数字化设计及仿真应用

数字化设计及仿真应用

[摘要]制造业信息化的发展促使许多企业建立起了相应的CAD/CAM软件环境平台，并应用CAD/CAM软件进行产品的设计、分析、加工仿真与制造，取得了显著的效果。利用计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)软件系统来完成机械设计过程是加速设计效率、提高设计质量的一种重要手段。

本文首先介绍了数字化设计的概念和发展历史，然后展望了数字化设计的发展趋势，最后主要探讨了数字化设计和仿真分析技术的应用及效益。

[关键词]：机械产品；数字化设计；仿真分析

目录

1. 引言 (1)

2.数字化设计技术 (1)

2.1 数字化设计技术的特点 (1)

2.2 数字化设计技术发展历史 (2)

2.3 数字化设计技术发展趋势 (2)

3.数字化仿真技术 (2)

3.1 数字化建模技术 (2)

3.2 数字化仿真与虚拟现实技术 (3)

3.3 有限元分析技术 (3)

4.数字化设计及仿真的应用和效益 (4)

4.1 数字化设计及仿真的应用 (4)

4.2 数字技术带来的效益 (5)

4.2.1 产品设计的效益 (5)

4.2.1 工艺规划的效益 (5)

4.2.3 业务规划和生产效益 (6)

5.数字化设计及仿真的意义 (6)

5.1 数字化设计技术的意义 (7)

5.2 数字化仿真的意义 (7)

6. 结束语 (8)

1.引言

随着全球经济一体化的进程加快以及信息技术的迅猛发展，现代制造企业环境发生了重大的变化。为此，制造企业的战略从20世纪50年代和60年代资源经济的“规模效益第一”，经过70年代和80年代“价格竞争第一”和“质量竞争第一”发展到90年代“市场响应速度第一”及面向21世纪知识经济的“技术创新第一”。与此同时，现代制造业随之出现了适应这种发展的新模式和新哲理，其核心在于：在制造企业中全面推行数字化设计与制造技术，通过在产品全生命周期中的各个环节普及与深化计算机辅助技术、系统及集成技术的应用，使企业的设计、制造、管理技术水平全面提升，促进传统产业在各个方面的技术更新，使企业在持续动态多变、不可预测的全球性市场竞争环境中生存发展并不断地扩大其竞争优势。

数字化设计与制造是计算机辅助技术、系统及集成技术的重要组成部分，它是向网络化制造和虚拟化技术发展的基础，它使原有的传统制造业变成了智力型的工业，使企业主要通过资源要素如劳动力、设备、资金竞争逐渐变为以创新能力知本型为焦点的竞争。这正是知识经济时代最重要的特征。

2.数字化设计技术

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。

2.1 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。

2.2 数字化设计技术发展历史

CAD技术起步于20世纪50年代后期，60年代，随着计算机软硬件技术的发展，在计算机屏幕上绘图变为可行，CAD开始迅速发展。20世纪70年代末到80年代初，由于计算机技术的大跨步前进，维曲面造型系统的出现使CAE ，CAM技术有了较大发展。进入80年代中期，参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次革命。此时众多CAD/CAM/CAE 软件开发公司群雄逐鹿。80年代后期到90年代，CAD向系统及集成化方向发展，这将引起CAD发展史的第四次革命。

2.3 数字化设计技术发展趋势

先进机械制造技术发展总趋势是精密化、柔性化、虚拟化、网络化、智能化、集成化及管理的创新，而数字化设计与制造技术是先进制造技术的基础随着计算机技术的不断提高，Internet网络技术的普及应用，以及用户的需求，CAM,CAE,PDM等技术的发展，必将有力促进数字化设计技术的进一步发展。数字化设计技术发展趋势主要有: （1）单项技术向完善化发展。在CAD/CAM中的技术主要有:曲面建模技术、曲面与实体集成技术、实体建模技术、大型组件设计技术等。（2）PDM与CAD/CAPP的技术集成技术。当前和今后一个时期，主要集中在封装、接口和集成技术（3)数字化设计与虚拟制造的无缝连接基于CAD技术和以计算机支持的仿真技术，形成虚拟的环境，虚拟的制造过程、虚拟的产品、虚拟的企业，从而大大缩短产品开发周期，提高一次成功率。币数字化设计的网络化网络技术使得并行协同异地设计成为可能，必将极大的拓展强化提高数字化设计的效能。网络技术的高速发展推动网络设计制造技术的发展和广泛应用。企业通过国际互联网、局域网和内部网，可以实现对世界上任何一地的用户订单而组建动态联盟企业，进行异地设计、异地制造，然后在最近用户的生产基地制造成产品。

3.数字化仿真技术

数字化仿真分析技术(CAE )，采用有限元分析方法(FEM)来模拟传动部件的力学性能，发现设计缺陷、减轻重量、增加强度、优化零部件尺寸、优化性能、选择恰当材料、检查安全要素，提高产品的最大承载能力和产品的疲劳寿命，进而提高传动产品的综合性能。

通过数字化仿真，可以模拟零部件的力学性能，以保证零件满足需要的性能，从而达到提高材料利用率、优化产品结构、提高产品的最大承载能力和产品的疲劳寿命的目标。此外，数字化仿真的结果还可以为企业未来的产品设计提供理论依据，从而可以克服研发流程的瓶颈，使产品的质量和创新得到改进和提升，并充分满足客户的时间、质量和成本这三个既相互依存又相互制约的要素。

3.1 数字化建模技术

数字化建模技术是产品设计中的核心技术，它包括产品建模和过程建模。