数字样机与数字仿真讲解

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%。
2 何谓数字仿真
•2.3 仿真模型：仿真模型是 被仿真对象的相似物或其结 构形式。它可以是物理模型 或数学模型。
2 何谓数字仿真
•2.4 仿真试验：为了寻求系 统的最优结构和参数，常常 要在仿真模型上进行多次实 验。通过实验可观察系统模 型各变量变化的全过程。
2 何谓数字仿真
•2.5 仿真工具：主要指的是 仿真硬件和软件。硬件最主 要的是计算机，软件包括仿 真程序、仿真程序包、仿真 语言和以数据库为核心的仿 真软件系统。
“欧家军”软件
• AutoCAD Mechanical ：优化增强 公差尺寸标注功能，改善操作环境。 用户甚至不用点击任何命令或打开 任何对话框，就可以快速、直接的 进行公差尺寸的标注，并将文件属 性添加到这些注释中。
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• Autodesk Algor Simulation ： 这一 机械仿真分析工具现已与Autodesk Moldflow 软件集成，工程师在进行塑 料零件结构分析时可以利用Moldflow 分析结果和Moldflow材料数据库。
• 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
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 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。
• UGS公司的数字化仿真解决方案,涵盖了从 CAD/CAE/CAM到PLM（产品全生命周期管理） 的全过程，它是基于数字样机构建和数字 化仿真的过程。
• UGS 数字化仿真系列软件与解决方案处于 产品设计/仿真分析集成领域的业界领导地 位。
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CATIA数字仿真1
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。”
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。
• Autodesk Vault系列：是管理整个数字样 机流程的工作组级数据管理系统，现推出 全新视觉体验，用户可将Vault信息以图形 方式直接映射到Autodesk Inventor模型中， 从而简化工作流程，从根本上改进报告和 决策过程，加快模型选择及互动的速度。
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• 早前，欧特克实验室推出了Autodesk Inventor Publisher技术预览版，其商业版 软件也于近日首次亮相。这款易用的制图软 件能够创建出效果真实的产品图纸，制造型 企业可以从设计到制造的整个过程中使用同 一个数字模型，从而为客户提供更清晰、更 全面的技术指导。
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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。
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• 欧特克数字样机解决方案包含丰富的 功能应用，与Autodesk Inventor软件 配合使用，可完整涵盖从概念设计到 工程设计以及生产制造的全部流程。
• 短板或叫软肋是数控加工软件要用 “SolidCAM”。
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• AutoCAD Electrical ：帮助电气 设计工程师快速完成电气控制系统 设计。大型电气控制设计项目可设 置单独的元器件型号库，其项目设 计团队可快速访问并调用该库。
数字样机与数字仿真
—不可抗拒的产品研发新潮
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 点
• 数字样机（“无图纸”）阶段：从上世纪90年代诞生世界
第一架数字样机“波音777”开始。当今叫得最响的是“欧
特克” ，水平最高应用时间最早的是“达索” （它称电 子样机）。 • “如今，单纯的二维或三维设计的年代已经过去，数字化 样机的时代正在到来。”有人如是说。 • 2D→3D→数字样机，不可抗拒，要急起直追！
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。
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。
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。
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。
歼轰-7“飞豹”战机
波音777
飞豹改进型
中国国际航空B777-200
wenku.baidu.com
中国南方航空B777-200ER 国泰航空B777
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。
• 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。
• Autodesk Moldflow ：可以帮助用户在制 造过程开始前验证和优化塑料零件和注塑 模具的设计，方便地将Moldflow的模拟结 果输出到Autodesk Showcase 工业设计可 视化软件中，借以显示出缺陷，查看零件 在现实中的外观，进而帮助评估零件质量 和做出更好的设计决策。
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请看宇龙数控仿真软件界面介绍
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。
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…
1.11 数字样机研发软件选用
• 不能搞“百家军”，要用同一公司（含 有紧密合作关系公司）产品，才能真 正实现产品全生命周期中每个环节间 的数据的无缝对接（集成）。再就是 要看行业（“量体裁衣”），如：中航 工业和一汽用CATIA。
1.11 数字样机研发软件选用
• “欧家军”值得重视（美中不足是没有本 公司的CAM软件），“达索” 、“西门子” 和“PTC”及本国的“CAXA系列”都是候 选对象。还有众多的小兄弟，我认为 不值得一提，用数字样机概念来衡量， 它们还差得远。
2 何谓数字仿真
• 2.6 仿真软件：有专用的和集成的两 类。专用的如机械系统动力学自动分 析软件“ADAMS” （用于对机械系统进 行静力学、运动学和动力学分析）。 集成的如CATIA、UG NX、Creo、 Inventor、SolidWorks、SolidEDGE、 CAXA实体设计等。
UGS（现在为Siemens ）的数字化仿真
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。
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。
“欧家军”软件
• Autodesk Alias 系列：包括Alias Sketch、 Alias Design、Alias Surface和Alias Automotive，提供了A级曲面设计及编辑功 能，是业内领先的绘图、建模和可视化工 具。新的Autodesk Alias Sketch软件独特 的手绘功能和矢量化工作流程可帮助创意 专业人士迅速将构思转化为引人注目的产 品模型。
CATIA数字仿真2
CATIA数字仿真3
CATIA数字仿真4
CATIA数字仿真5
SolidWorks数字仿真1
SolidWorks数字仿真2
ProE（现在为CREO）运动仿真1、2、 3
3 现代先进的产品研发理念
• ⒈实现产品全生命周期各个环节数据的全程数字化， 包括各种管理文档。要彻底摒弃只有“手工”才能建立抽 象理论概念的过时观念。
• ⒉基于特征的三维参数化设计（含工艺设计）是基础 性工作。