数字样机与数字仿真ppt课件
合集下载
数字样机与数字仿真ppt课件
字化，而不仅仅是最终产品的数字化。数字样机 贯穿于从产品的概念设计（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。传统的基于实物物理样机的设计开发试验研 制方法，在很大程度上将被基于计算机的三维数 字样机技术所取代。
31
请看“虚拟数控机床实训系统”视频
32
请看宇龙数控仿真软件界面介绍
33
2 何谓数字仿真
• 2.1 仿真概念：利用模型复 现实际系统中发生的本质过 程，并通过对系统模型的实 验来研究存在的或设计中的 系统，又称模拟。
34
2 何谓数字仿真
• 2.2 仿真分类：模拟计算机仿真（简称模 拟仿真）、数字计算机仿真（简称数字仿 真）、混合计算机仿真（简称混合仿真）； 实物模型仿真（简称物理仿真）、数学模 型仿真（简称数学仿真）；连续系统仿真、 离散系统仿真；机电系统仿真、化工系统 仿真…
52最后展示部分自做作品53应用镜头眩光效果修改渲染设置模型反射室内环境渲染窗口图像自做反射镜面模型用图像编辑器编辑图像缩小与镜像用proe制作的部分数字图像54用自拍背景图片渲染的效果图工艺壁灯渲染效果图加图像水印用proe制作的部分数字图像55用nx制作的部分数字图像56前景为雪的真实着色简单白色背景效果图机匣盖的效果图使用ibl及其真实着色简单图像背景光栅图像用聚光灯渲染的效果用nx制作的部分数字图像57渲染最后定义的区域左边为最后定义的区域右边为渲染图渲染工厂背景的零件用木地板房间布景的贴图效果图现代凉亭效果图用solidworks制作的部分数字图像585960
14
1.8 数字样机应用实例和效益
• 实例1：歼轰-7“飞豹”战机的无图纸设计（数字 样机）。（2003年，用CATIA）
31
请看“虚拟数控机床实训系统”视频
32
请看宇龙数控仿真软件界面介绍
33
2 何谓数字仿真
• 2.1 仿真概念：利用模型复 现实际系统中发生的本质过 程，并通过对系统模型的实 验来研究存在的或设计中的 系统，又称模拟。
34
2 何谓数字仿真
• 2.2 仿真分类：模拟计算机仿真（简称模 拟仿真）、数字计算机仿真（简称数字仿 真）、混合计算机仿真（简称混合仿真）； 实物模型仿真（简称物理仿真）、数学模 型仿真（简称数学仿真）；连续系统仿真、 离散系统仿真；机电系统仿真、化工系统 仿真…
52最后展示部分自做作品53应用镜头眩光效果修改渲染设置模型反射室内环境渲染窗口图像自做反射镜面模型用图像编辑器编辑图像缩小与镜像用proe制作的部分数字图像54用自拍背景图片渲染的效果图工艺壁灯渲染效果图加图像水印用proe制作的部分数字图像55用nx制作的部分数字图像56前景为雪的真实着色简单白色背景效果图机匣盖的效果图使用ibl及其真实着色简单图像背景光栅图像用聚光灯渲染的效果用nx制作的部分数字图像57渲染最后定义的区域左边为最后定义的区域右边为渲染图渲染工厂背景的零件用木地板房间布景的贴图效果图现代凉亭效果图用solidworks制作的部分数字图像585960
14
1.8 数字样机应用实例和效益
• 实例1：歼轰-7“飞豹”战机的无图纸设计（数字 样机）。（2003年，用CATIA）
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。
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 ＡＮＳ Ｙ Ｓ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
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
第二章 产品数字化建模(新)ppt课件
2020/5/30
Guidelines
8
2、零件几何模型
几何模型是产品详细设计的核心，是将概要设计进行详细化的关键 内容，是所有后续工作的基础，也是最适合计算机表示的产品模型。
几何模型用二维或三维模型表示。 在集成化CAD系统中，二维模型可以从三维模型投影得到，以便 与三维模型保持一致性。除此之外，几何模型的非几何信息以属性表 示。属性信息的定义以文本说明，并具有一定的结构。 零件几何模型是详细设计阶段生产的信息模型，是其他各阶段设计 的信息载体，通常作为主模型。 所谓主模型是指以该模型为唯一数据源，其他模型以它为基础，派 生出其他各种模型。派生的过程实现了模型的演变。
零件2
2020/5/30
装配体
子装配体1
零件1
子装配体3
零件3
零件4
零件5
子装配体2
装配结构树
零件6
零件7
12
（2）属性信息表：属性信息用来表示产品的非几何信息。 例如，产品名称、规格、零件材料、加工方法、重量、模型设计 者等。 （3）装配约束模型：装配约束模型包括装配特征描述、装配关系 描述、装配操作描述以及装配约束参数。 （4）装配规划模型：装配规划模型用于装配顺序规划和路径规划， 前者给出一个实际可行的零件装配顺序，后者给出零件装配的可行 路径，并对装配设计进行分析和评价。
产品仿真模型表达了仿真分析阶段的信息，对产品性能进行校验， 阶段成果包括图形、表格、数据、文本说明等各种形式。仿真分析的充 分利用，可以减少实际物理试验的次数，从而大大降低研制成本。
仿真技术广泛应用在产品设计、制造阶段，如设计阶段的各种有限元 分析、运动机构分析等仿真系统，在制造阶段的铸造浇注仿真、锻造磨 具仿真、数控加工过程仿真、装配仿真等。
仿真ppt课件
需要注意两种运行方式的一致 一般要求实时运行
15
3.2.4 人在回路仿真
特征
专为操作人员的操作技能训练或指挥人员的指挥 决策能力训练而建立的仿真系统或用于有人操纵 的系统的设计、实验和评估
要求建立能够生成人的感知环境的各种物理效应 设备，包括生成视觉、听觉、触觉、动感、力感 等的设备，如视景系统、音响系统、运动系统、 操纵负荷系统、头盔、数据手套等
符合仿真模型的基本属性 便于分析研究、参数优化 具备良好的人机交互界面
20
逆向仿真建模
黑盒子
已知输入与输出，不知系统的内部结构
假定模型 仿真实验 修正仿真模型
21
仿真实验过程
22
仿真实验分级
23
仿真的实现步骤
问题的提出 模型的建立 数据需求 模型转换 论证和计划 实验 分析结果 修改和完善模型 实施和文档 系统维护
分布交互仿真(distributed interactive simulation, DIS)
现时常用的多平台仿真系统 用于复杂系统的设计、制造及在作战仿真
环境下进行产品性能的评估等
4
3.1.3 分布交互仿真发展的3阶段
第一阶段
20世纪80年代美国国防部启动的联网仿真 SIMNET
第二阶段
世界上最好的课堂在老人的脚下.
Having a child fall asleep in your arms is one of the most peaceful feeling in the world. 让一个孩子在你的臂弯入睡,你会体会到世间最安宁的感觉.
Being kind is more important than being right. 善良比真理更重要.
15
3.2.4 人在回路仿真
特征
专为操作人员的操作技能训练或指挥人员的指挥 决策能力训练而建立的仿真系统或用于有人操纵 的系统的设计、实验和评估
要求建立能够生成人的感知环境的各种物理效应 设备，包括生成视觉、听觉、触觉、动感、力感 等的设备，如视景系统、音响系统、运动系统、 操纵负荷系统、头盔、数据手套等
符合仿真模型的基本属性 便于分析研究、参数优化 具备良好的人机交互界面
20
逆向仿真建模
黑盒子
已知输入与输出，不知系统的内部结构
假定模型 仿真实验 修正仿真模型
21
仿真实验过程
22
仿真实验分级
23
仿真的实现步骤
问题的提出 模型的建立 数据需求 模型转换 论证和计划 实验 分析结果 修改和完善模型 实施和文档 系统维护
分布交互仿真(distributed interactive simulation, DIS)
现时常用的多平台仿真系统 用于复杂系统的设计、制造及在作战仿真
环境下进行产品性能的评估等
4
3.1.3 分布交互仿真发展的3阶段
第一阶段
20世纪80年代美国国防部启动的联网仿真 SIMNET
第二阶段
世界上最好的课堂在老人的脚下.
Having a child fall asleep in your arms is one of the most peaceful feeling in the world. 让一个孩子在你的臂弯入睡,你会体会到世间最安宁的感觉.
Being kind is more important than being right. 善良比真理更重要.
《虚拟样机技术》课件
装配建模
在虚拟环境中模拟产品装配过 程，确保产品设计的可装配性 。
多领域建模
将产品划分为多个领域，如结 构、流体、热等，进行分别建
模。
仿真技术
01
动力学仿真
模拟产品运动过程中各部件之间的 相互作用力。
热仿真
分析产品在工作状态下的温度分布 和热传递情况。
03
02
流体动力学仿真
模拟流体在产品中的流动情况，如 散热、空气动力学等。
06
总结与展望
总结
技术发展历程
回顾虚拟样机技术的起源、关键发展阶段和技术突破，展 示技术如何从初步概念发展到现今广泛应用。
技术应用领域
概述虚拟样机技术在产品设计、性能分析、优化设计、仿 真测试等领域的应用，以及在各领域中产生的实际效益。
技术优势与局限性
分析虚拟样机技术的优点，如降低开发成本、提高设计效 率等，同时指出技术存在的局限性，如对计算资源的需求 、仿真精度等问题。
模拟和优化。
航天器动力学分析
通过虚拟样机技术，可以对航天 器的轨道、姿态、推进系统等进 行模拟和分析，确保航天器的稳
定性和可靠性。
航空电子系统测试
利用虚拟样机技术可以对航空电 子系统的功能、性能和安全性进
行测试和验证。
船舶行业应用案例
船舶设计优化
在船舶设计阶段，利用虚 拟样机技术可以对船舶的 阻力、推进效率、稳定性 等进行模拟和优化。
特点
虚拟样机技术具有高度集成性、动态仿真、可重复性、可优化性等特点，能够 快速、准确地模拟和预测实际系统的性能和行为，为产品设计、优化和决策提 供有力支持。
虚拟样机技术的应用领域
机械工程
在机械工程领域，虚拟样机技术 可用于模拟和优化各种机械系统 的性能，如汽车、航空航天、船
数字化仿真技术设计PPT课件
•
设计优化：调整系统结构及参数，实 现系统 特定性 能或综 合性能 的优化
•
制造：刀具加工轨迹、可装配性仿真 ，及早 发现加 工、装 配中可 能存在 的问题
•
样机试验：系统动力学、运动学及运 行性能 仿真， 虚拟样 机试验 ，以确 认设计 目标
•
系统运行：调整系统结构及参数，实 现性能 的持续 改进和 优化
• 基于专用仿真环境：针对特定的应用领域，用户可以将精力集中 在系统分析和建模上，有利于提高仿真效率和质量。CACI的 Sifactory, Promodel solution的Promodel
第10页/共17页
数字化仿真软件
支持机械产品开发的数字化仿真软件
MATLAB
美国Math Works 控制系统仿真语言及系统
有限元法
• 基本方法
• 位移法：以应力计算为例，位移法是以节点位移为基本未知 量，选择适当的位移函数，进行单元力学特性分析，在节 点处建立单元的平衡方程，即单元刚度方程，有单元刚度方 程组成整体刚度方程，求解节点位移，再由节点位移求解应 力
• 力法：以节点力为基本未知量，在节点上建立位移连续方程， 在解出节点力后，再加上节点位移和应力。
MSC.Nastran ANSYS COSMOS
美国MSC Software 结构、机械系统动力学仿真
Corp.
软件
美国ANSYS, INC 结构、热、电磁、流体、声 学等仿真软件
美国solidworks Corp.
机械机构、流体及运动仿真 软件
PAM-SAFE
法国ESI Group
汽车被动安全性仿真软件
第11页/共17页
有限元法
• 基本概念
• 有限元（Finite Element Method, FEM)是一种基于计算机的数值仿真技 术。
虚拟样机技术培训课件
4.3虚拟样机无法完全取代物理样机
• 对产品进行建模时，很难建立理想的、准确的、 完整的模型。由于模型的建立多有近似之处， 尤其是是分析模型。即使是建立了精确的几何 模型，分析时受知识、技术的限制，常要对模 型进行简化，尤其是复杂系统模型。分析模型 常是在忽略次要因素的基础上进行简化得到的 近似模型，这些忽略掉的信息，对产品的性能 的影响无法考虑进去，影响分析的精度。
谢谢大家！
虚拟样机技术
虚拟现实技术 VIRTUAL REALITY
• 虚拟现实技术是多媒体技术广泛应用后兴起的 更高层次的计算机技术，它利用三维图形生成 技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术， 生成三维逼真的虚拟环境，用户戴上特殊的头 盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标 等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟 环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟 世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受 和体会，达到真实体验和基于自然技能的人机 交互。
3.2卡特彼勒公司
美国卡特彼勒公司(NYSE: CAT）成立于1925年，卡特彼勒是世界上最大的土方工程 机械和建筑机械的生产商，也是全世界柴油机、天然气发动机和工业用燃气涡轮机 的主要供应商。
公司产品：卡特彼勒挖掘机、装载机、推土机、铲运机、摊铺机、铣刨机、 稳定土拌合机、非公路和采矿自卸卡车、压实机等
•
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 1:18:56 01:18:5 601:18 10/16/2 020 1:18:56 AM
•
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.1601 :18:560 1:18Oct-2016-Oct-20
•
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。01: 18:5601 :18:560 1:18Fri day, October 16, 2020
11数字样机
第11章 数字样机11.1 CATIA V5数字样机概述CATIA V5 提供了强大的数字化样机（Digital Mockup，DMU）功能模块组，可以很好的帮助工程师校验及优化产品性能。
通过数字样机，工程师可以在其上检查及修改设计中的干涉与不协调，检验机构的运动性能。
和传统设计/装配流程相比较，CATIA的数字演技功能可大大节省重复工作及错误修改的时间。
本章依次介绍数字化样机模块中的：DMU导航（DMU Navigator）、DMU空间分析（DMU Space Analysis）、DMU运动学（DMU Kinematics）。
11.2 DMU 导航DMU导航器（DMU Navigator）是为了支持数字样机DMU开发设计的模块，主要用于完成数字模型漫游、装配、运动分析、空间分析等功能。
该模块使用户可以通过功能强大的观察导航和交流功能实现协同的DMU检查，它提供了大量工具（如添加注释、超链接、制作动画、发布及会议功能）使所有涉及DMU检查的团队成员可以很容易地进行协同工作。
11.2.1 图标功能介绍Translation or Rotation 平移或旋转Cumulative Snap 积累性敏捷移动Symmetry 镜像Reset Position位置重置Set Current Position as Initial 存储当前位置Review 审查Annotated View带批注的视图3D Annotation 3D批注Hyperlink 超级链接340Group 组Enhanced Scene 增强场景Presentation 表达Sectioning 切割Manage Annotated Views 管理带批注的视图Go to Hyperlinks 转至超级链接Scenes Browser 场景浏览器Presentations Browser 表达浏览器Spatial Query 空间查询Applicative Entities Reordering 应用实体重新排序Play a Simulation 播放仿真Track 跟踪Color and transparency actions 颜色工作指令可见性工作指令Edit Sequence 编辑序列取消对模拟的自动碰撞检测激活对模拟的自动碰撞检测激活模拟的自动碰撞检测停止方式Record Viewpoint Animations 录制视点动画Look At 观察Previous View 上一个视图Next View 下一个视图341Magnifier 放大镜Depth Effects 深度效果Horizontal Ground 水平地线Lighting 光照Axis System 轴系统Point 点Line 线Plane 面Create Datum创建基准11.2.2 功能介绍11.2.2.1 移动对象1. 单击工具栏中[Translation or Rotation]按钮，弹出如图11-1所示对话框图11-12. 选中，表示移动应用于部件及其任一下级零件，不选则只能对部件进行移动操作；选中，表示在相对坐标系下移动。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 为支持培训、市场营销等特殊项目而构建的 数字样机为专用数字样机。
19
1.10 数字样机的发展阶段
• “甩图板”阶段：从1982年欧特克发布2D绘图标准AutoCAD开 始，到现在还不断有人提出要训练用图板画图，太“落伍” 了！
• 三维（3D）设计阶段：从1988年PTC发布第一个参数化设 计标准软件Pro/E开始，先后诞生了低、中、高端的一系 列三维设计软件。是过渡阶段。
10
1.4 达索讲的电子样机
• 法国达索系统公司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。
• 它的电子样机DMU 是达索系统公司的得意之作。 • “DMU为一实用的对整个产品或产品的部分进行计算机电
子模拟的技术。它需具有完整的功能，包括：集成的造型， 可视化，功能性检测，产品结构和配置管理等功能，为数 据管理， 信息转递和决策过程三大领域提供方案。最终 能更快，更好地以最低成本开发和生产汽车和其它产 品。”
15
歼轰-7“飞豹”战机
16
波音777
17
飞豹改进型
中国国际航空B777-200
中国南方航空B777-200ER
国泰航空B777
18
1.9 飞机数字样机的分类
• 按研制进程分为：一级样机（含概念样机、 方案样机）；二级样机；三级样机。
• 按功能分为：结构样机；系统样机；分区样 机；全机样机。
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。
6
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。
点 • 1.8 数字样机的应用实
例和效益
• 1.9 飞机数字样机的分 类
• 1.10 数字样机的发展阶 段
• 1.11 数字样机研发软件 选用
• 2 何谓数字仿真 • 3 现代先进的产品研发
理念 • 4 我们的教育应符合时
代潮流 • 展示部分自做作品
2
1 何谓数字样机和技术
• 1.1 数字样机概念 • 数字样机强调将产品整个生命周期的模型实现数
数字样机与数字仿真
—不可抗拒的产品研发新潮
1
目录
• 1 何谓数字样机和技术 • 1.1 数字样机概念 • 1.2 欧特克讲的数字样
机和数字化样机 • 1.3 西门子讲的数字样
机 • 1.4 达索讲的电子样机 • 1.5 PTC公司讲的数字样
机 • 1.6 中国航空制造业对
数字样机的描述 • 1.7 数字样机的技术特
字化，而不仅仅是最终产品的数字化。数字样机 贯穿于从产品的概念设计（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。传统的基于实物物理样机的设计开发试验研 制方法，在很大程度上将被基于计算机的三维数 字样机技术所取代。
11
1.5 PTC公司讲的数字样机
• PTC则对数字样机赋予了另一方 面的含义。即数字样机中不仅 包含产品的数字化模型，还包 含各类产品文档的数字化模型， 以及产品设计过程中的计算过 程。
12
1.6 中国航空制造业 对数字样机的描述
• 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，要求具备集成 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。
14
1.8 数字样机应用实例和效益
• 实例1：歼轰-7“飞豹”战机的无图纸设计（数字 样机）。（2003年，用CATIA）
• 效益：由于采用了数字样机技术，才取得了改进 的成功。
• 实例2：波音777的无图纸设计（数字样机）。
（上世纪90年代，用CATIA）
• 效益：开发费用和时间节约50%；设计更改、返工 率减少93%以上；出现问题比传统制造减少50%～ 80%。
13
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。
7
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
8
9
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。
4
1.1.1 狭义数字样机
• 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。
5
1.1.2 广义数字样机
• 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 产品回收的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。
19
1.10 数字样机的发展阶段
• “甩图板”阶段：从1982年欧特克发布2D绘图标准AutoCAD开 始，到现在还不断有人提出要训练用图板画图，太“落伍” 了！
• 三维（3D）设计阶段：从1988年PTC发布第一个参数化设 计标准软件Pro/E开始，先后诞生了低、中、高端的一系 列三维设计软件。是过渡阶段。
10
1.4 达索讲的电子样机
• 法国达索系统公司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。
• 它的电子样机DMU 是达索系统公司的得意之作。 • “DMU为一实用的对整个产品或产品的部分进行计算机电
子模拟的技术。它需具有完整的功能，包括：集成的造型， 可视化，功能性检测，产品结构和配置管理等功能，为数 据管理， 信息转递和决策过程三大领域提供方案。最终 能更快，更好地以最低成本开发和生产汽车和其它产 品。”
15
歼轰-7“飞豹”战机
16
波音777
17
飞豹改进型
中国国际航空B777-200
中国南方航空B777-200ER
国泰航空B777
18
1.9 飞机数字样机的分类
• 按研制进程分为：一级样机（含概念样机、 方案样机）；二级样机；三级样机。
• 按功能分为：结构样机；系统样机；分区样 机；全机样机。
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。
6
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。
点 • 1.8 数字样机的应用实
例和效益
• 1.9 飞机数字样机的分 类
• 1.10 数字样机的发展阶 段
• 1.11 数字样机研发软件 选用
• 2 何谓数字仿真 • 3 现代先进的产品研发
理念 • 4 我们的教育应符合时
代潮流 • 展示部分自做作品
2
1 何谓数字样机和技术
• 1.1 数字样机概念 • 数字样机强调将产品整个生命周期的模型实现数
数字样机与数字仿真
—不可抗拒的产品研发新潮
1
目录
• 1 何谓数字样机和技术 • 1.1 数字样机概念 • 1.2 欧特克讲的数字样
机和数字化样机 • 1.3 西门子讲的数字样
机 • 1.4 达索讲的电子样机 • 1.5 PTC公司讲的数字样
机 • 1.6 中国航空制造业对
数字样机的描述 • 1.7 数字样机的技术特
字化，而不仅仅是最终产品的数字化。数字样机 贯穿于从产品的概念设计（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。传统的基于实物物理样机的设计开发试验研 制方法，在很大程度上将被基于计算机的三维数 字样机技术所取代。
11
1.5 PTC公司讲的数字样机
• PTC则对数字样机赋予了另一方 面的含义。即数字样机中不仅 包含产品的数字化模型，还包 含各类产品文档的数字化模型， 以及产品设计过程中的计算过 程。
12
1.6 中国航空制造业 对数字样机的描述
• 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，要求具备集成 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。
14
1.8 数字样机应用实例和效益
• 实例1：歼轰-7“飞豹”战机的无图纸设计（数字 样机）。（2003年，用CATIA）
• 效益：由于采用了数字样机技术，才取得了改进 的成功。
• 实例2：波音777的无图纸设计（数字样机）。
（上世纪90年代，用CATIA）
• 效益：开发费用和时间节约50%；设计更改、返工 率减少93%以上；出现问题比传统制造减少50%～ 80%。
13
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。
7
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
8
9
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。
4
1.1.1 狭义数字样机
• 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。
5
1.1.2 广义数字样机
• 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 产品回收的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。