數(shù)字樣機與數(shù)字仿真課件講義

數(shù)字樣機與數(shù)字仿真—不可抗拒的產品研發(fā)新潮1數(shù)字樣機與數(shù)字仿真—不可抗拒的產品研發(fā)新潮1目錄1何謂數(shù)字樣機和技術1.1數(shù)字樣機概念1.2歐特克講的數(shù)字樣機和數(shù)字化樣機1.3西門子講的數(shù)字樣機1.4達索講的電子樣機1.5PTC公司講的數(shù)字樣機1.6中國航空制造業(yè)對數(shù)字樣機的描述1.7數(shù)字樣機的技術特點1.8數(shù)字樣機的應用實例和效益1.9飛機數(shù)字樣機的分類1.10數(shù)字樣機的發(fā)展階段1.11數(shù)字樣機研發(fā)軟件選用2何謂數(shù)字仿真3現(xiàn)代先進的產品研發(fā)理念4我們的教育應符合時代潮流展示部分自做作品2目錄1何謂數(shù)字樣機和技術1.9飛機數(shù)字樣機的分類21何謂數(shù)字樣機和技術1.1數(shù)字樣機概念數(shù)字樣機強調將產品整個生命周期的模型實現(xiàn)數(shù)字化，而不僅僅是最終產品的數(shù)字化。數(shù)字樣機貫穿于從產品的概念設計（工業(yè)設計）、工程設計（基于三維CAD和二維CAD的雙向集成，機電軟件混合設計等技術）、工程分析（虛擬仿真）、市場推廣（動漫和3D廣告制作）全過程的集成應用。傳統(tǒng)的基于實物物理樣機的設計開發(fā)試驗研制方法，在很大程度上將被基于計算機的三維數(shù)字樣機技術所取代。31何謂數(shù)字樣機和技術1.1數(shù)字樣機概念31何謂數(shù)字樣機和技術數(shù)字樣機技術是以CAX/DFX技術為基礎，以機械系統(tǒng)運動學、動力學和控制理論為核心，融合虛擬現(xiàn)實、仿真技術、三維計算機圖形技術，將分散的產品設計開發(fā)和分析過程集成在一起，使產品的設計者、制造者和使用者在產品的早期可以直觀形象地對數(shù)字化的虛擬產品原型進行設計優(yōu)化、性能測試、制造仿真和使用仿真，為產品的研發(fā)提供全新的數(shù)字化設計方法。41何謂數(shù)字樣機和技術數(shù)字樣機技術是以CAX/DFX技術為基1.1.1狹義數(shù)字樣機狹義數(shù)字樣機：從計算機圖形學角度出發(fā)，認為數(shù)字樣機是利用虛擬現(xiàn)實技術對產品模型的設計、制造、裝配、使用、維護與回收利用等各種屬性進行分析與設計，在虛擬環(huán)境中逼真地分析與顯示產品的全部特征，以替代或精簡物理樣機。

51.1.1狹義數(shù)字樣機狹義數(shù)字樣機：從計算機圖形學角度出發(fā)1.1.2廣義數(shù)字樣機廣義數(shù)字樣機：從制造的角度出發(fā)，認為數(shù)字樣機是一種基于數(shù)字計算機的產品描述，從產品設計、制造、服務、維護直至產品回收的整個過程中全部所需功能的實時計算機仿真，通過計算機技術對產品的各種屬性進行設計、分析與仿真，以取代或精簡物理樣機。

61.1.2廣義數(shù)字樣機廣義數(shù)字樣機：從制造的角度出發(fā)，認為1.2歐特克講的數(shù)字樣機

和數(shù)字化樣機數(shù)字樣機是相對于物理樣機的概念，是一個能夠考察產品的外型、裝配性、可加工性以及功能特性的三維數(shù)字模型，而數(shù)字化樣機是開發(fā)和應用數(shù)字樣機的過程，是在產品開發(fā)的數(shù)字階段，使用數(shù)字樣機進行設計、優(yōu)化、分析、模擬、數(shù)據(jù)管理乃至市場宣傳的技術解決方案。71.2歐特克講的數(shù)字樣機

和數(shù)字化樣機數(shù)字樣機是相對于物理數(shù)字樣機流程圖概念設計工程設計數(shù)字仿真工藝設計生產制造使用維護8數(shù)字樣機流程圖概念設計工程設計數(shù)字仿真工藝設計生產制造使用維請看歐特克錄制的視頻9請看歐特克錄制的視頻91.3西門子講的數(shù)字樣機SiemensPLM，即原來的UGS公司在NX5軟件中推出了主動數(shù)字樣機技術。該技術將輕量化三維模型內置于數(shù)字樣機之中，實現(xiàn)輕量化三維模型和實體模型的混合應用。該技術的最大優(yōu)點是，設計師需要編輯的部分采用實體模型，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)字樣機的顯示和編輯對計算機硬件的要求大大降低。101.3西門子講的數(shù)字樣機SiemensPLM，即原來的U1.4達索講的電子樣機法國達索系統(tǒng)公司的數(shù)字樣機概念則強化了對產品的詳細設計、三維可視化、制造過程仿真、工程分析實現(xiàn)集成應用。它的電子樣機DMU是達索系統(tǒng)公司的得意之作。“DMU為一實用的對整個產品或產品的部分進行計算機電子模擬的技術。它需具有完整的功能，包括：集成的造型，可視化，功能性檢測，產品結構和配置管理等功能，為數(shù)據(jù)管理，信息轉遞和決策過程三大領域提供方案。最終能更快，更好地以最低成本開發(fā)和生產汽車和其它產品。”

111.4達索講的電子樣機法國達索系統(tǒng)公司的數(shù)字樣機概念則強1.5PTC公司講的數(shù)字樣機PTC則對數(shù)字樣機賦予了另一方面的含義。即數(shù)字樣機中不僅包含產品的數(shù)字化模型，還包含各類產品文檔的數(shù)字化模型，以及產品設計過程中的計算過程。121.5PTC公司講的數(shù)字樣機PTC則對數(shù)字樣機賦予了另一1.6中國航空制造業(yè)

對數(shù)字樣機的描述數(shù)字樣機是對產品的真實化、集成化的虛擬仿真，用于工程設計、干涉檢查、機構仿真、產品拆裝、加工制造和維護檢測等模擬環(huán)境，要求具備集成化造型、可視化、功能檢測、產品結構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域提供方案。它覆蓋了產品從概念設計到售后服務的全生命周期，是支持產品設計和工作流程控制、信息傳遞與共享、決策制定的公共數(shù)據(jù)平臺。131.6中國航空制造業(yè)

對數(shù)字樣機的描述數(shù)字樣機是對產品的真1.7數(shù)字樣機的技術特點無論是狹義的還是廣義的數(shù)字樣機，都具有如下技術特點：⒈真實性。⒉面向產品全生命周期。⒊多學科交叉性。⒋全面實現(xiàn)數(shù)字化。強調將產品整個生命周期的各個研發(fā)環(huán)節(jié)實現(xiàn)數(shù)字化。⒌不需要制造成本，不僅能一直保持最新版本的設計方案，而且所有數(shù)據(jù)都可以進行保存、回溯和跟蹤。⒍綠色環(huán)保。141.7數(shù)字樣機的技術特點無論是狹義的還是廣義的數(shù)字樣機，都1.8數(shù)字樣機應用實例和效益實例1：殲轟-7“飛豹”戰(zhàn)機的無圖紙設計（數(shù)字樣機）。（2003年，用CATIA）效益：由于采用了數(shù)字樣機技術，才取得了改進的成功。實例2：波音777的無圖紙設計（數(shù)字樣機）。（上世紀90年代，用CATIA）效益：開發(fā)費用和時間節(jié)約50%；設計更改、返工率減少93%以上；出現(xiàn)問題比傳統(tǒng)制造減少50%～80%。151.8數(shù)字樣機應用實例和效益實例1：殲轟-7“飛豹”戰(zhàn)機殲轟-7“飛豹”戰(zhàn)機16殲轟-7“飛豹”戰(zhàn)機16波音77717波音77717中國國際航空B777-200

中國南方航空B777-200ER

國泰航空B777飛豹改進型

18中國國際航空B777-200中國南方航空B777-200E1.9飛機數(shù)字樣機的分類按研制進程分為：一級樣機（含概念樣機、方案樣機）；二級樣機；三級樣機。按功能分為：結構樣機；系統(tǒng)樣機；分區(qū)樣機；全機樣機。為支持培訓、市場營銷等特殊項目而構建的數(shù)字樣機為專用數(shù)字樣機。191.9飛機數(shù)字樣機的分類按研制進程分為：一級樣機（含概念樣1.10數(shù)字樣機的發(fā)展階段“甩圖板”階段：從1982年歐特克發(fā)布2D繪圖標準AutoCAD開始，到現(xiàn)在還不斷有人提出要訓練用圖板畫圖，太“落伍”了！三維（3D）設計階段：從1988年PTC發(fā)布第一個參數(shù)化設計標準軟件Pro/E開始，先后誕生了低、中、高端的一系列三維設計軟件。是過渡階段。數(shù)字樣機（“無圖紙”）階段：從上世紀90年代誕生世界第一架數(shù)字樣機“波音777”開始。當今叫得最響的是“歐特克”，水平最高應用時間最早的是“達索”

（它稱電子樣機）?！叭缃?，單純的二維或三維設計的年代已經過去，數(shù)字化樣機的時代正在到來。”有人如是說。2D→3D→數(shù)字樣機，不可抗拒，要急起直追！201.10數(shù)字樣機的發(fā)展階段“甩圖板”階段：從1982年歐特1.11數(shù)字樣機研發(fā)軟件選用不能搞“百家軍”，要用同一公司（含有緊密合作關系公司）產品，才能真正實現(xiàn)產品全生命周期中每個環(huán)節(jié)間的數(shù)據(jù)的無縫對接（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。211.11數(shù)字樣機研發(fā)軟件選用不能搞“百家軍”，要用同一公司1.11數(shù)字樣機研發(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），“達索”

、“西門子”和“PTC”及本國的“CAXA系列”都是候選對象。還有眾多的小兄弟，我認為不值得一提，用數(shù)字樣機概念來衡量，它們還差得遠。221.11數(shù)字樣機研發(fā)軟件選用“歐家軍”值得重視（美中不足是“歐家軍”軟件歐特克數(shù)字樣機解決方案包含豐富的功能應用，與AutodeskInventor軟件配合使用，可完整涵蓋從概念設計到工程設計以及生產制造的全部流程。短板或叫軟肋是數(shù)控加工軟件要用“SolidCAM”。23“歐家軍”軟件歐特克數(shù)字樣機解決方案包含豐富的功能應用，與A“歐家軍”軟件AutoCADElectrical：幫助電氣設計工程師快速完成電氣控制系統(tǒng)設計。大型電氣控制設計項目可設置單獨的元器件型號庫，其項目設計團隊可快速訪問并調用該庫。24“歐家軍”軟件AutoCADElectrical：幫助電“歐家軍”軟件AutoCADMechanical：優(yōu)化增強公差尺寸標注功能，改善操作環(huán)境。用戶甚至不用點擊任何命令或打開任何對話框，就可以快速、直接的進行公差尺寸的標注，并將文件屬性添加到這些注釋中。25“歐家軍”軟件AutoCADMechanical：優(yōu)化增“歐家軍”軟件AutodeskAlgorSimulation：這一機械仿真分析工具現(xiàn)已與AutodeskMoldflow軟件集成，工程師在進行塑料零件結構分析時可以利用Moldflow分析結果和Moldflow材料數(shù)據(jù)庫。26“歐家軍”軟件AutodeskAlgorSimulati“歐家軍”軟件AutodeskAlias系列：包括AliasSketch、AliasDesign、AliasSurface和AliasAutomotive，提供了A級曲面設計及編輯功能，是業(yè)內領先的繪圖、建模和可視化工具。新的AutodeskAliasSketch軟件獨特的手繪功能和矢量化工作流程可幫助創(chuàng)意專業(yè)人士迅速將構思轉化為引人注目的產品模型。27“歐家軍”軟件AutodeskAlias系列：包括Ali“歐家軍”軟件早前，歐特克實驗室推出了AutodeskInventorPublisher技術預覽版，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)建出效果真實的產品圖紙，制造型企業(yè)可以從設計到制造的整個過程中使用同一個數(shù)字模型，從而為客戶提供更清晰、更全面的技術指導。28“歐家軍”軟件早前，歐特克實驗室推出了AutodeskIn“歐家軍”軟件AutodeskMoldflow：可以幫助用戶在制造過程開始前驗證和優(yōu)化塑料零件和注塑模具的設計，方便地將Moldflow的模擬結果輸出到AutodeskShowcase工業(yè)設計可視化軟件中，借以顯示出缺陷，查看零件在現(xiàn)實中的外觀，進而幫助評估零件質量和做出更好的設計決策。29“歐家軍”軟件AutodeskMoldflow：可以幫助“歐家軍”軟件AutodeskVault系列：是管理整個數(shù)字樣機流程的工作組級數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，現(xiàn)推出全新視覺體驗，用戶可將Vault信息以圖形方式直接映射到AutodeskInventor模型中，從而簡化工作流程，從根本上改進報告和決策過程，加快模型選擇及互動的速度。30“歐家軍”軟件AutodeskVault系列：是管理整個數(shù)請看數(shù)字樣機裝配視頻31請看數(shù)字樣機裝配視頻31請看“虛擬數(shù)控機床實訓系統(tǒng)”視頻32請看“虛擬數(shù)控機床實訓系統(tǒng)”視頻32請看宇龍數(shù)控仿真軟件界面介紹33請看宇龍數(shù)控仿真軟件界面介紹332何謂數(shù)字仿真2.1仿真概念：利用模型復現(xiàn)實際系統(tǒng)中發(fā)生的本質過程，并通過對系統(tǒng)模型的實驗來研究存在的或設計中的系統(tǒng)，又稱模擬。

342何謂數(shù)字仿真2.1仿真概念：利用模型復現(xiàn)實際系統(tǒng)中發(fā)生2何謂數(shù)字仿真2.2仿真分類：模擬計算機仿真（簡稱模擬仿真）、數(shù)字計算機仿真（簡稱數(shù)字仿真）、混合計算機仿真（簡稱混合仿真）；實物模型仿真（簡稱物理仿真）、數(shù)學模型仿真（簡稱數(shù)學仿真）；連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散系統(tǒng)仿真；機電系統(tǒng)仿真、化工系統(tǒng)仿真…352何謂數(shù)字仿真2.2仿真分類：模擬計算機仿真（簡稱模擬仿2何謂數(shù)字仿真2.3仿真模型：仿真模型是被仿真對象的相似物或其結構形式。它可以是物理模型或數(shù)學模型。362何謂數(shù)字仿真2.3仿真模型：仿真模型是被仿真對象的相似2何謂數(shù)字仿真2.4仿真試驗：為了尋求系統(tǒng)的最優(yōu)結構和參數(shù)，常常要在仿真模型上進行多次實驗。通過實驗可觀察系統(tǒng)模型各變量變化的全過程。372何謂數(shù)字仿真2.4仿真試驗：為了尋求系統(tǒng)的最優(yōu)結構和參2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。硬件最主要的是計算機，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)。382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。2何謂數(shù)字仿真2.6仿真軟件：有專用的和集成的兩類。專用的如機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件“ADAMS”

（用于對機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析）。集成的如CATIA、UGNX、Creo、Inventor、SolidWorks、SolidEDGE、CAXA實體設計等。392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UGS（現(xiàn)在為Siemens）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（產品全生命周期管理）的全過程，它是基于數(shù)字樣機構建和數(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品設計/仿真分析集成領域的業(yè)界領導地位。

40UGS（現(xiàn)在為Siemens）的數(shù)字化仿真UGS公司的數(shù)字請看沖壓仿真視頻41請看沖壓仿真視頻41請看哈爾濱工程大學仿真視頻42請看哈爾濱工程大學仿真視頻42CATIA數(shù)字仿真143CATIA數(shù)字仿真143CATIA數(shù)字仿真244CATIA數(shù)字仿真244CATIA數(shù)字仿真345CATIA數(shù)字仿真345CATIA數(shù)字仿真446CATIA數(shù)字仿真446CATIA數(shù)字仿真547CATIA數(shù)字仿真547SolidWorks數(shù)字仿真148SolidWorks數(shù)字仿真148SolidWorks數(shù)字仿真249SolidWorks數(shù)字仿真249ProE（現(xiàn)在為CREO）運動仿真1、2、350ProE（現(xiàn)在為CREO）運動仿真1、2、3503現(xiàn)代先進的產品研發(fā)理念⒈實現(xiàn)產品全生命周期各個環(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觀念。⒉基于特征的三維參數(shù)化設計（含工藝設計）是基礎性工作。⒊自由建模、直接建模、創(chuàng)新設計等是概念設計、設計修改的不可缺少的先進工具和手段。（在另外一講中詳細闡述）⒋先進的、完善的、上下游協(xié)調的硬件和軟件是必備條件。⒌要實施優(yōu)化設計、協(xié)同設計、并行工程、價值工程、反求工程和產品數(shù)據(jù)管理PDM、物料需求計劃MRPⅡ、企業(yè)資源計劃ERP等。⒍數(shù)字仿真是保證產品性價比和可靠性、安全性等指標的關鍵環(huán)節(jié)和技術，而且數(shù)字仿真驅動數(shù)字設計會越來越成為時尚。513現(xiàn)代先進的產品研發(fā)理念⒈實現(xiàn)產品全生命周期各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)4我們的教育培訓應符合時代潮流總的想法就是要強化數(shù)字樣機的數(shù)字化設計和數(shù)字化仿真的教育培訓：⒈相關課程的教學內容和方法要實現(xiàn)數(shù)字化。例如：數(shù)字（計算機）繪圖、數(shù)字工程力學、數(shù)字工業(yè)設計、數(shù)字機構設計與分析仿真、數(shù)字零部件設計與結構有限元分析、數(shù)字公差分析、數(shù)字工藝設計與制造過程仿真、數(shù)字樣機設計與系統(tǒng)仿真、數(shù)字逼真圖像設計、數(shù)控編程與加工仿真、產品數(shù)據(jù)管理PDM應用等。⒉“3C集成軟件應用”應該成為“3年學歷教育”中“不斷線”的主干課程。⒊在學歷教育中鍛煉一支能夠擔負數(shù)字樣機研發(fā)的教師團隊（邊學邊教），在培訓中顯露我