数字化设计技术

数字化设计技术读书报告

专业机械工程及自动化

年级2011 级

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完成时间2015年 1 月7 日

摘要：数字化技术的应用和发展，促进了传统制造业的改革和发展．随着制造业信息化进程的加快，制造业的智力投入和服务意识将日益增强。在产品设计与开发中，数字化设计技术对其影响很大，随着计算机技术的不断发展，产品设计与开发技术越来越先进，对现在制造技术的具有很重要的意义。此次数字化设计技术阅读报告，就是要我们了解数字化设计技术与产品开发、产品设计之间的密切关系，以及认知数字化设计技术在现实生活中的意义。

关键词：数字化设计技术；产品设计；产品开发；意义；

目录

1.前言 (1)

1.1数字化设计技术的概念 (1)

1.2数字化设计技术的特点 (1)

1.2.1虚拟产品开发技术 (1)

1.2.2异地协同制造技术 (2)

2.数字化技术与产品开发的关系 (2)

3.数字化技术在产品设计中的应用 (3)

3.1数字化建模技术 (3)

3.2数字化仿真与虚拟现实技术 (4)

3.3多学科综合优化技术 (4)

3.4数字化设计在产品设计中应用的状况及发展趋势 (5)

4.有限元分析技术在产品开发中的应用 (6)

5.结合实际浅谈数字化设计技术的意义 (7)

6.小结 (7)

7.参考文献 (8)

1.前言

1.1数字化设计技术的概念

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。

1.2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。

1.2.1虚拟产品开发技术

虚拟产品开发是建立在利用计算机和网络技术完成产品开发过程构思设计的新概念。它以计算机仿真和产品生命周期建模为基础，集计算机图形学、人工智能、并行工程、网络技术、多媒体技术和虚拟现实技术等为一体，在虚拟环境下，对产品进行构思、设计、制造、测量和分析。虚拟产品开发的显著特点之一是利用存储在计算机内部的数字化样机即虚拟产品来代替实物样机进行仿真、分析，从而提高产品在时间、质量、成本、服务和环境等多目标中的决策水平，达到全局优化和一次性开发成功的目的。为此，虚拟产品开发环境要求提供全面的

产品数据定义、各种仿真工具、可视化的人机交互操作工具及分布式协同工作条件和运行机制。

虚拟产品开发技术通过采用虚拟现实和增扩现实技术为产品开发人员提供了高度可视化和高度柔性化的人机交互接口，将人类的观察、思维、想像和操作能力有机地集成在一起，从而为人类提供了更友好广阔的创造性空间。

1.2.2异地协同制造技术

数字化技术是信息共享和集成的重要基础，特别是网络技术的迅速发展和广泛应用，生产企业已突破传统地域对产品设计制造方式的约束，在网络环境的支持下，实现企业间的协同和各种社会资源的共享和集成。企业间协同包括产品设计和制造协同、供应链协同和商务协同；社会资源包括制造资源、智力资源和环境资源。企业可以面向全球开展业务，在全球范围内寻找零部件供应商，选择进行产品创新开发制造的合作伙伴，开展生产销售，提高企业的产品创新能力和制造能力，实现产品设计制造的高速度和低成本。

2.数字化技术与产品开发的关系

数字化技术改变了传统的产品开发理论、方法和工具，随着信息技术的飞速发展和产品开发集成程度的不断增加，数字化产品开发所包含的工作内容和在企业中所产生的作用也日益增加。数字化产品开发的主要特点是实现面向产品生命周期的设计，即在产品开发阶段，有关产品的性能、形状、尺寸大小以及零件的材料、数量、结构工艺性、装配工艺性等都要确定。

数字化技术与产品开发的关系跟传统的技术与产品的关系相比，有以下几个特点：

(1)单目标规划向多目标规划的转变

传统产品开发规划是一种仅考虑产品性能要求的规划。数字化产品开发规划不仅要考虑产品性能要求，而且更重视用户的个性化需求和考虑产品全生命周期内各阶段的要求及可持续发展的策略，尤其是对材料、能源和环境方面的要求越来越严格，而这些要求又往往是相互矛盾的。因此，产品规划时必须遵循多目标动态规划、综合优化和系统论、协调论的方法进行。

(2)串行设计向并行设计的转变

传统的产品设计过程是一种串行的设计过程。为了最大限度地缩短产品开发时间，除采用信息自动传递和信息共享技术外，将产品开发过程重组，实现并行设计是数字化产品开发的显著特征之一。并行设计是集成、并行地设计产品及其相关过程的方法。因此并行设计必须实现产品设计和过程设计的集成。

(3)生产准备向过程设计的转变

传统的产品开发中，将生产准备阶段的任务仅简单地理解为工艺计划和刀、夹、量具的准备。数字化产品开发中的生产准备应扩展为过程设计，不仅包括加工工艺过程设计，还应包括装配、使用、维修、拆卸等阶段的过程设计。

(4)实物样机向虚拟样机的转变

传统产品开发方法是一种基于经验加测试的方法。随着计算机仿真技术和虚拟现实技术的发展，利用存储在计算机内部的三维数字化模型，可以边设计、边测试、边修改。不仅可通过电子预装配技术检查零部件的干涉和碰撞现象，还可以对产品制造过程、产品的使用特征、产品的外形、产品的动态特性等进行仿真、测试，以保证产品开发的一次成功率。

(5)严格分工向自主管理的项目小组转变

传统产品开发的组织机构是一种按功能部门严格分工负责的线性结构，为快速响应市场变化，创造一种人人参与、协同工作的环境，将固定的组织形式向动态的、自主管理的团队和项目小组的管理模式转变。

从以上几个方面能够很清楚的明白数字化技术与产品开发的关系。数字化技术能给产品开发带来快捷、使用、提高产品开发效率、成本。

3.数字化技术在产品设计中的应用

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。

(1)产品建模

产品建模技术研究如何在计算机内部描述和表达处于产品开发生命周期内各阶段的产品，包括产品需求信息、项目信息、产品文档信息、产品几何信息、虚拟样机信息等，它是实现数字化设计和信息集成的基础。

在产品数字化建模中，基于特征和参数化的混合建模技术是一种新一代建模