數(shù)字樣機(jī)與數(shù)字仿真

1、數(shù)字樣機(jī)與數(shù)字仿真不可抗拒的產(chǎn)品研發(fā)新潮目錄 1 1 何謂數(shù)字樣機(jī)和技術(shù)何謂數(shù)字樣機(jī)和技術(shù) 1.1 1.1 數(shù)字樣機(jī)概念數(shù)字樣機(jī)概念 1.2 1.2 歐特克講的數(shù)字樣歐特克講的數(shù)字樣機(jī)和數(shù)字化樣機(jī)機(jī)和數(shù)字化樣機(jī) 1.3 1.3 西門子講的數(shù)字樣西門子講的數(shù)字樣機(jī)機(jī) 1.4 1.4 達(dá)索講的電子樣機(jī)達(dá)索講的電子樣機(jī) 1.5 1.5 PTCPTC公司講的數(shù)字樣公司講的數(shù)字樣機(jī)機(jī) 1.6 1.6 中國航空制造業(yè)對(duì)中國航空制造業(yè)對(duì)數(shù)字樣機(jī)的描述數(shù)字樣機(jī)的描述 1.7 1.7 數(shù)字樣機(jī)的技術(shù)特?cái)?shù)字樣機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)點(diǎn) 1.8 1.8 數(shù)字樣機(jī)的應(yīng)用實(shí)數(shù)字樣機(jī)的應(yīng)用實(shí)例和效益例和效益 1.9 1.9 飛機(jī)數(shù)字

2、樣機(jī)的分飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)的分類類 1.10 1.10 數(shù)字樣機(jī)的發(fā)展階數(shù)字樣機(jī)的發(fā)展階段段 1.11 1.11 數(shù)字樣機(jī)研發(fā)軟件數(shù)字樣機(jī)研發(fā)軟件選用選用 2 2 何謂數(shù)字仿真何謂數(shù)字仿真 3 3 現(xiàn)代先進(jìn)的產(chǎn)品研發(fā)現(xiàn)代先進(jìn)的產(chǎn)品研發(fā)理念理念 4 4 我們的教育應(yīng)符合時(shí)我們的教育應(yīng)符合時(shí)代潮流代潮流 展示部分自做作品展示部分自做作品1 何謂數(shù)字樣機(jī)和技術(shù) 1.1 數(shù)字樣機(jī)概念 數(shù)字樣機(jī)強(qiáng)調(diào)將產(chǎn)品整個(gè)生命周期的模型實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，而不僅僅是最終產(chǎn)品的數(shù)字化。數(shù)字樣機(jī)貫穿于從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)（工業(yè)設(shè)計(jì)）、工程設(shè)計(jì)（基于三維CAD和二維CAD的雙向集成，機(jī)電軟件混合設(shè)計(jì)等技術(shù)）、工程分析（虛擬仿真）、市場推廣（

3、動(dòng)漫和3D廣告制作）全過程的集成應(yīng)用。傳統(tǒng)的基于實(shí)物物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)試驗(yàn)研制方法，在很大程度上將被基于計(jì)算機(jī)的三維數(shù)字樣機(jī)技術(shù)所取代。 1 何謂數(shù)字樣機(jī)和技術(shù) 數(shù)字樣機(jī)技術(shù)是以CAX/DFX技術(shù)為基礎(chǔ)，以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制理論為核心，融合虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真技術(shù)、三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，將分散的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)和分析過程集成在一起，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者、制造者和使用者在產(chǎn)品的早期可以直觀形象地對(duì)數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品原型進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、性能測試、制造仿真和使用仿真，為產(chǎn)品的研發(fā)提供全新的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。 1.1.1 狹義數(shù)字樣機(jī) 狹義數(shù)字樣機(jī)：從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)角度出發(fā)，認(rèn)為數(shù)字樣機(jī)是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品模型的

4、設(shè)計(jì)、制造、裝配、使用、維護(hù)與回收利用等各種屬性進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，在虛擬環(huán)境中逼真地分析與顯示產(chǎn)品的全部特征，以替代或精簡物理樣機(jī)。 1.1.2 廣義數(shù)字樣機(jī) 廣義數(shù)字樣機(jī)：從制造的角度出發(fā)，認(rèn)為數(shù)字樣機(jī)是一種基于數(shù)字計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品描述，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)、維護(hù)直至產(chǎn)品回收的整個(gè)過程中全部所需功能的實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)仿真，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的各種屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析與仿真，以取代或精簡物理樣機(jī)。 1.2 歐特克講的數(shù)字樣機(jī)和數(shù)字化樣機(jī) 數(shù)字樣機(jī)是相對(duì)于物理樣機(jī)的概念，是一個(gè)能夠考察產(chǎn)品的外型、裝配性、可加工性以及功能特性的三維數(shù)字模型，而數(shù)字化樣機(jī)是開發(fā)和應(yīng)用數(shù)字樣機(jī)的過程，是在產(chǎn)品開發(fā)的數(shù)字階段，使

5、用數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化、分析、模擬、數(shù)據(jù)管理乃至市場宣傳的技術(shù)解決方案。數(shù)字樣機(jī)流程圖概念設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)數(shù)字仿真工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造使用維護(hù)1.3 西門子講的數(shù)字樣機(jī) Siemens PLM，即原來的UGS公司在NX5軟件中推出了主動(dòng)數(shù)字樣機(jī)技術(shù)。該技術(shù)將輕量化三維模型內(nèi)置于數(shù)字樣機(jī)之中，實(shí)現(xiàn)輕量化三維模型和實(shí)體模型的混合應(yīng)用。該技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是，設(shè)計(jì)師需要編輯的部分采用實(shí)體模型，確保精度，而其它部分采用輕量化三維模型，大大提高顯示速度。使得數(shù)字樣機(jī)的顯示和編輯對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求大大降低。 1.4 達(dá)索講的電子樣機(jī) 法國達(dá)索系統(tǒng)公司的數(shù)字樣機(jī)概念則強(qiáng)化了對(duì)產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)、三維可視化、制造過程仿真、

6、工程分析實(shí)現(xiàn)集成應(yīng)用。 它的電子樣機(jī)DMU 是達(dá)索系統(tǒng)公司的得意之作。 “DMU為一實(shí)用的對(duì)整個(gè)產(chǎn)品或產(chǎn)品的部分進(jìn)行計(jì)算機(jī)電子模擬的技術(shù)。它需具有完整的功能，包括：集成的造型，可視化，功能性檢測，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置管理等功能，為數(shù)據(jù)管理， 信息轉(zhuǎn)遞和決策過程三大領(lǐng)域提供方案。最終能更快，更好地以最低成本開發(fā)和生產(chǎn)汽車和其它產(chǎn)品?！?1.5 PTC公司講的數(shù)字樣機(jī) PTC則對(duì)數(shù)字樣機(jī)賦予了另一方面的含義。即數(shù)字樣機(jī)中不僅包含產(chǎn)品的數(shù)字化模型，還包含各類產(chǎn)品文檔的數(shù)字化模型，以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算過程。1.6 中國航空制造業(yè)對(duì)數(shù)字樣機(jī)的描述 數(shù)字樣機(jī)是對(duì)產(chǎn)品的真實(shí)化、集成化的虛擬仿真，用于工程設(shè)計(jì)、

7、干涉檢查、機(jī)構(gòu)仿真、產(chǎn)品拆裝、加工制造和維護(hù)檢測等模擬環(huán)境，要求具備集成化造型、可視化、功能檢測、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置管理等完整的功能，并為數(shù)據(jù)管理、信息傳遞和決策過程等三大領(lǐng)域提供方案。它覆蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到售后服務(wù)的全生命周期，是支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工作流程控制、信息傳遞與共享、決策制定的公共數(shù)據(jù)平臺(tái)。1.7 數(shù)字樣機(jī)的技術(shù)特點(diǎn) 無論是狹義的還是廣義的數(shù)字樣機(jī)，都具有如下技術(shù)特點(diǎn)： 真實(shí)性。 面向產(chǎn)品全生命周期。 多學(xué)科交叉性。 全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。強(qiáng)調(diào)將產(chǎn)品整個(gè)生命周期的各個(gè)研發(fā)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。 不需要制造成本，不僅能一直保持最新版本的設(shè)計(jì)方案，而且所有數(shù)據(jù)都可以進(jìn)行保存、回溯和跟蹤。 綠色環(huán)保。1.

8、8 數(shù)字樣機(jī)應(yīng)用實(shí)例和效益 實(shí)例1：殲轟-7“飛豹”戰(zhàn)機(jī)的無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)（數(shù)字樣機(jī)）。（2003年，用CATIA） 效益：由于采用了數(shù)字樣機(jī)技術(shù)，才取得了改進(jìn)的成功。 實(shí)例2：波音777的無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)（數(shù)字樣機(jī)）。（上世紀(jì)90年代，用CATIA） 效益：開發(fā)費(fèi)用和時(shí)間節(jié)約50%；設(shè)計(jì)更改、返工率減少93%以上；出現(xiàn)問題比傳統(tǒng)制造減少50%80%。殲轟殲轟-7“-7“飛豹飛豹”戰(zhàn)機(jī)戰(zhàn)機(jī)波音波音777777中國國際航空中國國際航空B777-200 中國南方航空中國南方航空B777-200ER 國泰航空國泰航空B777飛豹改進(jìn)型飛豹改進(jìn)型 1.9 飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)的分類 按研制進(jìn)程分為：一級(jí)樣機(jī)（含概念樣機(jī)、

9、方案樣機(jī)）；二級(jí)樣機(jī)；三級(jí)樣機(jī)。 按功能分為：結(jié)構(gòu)樣機(jī)；系統(tǒng)樣機(jī)；分區(qū)樣機(jī)；全機(jī)樣機(jī)。 為支持培訓(xùn)、市場營銷等特殊項(xiàng)目而構(gòu)建的數(shù)字樣機(jī)為專用數(shù)字樣機(jī)。1.10 數(shù)字樣機(jī)的發(fā)展階段 “甩圖板”階段：從1982年歐特克發(fā)布2D繪圖標(biāo)準(zhǔn)AutoCAD開始，到現(xiàn)在還不斷有人提出要訓(xùn)練用圖板畫圖，太“落伍”了！ 三維（3D）設(shè)計(jì)階段：從1988年P(guān)TC發(fā)布第一個(gè)參數(shù)化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軟件Pro/E開始，先后誕生了低、中、高端的一系列三維設(shè)計(jì)軟件。是過渡階段。 數(shù)字樣機(jī)（“無圖紙”）階段：從上世紀(jì)90年代誕生世界第一架數(shù)字樣機(jī)“波音777”開始。當(dāng)今叫得最響的是“歐特克” ，水平最高應(yīng)用時(shí)間最早的是“達(dá)索” （它

10、稱電子樣機(jī)）。 “如今，單純的二維或三維設(shè)計(jì)的年代已經(jīng)過去，數(shù)字化樣機(jī)的時(shí)代正在到來?！庇腥巳缡钦f。 2D3D數(shù)字樣機(jī)，不可抗拒，要急起直追！1.11 數(shù)字樣機(jī)研發(fā)軟件選用 不能搞“百家軍”，要用同一公司（含有緊密合作關(guān)系公司）產(chǎn)品，才能真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期中每個(gè)環(huán)節(jié)間的數(shù)據(jù)的無縫對(duì)接（集成）。再就是要看行業(yè)（“量體裁衣”），如：中航工業(yè)和一汽用CATIA。1.11 數(shù)字樣機(jī)研發(fā)軟件選用 “歐家軍”值得重視（美中不足是沒有本公司的CAM軟件），“達(dá)索” 、“西門子”和“PTC”及本國的“CAXA系列”都是候選對(duì)象。還有眾多的小兄弟，我認(rèn)為不值得一提，用數(shù)字樣機(jī)概念來衡量，它們還差得遠(yuǎn)?！皻W家

11、軍”軟件 歐特克數(shù)字樣機(jī)解決方案包含豐富的功能應(yīng)用，與Autodesk Inventor軟件配合使用，可完整涵蓋從概念設(shè)計(jì)到工程設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)制造的全部流程。 短板或叫軟肋是數(shù)控加工軟件要用“SolidCAM”?！皻W家軍”軟件 AutoCAD Electrical ：幫助電氣設(shè)計(jì)工程師快速完成電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。大型電氣控制設(shè)計(jì)項(xiàng)目可設(shè)置單獨(dú)的元器件型號(hào)庫，其項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可快速訪問并調(diào)用該庫?！皻W家軍”軟件 AutoCAD Mechanical ：優(yōu)化增強(qiáng)公差尺寸標(biāo)注功能，改善操作環(huán)境。用戶甚至不用點(diǎn)擊任何命令或打開任何對(duì)話框，就可以快速、直接的進(jìn)行公差尺寸的標(biāo)注，并將文件屬性添加到這些注釋中?！?/p>

12、歐家軍”軟件 Autodesk Algor Simulation ： 這一機(jī)械仿真分析工具現(xiàn)已與Autodesk Moldflow 軟件集成，工程師在進(jìn)行塑料零件結(jié)構(gòu)分析時(shí)可以利用Moldflow分析結(jié)果和Moldflow材料數(shù)據(jù)庫?！皻W家軍”軟件 Autodesk Alias 系列：包括Alias Sketch、Alias Design、Alias Surface和Alias Automotive，提供了A級(jí)曲面設(shè)計(jì)及編輯功能，是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的繪圖、建模和可視化工具。新的Autodesk Alias Sketch軟件獨(dú)特的手繪功能和矢量化工作流程可幫助創(chuàng)意專業(yè)人士迅速將構(gòu)思轉(zhuǎn)化為引人注目的產(chǎn)品模

13、型。“歐家軍”軟件 早前，歐特克實(shí)驗(yàn)室推出了Autodesk Inventor Publisher技術(shù)預(yù)覽版，其商業(yè)版軟件也于近日首次亮相。這款易用的制圖軟件能夠創(chuàng)建出效果真實(shí)的產(chǎn)品圖紙，制造型企業(yè)可以從設(shè)計(jì)到制造的整個(gè)過程中使用同一個(gè)數(shù)字模型，從而為客戶提供更清晰、更全面的技術(shù)指導(dǎo)?！皻W家軍”軟件 Autodesk Moldflow ：可以幫助用戶在制造過程開始前驗(yàn)證和優(yōu)化塑料零件和注塑模具的設(shè)計(jì)，方便地將Moldflow的模擬結(jié)果輸出到Autodesk Showcase 工業(yè)設(shè)計(jì)可視化軟件中，借以顯示出缺陷，查看零件在現(xiàn)實(shí)中的外觀，進(jìn)而幫助評(píng)估零件質(zhì)量和做出更好的設(shè)計(jì)決策?！皻W家軍”軟件

14、Autodesk Vault系列：是管理整個(gè)數(shù)字樣機(jī)流程的工作組級(jí)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，現(xiàn)推出全新視覺體驗(yàn)，用戶可將Vault信息以圖形方式直接映射到Autodesk Inventor模型中，從而簡化工作流程，從根本上改進(jìn)報(bào)告和決策過程，加快模型選擇及互動(dòng)的速度。請看數(shù)字樣機(jī)裝配視頻請看“虛擬數(shù)控機(jī)床實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)”視頻請看宇龍數(shù)控仿真軟件界面介紹2 何謂數(shù)字仿真 2.1 仿真概念：利用模型復(fù)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，并通過對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)來研究存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)，又稱模擬。 2 何謂數(shù)字仿真 2.2 仿真分類：模擬計(jì)算機(jī)仿真（簡稱模擬仿真）、數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真（簡稱數(shù)字仿真）、混合計(jì)算機(jī)仿真（簡稱混合仿真

15、）；實(shí)物模型仿真（簡稱物理仿真）、數(shù)學(xué)模型仿真（簡稱數(shù)學(xué)仿真）；連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散系統(tǒng)仿真；機(jī)電系統(tǒng)仿真、化工系統(tǒng)仿真2 何謂數(shù)字仿真 2.3 仿真模型：仿真模型是被仿真對(duì)象的相似物或其結(jié)構(gòu)形式。它可以是物理模型或數(shù)學(xué)模型。2 何謂數(shù)字仿真 2.4 仿真試驗(yàn)：為了尋求系統(tǒng)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，常常要在仿真模型上進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)可觀察系統(tǒng)模型各變量變化的全過程。2 何謂數(shù)字仿真 2.5 仿真工具：主要指的是仿真硬件和軟件。硬件最主要的是計(jì)算機(jī)，軟件包括仿真程序、仿真程序包、仿真語言和以數(shù)據(jù)庫為核心的仿真軟件系統(tǒng)。2 何謂數(shù)字仿真 2.6 仿真軟件：有專用的和集成的兩類。專用的如機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自

16、動(dòng)分析軟件“ADAMS” （用于對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析）。集成的如CATIA、UG NX、Creo、Inventor、SolidWorks、SolidEDGE、CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)等。UGSUGS（現(xiàn)在為（現(xiàn)在為SiemensSiemens ）的數(shù)字化仿真的數(shù)字化仿真 UGS公司的數(shù)字化仿真解決方案,涵蓋了從CAD/CAE/CAM到PLM（產(chǎn)品全生命周期管理）的全過程，它是基于數(shù)字樣機(jī)構(gòu)建和數(shù)字化仿真的過程。 UGS 數(shù)字化仿真系列軟件與解決方案處于產(chǎn)品設(shè)計(jì)/仿真分析集成領(lǐng)域的業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)地位。請看沖壓仿真視頻請看哈爾濱工程大學(xué)仿真視頻CATIA數(shù)字仿真1CATIA數(shù)字仿真2CATI

17、A數(shù)字仿真3CATIA數(shù)字仿真4CATIA數(shù)字仿真5SolidWorks數(shù)字仿真1SolidWorks數(shù)字仿真2ProE（現(xiàn)在為CREO）運(yùn)動(dòng)仿真1、2、33 現(xiàn)代先進(jìn)的產(chǎn)品研發(fā)理念 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的全程數(shù)字化，包括各種管理文檔。要徹底摒棄只有“手工”才能建立抽象理論概念的過時(shí)觀念。 基于特征的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)（含工藝設(shè)計(jì)）是基礎(chǔ)性工作。 自由建模、直接建模、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等是概念設(shè)計(jì)、設(shè)、直接建模、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等是概念設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)修改的不可缺少的先進(jìn)工具和手段。（在另外一講計(jì)修改的不可缺少的先進(jìn)工具和手段。（在另外一講中詳細(xì)闡述）中詳細(xì)闡述） 先進(jìn)的、完善的、上下游協(xié)調(diào)的硬件和軟件是必備條

18、件。 要實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、并行工程、價(jià)值工程、反求工程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM、物料需求計(jì)劃MRP、企業(yè)資源計(jì)劃ERP等。 數(shù)字仿真是保證產(chǎn)品性價(jià)比和可靠性、安全性等指標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)，而且數(shù)字仿真驅(qū)動(dòng)數(shù)字設(shè)計(jì)會(huì)越來越成為時(shí)尚。4 我們的教育培訓(xùn)應(yīng)符合時(shí)代潮流總的想法就是要強(qiáng)化數(shù)字樣機(jī)的數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)字化仿真的教育培訓(xùn)：相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容和方法要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。例如：數(shù)字（計(jì)算機(jī)）繪圖、數(shù)字工程力學(xué)、數(shù)字工業(yè)設(shè)計(jì)、數(shù)字機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析仿真、數(shù)字零部件設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)有限元分析、數(shù)字公差分析、數(shù)字工藝設(shè)計(jì)與制造過程仿真、數(shù)字樣機(jī)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真、數(shù)字逼真圖像設(shè)計(jì)、數(shù)控編程與加工仿真、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM應(yīng)用等?！?C集成軟件應(yīng)用”應(yīng)該成為“3年學(xué)歷教育”中“不斷線”的主干課程。在學(xué)歷教育中鍛煉一支能夠擔(dān)負(fù)數(shù)字樣機(jī)研發(fā)的教師團(tuán)隊(duì)（邊學(xué)邊教），在培訓(xùn)中顯露我們有可以研發(fā)數(shù)字樣機(jī)的實(shí)力和水平，在數(shù)字樣機(jī)研發(fā)實(shí)踐中創(chuàng)造一定的社會(huì)效益，甚至獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。為此，要轉(zhuǎn)變觀念、統(tǒng)一思想，做好有關(guān)專業(yè)的頂層設(shè)計(jì)和實(shí)施計(jì)劃。重在高起點(diǎn)起步（要“跳一跳”才能達(dá)到），建立協(xié)同教學(xué)和研發(fā)數(shù)字樣機(jī)的團(tuán)隊(duì)，形成整體實(shí)力。最后展示部分自做作品應(yīng)用鏡頭眩光效果 修改渲染設(shè)置（模型反射室內(nèi)環(huán)境） 渲染窗口圖像（自做“反射鏡面”模型） 用“圖像