数字样机开发的关键技术

面向设计重用的柴油机数字样机构建技术-机械制造论文面向设计重用的柴油机数字样机构建技术撰文/ 中国北方发动机研究所杨维峰姚亮宇杨俊恩张志军为了实现柴油机的数字化设计制造一体化集成，本文研究了数字化技术的发展趋势，描述了柴油机数字样机的定义，阐述了主动地应用、创建设计重用资源，构建柴油机数字样机的关键技术，主要包括仿真模型的阶段性继承重用、自顶向下模块化设计方法、产品数据管理、知识工程以及软件系统集成等技术。

目前，美、德、日等发达国家通过采用先进的物联网技术，打造数字化工厂，实现了从采购、生产到销售和服务的全产业链的数字化，而我国在数字化制造领域尚缺乏自主知识产权的数字化制造技术，迫使我国加快工业转型升级的步伐，借鉴德国工业4.0 计划，使工业化、信息化深度融合，力争在2025 年从工业大国转型为工业强国。

企业要进行产品结构调整和自主产品创新，通过产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，应用数字样机技术，以全新的设计模式和开发体系，给设计过程加入数字化的验证手段，显著提高产品研发速度和研发质量，降低研发成本，不断提高企业的产品创新能力、快速反应能力、竞争能力和经济效益。

面向设计重用，就是主动地应用和创建设计重用资源( 包括知识、技术和系统等)。

构建柴油机数字样机是充分体现了设计重用思想的创新活动。

一、柴油机数字样机随着虚拟产品开发（Virtual Product Development，VPD）和产品全生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）等多种数字化技术的应用，产品创新领域引发了大变革，数字样机技术是各领域CAX/DFX 技术的发展和延伸。

在数字样机概念出现前期，国内外文献出现了数字化产品模型技术（DigitalMock-Up）或数字化样机（Digital Prototype）、功能虚拟样机（FunctionalVirtual Prototype）或虚拟样机（Virtual Prototype）、虚拟工厂仿真（VirtualFactory Simulation）或数字工厂（e-Factory）等概念，表明仿真在产品设计过程中的应用趋于协同化和系统化，而且越来越广泛而深刻，由原先的局部应用（单领域、单点）逐步扩展到系统应用（多领域、全生命周期）。

传统的飞机制造方法是运用物理样机进行制造过程中相关问题的分析与研究，其需要耗费大量的时间与精力。

在飞机制造方法不断优化的过程中，逐步从模拟量转化为数字量的飞机研制生产模式，后又转化为现代化研制模式，目前，在三维数字化设计制造技术支持下，已建立起基于建模与仿真的科学设计模式。

一、基于模型定义（MBD ）的工艺数字样机体系建立的意义1.三维数字化设计制造一体化集成应用体系尚未构建完成。

现阶段，本国的飞机制造工艺尚处于发展阶段，与西方国家相比，仍有不小差距，目前，在飞机数字化制造的整个过程中未能实现三维建模技术的完全融合，并且基于模型定义技术的产品定义研究并未完成，还未建立起基于模型定义的数字化工艺设计与产品制造模式，模型设计技术并不完善、制造工艺以及管理能力仍需进一步提升，集设计、制造于一体的三维数字化集成应用体系的构建尚需时日。

2.制造协调信息描述方式与制造模式不匹配。

基于模型定义的三维数字化设计制造能力有利于推动企业研制能力的变革，现已成为相关企业竞争能力提升的关键。

现阶段，已逐步应用模型定义进行产品前端设计，并且采用三维数字模型进行设计信息的有效传递，然而在工艺设计过程中，制造协调相关信息的描述主要是运用文字与图形的二维表达方式，这与目前先进的制造模式并不匹配。

二、飞机工艺数字样机分析工艺数字样机是对飞机整机或子系统及其下级节点的工艺数字模型按照BOM 组织起来的完整集合，它不仅反映了飞机的功能属性，同时还反映了飞机的工艺属性。

其中，飞机工艺数字模型是工艺协调依据模型与飞机设计模型线性叠加的结果。

它不仅反映了设计意图，同时反映了零组件的装配与机加特性；它作为制造与装配的依据，指导技装、专业厂等进行工序模型、工装模型的详细构建。

工艺协调依据模型则是在设计数字模型的基础上，采用MBD 方法对工艺协调依据信息进行规范化建模、数字化描述、结构化组织的结果，它只反映飞机制造协调依据信息。

三、飞机工艺数字样机建模的关键技术分析1.飞机制造协调依据的分类与总结。

新产品样机试制过程数字化关键技术研究与应用郭永豪，程宝改，姚永其，朱超锋，芦阳（平高集团有限公司，河南省平顶山市467000）摘要：为确保平高集团有限公司（以下简称“平高集团”）试制分厂能有效支持“五位一体”落地实施，壮大新产晶样机制造整体水平，平高集团通过开发新产晶样机试制管理系统，实现研发项目的新产品制造全过程数字化管理，促进研发单位与试制分厂的工作协同，提高平高集团新产品研发效率和项目管理能力.关键词：数字化；样机试制；PLM;移动应用1引言随着“中国制造2025”的提出巾，以及泛在电力物联网建设的深入推进闵，平高集团加大了数字化样机和车间制造运营的信息化投入，提升了集团整体研发和制造的数字化水平，同时，新产品研发也基于PLM开发了科技项目一键式管理平台，有效支撑了科技项目计划管控、全过程档案线上归档及预算支出实时查询等业务。

为了能在产品研发过程中进行物料管理、产品跟踪、生产计划下达、物资采购、生产调度管理、设备管理、工序作业管理、质量管理、产品调试、样机管理和试验后零部件管理等产品研发过程信息统计与跟踪，提高平高集团新产品研发效率和项目管理能力，平高集团需要开发新产品试制全过程数字化管理系统，实现对新产品从研发设计到样机制造的新产品制造全过程数字化管理。

2研究内容以科技项目为主线，开发信息管理系统实现从新产品样机生产计划下达、生产调度、物资釆购、库房管理、质量管理、设备管理、样机管理和试验后零部件管理等新产品制造全过程数字化管理⑶。

研究内容包括如下几方面。

2.1新产品样机制造业务流程研究为了实现新产品样机制造的全过程管理，首先要对目前新产品样机生产计划下达、生产调度、物资釆购、库房管理、质量管理、设备管理、样机调试管理、样机管理和试验后零部件管理等业务流程进行梳理,多方面调研各相关部门对现有业务流程的意见，并将其汇总研究，完善和修订业务流程，形成一套切实可行的新产品样机制造业务流程。

-52-******************.cn .2.2新产品样机制造全过程管理信息系统研制为了完成新产品样机制造全过程管理信息系统的研制，首先要根据新产品业务流程，确认新产品样机制 造全过程管理信息系统各个模块内容及功能，实现各个 功能模块和新产品样机制造全过程管理信息系统服务 器的搭建，完成新产品样机制造全过程数字化管理系统的开发。

飞机先进数字化装配关键技术及发展趋势摘要：科学技术的发展，促进了我国数字化技术的发展，并在飞机中得到了广泛的应用。

装配中几何尺寸、物理损伤等的高精度测量是调控飞机装配工艺、保证装配指标的基础和关键，对飞机服役性能有着重要的影响。

本文就飞机进行数字化装配关键技术及发展趋势进行研究，以供参考。

关键词：飞机数字化装配；脉动生产线；智能航空装备引言随着计算机建模技术、产品数据管理技术和多学科协同设计技术等数字化产品研制新技术的发展，数字样机技术在航空航天以及其他工程领域的应用越来越普遍。

数字样机技术的应用在飞机的设计、仿真及制造等领域取代了基于物理样机试验驱动的传统研制模式，形成了仿真驱动的数字样机设计流程，极大提高了工作效率，缩短了型号研制周期。

1飞机先进装配技术的重要性及教学现状飞机制造属于国民经济重点领域，符合科技创新战略需求。

飞机的装配质量要求高，这是因为飞机各部件的气动外形、外廓尺寸、各部件之间的相互位置等，都是在装配过程中获得并确定的。

飞机装配是飞机制造过程中的主要环节，对飞机产品的性能、寿命和成本都有很大影响。

在飞机制造过程中，飞机装配的工作量占比约为45%―60%。

因此合理的装配方案可以极大地降低飞机制造费用并提高生产率。

随着科学技术的发展，传统的手工装配方式已经转变为数字化、集成化、自动化装配模式。

良好的装配方案可以让制造费用降低20%―40%同时生产率提高100%―200%，大大提高生产效率，降低生产成本，已经成为飞机制造行业的热点。

随着航空产品复杂性的提高和装配方式数字化转型，航空企业对于学生的知识水平及实践能力的要求也在不断提升。

建立飞机装配虚拟仿真实验是训练学生动手能力、了解先进装配工艺最有效的途径。

由于飞机所涉及的零件结构复杂、刚度低、系统复杂，所以教学难以配备硬件实验条件及软件实验系统。

2传统装配方式存在的问题（1）装配过程存在多工序并行交叉，工艺分离面模糊，导致无法适应最大限度的并行工作需求，制约了面向多任务、柔性化脉动生产线的效率提升。

：随着科学技术的不断发展，制造类企业也经历了几次变革，从实际发展来看，每一次变革都带来了制造水平的大幅提升，体现了科学技术的主导作用，研究认为制造类企业向智能化发展大致经历以下四个阶段：手工作业→自动化流水作业→数字化网络化作业→网络化智能化作业。

从历史发展规律来看，随着科学技术的不断进步，制造类企业变革也是一种必然，从大的发展周期角度，研究认为当前的制造类企业发展正处于第三阶段数字化网络化作业的发展时期，即信息化和工业化两化深度融合的阶段，同时正在初步探索网络化智能化作业。

1、数字化工厂概念数字化工厂是随着数字仿真技术和虚拟现实技术发展而来的，它通过对真实工业生产的虚拟规划、仿真优化，实现对工厂产品研发、制造生产和服务的优化和提升，是现代工业化与信息化融合的应用体现。

随着产品需求的不断变化、产品周期的更新换代速度提升，以及3D打印、物联网、云计算、大数据等新兴信息技术的不断应用，为了缩短研发周期，降低生产成本，提升企业产品质量和效益，先进的制造类企业开始越来越重视数字化工厂的建设，如上汽、海尔、华为、西门子等制造企业均已着手开始建设自己的数字化工厂，以支撑企业实现新的突破和发展。

作为信息化和工业化融合应用的最佳结合点，研究数字化工厂如何建设，探讨虚拟设计与物理设备之间怎样实现无缝衔接，对驱动信息化和工业化的深度融合发展、以及未来智能工厂发展具有十分重要的意义。

数字化工厂具有广义和狭义的概念，其涉及的内容也随着分析的角度不同而有所区别。

本文数字化工厂结合国内离散型制造企业的实际情况（如兵器、航天等领域的部分制造企业），是以广义数字化工厂中核心制造企业为主，在满足自身生产和管理任务的同时，需要具备产品研发能力和售后服务保障能力，因此本论文中的“数字化工厂”不仅仅是生产的概念，它是向前延伸到设计，向后推移到服务，同时涵盖企业管理，包括产品研发设计过程、生产制造过程、企业管理过程、服务保障过程等产品全生命周期整个过程。

数字样机定义(一)数字样机定义什么是数字样机？数字样机是一种使用计算机技术模拟物理样机的工具。

它可以通过软件模拟出产品的外观和性能，并提供实时的视觉效果和交互功能。

数字样机的定义1.基本定义：数字样机是利用计算机软件和硬件模拟出产品实体形态和性能的虚拟样机。

–理由：数字样机通过快速、准确地模拟产品样机，在产品设计和开发过程中起到了重要的作用。

它可以减少开发成本和时间，在设计阶段排除潜在问题，并提供更真实的用户体验。

2.CAD定义：数字样机是基于计算机辅助设计（CAD）技术创建的虚拟产品模型。

–理由：数字样机是由CAD软件生成的，通过对模型进行几何学和物理学建模，可以准确地预测产品的性能和行为。

它可以帮助设计师快速迭代设计，提高产品质量和市场竞争力。

3.交互性定义：数字样机是具备交互功能的虚拟产品模拟器。

–理由：数字样机可以通过用户界面和交互操作，模拟产品的使用场景和操作方式。

它可以帮助设计师、工程师和用户更好地理解和评估产品的功能和性能，在产品设计和用户体验优化方面发挥重要作用。

4.三维可视化定义：数字样机是实现产品三维可视化的虚拟模型。

–理由：数字样机通过在计算机上呈现产品的三维模型，帮助设计师和用户更好地理解产品的外观、结构和构造。

它可以帮助设计师进行产品外观设计和风格表达，并提供更直观的产品展示和推广的手段。

相关书籍简介以下是几本与数字样机定义相关的书籍，它们深入阐述了数字样机的概念、应用和技术。

1.《Digital Prototyping and Manufacturing: VirtualPrototyping Using CAD/CAE Software》–作者：Yong Chen, David Zhang–简介：本书介绍了数字样机在产品设计和制造中的应用。

它详细讲解了CAD/CAE软件的使用技巧，介绍了数字样机的概念和工作原理，并提供了实际案例和实践指南。

本书适合从事产品设计和制造的工程师和研究人员阅读。

1。

虚拟制造的定义：虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机建模与仿真技术，虚拟现实或可视化技术，在计算机网络环境下群组协同工作，模拟产品的整个制造过程，对产品设计，工艺规划，加工制造，性能分析，生产调度和管理，销售及售后服务等做出综合评价，以增强制造过程各个层次或环节的正确决策和控制能力2．映射的特性：（1）映射的定义域是实际制造过程，值域是虚拟制造过程，直接结果是全数字化产品，映射的介质是网络计算机环境。

（2）该映射是非线性迭代过程，需要多次循环直到满足要求为止。

（3）虚拟制造的结果千差万别，难以预测，因而可能是一个混沌的过程。

（4）由于人是整个系统的主体，将人的智能以控制参数的形式复合进去，该映射在一定程度上也是可控的。

由于不同的人其技术水平和经验不同，因而控制参数具有模糊特性。

3 虚拟制造的优势：1缩短了产品的研发周期2 降低了产品的研发成本3 提供了一个先进的制造系统仿真平台4 虚拟制造系统是通过对实际制造系统进行抽象，分析，综合，得到实际生产的全部数字化模型 5 虚拟制造的相关技术包括：输入，输出设备及计算机硬件技术、集成这些硬件系统的电子技术和软件技术。

6 虚拟制造技术的核心与关键技术：计算机仿真优化设计、三维建模技术和网络技术。

7其他的先进技术有哪些： 1 计算机集成制造系统与虚拟制造系统2 敏捷制造与虚拟制造技术3 并行工程与虚拟制造技术4 精益生产与虚拟制造技术5 绿色制造与虚拟制造技术6智能制造与虚拟制造技术1 虚拟现实（VR、Virtual Reality）又称虚拟环境（VE）：虚拟现实是由计算机生成的，通过视听触觉、嗅觉等多通道作用于用户，使之生产身临其境感的交互式计算机仿真，是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机系统。

2，虚拟现实的特征（1）多感知性（2）沉浸感（3）自治性（4）交互性3，虚拟现实的系统组成（1）检测输入装置（2）图像生成和显示系统（3）音频系统（4）力、触觉系统（5）高性能计算机系统（6）建模系统4虚拟对象的模型主要包括：几何模型、物理模型、运动模型、声音模型等5对象的几何模型：就是用来描述对象固有形状和外表的抽象模型，通常首先用三角形或多边形构造对象的几何外形，然后对几何模型进行纹理，颜色，光照等处理，后者称之为形象建模6 几何模型的生成方法：1测试法 2 CAD法 3二维视图变换法7 纹理的定义：是指物体表面细微的凹凸不平的条纹，可以用随机扰动法生成，即在表面各点法线方向附加微小的随机扰动量，从而产生表面微观不平度。

基于虚拟现实的数字样机若干关键技术研究与应用共3篇基于虚拟现实的数字样机若干关键技术研究与应用1随着科技的不断发展，计算机科学与互联网技术日益成为重要的科学领域。

其中，虚拟现实（VR）技术是近年来备受瞩目的一种技术。

它通过计算机生成的虚拟环境，使人们感受到身临其境的感觉，如游戏、电影、教育等方面都有广泛的应用。

本文将着重探讨基于虚拟现实的数字样机的若干关键技术研究与应用，因为它在制造业中有着重要的作用。

1. 概述数字样机是一种通过计算机模拟物理现象而生成的实体模型。

因此，它可以用于设计原型，从而帮助制造者更好地理解产品的构造。

目前，数字样机已被广泛应用于制造业，它的应用使得制造商能够减少成本，加快产品交付速度，提高产品质量等。

2. 基于虚拟现实的数字样机技术虚拟现实技术可以使数字样机更加逼真。

利用虚拟现实技术，可以将一个产品从三维空间转换为虚拟现实中的物体。

其中的优势是，可以在产品开发和制造组装的早期阶段检查和诊断潜在的设计和制造问题。

3. 基于虚拟现实的数字样机的设计过程基于虚拟现实的数字样机的设计过程是一个由多个阶段组成的迭代流程，它包括设计、制造、测试和验证。

1）设计在设计阶段，设计人员将设计数据导入虚拟现实软件中，以生成三维模型。

2）制造一旦设计完成，需要将三维模型转换为数字模型（Stereolithography STL，一种数字制造过程），以便进行建模和制造模型。

利用此方法制造出的数字模型可用于信任验证、属性测试和性能试验等方面。

3）测试和验证在制造过程中，需将数字模型作为基础产品，创建一个虚拟环境，将生产和组装工艺变为虚拟现实中的数据流。

在测试和验证阶段，通过虚拟环境模拟产品的使用中的物理环境和情况，以评估产品的安全性和可靠性。

4. 基于虚拟现实的数字样机的应用基于虚拟现实的数字样机已被广泛应用于许多领域，如设计，建筑、制造业、教育和医疗。

这些领域的应用可以更准确地检测产品的设计和性能，提高制造效率，节省制造成本。

数字样机的模型校正摘要：一、引言二、数字样机模型校正的重要性1.提高设计效率2.降低生产成本3.缩短产品研发周期4.确保产品性能与安全性三、数字样机模型校正的方法1.数据采集与处理2.模型建立与优化3.校正算法与应用四、模型校正过程中的关键技术1.传感器技术2.控制系统技术3.数据分析与挖掘技术4.人工智能技术五、数字样机模型校正的案例分析1.汽车行业2.航空航天领域3.电子产品制造4.机械设备制造六、未来发展趋势与展望1.高度智能化2.更加精确与高效3.跨行业应用4.绿色环保七、总结正文：一、引言随着科技的飞速发展，数字样机技术在产品设计、研发和生产过程中发挥着越来越重要的作用。

数字样机模型校正作为数字样机技术的核心环节，对提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。

本文将从数字样机模型校正的重要性、方法、关键技术、案例分析等方面进行详细阐述，以期为相关领域提供有益参考。

二、数字样机模型校正的重要性1.提高设计效率：数字样机模型校正能够为设计师提供准确的产品模型，有助于优化设计方案，减少设计迭代次数，提高设计效率。

2.降低生产成本：通过数字样机模型校正，可以提前预测产品在生产过程中的问题，避免产生废品，降低生产成本。

3.缩短产品研发周期：数字样机模型校正有助于加快产品研发进程，缩短研发周期，抢占市场先机。

4.确保产品性能与安全性：对数字样机模型进行校正，可以确保产品性能满足设计要求，提高产品安全性，降低潜在风险。

三、数字样机模型校正的方法1.数据采集与处理：通过各种传感器和测量设备，采集产品相关数据，进行预处理，为模型校正提供准确的数据支持。

2.模型建立与优化：根据采集到的数据，建立数字样机模型，针对模型中的不足，采用优化算法进行改进。

3.校正算法与应用：选择合适的校正算法，如最小二乘法、遗传算法等，对数字样机模型进行校正，提高模型的准确性。

四、模型校正过程中的关键技术1.传感器技术：高精度、高灵敏度的传感器是获取准确数据的关键，如光纤传感器、激光传感器等。

飞机设计中的数字样机技术郑党党;张志国;刘俊堂【摘要】从CAX工具的单点应用发展到数字样机是数字化技术的飞跃.介绍了数字样机技术的产生和发展历程,对比分析了数字样机技术对飞机设计流程的影响,给出了飞机设计中几何样机和性能样机的概念及其用途.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P83-86)【关键词】虚拟样机;数字样机;几何样机;性能样机【作者】郑党党;张志国;刘俊堂【作者单位】中航工业第一飞机设计研究院,西安 710089;中国国际工程咨询公司,西安 710089;中航工业第一飞机设计研究院,西安 710089【正文语种】中文随着计算机技术的发展，数字化技术的应用越来越广泛，各类计算机辅助技术（CAX）在产品设计中发挥着越来越重要的作用。

随着数字化技术应用的不断深入，产品设计正在由以CAX工具单点应用为核心的“设计数字化”向以数字样机（Digital Mock-Up，DMU）为核心的“数字化设计”转变，数字样机技术成为当前国内外研究的热点[1]。

数字样机技术的产生与发展1 虚拟产品开发与数字样机20世纪80年代到90年代，计算机技术的飞速发展推动了数字化技术在飞机等复杂产品研制中的快速应用。

波音公司在波音777研制中引入虚拟产品开发技术（Virtual Product Development，VPD），采用数字化手段研制出世界上第一架“无纸客机”，其中设计、装配、性能评价与分析大量采用了数字化技术，使得研发周期大大缩短、研发成本显著降低，确保了最终产品一次接装成功[2]。

虚拟产品开发过程的核心技术是虚拟样机技术（Virtual Prototyping Technology，VPT），即利用构建在计算机上、具有相当功能真实度的原型系统代替物理样机，对其候选设计的各种特性进行测试和评价的一种综合性技术。

按照美国国防部建模和仿真办公室（DMSO）的定义，虚拟样机技术包括数字样机、虚拟功能样机（Functional Virtual Prototyping，FVP）和虚拟工厂（Virtual Factory，VF）3个方面[3]。

数字样机开发的关键技术一、前言数字样机技术又叫做虚拟样机技术，是随着计算机技术发展而新起的技术。

是对机械产品进行建模装配等的相关技术，企业的发展有着重要作用。

二、数字样机的概念数字样机（DigitalPrototype ）是相对于物理样机的概念，是一个能够考察产品的外形、装配性、可加工性以及功能能特性的三维数字模型。

而数字化样机（DigitalPrototyping ）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。

可以说，由于数字信息化的技术和手段在产品生命周期的各个环节中应用地越来越广泛，数字化样机所带来的价值已经远远超出了原本的产品设计、测试阶段，其影响力已经逐渐扩散到了产品生命周期的各个环节。

数字化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。

数字样机贯穿了从产品的概念设计（工业设计）、工程设计（基于三维CAD和二维CAD勺双向集成，机电软件混合设计等技术）、工程分析（虚拟仿真）、市场推广（动画和3D 广告制作）勺全过程。

基于实物物理样机勺传统设计开发试验研制方法，将在很大程度上被基于数字计算机勺三维数字化虚拟样机技术所取代。

目前，关于数字样机尚无统一定义，以下描述仅供参考。

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。

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。

我国航空制造业对数字样机作了如下较为完整的描述：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，它需要具备集成化造型、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。

数字样机的概念
数字样机（Digital Prototype）是一种基于计算机技术的虚拟模型，用于模拟和测试产品的设计、功能和性能。

它是一种数字化的产品表示，能够在计算机上进行模拟、分析和验证，以帮助设计师和工程师更好地理解和优化产品的设计。

数字样机的主要作用是在产品开发的早期阶段，通过计算机模拟来预测和验证产品的性能和功能，从而减少物理样机的制作和测试次数，降低产品开发成本和周期。

数字样机可以包括产品的三维模型、材料属性、力学模型、运动学模型、热力学模型等信息，可以进行静态分析、动态分析、疲劳分析、振动分析、热力学分析等多种类型的分析。

数字样机的制作过程通常包括以下步骤：
1. 产品设计：根据产品的需求和设计要求，创建产品的三维模型和相关的工程数据。

2. 模型构建：将三维模型和工程数据导入到数字样机软件中，构建数字样机模型。

3. 模型验证：对数字样机模型进行验证，确保模型的准确性和可靠性。

4. 模型分析：对数字样机模型进行各种类型的分析，如静态分析、动态分析、疲劳分析等，以预测和验证产品的性能和功能。

5. 模型优化：根据分析结果对数字样机模型进行优化，以提高产
品的性能和功能。

6. 结果输出：将分析结果输出为报告、图表、动画等形式，以便
设计师和工程师更好地理解和优化产品的设计。

数字样机技术已经广泛应用于航空航天、汽车、机械制造、电子、医疗器械等领域，在产品设计和开发中发挥着重要的作用。

浅析飞机数字化产品研制系统摘要为满足数字化飞机研制环境对结构产品定义的要求，借鉴国外航空企业成功经验，总结了飞机数字化产品研制系统的基本构成。

介绍了飞机数字化产品开发流程,重点论述了产品- 过程- 资源核心模型、数字样机、虚拟装配等核心技术,并对该技术应用和发展趋势进行了讨论。

关键词航空；飞机;数字化；数字样机数字化制造技术是指在数字化技术和制造技术融合的背景下，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。

采用数字化设计研制系统是保证飞机快速研制的必要手段。

美国联合攻击战斗机(J SF) 是体现数字化设计制造技术应用水平的典型实例,证明了数字化设计制造技术在提高飞机产品质量、缩短研制周期至关重要的作用和地位。

中国航空工业第一集团公司为了完成信息化建设,迎接国际航空市场激烈的竞争和挑战,提出了基于信息技术、实现跨越式发展的战略构想。

一、我国航空数字化现状我国的航空制造业数字化经过多年的发展，取得了一定的成效，在产品的三维数字化设计、数字样机应用、工装数字化定义、预装配、主要零件的数控加工，产品数字仿真与试验、工艺数值模拟与仿真、产品数据和制造过程管理等方面有了较深入的应用，但是，我们也应清醒地认识到，产品全生命周期的信息通道尚未打通，数字化工程体系还未形成，数字化技术的巨大效能远未发挥。

与发达国家相比我们还存在巨大差距，尽管我们在航空制造业实施了并行工程，但仍然停留在以产品为中心的产品研制理念，而发达国家已经转向以客户为中心的产品研制理念，即产品研制过程中，产品的目标从（可）制造性向服务性转化，采用面向产品全生命周期的管理模式。

美国对于高风险的大型武器装备的研制，率先采用一体化产品与过程设计模式，将系统工程方法和新的质量工程方法相结合，并应用一系列决策支持过程，在计算机综合环境中集成，有效控制了产品的质量和风险。

数字样机应用与发展思路Revised by Chen Zhen in 2021数字样机在我国飞机设计中的应用与发展思路飞机数字化设计已在国内某些飞机的局部设计中开始应用，但飞机全机采用三维全数字设计则尚无先例。

中国航空工业第一集团公司所属的西安飞机设计研究所用1年多的时间，解决了飞机全机三维数字化设计的重大技术关键，成功地攻克了飞机全机三维外形建模的难关，建立了三维外形数模，实现了结构、管路、系统的三维设计、三维协调、三维预装配生成全机数字样机的历史性突破。

我国首架飞机数字样机的问世，标志着西安飞机设计研究所的设计水平已基本进入数字化设计阶段，该成果为“十五”期间的以“全机、全过程、全数字化”为技术特征的飞机设计应用，实现飞机研制生产从以模拟量传递为主转变到以数字量传递为主，从采用物理样机协调为主转变到采用数字样机协调为主作了一定的技术准备；为我国航空行业由传统的飞机研制模式向数字化设计制造的现代化研制模式的转变奠定了基础。

1、实现三维外形建模和全机数字化样机设计1、实现三维外形建模和全机数字化样机设计多年来，由于坚持数字化技术的基础设施建设和应用技术研究，全所的数字化设计环境有了很大改善，数字化技术的应用水平也有很大提高。

1999年，在某型飞机研制正式批准立项后，经过认真细致的调研，全面分析了国内外数字化技术的应用状况和水平，最终决策在型号研制中全面采用三维数字化飞机设计技术。

通过1年的艰苦攻关,我所率先在国内的飞机研制中采用并行工程和无纸设计技术，实现了三维外形建模、三维结构设计、结构件和主要飞机系统件的预装配，最终建成了5万多个零组件、43万多个标准件、可全面应用于生产的全机数字样机。

经过制造的全面检验,证明采用数字样机可缩短60%的设计周期,提高了设计质量,减少了40%的设计反复。

原设计周期为2年6个月，现仅用了1年的时间就全面完成了发图任务。

全数字化设计的飞机首飞成功后，经统计，原有同等规模的飞机在制造过程中约有工程更改单7000张左右，在采用了数字化设计手段后，工程更改单减少到了1082张。

数字样机技术的最新发展关键字: 数字样机数字样机是一个PLM领域的常用术语。

但是，数字样机本身并没有一致公认的概念，数字样机所包含的内涵也在不断发展。

数字样机技术(DMU，Digital Mockup)从20世纪90年代兴起，早期的概念是指建立整个产品的全三维数字化模型，实现对复杂产品整体的显示和装配过程的模拟。

由于在十多年前计算机硬件技术的局限，而三维CAD软件中包含了产品的几何、拓扑和特征等完整信息，所以在三维CAD环境中显示和编辑整车、整架飞机是极其困难的。

因此，DMU采用专门的一个图形环境，在高性能的图形工作站上，应用高性能计算(HPC)技术，通过只调用零部件件的几何信息，来加速三维模型的显示。

同时，可以在此基础上实现虚拟现实技术的应用。

这是CAD厂商所提出的数字样机技术的概念。

对于CAE厂商而言，他们强调的是数字化功能样机。

这个概念的含义是在三维装配模型上添加了各类物理参数，来实现对产品的虚拟仿真分析，在一定程度上减少物理样机的制作和物理试验。

进入2007年，主流厂商对数字样机的概念和技术都有了新的发展。

Autodesk提出的数字样机(Digital Prototyping)强调将产品的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。

数字样机贯穿了从产品的概念设计（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。

达索系统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。

Siemens PLM，即原来的UGS公司今年在NX5软件中推出了主动数字样机(Active Mockup)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。