数字样机技术在复杂产品工程设计中的应用研究
基于多方案选择的复杂产品虚拟样机决策系统
初 步 方 案 ， 只 是 确 定 了 方 案 的 可 实 现 性 和 模 型 运 行 的 效果 ， 是在作 最 终 的生产 决策 之 时 ． 业 还要 考 虑其 但 企
他 因 素 的 影 响 作 用 。 个 好 的 方 案 ， 果 没 有 资 金 的 支 一 如
发产 品 的模 型 。 型经过 仿真 步骤 之后 ， 仿 真结 果进 模 对
行评 估 。 确保 模 型在各 个 性能 指标 上满 足要 求 。 前 以 在
人 研 究 成 果 的 基 础 上 ，得 到 各 个 初 步 方 案 的 仿 真 评 估
结果 。 ３ ）多 方 案 决 策 分 析 系 统 影 响 因 素 。经 过 仿 真 后 的
出 了 系统 设 计 和 实现 方 法及 随机 数 据 下 的仿 真 结 果 。
关 键 词 ： 杂 产 品 虚 拟 样 机 多 方 案 决 策 复
中 图分 类 号 ：Ｐ ０ Ｔ ３５
文献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ０ ４ ９ （０ ２０ － ００ ０ １０ — ９ ８２ １）４ ０ ７ － ４
一
方 法 ． 好 地 体 现 了产 品 建 模 的 客 观 规 律 ［ 更 。 杨 林 、 张 田 文 实 现 了 产 品 结 构 信 息 的 自动 提 取 和 构 造 产 品 信 息 集 成 框 架 ，有 效 地 解 决 了 虚 拟 样 机 的 产 品 信 息 集 成 和 管 理 。朱 耀 琴 、 勇 等 在 研 究 中 给 出 了 杨 初 步 设 计 阶 段 的 信 息 流 图 ， 并 提 出 了 以 Ａｇ ｎ ｅ ｔ技 术 来 对 初 步 设 计 阶 段 信 息 进 行 管 理 的 思 想 ，从 而 实 现 初 步 设 计 的 智 能 化 ， 快 更 好 地 设 计 新 的 复 杂 产 品 ［。 更 ８ ］
数字化制造技术在航空发动机加工中的应用研究
数字化制造技术在航空发动机加工中的应用研究随着数字化技术在制造业中的不断发展，航空制造业也逐渐转向数字化制造技术。
航空发动机作为航空工业中的重要组成部件，其加工质量的高低直接关系到飞机运行的安全性及寿命。
因此，数字化制造技术在航空发动机加工中的应用显得尤为重要。
一、数字化制造技术在航空发动机加工中的应用1. 数字化设计技术的应用数字化设计技术使得发动机零部件的造型设计更加灵活，设计人员可以通过三维建模软件对发动机进行精确的设计、模拟以及虚拟装配，减少了传统的物理样机制造及试验的过程。
同时，数字化设计技术也使得造型更精细、更复杂、更符合工程实际需要，提高了发动机动力性和热力性能。
2. 数字化制造技术的应用数字化制造技术的应用广泛，工艺技术可以透过电脑辅助设计软件实现，使得加工过程更加高效、精准、稳定，大大降低了制造成本和加工周期。
数字化制造技术还可以使得加工零件的精度得到更好的保证，使得加工精度能够完全符合设计要求，从而有效地实现了“一次加工成功”的效果。
3. 数字化质量控制技术的应用在数字化制造环节中，质量控制也显得尤为重要。
数字化质量控制技术可以实现工序精度自动化检测、缺陷自动诊断与控制，有效提高了航空发动机的产品质量、降低了修正成本及回收占比。
同时，数字化质量控制技术还可以避免人为因素的干扰，从而确保了加工零件的质量稳定性。
二、数字化制造技术在航空发动机加工中的优势1. 生产效率提高数字化制造技术的应用，可以实现对一些复杂零件的加工，因此能够有效提高加工产能，缩短加工周期，更好地适应市场需求和生产要求。
2. 智能制造优化数字化制造技术的应用，可以采用智能制造的技术，使得发动机零件加工能够自主化操作，更好地适应自动化机械装备，同时还能够降低操作难度并且提高了工作效率。
3. 质量稳定性提高数字化制造技术的应用，可以有效提高零件加工精度和质量，并且对于发动机整体性能也更加准确，最终达到实现产品质量稳定性的目标。
数字化工程环境下复杂产品技术状态管理架构优化
第４５卷 第１１期２０２３年１１月系统工程与电子技术ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶｏｌ．４５ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２０２３文章编号：１００１ ５０６Ｘ（２０２３）１１ ３５７３ ０６ 网址：ｗｗｗ．ｓｙｓ ｅｌｅ．ｃｏｍ收稿日期：２０２２０８２２；修回日期：２０２２１０３１；网络优先出版日期：２０２２１１１４。
网络优先出版地址：ｈｔｔｐ：∥ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２４２２．ＴＮ．２０２２１１１４．１４３８．００４．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金（７１８７１００７）资助课题 通讯作者．引用格式：任璐英，王庆国，张海峰，等．数字化工程环境下复杂产品技术状态管理架构优化［Ｊ］．系统工程与电子技术，２０２３，４５（１１）：３５７３ ３５７８．犚犲犳犲狉犲狀犮犲犳狅狉犿犪狋：ＲＥＮＬＹ，ＷＡＮＧＱＧ，ＺＨＡＮＧＨＦ，ｅｔａｌ．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｌｅｘｐｒｏｄｕｃｔｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｔａｔｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｉｎｄｉｇｉｔａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０２３，４５（１１）：３５７３ ３５７８．数字化工程环境下复杂产品技术状态管理架构优化任璐英 ，王庆国，张海峰，丁 洁，徐卫卫，臧雪静（北京航天情报与信息研究所，北京１００８５４） 摘 要：复杂产品研制生产是不断迭代且数据庞大的系统工程，而技术状态管理则是复杂产品设计研制的关键因素之一。
以复杂产品为研究对象，梳理了传统技术状态管理体系架构的现状与特点。
在此基础上，针对基于数字化环境的特点，构建了复杂产品管理以及技术状态管理的总体框架，并对技术状态管理中的分项目实施路径进行了详细说明，为数字化工程环境下复杂产品技术状态管理的进一步发展与优化提供了思路与参考。
基于数字孪生的复杂产品设计与制造关键技术研究与示范应用申报指南
基于数字孪生的复杂产品设计与制造关键技术研究与示范应用申报指南一、项目目标针对复杂产品设计与加工制造困难的问题，研究面向数字孪生的复杂产品精准建模方法，数字孪生驱动的复杂产品多学科优化设计与虚拟样机技术，基于数字孪生的装备运行分析与性能预测方法，数字孪生驱动的生产分析与决策控制方法；建立复杂产品/关键零部件、制造系统组件、运行场景、典型工艺的数字化孪生模型，模拟、测试并优化产品、生产工艺流程和工厂设备，提升我区产品的创新速度和生产力。
通过在我区离散和流程行业典型企业应用验证，推进企业数字化转型。
二、项目任务任务1：基于数字孪生的复杂产品设计与制造关键技术研究研究面向数字孪生的复杂产品精准建模方法，研究模型/仿真联合驱动的多目标、多工况、多材料结构优化设计方法，突破结构/材料/工艺一体化设计技术；研究加工产线能耗、产品质量、设备运行状态的泛在感知技术，研究基于精确数字孪生体模型的生产过程全要素协同仿真与虚拟构建技术，提出复杂产品生产过程数字孪生高置信仿真、高精准预测理论与方法。
任务2：面向复杂产品设计与制造的数字孪生建模与仿真软件构建产品结构几何、仿真和优化统一模型与知识库；建立生产系统组件、运行场景、典型工艺的数字孪生模型；开发典型产品/零部件结构/材料/工艺的设计、仿真和优化一体化系统，实现设计、仿真与优化的融合，同源数据，共生验证；开发复杂产品生产过程全要素的数字孪生系统，实现对加工设备状态、工艺状况、生产质量、及产品交货期的监测与趋势预测。
任务3：基于数字孪生的复杂产品设计与制造关键技术示范应用在我区离散和流程行业3家以上典型企业进行应用验证，降低企业产品研发成本和周期，提升生产过程性能和运行绩效。
三、考核指标约束性指标建立典型产品/零部件结构/材料/工艺的设计、仿真和优化一体化系统，实现典型设计功能提升 20%以上、一体化设计效率提升 20%以上；构建典型行业生产过程数字化模型库和知识库，包含不少于50种生产要素数字孪生组件模型库；开发 1 套基于 CPS的复杂产品生产过程全要素的数字孪生系统，具备对加工设备状态、工艺状况、生产质量、及产品交货期的监测与趋势预测能力；质量预测精度高于90%；申请发明专利不少于4项；软件著作权5项以上。
复杂机电系统及仿真研究
复杂机电系统及仿真研究摘要：建立一个典型复杂机电系统，将键合图与模块理论相结合，建立一个开放性的机动系统模块库。
所建立的模型仿真与实测数据一致。
关键词：机电系统仿真abstract: this thesis has established an open electro mechanical system module library by uniting the theories of bond graph and modularization. and based on it a typical complex electromechanical system .simulation results of the global mathematical model closely verge on experimental result.key words: electromechanical system simulation中图分类号：tu85文献标识码： a 文章编号：在复杂机电一体化系统开发中,跨学科的系统建模方法、多领域模型的协同仿真和多学科协同开发的过程管理技术是目前亟待解决的关键技术,可以对机电一体化系统的设计和开发提供强有力的支持,目前已经成为该领域的研究重点。
近年来，复杂产品虚拟样机技术随着计算机技术的发展而迅速发展，以计算机虚拟模型仿真代替传统的实物样机实验，使得由机、电、液等多领域部分集成的复杂机电产品设计开发过程大为简化，缩短了产品开发周期，减少了产品开发费用和成本，也优化了产品品质。
复杂机电系统是一种“复合化系统”，由多学科(机械、电子、液压等)技术相渗透、融合而成。
由于标准化、模块化在机械、电子等领域的应用，因此机电系统具有3个重要的性质，即系统、模块、接闻。
将这3个性质运用于系统建模，即为模块化建模的基本思路:将系统按照一定规则划分为通用性较强的模块，并建立开放式的模块库;各模块单独建立各自的数学模型，与其物理模型一起存入模块库中以备调用;通过接口确立各模块交界而的参数使系统整体的数字求解及仿真得以实现。
机械工程设计中的虚拟样机技术分析高向云
机械工程设计中的虚拟样机技术分析高向云发布时间：2023-02-18T07:44:59.438Z 来源：《新潮·建筑与设计》2023年1期作者：高向云[导读] 机械设计是一个复杂的过程，为了确保机械设计质量得到有效提高，有必要利用现代化科学技术。
身份证：64038219871231XXXX摘要：机械设计是一个复杂的过程，为了确保机械设计质量得到有效提高，有必要利用现代化科学技术。
对于虚拟样机技术来说，由于应用到机械设计过程中能够发挥诸多显著的效果，因此可以在机械设计过程中合理、科学地应用虚拟样机技术。
值得注意的是，在虚拟样机技术应用过程中，需注重三维数字化模型的构建，进一步将其应用到包装机械设计、农业机械设计等领域，最终为各领域生产效率及质量的提高奠定夯实的基础。
关键词：虚拟样机技术；机械设计；应用引言进入21世纪以来，在社会经济稳健发展的背景下，我国机械制造水平也得到了较快的发展。
其中，机械设计是机械制造工业中非常重要的一个环节，因此有必要做好机械设计的优化及完善工作。
而对于虚拟样机技术来说，将其应用到机械设计过程中，能够使机械设计的优化显得更加有效。
鉴于此，对虚拟样机技术在机械设计过程中的应用进行研究具备一定的价值意义。
一、虚拟样机技术简要概述虚拟样机技术，是一种将计算机作为平台，并进一步以CAD模型制图作为基础，然后利用仿真模型技术的一类机械设计技术。
下面从虚拟样机技术的优势与特点进行简要分析：（一）虚拟样技术机的优势虚拟样机技术利用了设计技术与管理技术，使机械设计的全过程开发、分析以及设计得到有效实现，这样能够使机械设计的效率得到很大程度的提升，同时使工期缩短，并促进产品设计质量的提升。
此外，还能够使产品设计的成本得到有效控制，这对于企业来说无疑显得非常有利。
（二）虚拟样机技术的特点虚拟样机技术属于面向系统的设计方法，包括了机械的设计及制造等，能够促进产品性能及质量的提升，从虚拟样机技术的特点来看，体现在：（1）面向系统设计，既能够面向单独的零部件，又能够从整体角度进行机械分析，并完成仿真模拟；（2）设计在产品的整个流程上贯穿，并不是体现在产品的某一个环节；（3）能够实现对产品的全方位分析、测试以及评估。
基于虚拟样机的复杂产品协同设计与仿真关键技术研究
ａ ｄ ｃ ｎ ｉｔ ｏ ｒ ｉ ａｉ ｎ ｉ ｉ ｃ ｅｅ ｏ ｉ ｕ ｌｐ ｏ ｏｙ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｓ ｂ ｉ ．Ｔ ｅ ｔｅ ｒ ｎ ｔ ｏ ｆｍｕ ｔ ｄ ｓ ｉｌ ａ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｎ ｌ ｅ ｙ ｌ ｆｖｒ ａ ｒ ｔｔ ｐ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｉ ｕ ｌ ｌ ｃ ｏ ｆ ｔ ｔ ｈ ｈ ｏ ａ ｄ ｍｅｈ ｄ ｏ ｌ — ｉ ｐ ｉ ｒ ｙ ｉ ｃ ｎｙ
力和核 心 竞争 力。
关键 词 ：并 行 工程 ；虚 拟样机 ； 同设计 ；协 同仿 真 ；过 程管 理 协
中 图法分 类号 ： Ｐ １ Ｔ ３１
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
文 献标 识码 ：Ａ
文章 编号 ：１ １３９ （０６ ０—０４０ ０ —６５ ２０ ）７０４ —３ ０
Ｖｉ ｕ ｌＰ ｏｏｙ ｅ Ｂ ｓ ｄ Ｋｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓ ｏ ｏ ｐ ｒ ｔ ｅ Ｄｅ ｉｎ ａ ｄ ｒ ａ ｒ ｔｔｐ ａ ｅ ｙ Ｔ ｃ ｎ ｌｇｅ ｆＣ ｏ ｅ ａｉ ｓｇ ｎ ｔ ｖ Ｓ ｍｕａｉｎ ｆｒＣ ｍｐ ｅ ｒ ｄ ｃ ｉ ｌｔ ｏ ｏ ｌｘ Ｐ ｏ ｕ ｔ ｏ
电子设计中的虚拟样机与仿真技术
模拟电路行为
01
通过虚拟样机，可以在设计阶段模拟电路的行为，预测其性能
参数，如功耗、延迟和吞吐量等。
优化系统性能
02
基于性能预测结果，可以对电路设计进行优化，提高系统的整
体性能。
降低开发成本
03
在物理样机制作之前发现问题并进行优化，可以减少物理样机
快速原型制作
通过虚拟样机技术，设计师可以 在早期阶段发现和纠正设计中的 问题，减少后期修改和返工。
优化设计参数
仿真技术可以帮助设计师在虚拟 环境中测试不同参数组合，选择 最优设计方案，提高产品性能。
减少物理原型
通过减少或消除物理原型的需求 ，可以节省时间和成本，同时降 低对实物资源的依赖。
降低开发成本与风险
特点
虚拟样机技术具有高效、灵活、可重 复性等优点，能够缩短产品开发周期 ，降低开发成本，提高设计质量。
虚拟样机技术的应用领域
机械工程
在机械工程领域中，虚拟样机 技术常用于汽车、航空航天、 船舶等复杂系统的设计和优化
。
电子工程
在电子工程领域中，虚拟样机 技术可用于集成电路、电子系 统、微纳器件等的设计和仿真 。
03
系统级仿真技术在系统架构设计、性能分析和优化 等方面具有广泛的应用。
物理级仿真技术
01
物理级仿真技术用于模拟物理现象，如电磁场、温度场和 流体动力学等。
02
物理级仿真通常使用有限元分析（FEA）、有限差分分析（FDA） 等方法，通过建立物理模型并运行仿真来预测实际物理现象。
03
物理级仿真技术在产品性能预测、优化和可靠性分析等方 面具有广泛的应用。
的制作数量和测试成本。
电路板设计优化
布局与布线优化
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。
面向复杂系统工程的多学科统一建模与联合仿真技术研究与应用实践
面向复杂系统工程的多学科统一建模与联合仿真技术研究与应用实践作者：暂无来源：《智能制造》 2017年第5期航空工业信息技术中心（金航数码）郄永军多学科联合仿真技术应用工程背景航空产品是涉及机械、电子、电气、控制、液压及软件等多学科, 可靠性、维修性和保障性等多专业工程要求的复杂系统，其开发模式正经历从基于文档向基于模型的范式转移。
建立以基于模型的系统工程方法论为指导、以功能/性能样机为载体，贯穿需求、功能、逻辑与物理构建模型在环、软件在环、硬件在环及人员在环的数字化综合仿真环境，开展多学科统一建模与联合仿真，实现功能/ 性能需求在开发早期阶段的验证与确认，基于数学模型（虚拟样机）开展复杂系统架构与方案的设计、权衡与分析优化，缩短设计迭代周期，提升开发质量，已成为国际航空航天和防务领域复杂系统开发的主流趋势。
当前，基于Modelica 语言的系统仿真技术已在达索航空、德宇航和空客得以工程应用，通过构建由功能样机、性能样机和几何样机组成的数字样机，可实现在虚拟空间下开展虚拟试验/ 试飞，极大的降低物理试验/ 试飞的周期与成本。
多学科联合仿真技术演进历程系统级多学科联合仿真主要应用于系统架构与方案权衡、功能分配、接口定义、子系统参数优化、功能/ 性能早期验证和确认等领域，涉及多学科的系统仿真技术主要经历了如下发展历程。
（1）基于接口的多学科建模与仿真技术：该方法是由各学科相应的商用仿真软件提供或开发相应的接口。
其完全依赖商用软件之间的一对一接口，这些接口往往为某些商业公司所私有，不具有标准性和开放性。
（2）基于高层体系结构（HLA）：该方法克服了基于接口的诸多缺陷，较好地实现了多学科建模与仿真，但要求建模人员必须先熟悉HLA/RTI 的各种服务协议，再编制相应的程序代码，并且需要人为的割裂不同学科子系统之间的耦合关系，实质上是一种子系统层次上的集成方法。
（3）基于统一建模语言的多学科系统仿真技术：该方法具有与学科无关的通用模型描述能力，任何学科均可实现统一建模。
简析机械设计中虚拟样机技术的有效应用
简析机械设计中虚拟样机技术的有效应用【摘要】与传统的机械设计技术相比，虚拟样机技术一种全新的智能化产品设计技术，通过进行仿真分析，用图形的方式显示出该系统在实践过程中所具有的各种特性和缺陷，修改设计并得到最优设计方案的技术。
本文通过对虚拟样机技术的概念、特点以及主要的软件技术进行分析，说明了虚拟样机在机械设计中的诸多有效应用。
【关键词】机械设计；虚拟样机技术；有效应用随着科技的不断进步，虚拟样机技术已然成为一种机械设计中必要的技术，不仅是计算机技术在机械工程领域的成功应用，更是一种全新的机械产品设计理念。
虚拟样机技术是一种在建造物理样机前，设计师先通过利用计算机技术建立机械系统的数字化模型，简化复杂机械系统设计，能够有效缩短产品开发周期，降低研发成本，提高产品设计质量等方面有重要突破。
一方面，它可以通过对虚拟样机的测试，从产品多种设计方案中评估出最优方案，并不断改进设计方案，直到获得最优的整机性能。
另一方面，运用虚拟样机技术可以实现产品的并行设计，即可以快速地建立包括控制系统、液压系统、气动系统在内的多体动力学虚拟样机，并在产品设计初期发现问题、解决问题。
通过仿真分析，用图形的方式显示出该系统在实践过程中所具有的各种特性和缺陷，修改设计并得到最优设计方案的技术。
这不仅降低了研发成本，而且也无需浪费大量的人力、物力来生产出具有缺陷的样机，有效的促进了产品设计的设计效率和设计质量。
1.虚拟样机技术简介1.1虚拟样机技术概述随着科学技术的发展，试验手段的加强，以及新兴学科和技术的不断涌现，乃至学科之间的交叉与综合，使得原有的生产方法适应不了当今瞬息万变的时代发展大潮。
机械设计是机械产品研发过程中的一个重要组成部分，是机械生产的第一步，同时还是决定机械性能的最主要因素。
与传统的开发物理样机的设计方法相比，利用虚拟样机技术开发虚拟产品具有很大的优越性。
虚拟样机在对产品进行创新设计、测试和评估等方面可以代替物理样机，由此，不仅可以缩短开发周期，改进产品设计质量，还能节约研发成本。
电子制造业中数字化设计与工艺仿真技术的发展趋势
电子制造业中数字化设计与工艺仿真技术的发展趋势近年来，随着信息技术和计算机科学的迅猛发展，数字化设计与工艺仿真技术在电子制造业中扮演着愈发重要的角色。
这些技术的应用不仅提高了产品设计的精确性和效率，还极大地促进了制造工艺的改进和优化。
本文将探讨电子制造业中数字化设计与工艺仿真技术的发展趋势。
1. 数字化设计技术的发展趋势随着电子产品的复杂性不断增加，传统的手工设计已经无法满足需求。
数字化设计技术的发展成为当今电子制造业的一个重要趋势。
其中，三维设计技术是数字化设计的重要组成部分。
三维设计技术可以将产品的外观、功能和结构以虚拟的形式展现，为设计师提供全面的视角，更好地满足用户需求。
同时，虚拟样机技术也是数字化设计的一大亮点，它可以模拟和测试产品的各项功能，提前发现和解决问题，有效节约成本和时间。
此外，人工智能技术的快速发展也对数字化设计技术产生了巨大的影响。
机器学习和深度学习等技术可以通过分析大量数据，提取有效的设计规律，辅助设计师进行创新和优化。
智能设计软件可以通过模型自动化的方式生成设计方案，大大加快了设计过程。
2. 工艺仿真技术的发展趋势工艺仿真技术是电子制造业中数字化设计的重要补充，它可以对产品在制造过程中的各个环节进行模拟和分析。
通过工艺仿真技术，制造商可以提前预测制造过程中可能出现的问题并进行优化，从而减少生产线上的错误和不良品率。
随着制造过程的复杂性增加，工艺仿真技术也在不断发展。
例如，虚拟工厂技术可以通过建立虚拟的制造环境来模拟和优化整个生产线流程。
这样可以提前发现潜在的问题，优化生产过程，提高生产效率和质量。
另外，虚拟现实和增强现实技术的快速发展也为工艺仿真技术提供了新的发展方向。
通过虚拟现实技术，制造商可以在虚拟环境中进行真实感的操作和模拟，以更好地理解和分析制造过程中的问题。
3. 数字化设计与工艺仿真技术的应用案例数字化设计与工艺仿真技术已经在电子制造业中得到广泛应用。
例如，某公司在设计新品时使用了三维设计技术，通过虚拟样机模拟产品的性能和功能。
数字样机技术的最新发展
数字样机技术的最新发展关键字: 数字样机数字样机是一个PLM领域的常用术语。
但是，数字样机本身并没有一致公认的概念，数字样机所包含的内涵也在不断发展。
数字样机技术(DMU，Digital Mockup)从20世纪90年代兴起，早期的概念是指建立整个产品的全三维数字化模型，实现对复杂产品整体的显示和装配过程的模拟。
由于在十多年前计算机硬件技术的局限，而三维CAD软件中包含了产品的几何、拓扑和特征等完整信息，所以在三维CAD环境中显示和编辑整车、整架飞机是极其困难的。
因此，DMU采用专门的一个图形环境，在高性能的图形工作站上，应用高性能计算(HPC)技术，通过只调用零部件件的几何信息，来加速三维模型的显示。
同时，可以在此基础上实现虚拟现实技术的应用。
这是CAD厂商所提出的数字样机技术的概念。
对于CAE厂商而言，他们强调的是数字化功能样机。
这个概念的含义是在三维装配模型上添加了各类物理参数，来实现对产品的虚拟仿真分析，在一定程度上减少物理样机的制作和物理试验。
进入2007年，主流厂商对数字样机的概念和技术都有了新的发展。
Autodesk提出的数字样机(Digital Prototyping)强调将产品的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的双向集成，机电软件混合设计等技术）、工程分析（虚拟仿真）、市场推广（动漫和3D广告制作）全过程的集成应用。
达索系统的数字样机概念则强化了对产品的详细设计、三维可视化、制造过程仿真、工程分析实现集成应用。
Siemens PLM，即原来的UGS公司今年在NX5软件中推出了主动数字样机(Active Mockup)技术。
该技术将轻量化三维模型内置于数字样机之中，实现轻量化三维模型和实体模型的混合应用。
该技术的最大优点是，设计师需要编辑的部分采用实体模型，确保精度，而其它部分采用轻量化三维模型，大大提高显示速度。
工业信息化典型案例(003)研发设计信息化类
研发设计信息化重要性
提高研发效率
通过信息化手段，可以快速进 行产品设计和分析，缩短研发
周期，提高研发效率。
提升设计质量
利用先进的仿真和优化技术， 可以在设计阶段就发现并解决 问题，提高设计的可靠性和稳 定性。
人工智能、机器学习等技术在研发设计中的应用前景
01
人工智能辅助设计
利用人工智能技术，可以实现设计的 自动化和智能化，减少人工干预，提 高设计效率和质量。
02
机器学习优化设计方 案
通过机器学习技术，可以对历史设计 数据进行学习和分析，发现设计规律 和优化方向，为新的设计方案提供优 化建议。
03
人工智能与机器学习 融合推动设计创新
研发设计流程优化
通过引入先进的CAD/CAE/CAM 系统，实现设计流程的自动化和 智能化，提高设计效率和质量。
协同设计平台搭建
构建跨部门、跨领域的协同设计平 台，实现设计数据的共享和协同编 辑，促进团队之间的紧密合作。
仿真分析与优化
利用仿真技术对设计方案进行验证 和优化，减少实物试验次数，降低 成本和缩短研发周期。
提升创新能力
通过信息化手段促进企业技术创新和管理创新，推动企业转型升 级。
加强市场响应能力
利用信息化手段实现市场需求的快速响应和个性化定制，提高市 场竞争力。
推动产业升级
通过研发设计信息化推动相关产业的技术进步和产业升级，提升 企业在产业链中的地位和影响力。
06
研发设计信息化未来发展趋势
云计算、大数据等新技术应用推动研发设计信息化发展
虚拟仿真
数字化样机解决方案范文系列实战之AutodeskInventor高级应用之大装配技术(1)
数字化样机解决方案范文系列实战之AutodeskInventor高级应用之大装配技术（1）三维软件被日益广泛地使用在产品研发的过程中，设计的产品越来越复杂，表达的细节越来越详细，尽管硬件的性能提升十分迅速，考虑到用户的硬件实际使用情况，如何让Inventor软件使用起来有更好的性能表现，就是该系列大装配技术文章希望能够帮助用户实现的目标。
Inventor大装配系列文章由Autodek中国研究院的产品质量工程师，从系统配置、优化设置、针对大装配的技巧和方法等方面来组织编写。
鉴于有关大装配技术的技术细节较多，受刊物的篇幅限制，该系列文章是在Autodek中国研究院编写的大装配技术一文的基础上重新编排、整理，仅列出要点而不做具体展开，如需了解更多细节，可以咨询Autodek的销售部门或研究院。
一、硬件和系统配置首先大家要认识到3D软件在硬件要求方面普遍高于2D软件，而且模型的复杂程度，装配的零部件数量的多少，显示效果的优劣，都会影响软件对硬件资源的消耗，在允许的条件下，尽可能选择性能好的硬件，一定会对设计工作有很大的帮助。
1.操作系统。
在选择操作系统的时候，建议大家先了解Inventor软件所支持的操作系统，尤其是对于一些新版本的软件，Window某P可能已经不在官方支持之列。
以Inventor2022版本为例，建议在操作大装配模型的时候，选择Window7或者Window8的64位操作系统，从而能够使用更大（大于4G）的内存，这样会使Inventor运行得更流畅。
2.硬件图1访问图形驱动程序页面（2）内存。
计算机中安装的内存越大越好。
查看主板规格，以了解其支持的最大内存量，尽量使用现有速度最快的RAM。
表1所示是建议内存容量，实际要求将因零件几何图元的复杂性及引用数量而异。
（3）硬盘。
硬盘驱动器的读/写时间会影响打开或保存大装配模型所需的时间。
除了Inventor应用程序、数据文件外，操作过程返回操作所记录的临时文件，都需要硬盘的读写操作。
飞机设计中的数字样机技术
飞机设计中的数字样机技术郑党党;张志国;刘俊堂【摘要】从CAX工具的单点应用发展到数字样机是数字化技术的飞跃.介绍了数字样机技术的产生和发展历程,对比分析了数字样机技术对飞机设计流程的影响,给出了飞机设计中几何样机和性能样机的概念及其用途.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P83-86)【关键词】虚拟样机;数字样机;几何样机;性能样机【作者】郑党党;张志国;刘俊堂【作者单位】中航工业第一飞机设计研究院,西安 710089;中国国际工程咨询公司,西安 710089;中航工业第一飞机设计研究院,西安 710089【正文语种】中文随着计算机技术的发展，数字化技术的应用越来越广泛，各类计算机辅助技术（CAX）在产品设计中发挥着越来越重要的作用。
随着数字化技术应用的不断深入，产品设计正在由以CAX工具单点应用为核心的“设计数字化”向以数字样机（Digital Mock-Up，DMU）为核心的“数字化设计”转变，数字样机技术成为当前国内外研究的热点[1]。
数字样机技术的产生与发展1 虚拟产品开发与数字样机20世纪80年代到90年代，计算机技术的飞速发展推动了数字化技术在飞机等复杂产品研制中的快速应用。
波音公司在波音777研制中引入虚拟产品开发技术（Virtual Product Development，VPD），采用数字化手段研制出世界上第一架“无纸客机”，其中设计、装配、性能评价与分析大量采用了数字化技术，使得研发周期大大缩短、研发成本显著降低，确保了最终产品一次接装成功[2]。
虚拟产品开发过程的核心技术是虚拟样机技术（Virtual Prototyping Technology，VPT），即利用构建在计算机上、具有相当功能真实度的原型系统代替物理样机，对其候选设计的各种特性进行测试和评价的一种综合性技术。
按照美国国防部建模和仿真办公室（DMSO）的定义，虚拟样机技术包括数字样机、虚拟功能样机（Functional Virtual Prototyping，FVP）和虚拟工厂（Virtual Factory，VF）3个方面[3]。
研究方向介绍目前主要研究方向及课题
主要研究方向简介1.现代设计理论与方法“现代设计”并不是专指某一类被人们统称为现代设计技术的技术。
现代设计首先是指一系列符合时代发展需要的设计观念。
在这些理念推动下，不断产生出许多新的方法和技术，而这些方法和技术本身也是在不断变化和发展着的。
现代设计理论认为：现代设计是需求驱动的。
现代设计是以创新为灵魂。
现代设计是以知识为基础，以新知识获取为中心。
现代设计是对产品全生命周期的设计。
现代设计具有两个非常重要的属性：设计的竞争性和对分布式资源环境的依赖性。
制造业的竞争力就是产品设计的竞争。
竞争的结果，也是经济全球化的结果，产品开发所依赖的智力资源，逐步由传统的垂直结构向水平结构，即分布式结构转变。
计算机与网络技术的发展使得在分布式资源环境下进行产品设计与开发成为可能。
现代设计理论研究主要包括设计过程理论、性能需求驱动理论，知识流理论和多利益方协调理论。
本研究方向主要研究内容包括：现代设计的过程理论、性能需求驱动理论、产品设计过程中的知识流理论及相关的实现方法。
2.产品现代设计平台技术企业产品研发是一个集性能需求分析、数据管理、仿真和试验等于一体的复杂的过程，知识获取是其核心过程。
复杂的产品设计需要研发平台的支持。
产品现代设计平台以现代设计理论为基础，研究分布式资源环境下的产品设计与开发的平台及其支持技术。
本研究方向主要研究内容如下:产品设计中的知识流支持技术、分布模型的集成规范与标准、产品现代设计平台功能分析与建模、产品现代设计平台系统总体架构、产品现代设计平台的应用集成组件环境、产品现代设计平台的应用系统开发（如性能需求分析系统、研发流程规划系统、知识管理系统等）。
3.产品全生命周期性能数字样机理论复杂产品的竞争本质上是其全生命周期整机性能的竞争。
全生命周期（又简称全寿）设计及其数字样机技术在设计方法中是重要的命题。
现在，随着产品越来越复杂，工作条件越来越苛刻，产品在运行阶段的性能变化（或衰退）过程、各种故障或意外情况下的性能表现，都成为全生命周期设计的重点。
数字化功能样机系统及在汽车设计中的应用
国外早就开始了数字化功能样车技术的研究与应用， 并形 成 了 一 系 列 商 业 化 数 字 化 功 能 样 车 仿 真 系 统 软 件 ，这 是汽车领域运用数字化功能样机新技术的大趋势。美国 福特汽车公司早在 41 年代末就已在其新开发的轻型车上 采用了这样的技术。之后 5% 汽车公司、克莱斯勒汽车公 司 及 德 国 、日 本 等 国 的 车 辆 公 司 ，都 纷 纷 开 始 研 究 与 应 用 数字化功能样车技术。各个大汽车公司都投巨资构建其 高度自动化的虚拟样车系统，如近 61 家大汽车公司拥有二 次开发的 #$#%& " 7’8 系统用于整车的设计与开发。目前 这些先进的汽车公司都已将数字化功能样车技术广泛应 用 于 新 产 品 开 发 ，已 从 研 究 、支 持 发 展 成 为 产 品 开 发 中 的 成熟技术。
!""# 全国仿真技术学术会议论文集
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数字化功能样机系统及在汽车’() 中心，湖北 武汉 *#""+*）
摘要：数字化功能样机（ ,-./012.34 5160-34 762020891.:，,57）技术是在 ’() ; ’(< ; ’(= 技术和虚拟样机（5160-34 76202089>，57）技 术基础上发展起来的，并综合了近些年取得突破性进展的多领域物理系统（<-401 $ ?2@31. 7A8B1/34 C8B0>@，<7C）建模与仿真技 术，针对整个产品性能进行优化设计，是基于系统的优化设计，能通过虚拟试验精确、快捷地预测产品整机性能。对于汽车 这样的多领域综合、复杂机 $ 电 $ 液 $ 控产品，尤其适合采用数字化功能样机技术进行设计分析。该文介绍数字化功能样 机系统研究开发的背景及数字化功能样机技术的发展状况与趋势，以及基于数字化功能样机系统进行汽车设计分析系统开 发的情况。 关键词：数字化功能样机；汽车设计；汽车性能分析 中图分类号：D7#EF G E 文献标识码：(
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3 需求分析
3.1 设计验证与优化
复杂产品包括零部件数量多、 如何在设计阶段对零部件级、 产品级、 系统级的装配性进行评估， 并对装配性进行优化， 尽量在 设计阶段发现复杂产品装配性方面的问题， 保证产品的装配性能， 减少设计反复， 是一个必须解决的问题。复杂产品的设备布局、 资 源分配合理性直接影响以后系统安装、 使用和维护阶段的活动， 因
第4期 2012 年 4 月
文章编号： 1001-3997 （2012 ） 04-0253-03
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
253
数字样机技术在复杂产品工程设计中的应用研究 *
杨云斌 王峰军 韦力凡 何良莉 ） （中国工程物理研究院 总体工程研究所， 绵阳 621900
1 引言
数字样机 （Digital Mock-up ） 技术是一种用数字样机代替原 型样机进行产品的结构和功能展示、 性能仿真、 测试和评估的数 字化设计技术。 基于数字样机的绝大部分设计过程是在计算机上 实现的， 具有综合集成、 快速灵活和协同合作的特点， 设计人员根 据数字样机可以在原型样机制造之前掌握产品的综合性能和潜 在的问题， 提出设计变更和设计反馈， 减少设计失误和大量的实 物试验验证， 从而达到缩短研制周期， 降低研究成本和提高产品 质量的目的[1]。 数字样机平台作为数字样机技术实现的基础环境， 它提供了其实现的软硬件支撑环境， 通过人机交互输入、 多通道 立体显示等多种方式， 实现对数字模型的更加真实的模拟。
灯光 RGB CRESNET Audio VR 展示 PC 集群 装配仿真 培训仿真 维护仿真
图 1 功能分析
RS232
Central Control System
在设计阶段就考虑产品的布局性、 装配性、 维修性等性能对装 配、 拆卸、 使用和维护等后续阶段的影响， 把在后续阶段活动中可能 存在的的问题在设计过程中尽可能早发现并解决。在设计阶段就能 装配性、 维修性进行评估、 优化与验证， 从装配和维 对产品的布局性、 修的角度改进产品功能和结构设计，不必等到物理样机制造出来后 才进行产品布局合理性、 装配可行性和维护可行性验证。 为了改善产 品研制过程中的技术协调手段，通过虚拟现实技术展示产品结构与 布局、 力学分析结果和工作过程， 促进产品设计、 分析人员、 管理人员 之间更好的沟通与协调 。 基于虚拟维护技术， 辅助维护方案的制定，
[4]
RGB
Matrix Switcher
局仿真 RGB 服务器 RS232 样机建模 运动控制系统 PLM 核心服务器 管理服务器 数据库服务器 安全服务器
RGB RS232
图 3 逻辑架构
数字样机平台是一种支持多用户的虚拟设计环境， 能够提 供给用户交互式输入、 大范围视野的高分辨率、 高质量的立体影 像。 典型数字样机平台的逻辑架构， 如图 3 所示。 数字样机平台包 括仿真管理系统、 仿真应用系统和虚拟现实系统。仿真管理系统 为复杂产品数字样机仿真应用提供数据管理及协同管理， 仿真应 用系统通过配置高性能图形工作站和专用的数字样机软件， 支撑 虚拟系现实系统主要包括投影显示系 数字样机平台的各项功能。
被用于验证整车装配， 在整车总计 806 个装配操作中， 有 494 个操 作得到评估， 并且据此制定了标准的操作规程。该公司为车门的装 配操作设计了一个虚拟装配系统。该系统能够识别语言输入， 完成 相应的操作， 当发生干涉碰撞时， 能够发出声音报警[2]。 洛克希德马丁在战斗机系统 F-16 项目研究中， 为了解决 F-16 维护性和人因学方面的技术问题， 公司经过多次论证， 淘汰了基于 金属实物模型方案， 转而利用数字样机进行维护性和人因学设计评 估与验证， 从经济角度看， 飞机装置的一次重新设计和样式翻新所 虚拟维 需要的金属模型的造价就会超出一个虚拟维修系统的费用。 护的其他优势还在于它比金属模型更能够缩短研制进度。 利用金属 模型的时候， 设计组对模型进行设计审查的准备工作要花费数周时 间； 而利用虚拟维护系统， 在几天内就可以将模型转换成虚拟维修 模型， 在一周内就可以将详细的分析结果返回到设计组。通过利用 数字样机技术， 极大地改善了维修性设计技术手段， 该公司提出在 以后的飞机维修性设计与分析中要广泛采用数字样机技术。
沉 浸 可 视 化
功 能 层
数字样机仿真管理系统 基于分布式网络的硬件： 个人计算机、 图形工 作站及服务器， 网络设备， 虚拟现实硬件平台等 底 层
3.4 功能分析
数字样机平台功能
设计验证与优化
设计协同
维护支持
图 2 总体框架
4.2 逻辑架构
装配 性验 证与 优化 布局 合理 性验 证与 优化 维护 性验 证与 优化 结 果 展 示 场 景 漫 游 运 行 体 验 综 合 评 审 系 统 培 训 维 护 支 持
复 杂 产 品 数 字 样 机 平 台
布 局 合 理 性 验 证
结 构 布 局 展 示
分 析 结 果 可 视 化
场 景 漫 游
方 案 评 审 支 持
装 配 培 训
维 维 护 护 性 培 验 训 证
应 用 层
/ 虚 拟 装 配
数 字 样 机 建 模
虚 拟 维 修
虚 拟 布 局
虚 拟 实 验
虚 拟 培 训
Study on application of digital prototyping technology in engineering design for complex product
YANG Yun-bin， WANG Feng-jun， WEI Li-fan， HE Liang-li （Institute of System Engineering， CAEP, Mianyang 621900， China ） 【摘 要】简要介绍了数字样机技术的特点和意义， 给出了数字样机技术的应用现状， 结合复杂产 品工程设计的特点， 分析了复杂产品工程设计阶段的对数字样机平台的需求， 确定了数字样机平台功 能分析。基此分析了数字样机平台的总体框架和逻辑架构， 重点分析了设计验证与优化、 设计协同、 维 护支持的实现方法， 给出了数字样机技术的部分应用示例。结合已开展的研究工作和存在的问题， 探讨 了下一步急需开展的研究工作。 关键词： 数字样机； 虚拟现实； 虚拟装配； 虚拟维修 【Abstract】The design characteristics and significance of DMU （Digital Mock-Up ） are simply intro－ duced， and the application status of DMU is illuminated as bined with the design characteristics of complex product， the request for DMUS （DMU System ） in engineering design stage is analyzed and function analysis of DMUS is determined.Then the whole frame and logic configuration are illuminated based on function analysis， and the realization method of design validation and optimization, design cooperation, maintenance support are emphatically analyzed with some applied examples of DMU being displayed.The future imperative studies for DMU are discussed finally based the developed work and existent problem. Key words： Digital mock-up； Virtual reality； Virtual assembly； Virtual maintenance 中图分类号： TH16 文献标识码： A
2 应用现状
数字样机技术在一些工程设计与制造技术较发达国家， 如美 国、 德国、 日本等已得到广泛的应用， 应用领域从汽车制造业、 航空 国防工业到人机工程学、 医学以及工程咨询等很多方面。 所 航天业、 涉及的产品从庞大的卡车到照相机的快门、 火箭到轮船的锚链。在 时 各个领域里， 针对各种产品， 数字样机技术都为用户节约了开支、 间并提供了满意的设计方案。采用虚拟现实技术， 基于数字样机软 件， 借助 VR 外设工具可对产品的不同层面 （零部件级、 组件级、 系 统级 ） 进行数字化样机装配和维护， 实现具有沉浸感的产品装配与 维护， 对产品装配性能、 装配工艺性和维护性进行评估和优化， 在设 计阶段验证产品的装配和维护性能。如在宝马汽车公司， 虚拟装配
复杂产品数字样机仿真应用规范 装 配 性 验 证 与 优 化 维 护 性 验 证 与 优 化 关 键 运 行 过 程 体 验
3.2 设计协同
复杂产品的设计、 生产、 安装， 使用和维护由多家单位协同 （集成产品开发团 进行， 涉及不同专业的技术人员， 需要通过 IPT 逼真的手段 队 ） 模式来共同解决多学科问题， 这就需要一种直观、 来支持设计协同活动， 对复杂产品的不同模型进行展示、 场景漫 游、 对各种方案综合评审、 对关键运行过程进行虚拟体验等， 进而 提高对复杂产品的理解， 增强各个单位、 各种人员之间的技术沟 通及辅助决策的手段。 数字样机平台能够提供大场景、 沉浸式、 三 结构设计阶段 维立体影像， 能够实现概念论证阶段的概念样机、 的结构样机、 功能样机、 性能样机、 产品使用维护阶段的维护样机 等样机展示， 增强各类人员对复杂产品不同层面的理解， 支撑结 果展示、 场景漫游、 运行体验和综合评审等应用。