参与计算，分析效率达到优异水平。在测试环境下，惠普Z8 Fury G5台式工作站的英特尔®至强®W9-3435X金牌处理器配置更能满足仿真软件的应用。英特尔至强系列CPU针对要求严苛的主流数据中心、多云计算以及网络和存储工作进行了优化，通过支持更高的内存速度和增强的内存容量，提供更高的性能、增强的内存功能、硬件增强型安全性和工作负载加速，可轻松运行复杂的分析仿真大数据。
另外，在4块A4000显卡带ECC的16GB GDDR6 显存（容量是上一代的两倍）驱动下，多次加速CFD任务的密集型软件计算处理效率提升非常显著，能够更轻松快捷的完成任务。借助惠普Z8 Fury G5台式工作站可以在高保真、沉浸式的环境中直观地体验和利用仿真结果覆盖整个产品研发周期，并充分的进行互动，从而更好、更快地做出决策。
可以看出，上述计算所用的模型复杂度较高，惠普Z8 Fury G5台式工作站可以满足我们对海量数据的可视化处理和高清晰复杂三维图形数据的高速运算需求。在复杂的CFD建模与全局网格划分阶段，和后处理运算阶段，4块NVIDIA专业显卡的GPU加速求解器能力和24核英特尔®至强®W9-3495X 处理器所带来的超强算力，使每个模型每秒节点更新的吞吐量大幅提升，评测小组可以同时与更大的数据集交互并进行迭代。将仿真的后处理结果呈现出来，将单调繁杂的数值求解结果形象稳定、直观地表示出来，能够流畅显示流场的流线或迹线动画，非常形象生动，整体CFD仿真任务环节也因为惠普Z8 Fury G5台式工作站搭载的多核CPU与GPU缩短了软件的作业时间，整体效率大幅提升。
PART.5
企业通过对模型进行渲染，可以使模型以最终产品方式在现实环境中直观呈现，更加生动形象，便于用户加深理解企业产品的创新意图。测试中我们使用的SolidWorks Visualize 图片渲染属于密集型渲染任务，对显卡要求较高，如果显卡不能满足性能要求，将严重影响渲染效率和质量。
在实际评测中，我们将参数设置为金属材质、物体本色、表面光滑、默认光源。此外，为了充分验证惠普Z8 Fury G5台式工作站的渲染处理能力，我们还将渲染结果生成方式处改选为高质量图片模式，加入了反锯齿和透明度支持，较一般渲染结果更加耗费GPU资源，更能体现工作站对于渲染的真实处理能力。
图17 惠普Z8 FuryG5台式工作站
完成整机模型的外观渲染图（1）
图18 惠普Z8 FuryG5台式工作站
完成模型细节外观渲染图（2）
图19 惠普Z8 FuryG5台式工作站
完成模型细节外观渲染图（3）
惠普Z8 Fury G5台式工作站搭载了采用第二代RT Core的NVIDIA®RTX™A4000专业显卡，拥有比上一代核心高2倍之多的光线追踪性能和硬件加速的动态模糊技术，能更快产生视觉效果使渲染结果更准确，可以渲染具有物理上准确的阴影，反射和折射的复杂专业模型，最终测试仅耗时3分钟19秒顺利完成渲染，相较于以往普通图形工作站至少20分钟以上的渲染时长，渲染效率实现了质的提升。
PART.6
评测总结
在智能制造浪潮之下，面对如今新能源汽车行业市场的高速增长，企业的产品研发周期被一再压缩，在汽车整车研发设计环节企业需要更多的开展在数字化环境下对汽车整体结构强度、刚度、多刚体动力学、碰撞、安全性，以及总体性能等过程的模拟分析，这些必须依赖专业级硬件图形工作站才能完成。
·超强算力，配置升级
惠普最新一代Z系列Z8 Fury G5台式工作站专为制造业企业的三维产品设计高阶应用提供澎湃算力，帮助企业轻松应对设计工作流中各种密集型的工作负载。惠普Z8 Fury G5台式工作站采用了专业级至强处理器并搭载企业级ECC DDR5内存，在兼顾稳定性的同时能保证算力最大化，同时最高可配合4块高性能GPU的算力，让在高强度仿真计算中游刃有余，完美配合整个仿真流程的完成，提升整体工作效率。
· 坚如磐石，稳定可靠
在高可靠性方面，惠普Z8 Fury G5 台式工作站拥有的冗余电源可以保障设备长时间的可靠运行。在冗余模式下输出总功率为1125瓦，在聚合模式下可以输出2250瓦，确保在故障时也有备用方案。完全无需担心电脑在项目进行过程中“罢工”，避免正常设计过程中突发设备中断而导致前功尽弃。另外，惠普Z8 Fury G5台式工作站的经久耐用还体现在惠普公司对其进行了MIL-STD-810H测试，包括360,000小时的严格测试和军标级别测试，还有优异的散热性能，能让企业全天候高效稳定运行繁重的工作负载，而全金属机身让整机坚若磐石。
惠普Z系列工作站拥全球最全面的ISV合作，有21,000+软硬件组合认证测试，取得了业界前沿专用软件的认证，是拥有认证组合最多的品牌，与各类工业软件具备良好的兼容性。通过本次评测可以发现，惠普Z8 Fury G5 台式工作可以轻松驾驭研发设计阶段各个应用场景下对于硬件平台高强度的算力需求，包括上述数字样机设计、仿真优化、高质量渲染等核心应用，为国内制造企业提供全方位的数字化创新平台，助力制企业全面提升研发创新质量和效率。
