AI加速高端複合材料設計革新

高端複合材料既輕盈又強韌

能在極端環境下保持穩固

成爲了推動製造業發展的關鍵角色

在現代工業的大舞臺上，高端複合材料以其卓越的性能成爲了製造業中的關鍵角色。例如，經過精心設計的複合材料自行車、網球拍、安全帽等裝備，在幫助運動員挑戰極限的方面發揮了重要作用。

圖1 基於高端複合材料設計製造的自行車

然而，高端複合材料的研發和製造是一個極具挑戰性的領域。如何在不降低產品質量的前提下降低成本，成為企業必須解決的問題。設計和模擬的複雜性也要求研發團隊使用高級模擬軟件進行設計驗證和性能預測。這不僅對研發人員的專業技能提出了更高的要求，同時也需要強大的計算資源作為支持。

我們還是以自行車設計製造為例，我們的研發團隊跨越了傳統概念設計的邊界，深入理解高端複合材料的特性，從材料力學、智能製造到可持續發展技術，確保每個環節的技術應用都精準到位。

01  AI技術加速創意設計

在自行車的概念設計階段，我們的團隊依託惠普Z系列Z4G5 AI工作站的強大計算能力，開創性地引入了生成式AI技術，不僅加速了設計流程，還極大地拓寬了創意的可能性。利用AI技術，我們能夠快速從大量現有設計中學習並吸收創意元素，然后結合市場需求、性能目標和美學標準，自動生成一系列前所未有的自行車設計概念圖。

惠普Z系列Z4G5 AI工作站確保了AI算法在處理複雜設計數據時的高效與穩定，使得創意的孵化與實現過程變得前所未有的流暢與迅速。最終，這些由AI技術生成的創意圖為我們的設計決策提供了豐富的選項，幫助我們挑選出最具潛力的設計概念，並將其轉化為實際的自行車原型，為市場帶來創新型的新產品。

圖2 基於惠普Z系列Z4G5 AI工作站使用生成式AI技術加速自行車創意設計

02 碳纖維自行車車架仿真優化

在開發新型碳纖維自行車的過程中，概念設計雖然已奠定外觀與風格的基石，但轉化為實用且可行的結構設計成為我們的核心挑戰。為此，我們的設計團隊致力於優化車架設計，確保在重量、剛度和舒適度這三個關鍵性能指標上達到世界領先水平，為用户帶來前所未有的騎行享受。爲了支持這一設計目標，我們精心構建了一個先進的研發平臺，依託惠普Z系列Z4G5 AI工作站的強大支持，集成了HyperWorks等仿真工具和CREO、NX、AUTOCAD等設計軟件，幫助我們高效地將設計理念轉化為經過精確驗證的實際產品。

首先，我們利用HyperWorks軟件成功構建了基準車架的模型，並精確地將其與實際的物理檢測數據關聯起來。在項目的初始虛擬分析階段，依託惠普Z系列Z4G5 AI工作站的強大計算能力，我們迅速地識別出了車架中存在的高應力集中區域。它準確地指出了需要改進和加強的關鍵部位，為實現車架設計的最優性能奠定了堅實的基礎。

圖3 採用惠普Z系列Z4G5 AI工作站完成Radioss運動分析

其次，在對碳纖維自行車車架進行精細優化的過程中，我們的團隊應用了Altair ProductDesign解決方案，在惠普Z系列Z4G5 AI工作站的助力下，我們得以運用HyperWorks結構分析求解器OptiStruct，對車架的每層複合材料進行了精細入微的優化，確定了碳纖維結構應該如何調整，以便它們能完美地貼合車架，同時保持最佳的強度和剛度。在碳纖維自行車車架的設計過程中，我們採取了一系列精細化的步驟來確保最終產品的高性能和輕量化，在確定了每塊碳纖維的形狀和位置之后，我們細緻地調整了它們的厚度，保證車架的每一部分都具備足夠的材料來承受必要的壓力，同時避免了過度的厚重感。

圖4 通過自由尺寸優化來確定碳纖維鋪層的理想形狀

碳纖維結構設計是一項技術密集且高度複雜的任務，它涉及到大量的數值計算和模擬工作。爲了滿足這一需求，我們採用了惠普Z系列Z4G5 AI工作站，其高性能處理器和專業顯卡不僅確保了計算的速度和效率的雙重飛躍，而且可以精準呈現複雜三維模型與碳纖維層疊加效果，為設計優化提供了堅實的技術支撐。我們能夠以更高的效率執行HyperWorks的求解任務，特別是在模型轉換和編輯過程中，能夠實現更快的數據替換、更流暢的圖形顯示以及更迅速的求解計算。具體來説，原先需要大約24小時才能完成的求解工作，現在僅用大約4小時52分鍾即可完成，節約了將近80%的時間，極大提升了我們的工作效率。在設計過程中，我們經常需要同時運行多個設計和模擬軟件，惠普Z系列Z4G5 AI工作站通過了21,000+軟硬件組合認證的廣泛合作生態，能夠保證各種軟件的兼容適配，幫助我們更快速地設計出理想的產品方案。

圖5 基於惠普Z系列Z4G5 AI工作站優化車架結構

03 AI質檢保障產品的一致性

產品一致性和可重複性是確保複合材料部件質量的關鍵因素。在生產過程中，每一輛自行車的車架都需要經過嚴格的質量檢測，以確保產品的高標準和一致性。傳統的檢測方法往往耗時耗力，且存在人為因素導致的誤差。然而，隨着AI技術的應用，我們現在能夠利用先進的機器學習和圖像識別算法，快速識別出車架表面的微小缺陷，如裂縫、氣泡或不均勻的複合材料分佈。

通過AI質量檢測技術與惠普Z系列Z4G5 AI工作站的協同工作，我們能夠實現對每一輛自行車車架的全面檢測，從宏觀的結構完整性到微觀的材料缺陷，實時收集並分析檢測數據，縮短數據傳輸延迟，為生產優化提供即時反饋，使我們能夠迅速識別並解決潛在問題，調整工藝參數，從而不斷優化生產流程，提升產品質量。

高端複合材料能夠生產出具有適應性、智能性、強度高、重量輕且經濟高效的定製最終產品，在某種程度上，複合材料應用的未來似乎纔剛剛開始。而無論是複雜的創意設計、高精度的仿真優化，還是AI質檢應用，惠普Z系列Z4G5 AI工作站都以其穩定而高效的性能，成爲了推動高端複合材料創新應用的重要引擎，加速了從概念到市場的整個創新過程，為公司的可持續發展貢獻着不可或缺的力量。