Оценка эффективности использования графических рабочих станций Arbyte CADStation в проектно-конструкторских подразделениях предприятий

Решения, предлагаемые Arbyte

Особенности графических станций Arbyte

Описание методики сравнения производительности аппаратных средств САПР

Тестирование производительности аппаратных средств САПР

Описание тестовой модели

Описание режимов отображения моделей

Критерий комфортной (эффективной) работы

Cравнение производительности аппаратных средств САПР

Оценка экономической эффективности использования профессиональных графических рабочих станций Arbyte

Краткие выводы

Дополнительные замечания

На конференции «CADreview — технологии САПР 2004», проходившей 23 сентября в Нижнем Новгороде (более подробно об этой конференции см. «САПР и графика» №10’2004, стр. 42-43), мне в руки попала замечательная брошюра, в которой была приведена методика тестирования рабочих станций компании Arbyte. Данное исследование было проведено совместно Алексеем Биланом (руководителем центра высокопроизводительных решений компании Arbyte) и Вячеславом Каширским (cпециалистом отдела тестирования и технической поддержки компании АСКОН). Целью исследования являлось изучение преимуществ профессиональных графических станций и эффективности их использования в проектно-конструкторских подразделениях машиностроительных предприятий.
Хочется отметить, что такого рода исследования до сих пор никем не проводились, вернее не публиковались, так как подобные вещи делаются компаниями — разработчиками САПР и аппаратного обеспечения исключительно для служебного использования. Поэтому мы надеемся, что данная публикация станет стимулом для специалистов и руководителей компаний — разработчиков САПР и аппаратного обеспечения поделиться внутрикорпоративной информацией с нашими читателями.

Системы автоматизированного проектирования сегодня являются необходимым условием для быстрой разработки и запуска в производство новых изделий — одного из главных конкурентных преимуществ компаний. При внедрении САПР на предприятиях основной упор делается на выбор программного обеспечения, тогда как аппаратным средствам обычно не уделяется должного внимания. Однако эффективность решения во многом зависит именно от максимальной совместимости и сбалансированности ПО и аппаратной части. Ошибки при выборе аппаратного обеспечения для САПР на предприятии могут приводить к низкой эффективности выполняемых работ, к нестабильной работе ПО при решении сложных задач и, как следствие, к увеличению сроков разработок.

Решения, предлагаемые Arbyte

Компания Arbyte, ведущий российский производитель аппаратных средств для САПР и ГИС, выпустила линейку графических рабочих станций, специально оптимизированную для работы с профессиональными 3D-пакетами CAD.

Arbyte CADStation 200 — рабочая станция начального уровня. Рекомендованное ПО: КОМПАС-3D, AutoCAD, Inventor.

Arbyte CADStation 400 — высокопроизводительная однопроцессорная рабочая станция. Рекомендованное ПО : SolidWorks, Solid Edge, CATIA, Unigraphics NX, Pro/ Engineer .

Arbyte CADStation 600 — высокопроизводительная двухпроцессорная рабочая станция. Рекомендованное ПО : SolidWorks, Solid Edge, CATIA, Unigraphics NX, Pro/ Engineer , MSC.Nastran, CFX, Ansys и др .

Особенности графических станций Arbyte

Совершенная навигация 3D-модели и ее четкое позиционирование

Позиционирование трехмерной модели в виртуальном пространстве занимает значительную часть времени при проектировании, поэтому очень важно обеспечить высокую скорость вращения и масштабирования при работе в CAD-системе. Применение профессиональной графической подсистемы в Arbyte CADStation позволяет добиться достаточно высокой скорости вращения и четкого позиционирования модели на экране монитора.

Низкий уровень шума и вибрации

Проблема высокого уровня акустического шума и вибраций особенно остро стоит при выборе мощных компьютерных систем для САПР. Высокопроизводительные процессоры, дисковые и видеоподсистемы требуют эффективных систем охлаждения, которые становятся источником шума.

Графические рабочие станции Arbyte CADStation обладают уникально низким уровнем акустического шума и вибраций — менее 40 дБа. Для достижения такого показателя Arbyte использовала целый ряд технологических новинок, в частности:

• системы охлаждения процессоров собственной разработки на базе промышленной керамики;

• блоки питания с адаптивной системой охлаждения и 120-миллиметровыми тихоходными вентиляторами;

• крепление жестких дисков на сайлент-блоках.

Выбор конфигураций аппаратных средств для сравнительного тестирования

Для проведения сравнительного тестирования эффективности использования аппаратных средств под КОМПАС-3D были выбраны графическая станция начального уровня Arbyte CADStation 200 и соответствующие универсальные персональные компьютеры.

С целью обеспечения адекватности результатов проводимых исследований были выбраны компьютерные системы на идентичных компонентах, за исключением видеоподсистем. Используемые видеоподсистемы построены на графических чипах NV34 и NV36 компании NVIDIA. Принципиальное различие заключалось в следующем: на универсальных компьютерах использовались игровые видеокарты широкого применения FX5200 (NV34) и FX5700 (NV36), в то время как Arbyte CADStation использует профессиональный графический адаптер Quadro FX500 с дополнительными конвейерами обработки изображений в режимах OpenGL.

Описание методики сравнения производительности аппаратных средств САПР

Для сравнения производительности аппаратных средств прежде всего необходимо выяснить, какую часть рабочего времени конструктор тратит на каждый из трех типов операций с моделью:

• на загрузку и сохранение модели (работа с дисковой подсистемой);

• позиционирование модели на экране монитора (масштабирование и вращение);

• внесение изменений в модель.

Для определения искомых величин использовался метод экспертной оценки. Был проведен опрос среди ведущих специалистов конструкторских бюро предприятий и российских представительств производителей программного обеспечения САПР. Полученные результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1. Оценка долей типовых операций, выполняемых конструктором в течение рабочего дня при проектировании

Рис. 1. Доли времени, затрачиваемого инженером-конструктором в течение рабочего дня

Проанализировав данные экспертного опроса, получаем следующие результаты (рис. 1):

• 7% рабочего времени уходит на загрузку и сохранение модели;

• 58% рабочего времени уходит на позиционирование модели на экране;

• 35% своего рабочего дня конструктор тратит на внесение изменений в модель.

Формулу для расчета производительности можно представить в виде:

П = tx*Пx + ty*Пy + tz*Пz,

где П — производительность универсальных компьютеров и графстанции Arbyte; tx, ty, tz — доля времени, затрачиваемого на каждую из операций; Пx, Пy, Пz — относительная производительность в каждой из операций.

Подставив в формулу значения, полученные методом экспертной оценки, получим:

П = 0,07*Пx + 0,58*Пy + 0,35*Пz.

Тестирование производительности аппаратных средств САПР

Поскольку в данном исследовании использовались идентичные дисковые подсистемы, была получена одинаковая производительность при выполнении операций загрузки и сохранения моделей, то есть Пx1 = Пx2 = Пx3.

По мнению всех участников экспертного опроса, время, потраченное на операцию внесения изменений, мало зависит от производительности аппаратных средств и определяется опытом и навыками моделирования инженера-конструктора. Для чистоты эксперимента принимаем, что на системах выполнялась одна и та же работа одним и тем же инженером-конструктором:

Пz1 = Пz2 = Пz3 .

Остается выяснить относительную производительность исследуемых систем при позиционировании модели на экране.

По общему мнению экспертов, позиционирование является важной составляющей при моделировании и непосредственно влияет на общую производительность программно-аппаратного комплекса.

Отличие графической рабочей станции Arbyte CADStation 200 от обычного универсального персонального компьютера заключается в использовании профессионального графического видеоускорителя, который и обеспечивает существенное преимущество в прикладных программах САПР, активно использующих режимы OpenGL.

Описание тестовой модели

Трехмерная модель (сборка) для тестирования была предоставлена компанией АСКОН. Она содержит 411 деталей, 48 подсборок и является сборкой средней сложности.

Описание режимов отображения моделей

Тестирование проводилось в трех режимах отображения модели: каркасном, полутоновым и полутоновым совместно с каркасным (рис. 2). Последний из перечисленных режимов на данный момент является наиболее удобным и популярным при работе в CAD-системе, поэтому данные, полученные в этом режиме, были взяты для окончательных расчетов.

Рис. 2. Каркасный, полутоновый и полутоновый+каркасный режимы изображения

Критерий комфортной (эффективной) работы

Комфортная работа возможна только тогда, когда вращение модели, ее перемещение в плоскости и масштабирование происходят плавно и без рывков. Этого можно добиться, если показатель FPS (frames per second — кадров в секунду) не будет опускаться ниже отметки в 15 единиц. Исходя из этого показателя можно судить об эффективности графической подсистемы и графической станции в целом (табл. 2). Большее значение соответствует лучшему показателю.

В качестве средства измерения использовалась утилита FRAPS v1.9D.

Таблица 2. Результаты тестирования скорости позиционирования

Cравнение производительности аппаратных средств САПР

Производительность каждой из систем с учетом затрачиваемого времени равна:

П(1) = 0,07*1 + 0,58*1 + 0,35*1 = 1,

П(2) = 0,07*1 + 0,58*1,33 + 0,35*1 = 1,19,

П(3) = 0,07*1 + 0,58*2,67 + 0,35*1 = 1,96.

Таким образом, прирост производительности профессиональной графической станции Arbyte CADStation 200 по сравнению с универсальным компьютером аналогичных характеристик составляет 19% и более (рис. 3).

Рис. 3. Производительность систем с различными видеокартами

Оценка экономической эффективности использования профессиональных графических рабочих станций Arbyte

Для получения цен на рассматриваемое решение использовались доступные данные с сайтов производителей. Цены на Arbyte CADStation были взяты с www.arbyte.ru, в качестве источника цен на аналогичный универсальный компьютер и LCD-монитор использовался конфигуратор на www.depo.ru. Стоимость типичного комплекта ПО КОМПАС-3D предоставлена компанией АСКОН. Все цены даны на середину сентября 2004 года (табл. 3).

Таблица 3. Стоимость профессиональных графических рабочих станций Arbyte

Таким образом, использование профессиональных графических станций Arbyte CADStation обеспечивает прирост производительности труда инженера-конструктора от 19 до 96% при удорожании рабочего места с 1,5 до 2,5% (рис. 4). Результирующая экономическая эффективность от использования Arbyte CADStation на единицу затрат составляет более 18%.

Рис. 4. Сравнение производительности и стоимости систем

Краткие выводы

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

• операции позиционирования модели занимают значительную часть времени работы инженера-конструктора;

• графические рабочие станции с профессиональными графическими видеоподсистемами дают значительный выигрыш именно в операциях позиционирования;

• результирующая экономическая эффективность от использования профессиональных графических рабочих станций составляет более 18%.

Дополнительные замечания

Использование графических рабочих станций Arbyte CADStation может дать дополнительный экономический эффект в связи с их уникально низким уровнем акустического шума и вибраций.

Согласно данным официальных медицинских исследований¹, мероприятия по снижению уровня акустического шума в рабочих помещениях обеспечивают:

• повышение производительности труда в среднем на 9%;

• снижение количества ошибок в среднем на 29%;

• сокращение потерь рабочего времени, обусловленное болезнями сотрудников, на 37%.

Условия гарантийного обслуживания, такие как длительный срок гарантии, доступность сервисных центров и короткие сроки ремонта, позволяют серьезно сократить время простоя рабочих мест инженеров-конструкторов. Однако произвести точный расчет экономической эффективности от сокращения времени простоя затруднительно вследствие сложности получения данных о вероятностях отказов техники разных производителей.

Материал подготовлен Д.Красковским.

¹ Андреева-Галанина Е.Ц. Шум и шумовая болезнь.1972; Гигиенические проблемы охраны здоровья подрастающего поколения. 1992.

«САПР и графика» 11'2004