上期，劉加林老師為大家分享了軌道交通領域檢測裝置的設計思路。文章發出后，網友們留言提出了很多關于工業裝備領域構建產品數字化虛擬樣機的問題本期，劉加林老師為大家答疑解惑剖析「軌道交通智能裝備」的全三維數字化協同設計方法。

貴公司所聚焦的軌道交通檢測產品體系，相較于一般裝備制造業而言有哪些特點？從技術應用層面看，你們是如何通過智能化技術提升檢測結果精度的？

高鐵作為人們普遍的出行方式，安全性一直是大家關心的問題。我們主導科技目前的產品主要聚集在高速動車組的安全運行保障檢測裝置。作為一種復雜的檢測裝置，動車組安全運行保障檢測裝置涉及到多種學科、多種技術的交叉應用，包括光學圖像檢測技術、無損檢測技術、人工智能及大數據分析技術等。

以我們代表性的裝備產品：動車組輪對、受電弓及走行部檢測裝置為例，它可以進行車載檢測、正線監測、日常動態檢測、定期在線檢測、定期落輪檢測等，為高鐵的安全出行構筑五層綜合保障體系。換句話說，主導科技可以為動車組關鍵部件的全生命周期安全質量控制提供智能化解決方案，全方位保障動車組運行安全。

圖. 主導科技檢測產品系列

以我們安裝在鐵路列車運行線路上的TADS滾動軸承故障軌邊聲學診斷系統為例，在研發過程中采用了先進的軌邊聲學跟蹤等技術，對各型鐵路列車滾動軸承外圈、內圈和滾動體的裂紋、剝離、磨損及腐蝕等技術及智能識別故障均可以進行早期診斷和分級報警。適用于各型動車組、機車、車輛及動力集中動車組在線動態檢測，滿足鐵路行業標準相關要求。

我主要負責在新品研發階段進行三維重建、各類三維數據處理、算法的設計、開發和測試工作，同時負責各類實驗測試環境搭建，編制各類技術資料文檔，并不斷跟進行業內的新技術與算法。這其中會涉及多種類型的3D、CAD軟件工具，會面臨復雜3D模型、高精度和高性能計算等各種情形。

圖 高鐵在線動態檢測

在機電一體化設計全三維設計過程中，高性能臺式圖形工作站對您和研發部門的最大幫助體現在哪些方面？

就我個人而言，我認為專業的高性能工作站是我們日常工作中最基礎也是最重要的工具，我們內部也一致認為沒有穩定、高效的設計環境是很難貫徹全三維設計這樣的全新設計理念。我們在研發階段全面應用三維CAD、PDM以及OA與SVN等系統平臺以實現全三維數字化的協同設計，包括各分公司與總部開展國內異地遠程協同設計，整個過程都是無紙化設計模式。

在惠普Z8 G5工作站的強大性能支持下，我們可以全面替代傳統PC開展各項研發設計工作，各種專業設計軟件可以無壓力地同時流暢運行，支持我們以三維數據模型為主線貫穿整個設計流程，使各部門都能流暢自如的共享單一數據源結果。需要特別說明的是，動車組安全運行保障檢測裝置本身精度較高，為了確保將產品精度、產品性能最大化，我們產品的所有大型結構件和關鍵零部件都會使用CAE分析軟件ADAMS與ANSYS、Simulation等進行有限元分析，并使用ANSYS、Simulation對關鍵的結構件進行FEA應力分析，使用ADAMS對運動相關部件進行動力學分析，進而優化各部件的結構，為產品的安全性提供了保障性的依據。

得益于惠普Z8 G5工作站的強勁性能，尤其是搭載的英特爾至強Gold 6444Y 處理器和NVIDIA RTX A5000專業級顯卡，以及21000+ISV軟硬件組合認證，提高了我們在使用各類專業工業軟件高強度同步求解運算的效率，節省設計時間，減少設計失誤，為生產、制造、改進以及后續的變形設計節省了大量的時間和成本，對提高公司研發水平，以及產品的市場競爭力起到了重要的作用。

之前您提到了產品采用空氣動力學仿真，為何會考慮使用這種仿真設計方法？采用這種方式對我們設計流程而言有哪些優勢？對設計工具產生了哪些要求？

在科技日新月異的今天，高鐵檢測已經從曾經依靠人力巡檢的作業方式逐步被智能巡檢裝備所取代。但是，設備同樣也會遭遇到惡劣天氣條件的困擾。例如由于戶外條件多變難以精準預測，設備在軌道運動過程中最高可能會遇到9級大風天氣，如何保障產品在惡劣環境下穩定、高效運行來保障測試準確性成為困擾設計師的難題。

之前我提到的空氣動力學仿真，其設計靈感也是來源于汽車通過流線型設計來減少風阻系數，提高車身的穩定性，降低能耗等。以生活中的例子來說，當水流過鴨子的背會發生什么？水會順暢地，毫無阻礙地從鴨子那有著流線型曲線的背部流過，從鴨子的尾巴甩出去。上面這是一個貼近日常生活的場景，但它同時也代表著理想的產品空氣動力學形態。空氣雖然看不見摸不著，但它是有力量的。當我們的檢測設備在高速移動的過程中，與氣流之間接觸的位置就會產生兩種狀態，一種是空氣順暢流走，另一種則是空氣被設備的某些部位給擋住，產生風阻，這時候就會影響產品的運行狀態，如果長時間保持這樣的狀態運行還會損傷產品的性能造成一定的故障。

因此我們在設計過程就需要充分考慮外部環境對于產品所帶來的影響，采用空氣動力學來分析模擬，并設定合理的產品外形參數。這就需要硬件擁有快速實時圖形生成以及高速計算能力，幫助我完成從設計到虛擬仿真驗證等環節。由于對模型的模擬仿真進而獲得最優解，是一個持續優化迭代的過程，其中涉及到大量的數據需要處理，可能一個中等模型所需處理的數據量就高達幾十GB，之前受限于機器性能不足成為我們日常工作中耗時最嚴重的環節之一。憑借惠普Z8 G5工作站搭載的高性能CPU以及專業顯卡，原本需要2-3天時間所需處理的數據量可以在1天輕松完成。我們可以毫無顧慮的并行開展多種方案的比對調優，專注創新，無需再為算力不足而苦惱。

請您總結分享一下在產品研發設計過程中的經驗。

產品設計首先需要通過提高附加值來提高效益，區別于仿制型和跟隨性的研發策略，我們必須采用先進研發技術和設計方法學，創新、改善和規范企業研發流程，以提高產品質量，創造更多價值。

對于企業來說，需要全局性思維，歸納整合企業產品研發過程中的各個要素環節，從理念、方法、流程到工具、技術，從而形成一套企業遵循的研發流程和管理規則。包括我們部門也曾有過“重視研發、輕視優化”、“重視軟件、輕視硬件”等情形，我認為企業必須綜合考慮研發環節當中的各個元素，將先進設計工具和產品研發流程緊密結合。此外，企業需要以人為本，換句話說就是重視一線研發設計人員的體驗，配以優秀的數字化工具，例如專業的惠普Z8 G5工作站搭建數字化創新平臺，完成產品全數字化協同仿真，以虛擬化樣機技術持續對產品優化，進一步提高研發創新技術能力與效率。