数字化设计与制造的国内外发展现状及趋势

数字化设计与制造的国内外发展现状及趋势

设计是产品生命周期中的第一个环节，也是最重要的环节。

工程研究与实践表明：整个产品生命周期约80％的费用是由产品设计阶段(从产定义到制造之前)的工作所决定的，而这一阶段本身所需费用则占不到总费用的3％。

人类的创造性活动在整个产品设计过程中最为活跃，其工作对后续工作具有决定性影响。设计方法学是在深入研究设计过程本质的基础上，以系统工程的观点研究设计的一般程、规律及设计中思维和工作方法的一门综合性学科。

数字化设计

CAD及CAE软件、绘图仪、打印机等

CAD模型、二维CAD电子图纸、BOM等

PDM的产品数字化管理

中国制造业产品创新数字化十大热点发布，AutoCAD降价位居其首

CAD习惯上指应用于几何建模和结构设计的计算机辅助设计技术，其功能一般有几何建模、特征建模、特性计算等，以及一般软件使用操作，数据存储、显示和输出等。CAD系统的发展和应用使传统的、依靠手工绘图的产品设计方法发生了深刻的变化，产生了巨大的社会经济效益。

三维模型展现了产品在三维空间中的真实形状，是设计过程中设计思想的直观反映。

三维模型的建立是基于计算机几何造型技术发展起来的，它是在设计方案确定以后，借助CAD系统提供的造型方法确定产品零部件的结构形状、数量和相互配置关系，并以一定的方式在计算机内部存储起来，同时把设计结果呈现给设计者进行修改判定。

计算机辅助工业设计

◆计算机辅助工业设计（CAID）技术是工业设计理论与CAD技术的有机结合，它是与

工业设计的特点及工业设计师的设计思维和习惯相适应的一种计算机辅助设计技术。

◆CAID技术以工业设计知识为核心，以计算机为辅助工具，运用工业设计的理念和方

法，实现形态、色彩、宜人性设计和美学原则的定量化描述，充分发挥计算机快速、高效的优点，以及设计人员的创造性思维、审美能力和综合分析能力。

数字化预装配是数字样机和虚拟设计的重要组成部分。预装配的内容包括产品的装配建模、装配零件之间的约束关系及间隙分析、装配规划、可装配性分析与评价等。

✓现虚拟装配过程的协调和管理，以可视化的形式规划、展示和验证虚拟装配工艺过程，通过人机协同的装配工艺规划算法，生成装配顺序与路径，进行装配过程的仿真与协调，实现各级工作的有序进行；

✓实现数字样机的分析与优化，使设计人员能够对数字预装配的数字样机进行浏览、检查和运动模拟，分析并优化装配件的设计，实现结构分析、运动模拟和数字样机优化，包括空间结构优化、装配模拟优化以及数字样机的综合优化。

虚拟现实（Virtual Reality，VR）是将人的想象力与电子学、信息科学相结合的一项综合技术，利用计算机技术构建一种特殊的仿真环境，这种环境并不是真实存在的，但用户可以借助各种传感系统（如立体头盔、数据手套、立体眼镜、投影幕墙等）与它进行自然的交互，仿佛身临其境一般。

虚拟现实技术

虚拟现实技术具备自主性、交互性和沉浸感三个基本特征。虚拟设计是以虚拟现实技术为基础，结合产品设计CAD的一种手段，应用前景十分广阔。在产品的方案设计和技术设计阶段，通过三维虚拟环境，设计人员能够直接操纵产品和零件，进行各种形状的建模和修改，利用虚拟现实的漫游特性和实时交互性，相关人员可以对产品原型的各个方面（包括视觉效果、零部件之间的比例关系等）进行评价。这样在产品的设计初期就可以得到各方面的意见，从而保证了设计质量。

计算机辅助工程分析CAE(Computer Aided Engineering)指利用计算机系统提供的强大计算和分析工具，对产品模型进行工程分析计算、校核和仿真模拟的技术。

借助于CAE，可取代相同部分的传统物理试件和试验，设计人员能够更快捷、更容易地判断所设计的产品功能、性能和各种指标的优劣，进行设计方案的校验、评价分析和仿真优化，甚至能够实现某些物理试验难以做到的分析评价及仿真，减少物理试验及试件的制作，从根本上改变传统设计中依赖试凑、类比和定性分析的原始做法，实现迅速、直观、准确的量化评价和预测。

有限元法是根据变分法原理来求解数学物理问题的一种数值计算方法。由于工程上的需要，特别是高速电子计算机的发展与应用，有限元法才在结构分析矩阵方法的基础上，迅速地发

展起来，并得到越来越广泛的应用。

有限元分析一段分为3个阶段：

(1)前处理：该处理实际上是为以后的数值分析作数据准备。

(2)解算：根据前处理生成的网格模型及附加条件，构造数值方程后解算出数值解。

(3)后处理：将数值解与零件的几何模型联系在一起，以彩色等值线或零件变形图把数值形象地表示出来。

仿真技术

在数字化产品设计过程中，仿真技术贯穿各个设计阶段，如在产品方案设计和技术设计阶段，进行机构之间的连接与碰撞运动学仿真；在详细设计阶段，进行零部件的加工过程仿真、刀位轨迹仿真等。

快速成形技术采用离散／堆积成形的原理，通过离散获得堆积的路径及切片信息，通过层层堆积的方式形成三维实体。其过程是：先由三维CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型，然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，把原来的三维电子模型变成二维平面信息(截面信息)，即离散的过程；再将分层后的数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在微机控制下，数控系统以平面加工方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动黏结而成形，这就是材料堆积的过程。

作为信息化领域的权威媒体，e-works于2010年1月18日发布了“2009-2010中国制造业产品创新数字化十大热点”。回眸2009年，肆虐全球的金融危机阴影渐散，中国经济企稳回升。中国制造企业在依靠廉价劳动力支撑企业发展的道路上已步履维艰，"自主创新"才是企业得以稳健发展，在激烈的市场竞争中占有一席之地的源动力。作为产品自主创新的坚实后盾，产品创新数字化领域技术业已取得了高速的发展，满足企业不断增长的需求，PLM迈入2.0时代，PLM的内涵、管理范畴与行业应用迅速拓展，环保法规带动绿色设计潮流，可视化技术实现深入应用等，不断发展的产品创新数字化技术为复苏的中国制造业实现"自主创新"提供了强而有力的保障。

热点之首：AutoCAD降价，激起二维CAD市场千层浪

2009年10月14日全球设计软件巨头美国Autodesk公司在官网正式宣布，将在国内进行为期三个月的“设计·飞越2010用户回馈计划”，针对其基于AutoCAD平台的最新2010版系列设计软件采取大力度降价，其降价...80%，天上不会掉馅饼。天上不会掉馅饼，这是我们中国流传很久的一句古话，做任何事，想要得到任何东西都只有靠自己的努力才能做好，不能一味的去等待所谓的“馅饼”。更可怕的是来自国外的“馅饼”！ ^

AutoCAD之所以能降价，说明一点，他面对国产CAD的迅速成长已经开始坐立不安了。分析今年来国产CAD特别是以浩辰CAD为代表的国产CAD企业迅速发展，二次开发软件的成果不断展现在广大用户面前，在2009年，浩辰先后发布了：浩辰暖通INt V7.0和给排水IGp V7.0工程设计软件，随即浩辰天正2010试用版发布。2009年11月13日，我们正式推出"为国产CAD加油！"用户增值计划。为所有国产CAD用户降低成本、增加服务、提升