高端复合材料既轻盈又强韧
能在极端环境下保持稳固
成为了推动制造业发展的关键角色
在现代工业的大舞台上，高端复合材料以其卓越的性能成为了制造业中的关键角色。例如，经过精心设计的复合材料自行车、网球拍、安全帽等装备，在帮助运动员挑战极限的方面发挥了重要作用。
图1 基于高端复合材料设计制造的自行车然而，高端复合材料的研发和制造是一个极具挑战性的领域。如何在不降低产品质量的前提下降低成本，成为企业必须解决的问题。设计和模拟的复杂性也要求研发团队使用高级模拟软件进行设计验证和性能预测。这不仅对研发人员的专业技能提出了更高的要求，同时也需要强大的计算资源作为支持。
我们还是以自行车设计制造为例，我们的研发团队跨越了传统概念设计的边界，深入理解高端复合材料的特性，从材料力学、智能制造到可持续发展技术，确保每个环节的技术应用都精准到位。
01 AI技术加速创意设计
在自行车的概念设计阶段，我们的团队依托惠普Z系列Z4G5 AI工作站的强大计算能力，开创性地引入了生成式AI技术，不仅加速了设计流程，还极大地拓宽了创意的可能性。利用AI技术，我们能够快速从大量现有设计中学习并吸收创意元素，然后结合市场需求、性能目标和美学标准，自动生成一系列前所未有的自行车设计概念图。
惠普Z系列Z4G5 AI工作站确保了AI算法在处理复杂设计数据时的高效与稳定，使得创意的孵化与实现过程变得前所未有的流畅与迅速。最终，这些由AI技术生成的创意图为我们的设计决策提供了丰富的选项，帮助我们挑选出最具潜力的设计概念，并将其转化为实际的自行车原型，为市场带来创新型的新产品。
图2 基于惠普Z系列Z4G5 AI工作站使用生成式AI技术加速自行车创意设计02 碳纤维自行车车架仿真优化
在开发新型碳纤维自行车的过程中，概念设计虽然已奠定外观与风格的基石，但转化为实用且可行的结构设计成为我们的核心挑战。为此，我们的设计团队致力于优化车架设计，确保在重量、刚度和舒适度这三个关键性能指标上达到世界领先水平，为用户带来前所未有的骑行享受。为了支持这一设计目标，我们精心构建了一个先进的研发平台，依托惠普Z系列Z4G5 AI工作站的强大支持，集成了HyperWorks等仿真工具和CREO、NX、AUTOCAD等设计软件，帮助我们高效地将设计理念转化为经过精确验证的实际产品。
首先，我们利用HyperWorks软件成功构建了基准车架的模型，并精确地将其与实际的物理检测数据关联起来。在项目的初始虚拟分析阶段，依托惠普Z系列Z4G5 AI工作站的强大计算能力，我们迅速地识别出了车架中存在的高应力集中区域。它准确地指出了需要改进和加强的关键部位，为实现车架设计的最优性能奠定了坚实的基础。
图3 采用惠普Z系列Z4G5 AI工作站完成Radioss运动分析其次，在对碳纤维自行车车架进行精细优化的过程中，我们的团队应用了Altair ProductDesign解决方案，在惠普Z系列Z4G5 AI工作站的助力下，我们得以运用HyperWorks结构分析求解器OptiStruct，对车架的每层复合材料进行了精细入微的优化，确定了碳纤维结构应该如何调整，以便它们能完美地贴合车架，同时保持最佳的强度和刚度。在碳纤维自行车车架的设计过程中，我们采取了一系列精细化的步骤来确保最终产品的高性能和轻量化，在确定了每块碳纤维的形状和位置之后，我们细致地调整了它们的厚度，保证车架的每一部分都具备足够的材料来承受必要的压力，同时避免了过度的厚重感。
图4 通过自由尺寸优化来确定碳纤维铺层的理想形状碳纤维结构设计是一项技术密集且高度复杂的任务，它涉及到大量的数值计算和模拟工作。为了满足这一需求，我们采用了惠普Z系列Z4G5 AI工作站，其高性能处理器和专业显卡不仅确保了计算的速度和效率的双重飞跃，而且可以精准呈现复杂三维模型与碳纤维层叠加效果，为设计优化提供了坚实的技术支撑。我们能够以更高的效率执行HyperWorks的求解任务，特别是在模型转换和编辑过程中，能够实现更快的数据替换、更流畅的图形显示以及更迅速的求解计算。具体来说，原先需要大约24小时才能完成的求解工作，现在仅用大约4小时52分钟即可完成，节约了将近80%的时间，极大提升了我们的工作效率。在设计过程中，我们经常需要同时运行多个设计和模拟软件，惠普Z系列Z4G5 AI工作站通过了21,000+软硬件组合认证的广泛合作生态，能够保证各种软件的兼容适配，帮助我们更快速地设计出理想的产品方案。
图5 基于惠普Z系列Z4G5 AI工作站优化车架结构03 AI质检保障产品的一致性
产品一致性和可重复性是确保复合材料部件质量的关键因素。在生产过程中，每一辆自行车的车架都需要经过严格的质量检测，以确保产品的高标准和一致性。传统的检测方法往往耗时耗力，且存在人为因素导致的误差。然而，随着AI技术的应用，我们现在能够利用先进的机器学习和图像识别算法，快速识别出车架表面的微小缺陷，如裂缝、气泡或不均匀的复合材料分布。
通过AI质量检测技术与惠普Z系列Z4G5 AI工作站的协同工作，我们能够实现对每一辆自行车车架的全面检测，从宏观的结构完整性到微观的材料缺陷，实时收集并分析检测数据，缩短数据传输延迟，为生产优化提供即时反馈，使我们能够迅速识别并解决潜在问题，调整工艺参数，从而不断优化生产流程，提升产品质量。
高端复合材料能够生产出具有适应性、智能性、强度高、重量轻且经济高效的定制最终产品，在某种程度上，复合材料应用的未来似乎才刚刚开始。而无论是复杂的创意设计、高精度的仿真优化，还是AI质检应用，惠普Z系列Z4G5 AI工作站都以其稳定而高效的性能，成为了推动高端复合材料创新应用的重要引擎，加速了从概念到市场的整个创新过程，为公司的可持续发展贡献着不可或缺的力量。
