數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件

數(shù)字化設(shè)計技術(shù)第一章概念第二章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程

第三章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)之虛擬樣機第四章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用—機身外形設(shè)計第五章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的總結(jié)數(shù)字化設(shè)計技術(shù)第一章概念第一章概念第一章概念1.數(shù)字化設(shè)計數(shù)字化設(shè)計是指將計算機技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，通過基于產(chǎn)品描述的數(shù)字化平臺，建立數(shù)字化產(chǎn)品模型并在產(chǎn)品開發(fā)過程應(yīng)用，達到減少或避免使用實物模型的一種產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。數(shù)字化設(shè)計具有以下兩個顯著優(yōu)點：1.數(shù)字化設(shè)計（1）減少設(shè)計過程中實物模型的制造。傳統(tǒng)設(shè)計在產(chǎn)品研制中需經(jīng)過反復(fù)多次的“樣機生產(chǎn)-樣機測試-修改設(shè)計”的過程，這不僅耗費物力、財力，還使得產(chǎn)品研制周期延長。數(shù)字化設(shè)計則在制造物理樣機之前，針對數(shù)字化模型進行仿真分析與測試，可排除某些設(shè)計不合理性；

（2）易于實現(xiàn)設(shè)計的并行化。相對與傳統(tǒng)設(shè)計過程的串行化，數(shù)字化設(shè)計可以讓一項設(shè)計工作由多個設(shè)計隊伍在不同的地域分頭并行設(shè)計、共同裝配，這在提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量與速度方面具有重要的意義。（1）減少設(shè)計過程中實物模型的制造。傳統(tǒng)設(shè)計在產(chǎn)品研制中需經(jīng)第二章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程第一階段：CAx工具應(yīng)用階段。各種CAx工具（CAD/CAE/CAM/CAT等）開始出現(xiàn)并逐步得到應(yīng)用，標志著數(shù)字化設(shè)計的開始。第二章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程第一階段：CAx工具應(yīng)CADCAECAPPCAQCAFDCATDCATCAX/設(shè)計工具/信息集成CADCAECAPPCAQCAFDCATDCATCAX/設(shè)計第二階段：并行工程應(yīng)用階段。具體體現(xiàn)在PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）技術(shù)及DFx（如DFM、DFA等）技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計階段的應(yīng)用。并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術(shù)的支持下，將原來分別依次進行的工作在時間和空間上交叉、重疊，利用原有技術(shù)，吸收了計算機技術(shù)、信息技術(shù)的成果，成為產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計的重要手段和先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)。第二階段：并行工程應(yīng)用階段。具體體現(xiàn)在PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）使能技術(shù)與工具產(chǎn)品數(shù)字化建模、信息集成CAx、DFx、PDM開發(fā)過程重組過程建模、分析、改進、監(jiān)控等集成產(chǎn)品開發(fā)團隊計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫CSCW協(xié)調(diào)與沖突仲裁組織環(huán)境協(xié)同工作環(huán)境并行工程使能技術(shù)與工具產(chǎn)品數(shù)字化建模、信息集成開發(fā)過程重組過程建模、第三階段：虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用階段。虛擬樣機技術(shù)是一種基于虛擬樣機的數(shù)字化設(shè)計方法，是CAx/DFx建模/仿真技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、先進設(shè)計制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，將這些技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜產(chǎn)品全生命周期、全系統(tǒng)，并對它們進行綜合管理。虛擬樣機技術(shù)強調(diào)系統(tǒng)的觀點，涉及產(chǎn)品全生命周期，支持對產(chǎn)品的全方位測試、分析與評估，強調(diào)不同領(lǐng)域的虛擬化的協(xié)同設(shè)計。第三階段：虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用階段。虛擬樣機技術(shù)是一種基于虛擬樣Time=$Time=$第三章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)之虛擬樣機虛擬樣機是由分布的、不同工具開發(fā)的、甚至異構(gòu)的子模型組成的模型聯(lián)合體：產(chǎn)品的CAD模型產(chǎn)品的外觀表示模型產(chǎn)品的功能和性能仿真模型產(chǎn)品的各種分析模型（可制造性、可裝配性等）產(chǎn)品的使用和維護模型以及環(huán)境模型等；第三章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)之虛擬樣機虛擬樣機是由分布的、不同虛擬樣機支持產(chǎn)品開發(fā)制造的全生命周期需求分析和定義概念設(shè)計詳細設(shè)計生產(chǎn)制造測試評估使用維護訓(xùn)練直至銷毀等不同階段概念設(shè)計詳細設(shè)計測試評估使用維護訓(xùn)練需求分析和定義銷毀虛擬樣機支持產(chǎn)品開發(fā)制造的全生命周期概念設(shè)計詳細設(shè)計測試評估在產(chǎn)品全生命周期中的虛擬樣機在產(chǎn)品全生命周期中的虛擬樣機需求樣機需求樣機是根據(jù)用戶需求建立的未來產(chǎn)品的可視化和數(shù)字化描述，描述產(chǎn)品功能和外部行為的結(jié)構(gòu)模型進行未來產(chǎn)品的功能仿真，給設(shè)計部門演示和說明產(chǎn)品功能的具體要求和使用環(huán)境。給出未來產(chǎn)品的性能要求及其粗略框架，框架由有待填充、細化和完善的功能模塊組成。需求樣機需求樣機是根據(jù)用戶需求建立的未來產(chǎn)品的可視化和數(shù)字化概念樣機概念樣機是根據(jù)需求樣機的要求，對所提出未來產(chǎn)品的方案設(shè)想的可視化和數(shù)字化描述。細化了功能模塊和模塊間的信息流動關(guān)系。

為產(chǎn)品的性能和外部行為提供物理細節(jié)和更詳細的可視化描述。對產(chǎn)品的可制造性、可裝配性及其可維護性進行概略評估。概念樣機概念樣機是根據(jù)需求樣機的要求，對所提出未來產(chǎn)品的方工程樣機工程樣機是概念樣機的進一步細化，主要由產(chǎn)品的各種物理性能模型、CAD模型以及其他模型（成本、維護等）組成開展產(chǎn)品的各種仿真試驗工作，評估詳細設(shè)計方案的優(yōu)缺點，以及可制造性、可裝配性、可維護性等。根據(jù)評估結(jié)果，對產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)進度、成本、質(zhì)量提出更為全面的要求。工程樣機工程樣機是概念樣機的進一步細化，主要由產(chǎn)品的各種物理最終樣機在產(chǎn)品生產(chǎn)、裝配和使用前，虛擬樣機在工程上基本定型。原型樣機是將原有樣機與實際使用環(huán)境相結(jié)合，檢驗產(chǎn)品的實際使用效果，評估進一步改進設(shè)計方案的可能性。加入可靠性模型、維護模型和可用性模型，支持產(chǎn)品的虛擬維護。加入虛擬仿真模型和操作模型，支持產(chǎn)品的使用訓(xùn)練模擬。最終樣機在產(chǎn)品生產(chǎn)、裝配和使用前，虛擬樣機在工程上基本定型并行工程是虛擬樣機技術(shù)指導(dǎo)思想，建模/仿真是虛擬樣機技術(shù)的核心，協(xié)同仿真是虛擬樣機技術(shù)的關(guān)鍵，CAx/DFx/仿真虛擬樣機技術(shù)的工具。并行工程是虛擬樣機技術(shù)指導(dǎo)思想，虛擬設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計：設(shè)計對象：物理樣機設(shè)計環(huán)境：真實環(huán)境，以圖紙上的線條、線框表述設(shè)計對象特點：步驟清晰、責(zé)任明確，但反復(fù)的過程中消耗較大的人力物力和時間虛擬設(shè)計：設(shè)計對象：虛擬樣機設(shè)計環(huán)境：虛擬環(huán)境，在計算機上方便進行交互、實時、可視化的修改，并能馬上看到結(jié)果。特點：并行工程，協(xié)同工作、異地設(shè)計、資源共享、優(yōu)勢互補，縮短周期虛擬設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計：第四章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用—機身外形設(shè)計創(chuàng)建機身幾何外形是飛機設(shè)計的核心,它是氣動力計算、總體布置、結(jié)構(gòu)和電氣布置等的設(shè)計基礎(chǔ),機身幾何外形的質(zhì)量直接影響飛機設(shè)計的質(zhì)量。數(shù)字化機身設(shè)計方法有線框模型設(shè)計方法和曲面模型設(shè)計方法等。第四章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用—機身外形設(shè)計創(chuàng)建機身幾何外本章基于ZX1型旋翼機機身線框模型設(shè)計方法步驟如下：1)依照設(shè)計要求、使用要求和人機關(guān)系等進行協(xié)調(diào)布置；2)確定機身主要參數(shù)及縱向輪廓和橫向輪廓參數(shù)；3)根據(jù)機身參數(shù)生成用NURBS曲線表示的機身邊界曲線：根據(jù)機身參數(shù)點生成用NURBS曲線表示的剖截面輪廓線和縱向曲線，利用曲率圖,檢查曲線的光順性,交互修改或自動光順這些曲線,直至曲線光順為止；本章基于ZX1型旋翼機機身線框模型設(shè)計方法步驟如下：4）由各剖截面輪廓和縱向控制線生成機身線框模型5）利用線框模型生成機身曲面，并檢查曲面光順性，如果不光順再反饋給第3）步，直到光順為止；6）結(jié)合各曲面塊，完成機身曲面外形；4）由各剖截面輪廓和縱向控制線生成機身線框模型相對于短翼、尾梁的造型,機身的造型要復(fù)雜得多，這主要是由于機身內(nèi)部裝有眾多的系統(tǒng)和設(shè)備,協(xié)調(diào)關(guān)系非常復(fù)雜。機身外形構(gòu)造的關(guān)鍵在于如何設(shè)計機身的控制截面及其位置。從氣動角度看,機身截面面積越小,機身的氣動阻力就越小。但是從使用角度看，機身截面面積越小，機身空間的體積就越小，機身內(nèi)部一些系統(tǒng)的可達性和開敞性就越差。顯然這是一個相互矛盾的過程，因此機身截面的確定需要綜合考慮這兩方面的約束。既要有足夠的空間容納系統(tǒng),同時也需要滿足最小氣動力要求。相對于短翼、尾梁的造型,機身的造型要復(fù)雜得多，這主要是由于4.1利用人機關(guān)系進行機身內(nèi)部布置：人體模型是飛機內(nèi)部布置的重要工具之一。利用人體模型可以進行乘坐舒適性校核，同時可以檢查踏板、駕駛桿、座椅等部件布置的合理性。人體模型通常被用來檢查飛機內(nèi)部空間如頭部空間、膝部空間、肩部空間、肘部空間等。目前人體尺寸多是以百分位的形式給出的。最簡單的百分位分為三檔：第5百分位、第50百分位、第95百分位，分別對應(yīng)小個子身材，中等個子身材，大個子身材。4.1利用人機關(guān)系進行機身內(nèi)部布置：人體模型是飛機內(nèi)部布置的4.2機身總布局及主要約束條件和參數(shù)的確定

機身外形特征尺寸參數(shù)主要包括：總長、總寬、總高；這些參數(shù)存儲在機身的主模型中，用做機身總體布置，總體尺寸要求ZX1型旋翼機的總體布局思路是：機身前部是并排雙座駕駛艙，中部為雙座或三座乘員艙，后部安裝一臺萊康明八缸活塞式發(fā)動機和三葉推力螺旋槳。該發(fā)動機體積較大，外形尺寸為1180×870×560mm，發(fā)動機上部安裝旋翼傳動系統(tǒng)和發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，為減少機身對螺旋槳的阻塞，機身造型時將機身后部切面盡量縮小。對旋翼機身進行了總體布局后，確定進行三維造型設(shè)計，確定全機尺寸和焦點數(shù)據(jù)。利用數(shù)字化設(shè)計手段協(xié)調(diào)分析（見圖4.1、圖4.2、圖4.3）。4.2機身總布局及主要約束條件和參數(shù)的確定

機身外形特征尺寸圖4.1機身總布置圖數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件圖4.2座艙空間視圖數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件圖4.3正、副駕駛員操作區(qū)域協(xié)調(diào)圖經(jīng)協(xié)調(diào)后確定了機身主要特征尺寸為：機身總長5070mm；機身最大寬度定為1450毫米，機身最大高度1560mm；旋翼軸距機頭3550mm。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件4.3機身剖截面設(shè)計

為減少機身的制造難度，降低制造成本，機身底部平面采用直線形狀；機身頂點和機身兩側(cè)有一定的弧度，使外形美觀、流線、氣動阻力小，當(dāng)控制截面外形初步確定以后,就需要確定這些截面的具體尺寸位置。機身切面外形由上部弧線（R1）、兩側(cè)弧線（R2）和底部直線相交并倒角（r1、r2）而成，如圖4.4所示。上表面半徑R1中心距中心軸1350mm，頂部A點按圖4.5中側(cè)面視圖切面位置確定，兩側(cè)半徑R2中心距中心軸1675mm，B點位置按圖4.5中俯視圖中切面位置確定。截面設(shè)計關(guān)鍵在確定各部分圓弧半徑及中心坐標。4.3機身剖截面設(shè)計

為減少機身的制造難度，降低制造成本，機圖4.4機身切面理論外形示意圖數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件圖4.5機身側(cè)面和俯視圖數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件4.4機身縱向約束控制線

一般初步設(shè)計出的控制截面從縱向看可能是凹凸不平的,這時通過把機身橫向截面的一些特殊位置上的控制點用縱向曲線連接起來,光順這些縱向曲線，就可以得到光順的機身造型。這些參數(shù)通常選擇在機身的上、下頂點、最大寬度點和機身截面曲線斜率不連續(xù)的地方。機身縱向曲線的設(shè)計,可以采用的曲線設(shè)計方法很多,可以是具有解析形式的二次曲線和指數(shù)曲線,也可以是具有插值形式的三次樣條曲線和B樣條曲線。4.4機身縱向約束控制線

一般初步設(shè)計出的控制截面從縱向看可在縱向曲線光順機身截面的過程中,需要特別注意機身截面的協(xié)調(diào)問題。一般來說,縱向曲線的控制點應(yīng)選擇在機身控制截面上,這樣既可以提高參數(shù)的使用效率,又可以控制機身外形的變化。在機身的橫向截面位置通過縱向曲線確定下來以后,機身的整體外形構(gòu)造就由這些控制曲線確定下來（見圖4.6）。在縱向曲線光順機身截面的過程中,需要特別注意機身截面的協(xié)調(diào)4.6各主要控制截面及縱向曲線設(shè)計圖數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件4.5機身外形曲面及光順評價

在構(gòu)造曲面塊的時候，最重要的一步是曲率檢查，曲線是否廣順，直接關(guān)系到曲面造型的質(zhì)量。編輯曲線，使其顯示曲率的變化情況。圖4.7為機身截面輪廓線曲率檢查，可以看出曲平滑光順。如果曲線很不光滑或曲率變化很大，就要對曲線進行曲率編輯。首先是粗調(diào)組成該曲線上的點，使其曲率梳都在曲線弧的外部，接下來的就是曲率的細調(diào)，使其曲率梳平滑光順。設(shè)置更小的顯示比率，將曲率梳的幅值放大，然后在顯示屏上局部放大，以便清晰地調(diào)節(jié)該曲線的曲率，最終要達到在局部放大曲率梳的情況下，曲率梳光滑連續(xù)。4.5機身外形曲面及光順評價

在構(gòu)造曲面塊的時候，圖4.7機身截面曲率檢查數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件第五章數(shù)字化設(shè)計的總結(jié)隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,使得基于多媒體計算機系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化設(shè)計技術(shù)為現(xiàn)代制造系統(tǒng)的并行作業(yè)、分布式運行、虛擬協(xié)作、遠程操作與監(jiān)視等提供了可能。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)與產(chǎn)品的發(fā)展趨勢如下:

(1)制造信息的數(shù)字化,將實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM/CAE的一體化,使產(chǎn)品向無圖紙設(shè)計方向發(fā)展。(2)通過局域網(wǎng)實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部并行工程,通過Internet建立跨地區(qū)的虛擬企業(yè),實現(xiàn)資源共享,優(yōu)化配置,使設(shè)計業(yè)向互聯(lián)網(wǎng)輔助設(shè)計方向發(fā)展;

(3)將數(shù)字化技術(shù)注入傳統(tǒng)產(chǎn)品,開發(fā)新產(chǎn)品,無論從工業(yè)裝備和人民生活需求都是社會發(fā)展的趨勢。

特別是在我國,國家在數(shù)字裝備和數(shù)字設(shè)計的基礎(chǔ)研究方面應(yīng)加大資助力度,建立國家級的研究中心和工程中心;與數(shù)字地球、數(shù)字流域、數(shù)字城市等數(shù)字技術(shù)相適應(yīng),大力發(fā)展和應(yīng)用適合我國國情和國防建設(shè)的數(shù)字設(shè)計技術(shù)和精密、重大數(shù)字裝備;特別重視人才隊伍建設(shè),大力培養(yǎng)一批具有創(chuàng)新意識、思維活躍、立足國內(nèi)的從事數(shù)字制造基礎(chǔ)研究的高科技人才;積極開展數(shù)字設(shè)計的國際交流和合作,盡快提高我國數(shù)字設(shè)計的研究水平。實現(xiàn)我國設(shè)計業(yè)的跨躍式發(fā)展。第五章數(shù)字化設(shè)計的總結(jié)隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,使得謝謝觀賞謝謝觀賞數(shù)字化設(shè)計技術(shù)第一章概念第二章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程

第三章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)之虛擬樣機第四章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用—機身外形設(shè)計第五章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的總結(jié)數(shù)字化設(shè)計技術(shù)第一章概念第一章概念第一章概念1.數(shù)字化設(shè)計數(shù)字化設(shè)計是指將計算機技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，通過基于產(chǎn)品描述的數(shù)字化平臺，建立數(shù)字化產(chǎn)品模型并在產(chǎn)品開發(fā)過程應(yīng)用，達到減少或避免使用實物模型的一種產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。數(shù)字化設(shè)計具有以下兩個顯著優(yōu)點：1.數(shù)字化設(shè)計（1）減少設(shè)計過程中實物模型的制造。傳統(tǒng)設(shè)計在產(chǎn)品研制中需經(jīng)過反復(fù)多次的“樣機生產(chǎn)-樣機測試-修改設(shè)計”的過程，這不僅耗費物力、財力，還使得產(chǎn)品研制周期延長。數(shù)字化設(shè)計則在制造物理樣機之前，針對數(shù)字化模型進行仿真分析與測試，可排除某些設(shè)計不合理性；

（2）易于實現(xiàn)設(shè)計的并行化。相對與傳統(tǒng)設(shè)計過程的串行化，數(shù)字化設(shè)計可以讓一項設(shè)計工作由多個設(shè)計隊伍在不同的地域分頭并行設(shè)計、共同裝配，這在提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量與速度方面具有重要的意義。（1）減少設(shè)計過程中實物模型的制造。傳統(tǒng)設(shè)計在產(chǎn)品研制中需經(jīng)第二章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程第一階段：CAx工具應(yīng)用階段。各種CAx工具（CAD/CAE/CAM/CAT等）開始出現(xiàn)并逐步得到應(yīng)用，標志著數(shù)字化設(shè)計的開始。第二章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程第一階段：CAx工具應(yīng)CADCAECAPPCAQCAFDCATDCATCAX/設(shè)計工具/信息集成CADCAECAPPCAQCAFDCATDCATCAX/設(shè)計第二階段：并行工程應(yīng)用階段。具體體現(xiàn)在PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）技術(shù)及DFx（如DFM、DFA等）技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計階段的應(yīng)用。并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術(shù)的支持下，將原來分別依次進行的工作在時間和空間上交叉、重疊，利用原有技術(shù)，吸收了計算機技術(shù)、信息技術(shù)的成果，成為產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計的重要手段和先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)。第二階段：并行工程應(yīng)用階段。具體體現(xiàn)在PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）使能技術(shù)與工具產(chǎn)品數(shù)字化建模、信息集成CAx、DFx、PDM開發(fā)過程重組過程建模、分析、改進、監(jiān)控等集成產(chǎn)品開發(fā)團隊計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫CSCW協(xié)調(diào)與沖突仲裁組織環(huán)境協(xié)同工作環(huán)境并行工程使能技術(shù)與工具產(chǎn)品數(shù)字化建模、信息集成開發(fā)過程重組過程建模、第三階段：虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用階段。虛擬樣機技術(shù)是一種基于虛擬樣機的數(shù)字化設(shè)計方法，是CAx/DFx建模/仿真技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、先進設(shè)計制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，將這些技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜產(chǎn)品全生命周期、全系統(tǒng)，并對它們進行綜合管理。虛擬樣機技術(shù)強調(diào)系統(tǒng)的觀點，涉及產(chǎn)品全生命周期，支持對產(chǎn)品的全方位測試、分析與評估，強調(diào)不同領(lǐng)域的虛擬化的協(xié)同設(shè)計。第三階段：虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用階段。虛擬樣機技術(shù)是一種基于虛擬樣Time=$Time=$第三章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)之虛擬樣機虛擬樣機是由分布的、不同工具開發(fā)的、甚至異構(gòu)的子模型組成的模型聯(lián)合體：產(chǎn)品的CAD模型產(chǎn)品的外觀表示模型產(chǎn)品的功能和性能仿真模型產(chǎn)品的各種分析模型（可制造性、可裝配性等）產(chǎn)品的使用和維護模型以及環(huán)境模型等；第三章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)之虛擬樣機虛擬樣機是由分布的、不同虛擬樣機支持產(chǎn)品開發(fā)制造的全生命周期需求分析和定義概念設(shè)計詳細設(shè)計生產(chǎn)制造測試評估使用維護訓(xùn)練直至銷毀等不同階段概念設(shè)計詳細設(shè)計測試評估使用維護訓(xùn)練需求分析和定義銷毀虛擬樣機支持產(chǎn)品開發(fā)制造的全生命周期概念設(shè)計詳細設(shè)計測試評估在產(chǎn)品全生命周期中的虛擬樣機在產(chǎn)品全生命周期中的虛擬樣機需求樣機需求樣機是根據(jù)用戶需求建立的未來產(chǎn)品的可視化和數(shù)字化描述，描述產(chǎn)品功能和外部行為的結(jié)構(gòu)模型進行未來產(chǎn)品的功能仿真，給設(shè)計部門演示和說明產(chǎn)品功能的具體要求和使用環(huán)境。給出未來產(chǎn)品的性能要求及其粗略框架，框架由有待填充、細化和完善的功能模塊組成。需求樣機需求樣機是根據(jù)用戶需求建立的未來產(chǎn)品的可視化和數(shù)字化概念樣機概念樣機是根據(jù)需求樣機的要求，對所提出未來產(chǎn)品的方案設(shè)想的可視化和數(shù)字化描述。細化了功能模塊和模塊間的信息流動關(guān)系。

為產(chǎn)品的性能和外部行為提供物理細節(jié)和更詳細的可視化描述。對產(chǎn)品的可制造性、可裝配性及其可維護性進行概略評估。概念樣機概念樣機是根據(jù)需求樣機的要求，對所提出未來產(chǎn)品的方工程樣機工程樣機是概念樣機的進一步細化，主要由產(chǎn)品的各種物理性能模型、CAD模型以及其他模型（成本、維護等）組成開展產(chǎn)品的各種仿真試驗工作，評估詳細設(shè)計方案的優(yōu)缺點，以及可制造性、可裝配性、可維護性等。根據(jù)評估結(jié)果，對產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)進度、成本、質(zhì)量提出更為全面的要求。工程樣機工程樣機是概念樣機的進一步細化，主要由產(chǎn)品的各種物理最終樣機在產(chǎn)品生產(chǎn)、裝配和使用前，虛擬樣機在工程上基本定型。原型樣機是將原有樣機與實際使用環(huán)境相結(jié)合，檢驗產(chǎn)品的實際使用效果，評估進一步改進設(shè)計方案的可能性。加入可靠性模型、維護模型和可用性模型，支持產(chǎn)品的虛擬維護。加入虛擬仿真模型和操作模型，支持產(chǎn)品的使用訓(xùn)練模擬。最終樣機在產(chǎn)品生產(chǎn)、裝配和使用前，虛擬樣機在工程上基本定型并行工程是虛擬樣機技術(shù)指導(dǎo)思想，建模/仿真是虛擬樣機技術(shù)的核心，協(xié)同仿真是虛擬樣機技術(shù)的關(guān)鍵，CAx/DFx/仿真虛擬樣機技術(shù)的工具。并行工程是虛擬樣機技術(shù)指導(dǎo)思想，虛擬設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計：設(shè)計對象：物理樣機設(shè)計環(huán)境：真實環(huán)境，以圖紙上的線條、線框表述設(shè)計對象特點：步驟清晰、責(zé)任明確，但反復(fù)的過程中消耗較大的人力物力和時間虛擬設(shè)計：設(shè)計對象：虛擬樣機設(shè)計環(huán)境：虛擬環(huán)境，在計算機上方便進行交互、實時、可視化的修改，并能馬上看到結(jié)果。特點：并行工程，協(xié)同工作、異地設(shè)計、資源共享、優(yōu)勢互補，縮短周期虛擬設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)設(shè)計：第四章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用—機身外形設(shè)計創(chuàng)建機身幾何外形是飛機設(shè)計的核心,它是氣動力計算、總體布置、結(jié)構(gòu)和電氣布置等的設(shè)計基礎(chǔ),機身幾何外形的質(zhì)量直接影響飛機設(shè)計的質(zhì)量。數(shù)字化機身設(shè)計方法有線框模型設(shè)計方法和曲面模型設(shè)計方法等。第四章數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用—機身外形設(shè)計創(chuàng)建機身幾何外本章基于ZX1型旋翼機機身線框模型設(shè)計方法步驟如下：1)依照設(shè)計要求、使用要求和人機關(guān)系等進行協(xié)調(diào)布置；2)確定機身主要參數(shù)及縱向輪廓和橫向輪廓參數(shù)；3)根據(jù)機身參數(shù)生成用NURBS曲線表示的機身邊界曲線：根據(jù)機身參數(shù)點生成用NURBS曲線表示的剖截面輪廓線和縱向曲線，利用曲率圖,檢查曲線的光順性,交互修改或自動光順這些曲線,直至曲線光順為止；本章基于ZX1型旋翼機機身線框模型設(shè)計方法步驟如下：4）由各剖截面輪廓和縱向控制線生成機身線框模型5）利用線框模型生成機身曲面，并檢查曲面光順性，如果不光順再反饋給第3）步，直到光順為止；6）結(jié)合各曲面塊，完成機身曲面外形；4）由各剖截面輪廓和縱向控制線生成機身線框模型相對于短翼、尾梁的造型,機身的造型要復(fù)雜得多，這主要是由于機身內(nèi)部裝有眾多的系統(tǒng)和設(shè)備,協(xié)調(diào)關(guān)系非常復(fù)雜。機身外形構(gòu)造的關(guān)鍵在于如何設(shè)計機身的控制截面及其位置。從氣動角度看,機身截面面積越小,機身的氣動阻力就越小。但是從使用角度看，機身截面面積越小，機身空間的體積就越小，機身內(nèi)部一些系統(tǒng)的可達性和開敞性就越差。顯然這是一個相互矛盾的過程，因此機身截面的確定需要綜合考慮這兩方面的約束。既要有足夠的空間容納系統(tǒng),同時也需要滿足最小氣動力要求。相對于短翼、尾梁的造型,機身的造型要復(fù)雜得多，這主要是由于4.1利用人機關(guān)系進行機身內(nèi)部布置：人體模型是飛機內(nèi)部布置的重要工具之一。利用人體模型可以進行乘坐舒適性校核，同時可以檢查踏板、駕駛桿、座椅等部件布置的合理性。人體模型通常被用來檢查飛機內(nèi)部空間如頭部空間、膝部空間、肩部空間、肘部空間等。目前人體尺寸多是以百分位的形式給出的。最簡單的百分位分為三檔：第5百分位、第50百分位、第95百分位，分別對應(yīng)小個子身材，中等個子身材，大個子身材。4.1利用人機關(guān)系進行機身內(nèi)部布置：人體模型是飛機內(nèi)部布置的4.2機身總布局及主要約束條件和參數(shù)的確定

機身外形特征尺寸參數(shù)主要包括：總長、總寬、總高；這些參數(shù)存儲在機身的主模型中，用做機身總體布置，總體尺寸要求ZX1型旋翼機的總體布局思路是：機身前部是并排雙座駕駛艙，中部為雙座或三座乘員艙，后部安裝一臺萊康明八缸活塞式發(fā)動機和三葉推力螺旋槳。該發(fā)動機體積較大，外形尺寸為1180×870×560mm，發(fā)動機上部安裝旋翼傳動系統(tǒng)和發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，為減少機身對螺旋槳的阻塞，機身造型時將機身后部切面盡量縮小。對旋翼機身進行了總體布局后，確定進行三維造型設(shè)計，確定全機尺寸和焦點數(shù)據(jù)。利用數(shù)字化設(shè)計手段協(xié)調(diào)分析（見圖4.1、圖4.2、圖4.3）。4.2機身總布局及主要約束條件和參數(shù)的確定

機身外形特征尺寸圖4.1機身總布置圖數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件圖4.2座艙空間視圖數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件圖4.3正、副駕駛員操作區(qū)域協(xié)調(diào)圖經(jīng)協(xié)調(diào)后確定了機身主要特征尺寸為：機身總長5070mm；機身最大寬度定為1450毫米，機身最大高度1560mm；旋翼軸距機頭3550mm。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件4.3機身剖截面設(shè)計

為減少機身的制造難度，降低制造成本，機身底部平面采用直線形狀；機身頂點和機身兩側(cè)有一定的弧度，使外形美觀、流線、氣動阻力小，當(dāng)控制截面外形初步確定以后,就需要確定這些截面的具體尺寸位置。機身切面外形由上部弧線（R1）、兩側(cè)弧線（R2）和底部直線相交并倒角（r1、r2）而成，如圖4.4所示。上表面半徑R1中心距中心軸1350mm，頂部A點按圖4.5中側(cè)面視圖切面位置確定，兩側(cè)半徑R2中心距中心軸1675mm，B點位置按圖4.5中俯視圖中切面位置確定。截面設(shè)計關(guān)鍵在確定各部分圓弧半徑及中心坐標。4.3機身剖截面設(shè)計

為減少機身的制造難度，降低制造成本，機圖4.4機身切面理論外形示意圖數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件圖4.5機身側(cè)面和俯視圖數(shù)字化設(shè)計技術(shù)資料課件4.4機身縱向約束控制線

一般初步設(shè)計出的控制截面從縱向看可能是凹凸不平的,這時通過把機身橫向截面的一些特殊位置上的控制點用縱向曲線連接起來,光順這些縱向曲線，就可以得到光順的機身造型。這些參數(shù)通常選擇在機身的上、下頂點、最大寬度點和機身截面曲線斜率不連續(xù)的地方。機身縱向曲線的設(shè)計,可以采用的曲線設(shè)計方法很多,可以是具有解析形式