数字样机

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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。

数字样机分类

数字样机分类数字样机是科技发展的结果，根据数字化设计的数学模型逐层逼近并精准加工而成，该技术被广泛应用于工业设计领域。

数字化设计为工业设计带来了革命性的变化，减少了传统手工技艺的繁琐过程，提高了工业设计的效率和精度，创造出了更多卓越的设计作品。

数字样机是数字化设计的成果之一，是从设计文件中产生的物理模型。

数字样机通常是由3D打印机制造而成，可以呈现出精确的模型的多个方面、形状和比例。

数字样机主要有以下几个分类：第一类：快速成型数字样机快速成型数字样机是最先生产的数字样机类型之一。

它采用增材制造技术，利用CAD （Computer-Aided Design）图形文件进行3D打印。

快速成型数字样机是通过添加材料而制造的物理模型。

通常使用的3D打印技术包括: FDM（熔丝沉积建模）、SLA（光固化建模）、SLS（选择性激光烧结）、DLP（数字光刻）和PolyJet等。

第二类：激光切割数字样机激光切割数字样机又称为二维数字样机。

它是一种基于纸板或其他类似材料的切形状的数字样机。

该数字样机可通过简单的板材设计制造，并可通过带有激光割线的计算机控制器进行切割。

第三类：数字雕塑版数字雕塑版是一种沉积式制造数字样机，利用石膏型来制造物理模型。

该数字样机一般是为雕刻、纹理和表面质量等复杂形状的设计提供的。

数字雕塑版可使用先进的CAD软件进行设计，同时可以使用高速摄影机来捕捉物理模型的动作。

第四类：数字模具数字模具是一种采用CAD图形作为计算机程序的数字样机，应用于模具的开发。

数字模具可以大大缩短模具的开发周期，并提高模具的精度和质量。

数字模具的制造通常使用FDM制造。

由于数字模具具有高精度、高稳定性和可靠性，因此成为现代制造业的一个重要组成部分。

第五类：表面样机表面样机主要应用于为工业产品制造表面材料，例如模拟汽车内饰、家具和电子产品外壳等。

表面样机可以为设计者提供非常精细的细节，并且可以与零部件进行特定设计以确保紧密接合。

数字样机与数字仿真

数字样机流程图
概念设计工程设计
数字仿真
工艺设计
生产制造
使用维护
1.3 西门子讲的数字样机
• Siemens PLM，即原来的UGS公司在NX5软件中推出了主动数字样机技术。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。使得数字样机的显示和编辑对计算机硬件的要求大大降低。
1 何谓数字样机和技术
• 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。
1.2 欧特克讲的数字样机和数字化样机
• 数字样机是相对于物理样机的概念，是一个能够考察产品的外型、装配性、可加工性以及功能特性的三维数字模型，而数字化样机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。
1.7 数字样机的技术特点
• 无论是狭义的还是广义的数字样机，都具有如下技术特点： • ⒈真实性。 • ⒉面向产品全生命周期。 • ⒊多学科交叉性。 • ⒋全面实现数字化。强调将产品整个生命周期的各个研发
环节实现数字化。 • ⒌不需要制造成本，不仅能一直保持最新版本的设计方案，
而且所有数据都可以进行保存、回溯和跟踪。 • ⒍绿色环保。

数字样机的模型校正

数字样机的模型校正摘要：一、引言二、数字样机的概念和重要性三、数字样机的模型校正方法四、模型校正的挑战与解决方案五、模型校正的实际应用案例六、结论正文：一、引言数字样机，也称为数字模型或数字孪生，是指将物理世界中的产品、设备或系统，通过数字化手段在虚拟世界中创建出一个与之完全相符的数字模型。

数字样机技术在工程仿真、产品设计、虚拟制造等领域有着广泛的应用。

然而，数字样机的模型精度直接影响到应用的效果和质量，因此，数字样机的模型校正成为了一个重要的研究课题。

二、数字样机的概念和重要性数字样机是数字孪生技术的核心，它是产品全生命周期中的数字化代表。

数字样机不仅可以在设计阶段模拟产品的性能，预测其在实际使用环境中的表现，还可以在生产过程中进行虚拟测试和调试，甚至在产品退役后，通过数字样机进行仿真分析，以提高产品性能和降低维护成本。

三、数字样机的模型校正方法数字样机的模型校正，主要是通过比较数字样机的模型预测和实际测量数据，对模型的参数进行调整，以提高模型的精度和准确性。

模型校正的方法主要有以下几种：1.基于数据驱动的方法：这种方法主要依赖于大量的实验数据，通过建立数据驱动的模型，如神经网络、支持向量机等，对数字样机的模型进行校正。

2.基于物理模型的方法：这种方法主要依赖于对产品或系统的物理规律的深入理解，建立物理模型，通过将物理模型与数字样机的模型进行比较，对数字样机的模型进行校正。

3.混合方法：这是基于数据驱动方法和基于物理模型方法的结合，综合利用两种方法的优点，提高模型校正的精度和效率。

四、模型校正的挑战与解决方案模型校正的过程中，面临着许多挑战，如数据不足、数据质量低、模型复杂度高、计算资源有限等。

为了解决这些问题，研究者们提出了许多解决方案，如数据增强、迁移学习、贝叶斯优化等。

五、模型校正的实际应用案例模型校正在航空、汽车、能源等领域都有广泛的应用。

例如，在飞机设计中，通过数字样机技术，可以在计算机中模拟飞机的飞行性能，预测其在实际飞行中的表现。

基于模型定义的飞机工艺数字样机体系的构建

传统的飞机制造方法是运用物理样机进行制造过程中相关问题的分析与研究，其需要耗费大量的时间与精力。

在飞机制造方法不断优化的过程中，逐步从模拟量转化为数字量的飞机研制生产模式，后又转化为现代化研制模式，目前，在三维数字化设计制造技术支持下，已建立起基于建模与仿真的科学设计模式。

一、基于模型定义（MBD ）的工艺数字样机体系建立的意义1.三维数字化设计制造一体化集成应用体系尚未构建完成。

现阶段，本国的飞机制造工艺尚处于发展阶段，与西方国家相比，仍有不小差距，目前，在飞机数字化制造的整个过程中未能实现三维建模技术的完全融合，并且基于模型定义技术的产品定义研究并未完成，还未建立起基于模型定义的数字化工艺设计与产品制造模式，模型设计技术并不完善、制造工艺以及管理能力仍需进一步提升，集设计、制造于一体的三维数字化集成应用体系的构建尚需时日。

2.制造协调信息描述方式与制造模式不匹配。

基于模型定义的三维数字化设计制造能力有利于推动企业研制能力的变革，现已成为相关企业竞争能力提升的关键。

现阶段，已逐步应用模型定义进行产品前端设计，并且采用三维数字模型进行设计信息的有效传递，然而在工艺设计过程中，制造协调相关信息的描述主要是运用文字与图形的二维表达方式，这与目前先进的制造模式并不匹配。

二、飞机工艺数字样机分析工艺数字样机是对飞机整机或子系统及其下级节点的工艺数字模型按照BOM 组织起来的完整集合，它不仅反映了飞机的功能属性，同时还反映了飞机的工艺属性。

其中，飞机工艺数字模型是工艺协调依据模型与飞机设计模型线性叠加的结果。

它不仅反映了设计意图，同时反映了零组件的装配与机加特性；它作为制造与装配的依据，指导技装、专业厂等进行工序模型、工装模型的详细构建。

工艺协调依据模型则是在设计数字模型的基础上，采用MBD 方法对工艺协调依据信息进行规范化建模、数字化描述、结构化组织的结果，它只反映飞机制造协调依据信息。

三、飞机工艺数字样机建模的关键技术分析1.飞机制造协调依据的分类与总结。

虚拟制造技术第6章虚拟样机

仿真技术
系统的抽象模型求解计算结果的可视化处理
系统的抽象模型
求解计算
结果的可视化处理
虚拟样机技术的应用
保定电力
武汉钢铁
变电站虚拟操作系统
2007年云南电力实验研究院变电站虚拟操作系统
将现实世界的工业厂房及设备在计算机中虚拟化，利用数据库技术、数据采集与监视控制技术，将生产设备的运行状态参数实时传回虚拟电站系统中，在三维虚拟场景中即可实现对设备的查询管理。本项目的预期目标是可以随时查询设备及生产运行数据，可进行设备操作、事故回放等动画演示；通过和生产管理信息系统、操作票管理信息系统等系统结合，在虚拟场景中实现设备基本信息查询、模拟五防操作等与电网安全生产相关内容，实现虚拟场景和现实场景的实时同步。
数字样机的关键技术
三维几何建模技术产品的数字化定义方法数字化装配仿真技术
三维几何建模技术
在计算机中形体一般定义为六层拓扑结构。几何信息用来表示形体的几何性质和度量关系称为几何信息。形体(object) 外壳(shell) 面(face) 环(loop)
拓扑信息边(loop) 用来表示形体之间的连接关系称为拓扑信息。曲线和直线方程
边界描述法B-Rep 构造性实体几何法CSG
构造表示-构造实体几何表示(CSG)
.通过对体素定义运算而得到新的形体的一种表示方法。体素可以是立方体、圆柱、圆锥等，也可以是半空间，其运算为变换或正则集合运算并、交、差。
CSG表示可以看成是一棵有序的二叉树。其终端节点或是体素、或是形体变换参数。非终端结点或是正则的集合运算，或是变换（平移和/或旋转）操作，这种运算或变换只对其紧接着的子结点（子形体）起作用。

CATIA数字样机

CATIA数字样机CATIA（Computer Aided Three-dimensional Interactive Application）数字样机是一种CAD（计算机辅助设计）软件。

它具有强大的建模及设计能力，广泛应用于汽车、航空航天、船舶等工业领域。

本文将介绍CATIA数字样机的应用及其在制造行业中的重要作用。

一、CATIA数字样机简介CATIA数字样机是一种基于计算机辅助设计（CAD）的工具，它可以帮助设计师快速建立并修改三维模型。

它提供了丰富的功能和工具，使得设计师能够完整展示产品的外观和结构细节。

这在产品设计和开发过程中起到了至关重要的作用。

二、CATIA数字样机在汽车工业中的应用1. 汽车外观设计通过CATIA数字样机，汽车设计师可以根据客户需求快速生成三维模型，并进行修改和优化。

这有助于设计师更好地理解设计概念，提高设计效率。

同时，数字样机可以模拟不同光照条件下的效果，帮助设计师做出更准确的外观设计决策。

2. 汽车结构设计CATIA数字样机不仅可以用于汽车外观设计，还可以用于汽车结构设计。

它可以帮助设计师进行虚拟装配和碰撞测试，验证汽车零部件的可靠性和安全性。

这大大缩短了产品开发周期，并减少了制造成本。

3. 汽车模拟与分析CATIA数字样机还具有强大的模拟和分析能力。

它可以模拟汽车在不同条件下的运行情况，包括动力学、风阻、悬挂系统等。

设计师可以通过数字样机对汽车进行性能优化，提高产品的市场竞争力。

三、CATIA数字样机在航空航天工业中的应用1. 飞机设计CATIA数字样机在飞机设计中起到了至关重要的作用。

设计师可以使用数字样机进行飞机结构和外观的建模和优化。

数字样机还可以帮助设计师进行虚拟装配和碰撞测试，确保飞机的结构和安全性。

2. 航空发动机设计CATIA数字样机可以帮助航空发动机设计师进行三维建模和优化。

数字样机可以模拟不同工况下的发动机性能，并进行性能优化。

这有助于提高发动机的燃烧效率和推力，减少燃料消耗。

抽油机数字样机建立与关键部件数值仿真分析

次在ＵＧ环境下完成整体的装配，并在ＡＮＳＹＳ的工作环境下对抽油机关键部件（驴头）进行数值仿真分析，得到关键部件的应力、应交以及应力集中等基本数据，为关键部件的结构优化设计提供依据。
１．２抽油机数字样机虚拟装配
数字样机技术是在产品设计开发中，将分散的零
部件设计和分析技术揉合在一起，在计算机上建造出
产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种
工况进行仿真分析，预测产品的整体机能，进而改进产品设计，提高产品性能的一种新技术。在国际上数字样机技术很早就应用到抽油机的产品设计中。国内对抽油机的的结构特点、运动特性、平
本文选择ＵＧ软件作为抽油机三维模型建模平台。ＵＧ不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和创建工程图等设计功能，而且在设计过程中可进
行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模
衡技术、节能技术等领域开展了多方面的研究口］，但在
虚拟技术上很少有人涉及，仅仅停留在模型的建立方面，运动仿真、虚拟实验和有限元分析技术的应用还限
机由底座、减速箱、曲柄、平衡块、连杆、横梁、支架、驴

全三维数字样机设计现状

全三维数字样机设计现状
全三维数字样机设计是指将产品的三维CAD设计数据转化为真实的、可触摸的、具有实物感的数字模型。

目前，全三维数字样机设计已经成为产品设计、开发及制造的重要工具，有较广泛的应用。

目前，全三维数字样机设计的现状主要体现在以下几个方面：
1. 技术水平不断提高：随着各种CAD、CAM及数控技术的不断进步，数字样机技术在快速发展。

现在的数字样机已经可以做到非常高精度和细致的数据呈现，同时也具备了更高效、更丰富的模拟功能。

2. 应用范围不断扩大：数字样机在多个领域发挥了重要作用，如汽车、航空制造、医疗和消费品等领域。

尤其是在产品研发、设计、制造、销售等方面，数字样机可以节省成本、提高效率，同时也可以为产品改进提供直观的可视化效果。

3. 市场前景广阔：数字样机技术完全可以满足现代市场所要求的多品种、小批量、高质量的定制生产需求，具有较大应用前景和市场需求。

总的来说，全三维数字样机设计技术的不断提高，让其在生产制造、工程设计、科研开发等领域得到广泛应用，并将对商业模式、市场格局、产业链等方面产生深远影响。

数字样机定义(一)

数字样机定义(一)数字样机定义什么是数字样机？数字样机是一种使用计算机技术模拟物理样机的工具。

它可以通过软件模拟出产品的外观和性能，并提供实时的视觉效果和交互功能。

数字样机的定义1.基本定义：数字样机是利用计算机软件和硬件模拟出产品实体形态和性能的虚拟样机。

–理由：数字样机通过快速、准确地模拟产品样机，在产品设计和开发过程中起到了重要的作用。

它可以减少开发成本和时间，在设计阶段排除潜在问题，并提供更真实的用户体验。

2.CAD定义：数字样机是基于计算机辅助设计（CAD）技术创建的虚拟产品模型。

–理由：数字样机是由CAD软件生成的，通过对模型进行几何学和物理学建模，可以准确地预测产品的性能和行为。

它可以帮助设计师快速迭代设计，提高产品质量和市场竞争力。

3.交互性定义：数字样机是具备交互功能的虚拟产品模拟器。

–理由：数字样机可以通过用户界面和交互操作，模拟产品的使用场景和操作方式。

它可以帮助设计师、工程师和用户更好地理解和评估产品的功能和性能，在产品设计和用户体验优化方面发挥重要作用。

4.三维可视化定义：数字样机是实现产品三维可视化的虚拟模型。

–理由：数字样机通过在计算机上呈现产品的三维模型，帮助设计师和用户更好地理解产品的外观、结构和构造。

它可以帮助设计师进行产品外观设计和风格表达，并提供更直观的产品展示和推广的手段。

相关书籍简介以下是几本与数字样机定义相关的书籍，它们深入阐述了数字样机的概念、应用和技术。

1.《Digital Prototyping and Manufacturing: VirtualPrototyping Using CAD/CAE Software》–作者：Yong Chen, David Zhang–简介：本书介绍了数字样机在产品设计和制造中的应用。

它详细讲解了CAD/CAE软件的使用技巧，介绍了数字样机的概念和工作原理，并提供了实际案例和实践指南。

本书适合从事产品设计和制造的工程师和研究人员阅读。

民用飞机数字样机通用要求

民用飞机数字样机通用要求
1. 准确性和真实性：数字样机应该能够准确地模拟民用飞机的各种特性和行为，包括几何形状、材料属性、气动特性、结构强度等。

2. 可视化和交互性：数字样机应该具有良好的可视化和交互性，能够让工程师直观地了解飞机的设计和性能，并进行各种操作和分析。

3. 可扩展性和可维护性：数字样机应该具有良好的可扩展性和可维护性，能够适应不同的设计需求和变更，并方便进行更新和维护。

4. 兼容性和集成性：数字样机应该与其他设计工具和系统兼容，并能够与其他系统进行集成，以实现协同设计和开发。

5. 安全性和保密性：数字样机应该具有良好的安全性和保密性，能够保护设计数据和知识产权，防止未经授权的访问和使用。

6. 验证和确认：数字样机应该经过验证和确认，以确保其准确性和可靠性，满足相关的标准和规范。

7. 培训和支持：数字样机应该提供充分的培训和支持，以帮助工程师和用户掌握其使用方法和技巧，提高工作效率和质量。

总之，民用飞机数字样机的通用要求包括准确性、可视化、交互性、可扩展性、兼容性、安全性等方面，以满足民用飞机设计和开发的需要。

分析数字样机在飞机设计中的应用

分析数字样机在飞机设计中的应用摘要：飞机数字化设计在国内部分飞机局部设计中已经得到广泛的应用，但是飞机全机采用三维全数字设计相关研究还缺少案例和研究经验的支持。

在设计过程中对飞机全机三维数字化设计关键技术加以研究，最终解决了难题，建立了三维外形数模。

本文围绕数字样机设计应用与传统飞机制造模式的差异分析，并结合数字样机设计应用要求以及具体应用体现，分别展开探讨。

关键词：数字样机；三维数字化技术；数字孪生引言：目前是以信息技术革命为中心的知识经济时代，各航空科研院所、集团企业认识到时代的变化需要重新定位战略目标，抓住时代机遇，实现技术革新和再创造，增强自身核心竞争实力。

结合十六大报告提出的发展理念：“要坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条新型工业化之路。

”在外部经济发展形势下，开创了中国飞机全机规模数字样机，解决了三维数字化设计技术难关，预示着我国飞机设计水平进入了数字化设计阶段，与国际飞机设计手段相接轨，为我国传统飞机制造模式向着数字化设计制造模式转变，奠定了发展基础。

一、传统飞机设计制造模式与全机数字化样机设计对比分析从飞机数字化研制模式分析，我国自航空航天工业事业建设开始，始终受限于传统飞机设计制造方式和工具，难以达到国际飞机设计研制的先进水平。

如我国手工图纸设计、手工操作机械加工方法，也可以统称为模线样板法。

操作过程是由图纸、模线样板、样件、工装模具夹具、产品等多个设计环节构成，其本质是基于模拟量传递的产品研制方法，围绕这种研制方法，才能开展一起飞机工厂活动，不仅耗时长，工作效率也慢，严重影响着航空企业设计技术的进步。

因此，需要对传统产品研制过程进行改革创新，利用先进的技术替代传统手工设计方法，以数字化技术为基础进行设计和研究，利用计算机软硬件设施以及网络技术，实现产品设计、制造和管理，在网络和计算机的辅助下建立飞机数字化模型，模拟飞机设计、分析、装配和制造等过程。

数字化设计制造技术是实现集团飞机设计目标的先进技术手段，可以贯穿集团生产全过程，从生产线设备布置、生产线的匹配、物料配送和成本核算等多方面，通过数字化设计制造技术大幅度提高生产效率和质量，增强集团设计研发能力，省去了大量的模线、样板、样件和工装等模拟量传递工具，体现出研发周期短、产品优质、生产高效、成本较低等优势，彻底改变了传统飞机工程设计制造繁琐的过程以及技术、工具应用体系。

基于MBD技术的数字化样机的建立

基于MBD技术的数字化样机的建立1前言数字化样机(DMU)飞机整机或系统等数字化描述。

主要是基于CATIA创建的产品部件/整机的三维实体模型以及相关的数据集(如属性)，反映产品实际特征。

目前在基于MBD技术的数字化设计制造时代，DMU作为唯一的权威的数据源，贯穿整个飞机产品的生命周期，包括产品设计、生产计划、生产准备、产品运输以及售后服务等各个环节。

2数据输入DMU工作启动基于一系列的飞机设计要求。

飞机设计要求的起点是客户需求，这些需求通过顾客、市场部门、制造部门、产品研发部、工作包团队自上而下金字塔式的沟通交流，最终形成技术文件，包括综合设计要求文件、技术要求文件、质量要求文件、制造要求文件、维护要求文件等。

从概念定义阶段开始进行评估、认证、优化，该项活动持续循环进行，直到在初步定义出口阶段达到成熟度要求并最终定稿。

完整的数字样机包含产品部件/全机零部件及其设备的完整数字信息模型，包括结构件、机构件、系统件(含管路、电子部件等)、标准组件、成品件等，满足产品结构和功能要求，可进行工程分析、优化以及数据管理。

数字样机演变贯穿飞机整个生命周期，其设计进展情况按项目设计阶段计划要求进行。

3概念设计3.1DMU的目标概念定义阶段是飞机研发过程中的第一个且非常重要的阶段，是早期的顶层的潜在生命周期活动，预先确定飞机的功能、形式、成本和研发进度。

其主要任务是选择理想的飞机构型方案，以满足设计要求。

此阶段DMU目标是：(1)能够通过可视化和示意图对设计准则和概念演变进行管理；(2)成为连接几何图形与产品结构纽带。

为此，产品结构必须使用最优的产品顶层节点进行初始定义，以便于产品研发过程中不同阶段的平滑过渡。

3.2DMU的成熟度DMU环境中，成熟度评估基于工程数据集定义的完善程度，成熟度低意味着几个设计概念尚未形成一个解决方案，仍可能发生更改；成熟度高意味着已形成一个解决方案，数据可靠且可能不会发生更改。

当DMU达到成熟度最高时意味着数据集已准备发放。

数字样机的概念

数字样机的概念
数字样机（Digital Prototype）是一种基于计算机技术的虚拟模型，用于模拟和测试产品的设计、功能和性能。

它是一种数字化的产品表示，能够在计算机上进行模拟、分析和验证，以帮助设计师和工程师更好地理解和优化产品的设计。

数字样机的主要作用是在产品开发的早期阶段，通过计算机模拟来预测和验证产品的性能和功能，从而减少物理样机的制作和测试次数，降低产品开发成本和周期。

数字样机可以包括产品的三维模型、材料属性、力学模型、运动学模型、热力学模型等信息，可以进行静态分析、动态分析、疲劳分析、振动分析、热力学分析等多种类型的分析。

数字样机的制作过程通常包括以下步骤：
1. 产品设计：根据产品的需求和设计要求，创建产品的三维模型和相关的工程数据。

2. 模型构建：将三维模型和工程数据导入到数字样机软件中，构建数字样机模型。

3. 模型验证：对数字样机模型进行验证，确保模型的准确性和可靠性。

4. 模型分析：对数字样机模型进行各种类型的分析，如静态分析、动态分析、疲劳分析等，以预测和验证产品的性能和功能。

5. 模型优化：根据分析结果对数字样机模型进行优化，以提高产
品的性能和功能。

6. 结果输出：将分析结果输出为报告、图表、动画等形式，以便
设计师和工程师更好地理解和优化产品的设计。

数字样机技术已经广泛应用于航空航天、汽车、机械制造、电子、医疗器械等领域，在产品设计和开发中发挥着重要的作用。

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;1加强领导,健全组织,使信息化工作有组织、有序地健康发展;1994年成立了以总设计师为首的CAD技术管理委员会,统管全所的CAD技术应用;1997年,为了加强对全所计算机工作的领导,保证航空信息工程、国家863CIMS应用示范工程及其他全所性跨专业计算机应用项目的顺利实施,加快全所的信息化技术建设,成立了所计算机应用工程领导小组;2000年,在原计算机应用工程领导小组的基础上成立了“所信息化工作领导小组”和办公室;各研究室设有负责本专业CAD技术应用的专业组,计算机室集中精力负责全所计算机应用的技术支持、培训和咨询工作;2信息技术培训;到2000年底,所内培训、国内委托培训和送国外培训的各类各层次C AD、CAE应用技术人员有1200多人,占现有工程技术人员的80%以上;3结合型号设计任务积极开展计算机应用课题研究;自“六五”以来,我所作为主要参加单位承担了总公司组织的多项全行业大型CAD应用课题如7760CAD/CAMM课题、CIEM工程、无纸设计课题、航空信息工程等,参加了国家科委的“CAD应用示范工程”,其中,以我所为主任设计师单位,联合20多家高校、科研院所和工厂完成的7760计算机辅助飞机设计制造管理系统在1986年被评为全国十大科技成果之首;4实施航空CIMS工程;从1996年开始,我所根据飞机研制需要,作为主要参加单位与其他飞机主机厂、所合作,参加了国家863自动化领域的航空CIMS工程课题;该课题的最终目标是建成一个适用于多厂、所飞机型号研制动态联盟的、异地无纸设计制造的现代化航空集成制造系统ContemporaryAviationIntegratedManufacturingSystem,实现飞机研制从设计、制造到使用维护全生命周期的信息集成和过程集成;这项工程重点突破了三维数字化产品定义、虚拟装配、产品数据管理、并行工程等4个方面的技术在飞机研制中的应用,并探讨建立新型号飞机多厂所联合研制系统相应的运行机制和管理制度,解决型号研制中信息集成和过程集成的关键,使我国飞机研制的水平和能力有较大的提高;5以国际标准为模板,建立科学的信息技术应用体系;首先是学习贯彻国标、国军标和航标中有关计算机应用的规范、标准,进而结合飞机设计所的特点建立数字化设计的规范体系;坚持编写、补充、完善所内有关计算机和CAD技术应用的规章制度和技术标准,组织飞机设计专业人员学习软件工程理论;通过这些措施,规范了全所的计算机应用,大大提高了对数字化技术的应用开发水平;我所编制的数字化建模规范、虚拟装配规范、数据传输管理规定、数据发放管理规定、存储管理规定、数据集命名规定、数字样机管理规定、三维模型更改管理规定等文件为航空工业数字化设计、制造、管理的标准规范的制定工作作了准备,为全机数字样机的完成打下了基础;3、数字化样机设计的应用要点：根据飞机型号设计需求,要求建立实施异地无纸设计制造的现代化航空集成制造系统,以实现飞机研制从设计、制造到使用维护全生命周期的信息集成和过程集成;通过该系统的实践和在我所军、民机飞豹飞机,新支线飞机型号应用,提高了飞机研制的整体水平;数字化样机设计的应用要点是：1初步建立基于中国航空工业第一集团公司专用网和我所局域网的设计制造集成系统,为最终建立航空现代集成制造系统奠定基础;2逐步建立飞机数字化产品定义,数字化预装配设计的标准、规范体系;3应用CATIAV5软件实现从飞机外形数模定义到飞机结构100%的数字化产品定义和10 0%的数字化预装配;以CATIAV5版本软件为基础进行全机数字样机设计的能力也得到了BOE ING、AIRBUS、EADS、DASSAULTAVIATION、EUROCOPTER等国际主要飞机工业公司的认可和称赞;4应用虚拟产品管理软件实施贯穿飞机设计周期的产品数据管理,实现分布式、异地飞机产品的数字化构型控制,数字化产品定义的审批、发放和更改流程控制;5从飞机结构件三维设计、二维出图到系统三维设计、二维出图等,实现全机结构和主要飞机系统的数字化样机设计；实现飞机研制全过程、多专业的数据共享、装配与协调、分析与优化；飞机设计阶段的并行设计,提供多专业、综合、优化设计、共享数据的计算机应用环境;6为了加快研制和生产进度,实施设计制造的并行工程,对新设计的结构件实现了三维数字化传递与应用,共传递给工厂9大项结构新设计的组合件三维模型,工厂利用此模型实现了所有新设计结构工艺装备的三维数字化定义与制造,大大缩短了生产试制周期,为保证研制节点起到了决定性的作用;4、今后的发展思路我国从“六五”、“七五”开始到现在,已经走过了信息技术研究、信息技术应用软件开发和信息技术推广应用几个阶段,我所在军民用飞机研制中CAD技术的应用也遵从这个规律;特别在飞豹飞机的研制中,主要是通过课题研究推动CAD技术应用,注重技术的先进性,注重采用国内外先进技术为型号研制服务;从发展趋势看,目前世界航空科学技术正在出现一些重大突破;新一代航空器都采用一体化、信息化、综合化和智能化设计,现代集成制造系统将是新时代航空工业技术的发展方向;美国波音777飞机是民用飞机研制首次使用并行工程和无纸设计技术的典范,大大缩短了研制周期,大幅度降低了生产成本,其产品质量也是传统方式难以达到的,被认为是“最先进、最舒适和维护使用性能最好”的飞机;尽管我们在信息技术应用,特别在无纸设计飞机技术的掌握上有了相当基础,达到了一定的水平,也取得了可喜的成绩,但与西方工业发达国家相比,我国航空制造业在数字化技术应用上的差距还很大,应当引起我们的高度重视;当前,西安飞机设计研究所正在努力全面打通飞机数字化设计、制造、管理的瓶颈,现已在各个型号工程中全面应用虚拟产品管理技术,并将网络安全、系统管理、数据管理和备份作为数字化设计的核心技术进行全面提升;相信在数年内,经过不懈的努力,我国的飞机数字化设计、制造、管理技术将有一个大的进步;。

基于平行理论的产品数字样机标准体系研究

基于平行理论的产品数字样机标准体系研究李清张鹏飞费卓鑫林娜陈彦赵成森陈京生（中国兵器工业标准化研究所）摘要：随着技术的进步，数字样机相关特性越来越能够描述真实的物理样机。

产品标准体系既包含物理样机标准，也包括数字样机标准。

基于平行理论，通过分析物理样机标准中数字样机能够继承、转化的标准，探讨专属数字样机标准需求，构建了与物理样机标准体系平行的数字样机标准体系。

可通过数据搜集、模型定义、仿真建模等方法，转化和新建属于数字样机专属标准。

关键词：物理样机，数字样机，平行理论，产品标准体系Research on the Standards System of Product Digital Prototype Based onParallel TheoryLI Qing ZHANG Peng-fei FEI Zhuo-xin LIN Na CHEN YanZHAO Cheng-sen CHEN Jing-sheng（China Ordnance Industrial Standardization Research Institute）Abstract:With the advancement of technology, the characteristics related to digital prototypes are increasingly able to describe real physical prototypes. The product standards system includes both physical prototype standards and digital prototype standards. Based on the parallel theory, this paper analyzes the standards that digital prototypes can inherit and transform in physical prototype standards, explores the requirements for exclusive digital prototype standards, and constructs the digital prototype standards system parallel to the physical prototype standards system. Conversion and creation of digital prototype specific standards can be achieved through methods such as data collection, model definition, and simulation modeling.Keywords: physical prototype, digital prototype, parallel theory, product standards system作者简介：李清，博士，研究员，主要从事标准化研究。

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。

数字样机与故障诊断

数字样机与故障诊断数字样机是一种使用数字技术进行样品制作的机器，它可以通过计算机辅助设计（CAD）软件将设计图形输入到机器中，然后自动进行切割、雕刻、绘制等操作，制作出预期的样品。

数字样机广泛应用于各种产业，如产品设计、建筑、艺术等领域。

故障诊断是指通过分析和判断机器或设备的异常状况来确定故障原因的过程。

对于数字样机而言，故障诊断可以帮助确定机器的故障原因，并采取合适的措施进行修复。

常见的数字样机故障包括机器无法启动、操作出现错误或异常、切割或雕刻效果不理想等。

在进行数字样机的故障诊断时，可以采取以下步骤：1. 观察和记录故障现象：注意故障发生的具体情况，例如故障出现的时间、频率、具体操作步骤等。

还需要记录机器的型号和基本参数。

2. 检查机器状态：检查机器的电源、连接线路、控制面板等部件是否正常工作。

确认机器是否有提示信息或报错代码，并根据提示进行处理。

3. 检查操作和设置：检查CAD软件的设置是否正确，确认设计图形是否符合要求。

检查操作流程是否正确，以排除操作失误导致的故障。

4. 检查材料和刀具：检查使用的材料是否符合要求，检查刀具是否正常。

如果有需要更换或修复的部件，及时进行处理。

5. 使用故障诊断工具：根据机器的型号和品牌使用相应的故障诊断工具，进行故障检测和排查。

例如，可以使用数字样机的自检程序、故障日志等功能来获取故障信息。

6. 寻求专业维修支持：如果以上方法无法解决问题，可以联系数字样机的供应商或维修人员寻求专业支持。

他们可以根据故障情况进行更详细的检测和修复。

通过细致观察、检查机器状态、操作和设置、材料和刀具，并结合故障诊断工具的使用，可以有效地排查数字样机的故障，并采取相应的措施进行修复。