基于数字样机技术的新产品开发_文怀兴

数字样机应用与发展思路

数字样机在我国飞机设计中的应用与发展思路飞机数字化设计已在国内某些飞机的局部设计中开始应用，但飞机全机采用三维全数字设计则尚无先例。中国航空工业第一集团公司所属的西安飞机设计研究所用1年多的时间，解决了飞机全机三维数字化设计的重大技术关键，成功地攻克了飞机全机三维外形建模的难关，建立了三维外形数模，实现了结构、管路、系统的三维设计、三维协调、三维预装配生成全机数字样机的历史性突破。 我国首架飞机数字样机的问世，标志着西安飞机设计研究所的设计水平已基本进入数字化设计阶段，该成果为“十五”期间的以“全机、全过程、全数字化”为技术特征的飞机设计应用，实现飞机研制生产从以模拟量传递为主转变到以数字量传递为主，从采用物理样机协调为主转变到采用数字样机协调为主作了一定的技术准备；为我国航空行业由传统的飞机研制模式向数字化设计制造的现代化研制模式的转变奠定了基础。 1、实现三维外形建模和全机数字化样机设计 1、实现三维外形建模和全机数字化样机设计 多年来，由于坚持数字化技术的基础设施建设和应用技术研究，全所的数字化设计环境 有了很大改善，数字化技术的应用水平也有很大提高。1999年，在某型飞机研制正式批准立项后，经过认真细致的调研，全面分析了国内外数字化技术的应用状况和水平，最终决策在型号研制中全面采用三维数字化飞机设计技术。 通过1年的艰苦攻关,我所率先在国内的飞机研制中采用并行工程和无纸设计技术，实现了三维外形建模、三维结构设计、结构件和主要飞机系统件的预装配，最终建成了5万多个零组件、43万多个标准件、可全面应用于生产的全机数字样机。经过制造的全面检验,证明采用数字样机可缩短60%的设计周期,提高了设计质量,减少了40%的设计反复。原设计周期为2年6个月，现仅用了1年的时间就全面完成了发图任务。 全数字化设计的飞机首飞成功后，经统计，原有同等规模的飞机在制造过程中约有工程更改单7000张左右，在采用了数字化设计手段后，工程更改单减少到了1082张。结构件和机加件的生产，由于在数字样机阶段就作了全面协调，在生产中都是一次制造成功，装配到位，没有出现大的返工。 2、实现数字化样机设计的技术基础 在数字化设计的工作过程中，除了持续投资，坚持计算机硬软件建设，不断改善数字化工作环境外，所领导十分重视计算机技术在设计中的应用，积极参与各项预先研究工作，抓紧科技人员的技术培训，建立了高标准的信息技术体系，为全机的数字化设计创造了条件。

DMU在整车开发中的解决方案

DMU在整车开发中的解决方案 随着产品更新换代速度的加快，现有样机的制造周期和制造成本已难以适应产品开发的需求，使用计算机三维设计技术建立数字样机，可实现实物样机的作用，有效缩短周期、降低成本。 数字样车技术(DMU)指在计算机或工作站中利用CATIA V5软件所具有的装配、干涉检查、功能部件校核、焊接及拆装、人机工程学检查以及4维空间漫游等功能对实车进行虚拟的模仿和再现，使其具有物理模型的特性，从而取代物理模型验证产品的设计、功能（运动）、工艺、制造和维护等方面内容的产品开发技术，形成一辆模拟现实的数字样车，对产品的真实化进行计算机模拟。 图1 静态干涉检查的流程 DMU的作用 DMU的作用首先是提供各类、各种档次的可视化功能，用不同方式对电子样车的全部部位进行审视、评估，漫游和模拟真实的视觉效果。尽可能在数字化环境中看到产品在真实世界中相同的效果，实现低成本、高效率的产品可视化模拟。CATIA V5实现了可视化和产品结构的统一进行，让复杂区域的可视化变得非常容易，使可视化的应用范围得到扩展。 其次是提供各类对车型或部件间进行功能性分析的手段，包括：机构运动，干涉分析，拆装分析，空间分析和管理等。尽可能在数字化环境中进行与真实世界中相同的分析，使设计师在设计早期就发现问题所在，在设计的各个阶段，及

时、大量地进行各种分析，提高产品设计质量。 图2 断面分析界面 三是应用关联设计，运用CATIA独有的PUBLICATION技术，按照自顶向下的设计方式，实现装配之间、零部件之间、一个模型文件中的多个几何实体之间、曲面模型和实体模型之间、特征之间等多种层次的端到端的各类关联。基于骨架的DMU设计分析方式，实现数字样机的快速更改，降低成本，快速地进行多方案的评估与研讨，通过建立关联性的设计模板进行管理和重用，提高设计效率。 以下通过整车实例中的部分案例来说明DMU的实际应用。 DMU静态干涉检查 静态干涉检查是DMU中也是整车设计中最重要的部分，干涉检查根据项目周期可以分为设计过程中干涉检查、后期进行验证干涉检查，以及后期发生设计变更后的干涉检查。对于设计过程中的干涉检查需要对分析的结果进行实时的跟踪，并检查所关注的干涉是否已经消除，具体流程如图1所示。 干涉检查从整车角度也可以分为系统内部零件的干涉检查，系统与系统之间的干涉检查。整车可以分为七大系统，如车身、底盘、内饰、外饰、动力总成、开闭件以及线束等。也可以根据企业的设计情况情况来进行分类。

数字样机概念和特点

数字样机概念数字样机技术是以CAX/DFX技术为基础，以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，融合虚拟现实、仿真技术、三维计算机图形技术，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，使产品的设计者、制造者和使用者在产品的早期可以直观形象地对数字化的虚拟产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真和使用仿真，为产品的研发提供全新的数字化设计方法。 狭义的数字样机认识从计算就图形学角度出发，认为数字样机是利用虚拟现实技术对产品模型的设计、制造、装配、使用、维护与回收利用等各种属性进行分析与和设计，在虚拟环境中逼真的分析与显示产品的全部特征，以替代或精简物理样机。 广义的数字样机从制造的角度出发，认为数字样机是一种基于计算机的产品描述，从产品设计、制造、服务、维护直至产品回收整个过程中全部所需功能的实时计算机仿真，通过计算机技术对产品的各种属性进行设计、分析与仿真，以取代或精简物理样机。 数字样机技术特点 无论是狭义的还是广义的数字样机，都具有以下三个技术特点： （1）真实性。数字样机的根本存在目的是为了取代或精简物理样机，所以数字样机必须在仿真的重要方面具有同物理样机相当或者一致的功能、性能或者内在特性，即能够在几何外观、物理特性以及行为特性上与物理样机保持一致。 （2）面向产品全生命周期。数字样机是对物理产品全方位的一种计算机仿真，而传统的工程仿真是对产品某个方面进行测试，以获得产品该方面的性能。数字样机是由分布的、不同工具开发的甚至是异构子模型的联合体，主要包括CAD模型、外观模型、功能和性能仿真模型、各种分析模型、使用维护模型以及环境模型。 （3）多学科交叉性。复杂产品设计通常设计机械、控制、电子、流体动力等多个不同领域。要想对这些产品进行能够完整而准确的仿真分析，必须将多个不同学科领域的子系统作为一个整体进行仿真分析，使得数字样机能够满足设计者进行功能验证与性能分析的要求。

数字样机技术的应用(IJWMT-V1-N1-2)

I.J. Wireless and Microwave Technologies, 2011, 1, 7-12 Published Online February 2011 in MECS (https://www.sodocs.net/doc/674075103.html,) DOI: 10.5815/ijwmt.2011.01.02 Available online at https://www.sodocs.net/doc/674075103.html,/ijwmt Application of Digital Mockup Technology Gaoming Ding a,* a Jiandong College, CZJDU, Changzhou, China Abstract Digital simulation design is one of the mechanical product modern design methods. We have introduced the concept and meaning of digital mockup technology in mechanical design and its architecture, design cycle, which are concerned multi-domain UML, multi-body dynamics and multidisciplinary design. We also have analyzed the automobile digital simulation design method and digital mockup technology. Index Terms: Digital simulation; Digital mockup; UML; Design optimization ? 2011 Published by MECS Publisher. Selection and/or peer review under responsibility of the Research Association of Modern Education and Computer Science 1.Functional Virtual Prototyping With the development of virtual prototyping technology, computer simulation has been used in product design as checking and optimizing product design. We can test product model, simulate test and estimate product by means of digital analyzing technology. We can improve product efficiency and reduce cost when we improve design. 1.1.Virtual prototyping Virtual prototyping technology is a kind of technology which used in simulation design process. It uses virtual prototyping to replace physical prototyping and tests the design about some or whole performance. Virtual prototype emphasizes the building of product’s digital model and solving problems by means of all kinds of subjects.[1] It tests and improves the design of product by building a system or subsystem model which is similar to product physical machine to simulate which based on computer. So, we can acquire the optimized performance. 1.2.Functional Digital Prototype Functional digital prototype is corresponding to the process of product analysis, especi ally the product’s multi-performance analysis and multi-system dynamic performance optimization, which used to simulate the equipped system’s whole function and operational performance. It is an expanded application about general * Corresponding author: E-mail address: hbxfqxyqxy_123@https://www.sodocs.net/doc/674075103.html,

数字样机开发的关键技术

数字样机开发的关键技术 一、前言 数字样机技术又叫做虚拟样机技术，是随着计算机技术发展而新起的技术。是对机械产品进行建模装配等的相关技术，企业的发展有着重要作用。 二、数字样机的概念 数字样机（DigitalPrototype ）是相对于物理样机的概念，是一个能够考察产品的外形、装配性、可加工性以及功能能特性的三维数字模型。而数字化样机（DigitalPrototyping ）是开发和应用数字样机的过程，是在产品开发的数字阶段，使用数字样机进行设计、优化、分析、模拟、数据管理乃至市场宣传的技术解决方案。可以说，由于数字信息化的技术和手段在产品生命周期的各个环节中应用地越来越广泛，数字化样机所带来的价值已经远远超出了原本的产品设计、测试阶段，其影响力已经逐渐扩散到了产品生命周期的各个环节。 数字化样机强调将产品整个生命周期的模型实现数字化，而不仅仅是最终产品的数字化。数字样机贯穿了从产品的概念设计 （工业设计）、工程设计（基于三维CAD和二维CAD勺双向集成，机电软件混合设计等技术）、工程分析（虚拟仿真）、市场推广 （动画和3D 广告制作）勺全过程。基于实物物理样机勺传统设计开 发试验研制方法，将在很大程度上被基于数字计算机勺三维 数字化虚拟样机技术所取代。

目前，关于数字样机尚无统一定义，以下描述仅供参考。狭义数字样机：从计算机图形学角度出发，认为数字样机是利用虚拟现实技术对产品模型的设计、制造、装配、使用、维护与回收利用等各种属性进行分析与设计，在虚拟环境中逼真地分析与显示产品的全部特征，以替代或精简物理样机。 广义数字样机：从制造的角度出发，认为数字样机是一种基于数字计算机的产品描述，从产品设计、制造、服务、维护直至产品回收整个过程中全部所需功能的实时计算机仿真，通过计算机技术对产品的各种属性进行设计、分析与仿真，以取代或精简物理样机。 我国航空制造业对数字样机作了如下较为完整的描述：数字样机是对产品的真实化、集成化的虚拟仿真，用于工程设计、干涉检查、机构仿真、产品拆装、加工制造和维护检测等模拟环境，它需要具备集成化造型、可视化、功能检测、产品结构和配置管理等完整的功能，并为数据管理、信息传递和决策过程等三大领域提供方案。它覆盖了产品从概念设计到售后服务的全生命周期，是支持产品设计和工作流程控制、信息传递与共享、决策制定的公共数据平台。 三、数字样机技术特点 1、真实性 数字样机的根本目的是为了取代或精简物理样机，所以数字样机必须在仿真的重要方面具有同物理样机相当或者一致的功能、性能和内在特性，即能够在几何外观、物理特性以及行为特性上与物理样机保持一致。

数字化设计制造技术基础

第一章 1.1数字化设计制造是现代产品研制的基本手段。 1.2先进制造技术的特征：(1)先进制造技术是制造技术的最新发展阶段；(２)先进制造技术贯穿了制造全过程以至产品的整个生命周期；（3)先进制造技术注重技术与管理的结合;(4)先进制造技术是面向工业应用的技术。 1.3设计制造技术主要表现在全球化、网络化、虚拟化、智能化和绿色化等几个方面。 1．4任何一种产品的研制过程从大的方面可以划分为设计与制造两部分。 1．5可以将产品的制造过程的基本要素抽象为产品（prｏｄuｃt）、工艺过程（pｒocess)、制造资源(resource）,即ＰPR模型,实际的过程是三个要素相互耦合作用的结果。 1.6串行设计与并行设计: (1）串行设计的组织模式是递阶结构，各个阶段的活动是按时间顺序进行的，一个阶段的活动完成后，下一个阶段的活动才开始,各个阶段依次排列，都有自己的输入和输出。 (2)并行设计的工作模式是在产品设计的同时就考虑后续阶段的相关工作,包括加工工艺、装配、检验等，在并行设计中产品开发过程各个阶段的工作是交叉进行的。 1.７数字化设计制造基本概念： (1)数字化是利用数字技术对传统的技术内容和体系进行改造的进程。 (2)数字化设计就是通过数字化的手段来改造传统的产品设计方法,旨在建立一套基于计算机技术、网络信息技术,支持产品开发与生产全过程的设计方法。数字化设计制造的内涵是支持产品开发全过程、支持产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持产品开发流程的控制与优化等，归纳起来就是产品建模是基础,优化设计是主体，数据管理是核心。 (3)数字化制造是指对制造过程进行数字化描述而在数字空间中完成产品的制造过程是计算机数字技术、网络信息技术与制造技术不断融合、发展和应用的结果，也使制造企业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。 （4)数字化设计制造本质上是产品设计制造信息的数字化,它将产品的结构特征、材料特征、制造特征和功能特征统一起来。 1.8典型的CＡD模型标准交换格式,DＸF、DWG、JGＥS、STEP。 １.9典型的数字化设计制造应用工具系统: （1）CAD系统,AuｔoCAＤ、ＣATIA、UGS、Prｏ/E (２)CAＥ系统,NASTRＡN、ANAＳYS （3)CＡPP系统，CAＰPFｒaｍｅwｏrk (4)CＡM系统，在CＡTIA、ＵGS和Prｏ/E等CＡD/CAＭ系统中,均包含有专门的CＡM模块(5）DFｘ（dｅsiｇｎfｏr x)系统，x可代表生命周期中的各种因素,如制造、装配、检测等 1.10产品数据管理(ｐrodｕct daｔa manageｍent,ＰDM）是一种帮助工程技术人员管理产品数据和产品研发过程的工具。PDM系统确保跟踪设计、制造所需的大量数据和信息，并由此支持和维护产品。 1.１１数字化设计制造的特点：(1)过程延伸；(2)智能水平的提高；(３)集成水平的提高。１.12数字化设计制造的性能要求:(１)稳定性；（2）集成性(３)敏捷性；(4)制造工程信息的主动共享能力；(5)数字仿真能力（６)支持异构分布式环境的能力;（7)扩展能力。

数字化设计技术

数字化设计技术读书报告 专业机械工程及自动化 年级2011 级 班级 学号 姓名 完成时间2015年 1 月7 日

摘要：数字化技术的应用和发展，促进了传统制造业的改革和发展．随着制造业信息化进程的加快，制造业的智力投入和服务意识将日益增强。在产品设计与开发中，数字化设计技术对其影响很大，随着计算机技术的不断发展，产品设计与开发技术越来越先进，对现在制造技术的具有很重要的意义。此次数字化设计技术阅读报告，就是要我们了解数字化设计技术与产品开发、产品设计之间的密切关系，以及认知数字化设计技术在现实生活中的意义。 关键词：数字化设计技术；产品设计；产品开发；意义；

目录 1.前言 (1) 1.1数字化设计技术的概念 (1) 1.2数字化设计技术的特点 (1) 1.2.1虚拟产品开发技术 (1) 1.2.2异地协同制造技术 (2) 2.数字化技术与产品开发的关系 (2) 3.数字化技术在产品设计中的应用 (3) 3.1数字化建模技术 (3) 3.2数字化仿真与虚拟现实技术 (4) 3.3多学科综合优化技术 (4) 3.4数字化设计在产品设计中应用的状况及发展趋势 (4) 4.有限元分析技术在产品开发中的应用 (5) 5.结合实际浅谈数字化设计技术的意义 (6) 6.小结 (7) 7.参考文献 (7)

1.前言 1.1数字化设计技术的概念 随着信息技术和通信技术的发展，数字化时代正在到来．数字化技术是指利用计算机软硬件及网络、通信技术，对描述的对象进行数字定义、建模、存贮、处理、传递、分析、综合优化，从而达到精确描述和科学决策的过程和方法．数字化技术具有描述精度高、可编程、传递迅速、便于存贮、转换和集成等特点，因此数字化技术为各个领域的科技进步和创新提供了崭新的工具。 数字化技术与传统制造技术的结合称为数字化制造技术。30年来数字化制造的应用范围不断扩大，数字化制造技术已逐渐成为制造业信息化中的主流技术和核心技术．由于数字化技术是科学分析和科学决策的理论基础，提供了从定性到定量、从模糊到精确、从直觉到科学的工具，因而数字化技术推动了制造科学的发展和进步。 目前制造业的几个重要发展方向，如精密化、自动化、集成化、虚拟化、网络化、全球化，无一不与数字化技术的发展密切相关．因此，面对制造业全球化竞争的日益激烈，必须重视数字化制造技术在我国的形成和发展。 1.2数字化设计技术的特点 20世纪有许多重大高新技术的应用，但没有一项技术的影响像信息技术和数字化技术那样深，那样广。由于数字化技术的可控性、可变性、离散性、可视性、集成性，产生了很多新的现代设计方法、工艺技术和管理模式。 1.2.1虚拟产品开发技术 虚拟产品开发是建立在利用计算机和网络技术完成产品开发过程构思设计的新概念。它以计算机仿真和产品生命周期建模为基础，集计算机图形学、人工智能、并行工程、网络技术、多媒体技术和虚拟现实技术等为一体，在虚拟环境下，对产品进行构思、设计、制造、测量和分析。虚拟产品开发的显著特点之一是利用存储在计算机内部的数字化样机即虚拟产品来代替实物样机进行仿真、分析，从而提高产品在时间、质量、成本、服务和环境等多目标中的决策水平，达到全局优化和一次性开发成功的目的。为此，虚拟产品开发环境要求提供全面的产品数据定义、各种仿真工具、可视化的人机交互操作工具及分布式协同工作条件和运行机制。