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数字化设计技术 数字化设计技术 数字化设计的概念： 数字化设计是指将计算机技术应用于产品设计域，通过基于产品描述的数字化平台，建立数字化产品模型并在产品开发过程应用，达到减少或避免使用实物模型的一种产品开发技术。 数字化设计技术的发展历程 : 第一阶段： CAx工具应用阶段。各种CAx工具（CAD /CAE /CAM /CAT等）开始出现并逐步得到应用，标志着数字化设计的开始。 第二阶段：并行工程应用阶段。具体体现在PDM（产品数据管理）技术及DFx（如DFM、DFA等）技术在产品设计阶段的应用。并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术的支持下，将原来分别依次进行的工作在时间和空间上交叉、重叠，利用原有技术，吸收了计算机技术、信息技术的成果，成为产品数字化设计的重要手段和先进制造技术的基础。 第三阶段：虚拟样机技术应用阶段。虚拟样机技术是一种基于虚拟样机的数字化设计方法，是CAx/DFx建模/仿真技术、现代信息技术、先进设计制造技术和现代管理技术，将这些技术应用于复杂产品全生命周期、全系统，并对它们进行综合管理。虚拟样机技术强调系统的观点，涉及产品全生命周期，支持对产品的全方位测试、分析与评估，强调不同领域的虚拟化的协同设计。 在产品全生命周期中的虚拟样机 1.1 需求样机 需求样机是根据用户需求建立的未来产品的可视化和数字化描述，描述产品功能和外部行为的结构模型 进行未来产品的功能仿真，给设计部门演示和说明产品功能的具体要求和使用环境 给出未来产品的性能要求及其粗略框架，框架由有待填充、细化和完善的功能模块组成 1.2 概念样机 概念样机是根据需求样机的要求，对所提出未来产品的方案设想的可视化和数字化描述 细化了功能模块和模块间的信息流动关系 为产品的性能和外部行为提供物理细节和更详细的可视化描述 对产品的可制造性、可装配性及其可维护性进行概略评估 1.3 工程样机 工程样机是概念样机的进一步细化，主要由产品的各种物理性能模型、CAD模型以及其他模型（成本、维护等）组成 开展产品的各种仿真试验工作，评估详细设计方案的优缺点，以及可制造性、可装配性、可维护性等 根据评估结果，对产品的开发和生产进度、成本、质量提出更为全面的要求 1.4 最终样机 在产品生产、装配和使用前，虚拟样机在工程上基本定型。原型样机是将原有样机与实际使用环境相结合，检验产品的实际使用效果，评估进一步改进设计方案的可能性 加入可靠性模型、维护模型和可用性模型，支持产品的虚拟维护 加入虚拟仿真模型和操作模型，支持产品的使用训练模拟 并行工程是虚拟样机技术指导思想， 建模/仿真是虚拟样机技术的核心 协同仿真是虚拟样机技术的关键 CAx/ DFx/仿真虚拟样机技术的工具 虚拟设计与传统设计 传统设计： 设计对象：物理样机 设计环境：真实环境，以图纸上的线条、线框表述设计对象 特点：步骤清晰、责任明确，但反复的过程中消耗较大的人力物力和时间 虚拟设计： 设计对象：虚拟样机 设计环境：虚拟环境，在计算机上方便进行交互、实时、可视化的修改，并能马上看到结果。 特点：并行工程，协同工作、异地设计、资源共享、优势互补，缩短周期 数字化仿真的优势： 提高产品质量 缩短产品开发周期 降低产品开发成本 完成复杂产品的操作和使用训练 谢谢观赏 * * 产品设计虽然只占产品整个成本的5％，但它却影响产品整个成本的70％。 CAD CAE CAPP CAQ CAFD CATD CAT CAX/设计工具/信息集成 并行 工程 使能技术与工具 产品数字化建模、信息集成 CAx、DFx 、PDM 开发过程重组 过程建模、分析、改进、 监控等 集成产品 开发团队 计算机网络 数据库 CSCW 协调与冲突仲裁 组织环境 协同工作环境 虚拟样机 Time = $ 概念 产品 基于虚拟样机的设计的开发时间 无虚拟样机的设计的开发时间 1. 虚拟样机 虚拟样机是由分布的、不同工具开发的、甚至异构的子模型组成的模型联合体： 产品的CAD模型 产品的外观表示模型 产品的功能和性能仿真模型 产品的各种分析模型（可制 造性、可装配性等） 产品的使用和维护模型 以及环境模型等； 虚拟样机支持产品开发制造的全生命周期 需求分析和定义 概念设计 详细设计 生产制造 测试评估 使用 维护训练 直至销毁等不同阶段 概念设计 详细设计 测试评估 使用 维护训练 需求分析 和定义 销毁 需求样机 概念样机 工程样机 最终样机 1. 虚拟样机 需求论证 概念设计 详细设计 生产、装配 维护 数字化仿真技术已经被人们广泛用于汽车、铁路车辆、航空航天飞行器、机器人等复杂产品的设计中。 戴维·陈是GM RD虚