数字样机的概念

协调用民用飞机数字样机完整性初步研究陈裕;徐剑【摘要】数字样机技术已在民用飞机研制过程中起到越来越重要的作用,数字样机完整性是协调用数字样机的主要属性之一,用于描述数字样机设计结果的完备程度.在数字样机研制过程中,数字样机的完整性确保了开展基于数字样机的协调、检查与验证工作的有效性;同时完整性对于减少后续设计更改也有着重要意义.在建模规则、协调流程、管理制度等方面提炼与总结了提升数字样机完整性的几个关键因素及实施方法,对于协调用民用飞机数字样机的研制有一定的指导价值.【期刊名称】《民用飞机设计与研究》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】4页(P96-99)【关键词】民用飞机;数字样机(DMU);完整性;协调【作者】陈裕;徐剑【作者单位】上海飞机设计研究院,上海201210;上海飞机设计研究院,上海201210【正文语种】中文【中图分类】V271.10 引言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。

由于民机研制的高度复杂性以及长周期性，基于数字样机来进行数字化预装配、工装设计及可制造性分析己成为现代民用航空制造业的趋势，并已在民机研制过程中有了广泛的应用。

如波音777项目实现了第一个在民机领域采用全数字化定义和无图纸生产，其10万多个零部件实现了数字化设计，用计算机进行数字化预装配、设计更改，零件返工率减少93%以上，装配问题减少50%～80%[1]。

我国某型号飞机采用数字化设计技术，建成了可全面用于生产的全机数字样机，相比于传统方法，缩短了60%的设计周期、减少了40%的设计反复[2]。

1 完整性的定义协调用数字样机可以用来检查飞机各系统、结构的协调性，进行总体优化布置[3]。

数字样机有2个重要的属性，即完整性与正确性。

完整性是个很宽泛的定义，涉及到方方面面，与飞机的数字化定义、产品数据的构型管理、数字样机管理、产品数据管理(Product Data Management，简称PDM)等均有一定关系。

《现代飞机装配技术》知识点总结南京航空航天大学第一章1、飞行器数字化和传统制造的最大区别特点(1改模拟量传递为数字量传递。

(2把串行工作模式变为并行工作模式。

带来的必然结果是缩短产品研制周期,提高产品质量,降低研制成本。

2、 MBD 的定义,其数据集应包括的内容,采用的技术意义。

MBD 技术定义 :用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息,详细规定了三维实体模型中产品定义、公差标注准则和工艺信息的表达方法。

数据集包括的内容 :相关设计数据、实体模型、零件坐标系统、三维标注尺寸、公差和注释工程注释、材料要求、其它定义数据及要求。

技术意义:1. 改双数据源定义为单源定义,定义数据统一 2. 提高了工程质量 3. 减少了零件设计准备时间 4.电子化的存储和传递 , 协调性好 5.减少成本 6.易于向下兼容 (派生出平面信息3、国外飞机数字化技术发展的三个主要历程:部件数字样机阶段 1986—— 1992全机数字样机阶段 1990—— 1995数字化生产方式阶段 1996—— 20034、飞机结构的特点零件多、尺寸大、刚度小、外形复杂、结构复杂、精度要求高、其装配具有与一般机械产品不同的技术和特点。

5、什么是飞机装配,发展历程?根据尺寸协调原则, 将飞机零件或组件按照设计和技术要求进行组合、连接形成更高一级的装配件或整机的过程。

自动化装配6、飞机数字化制造的三个主要内容CAD 、 CAM 、 CAPP第二章1、产品数字建模的发展过程中提出的产品信息模型有哪三种概念?面向几何的产品信息模型 (geometry- oriented product model面向特征的产品信息模型 (feature- oriented product model集成产品信息模型 IPIM(integrated product information model2、物料清单(BOM 的定义,企业三种主要的 BOM 表, EBOM 、 PBOM 、MBOMBOM 定义 :又称为产品结构表或产品结构树;在 ERP 系统中,物料一词有着广泛的含义,它是所有与生产有关的物料的统称。

DMU在整车开发中的解决方案字体大小：大中小2009-05-26 14:45:22来源：汽车设计随着产品更新换代速度的加快，现有样机的制造周期和制造成本已难以适应产品开发的需求，使用计算机三维设计技术建立数字样机，可实现实物样机的作用，有效缩短周期、降低成本。

数字样车技术(DMU)指在计算机或工作站中利用CATIA V5软件所具有的装配、干涉检查、功能部件校核、焊接及拆装、人机工程学检查以及4维空间漫游等功能对实车进行虚拟的模仿和再现，使其具有物理模型的特性，从而取代物理模型验证产品的设计、功能（运动）、工艺、制造和维护等方面内容的产品开发技术，形成一辆模拟现实的数字样车，对产品的真实化进行计算机模拟。

图1 静态干涉检查的流程DMU的作用DMU的作用首先是提供各类、各种档次的可视化功能，用不同方式对电子样车的全部部位进行审视、评估，漫游和模拟真实的视觉效果。

尽可能在数字化环境中看到产品在真实世界中相同的效果，实现低成本、高效率的产品可视化模拟。

CATIA V5实现了可视化和产品结构的统一进行，让复杂区域的可视化变得非常容易，使可视化的应用范围得到扩展。

其次是提供各类对车型或部件间进行功能性分析的手段，包括：机构运动，干涉分析，拆装分析，空间分析和管理等。

尽可能在数字化环境中进行与真实世界中相同的分析，使设计师在设计早期就发现问题所在，在设计的各个阶段，及时、大量地进行各种分析，提高产品设计质量。

图2 断面分析界面三是应用关联设计，运用CATIA独有的PUBLICATION技术，按照自顶向下的设计方式，实现装配之间、零部件之间、一个模型文件中的多个几何实体之间、曲面模型和实体模型之间、特征之间等多种层次的端到端的各类关联。

基于骨架的DMU设计分析方式，实现数字样机的快速更改，降低成本，快速地进行多方案的评估与研讨，通过建立关联性的设计模板进行管理和重用，提高设计效率。

以下通过整车实例中的部分案例来说明DMU的实际应用。

DMU的情况1.Digital Mockup、Virtual Prototyping和DigitalPrototyping这三个术语的区别在英文中，Mockup是一种结构或装置，一般用于教学、演示、检查设计方案等。

Prototype 是指产品开发过程中开发出来的原型产品。

Prototype通常具有功能，即便可能不是完整的功能；而Mockup仅仅是看起来像真实的产品，不具有功能。

Mockup：假雷达; 制造模型; 制造样机;实体模型Prototype：原型, 雏形, 蓝本2.关于Digital Mockup相关厂商对其功能的描述是：DMU技术能够使工程师能够对任何复杂的模型进行内部观察、漫游、检查和模拟。

DMU包括以下功能：1.与CAX系统完全集成。

2.提供强大的可视化手段，除了虚拟显示和多种浏览功能，还集成了DMU漫游和截面透视等先进手段。

3.具备各种功能性检测手段，如安装/拆卸、机构运动、干涉检查、截面扫描等。

4.具有产品结构的配置和信息交流功能。

由此，我们可以看出，DMU的基础是三维CAD，而DMU的主要用途，是在产品的详细设计过程中，针对产品的装配模型，提供快速的浏览、可视化和装配模拟等功能。

其应用特点是围绕着三维模型的。

其底层支撑技术是轻量化的三维模型技术。

事实上，DMU技术的产生，就是由于当时的计算机硬件性能还不够理想，对于汽车、飞机等复杂的产品模型，即通常说的大装配，如果要调出完整的产品结构、特征信息，要装配环境下编辑零件，进行各种编辑操作，效率极低。

因此，诞生了以轻量化三维模型为核心的DMU技术，将涉及到“看”的功能，与涉及到详细“编辑”的功能区分开来，以解决硬件性能不足的问题。

由此，我们可以得出一个结论，即DMU是特指在三维CAD环境下，对复杂产品的大装配模型进行浏览、可视化和装配模拟的相关技术。

随着计算机硬件技术的发展，尤其是CPU、内存和专业显卡技术的发展，以及CAD软件本身性能的提升，对于大装配的处理技术逐渐提高，中端三维CAD也逐渐可以处理大装配，对于复杂产品的“看”和“编辑”的矛盾逐渐没有那么突出了。

TeamCenterVisualization——VisMockUp实时数字样机仿真与分析系统简介所有设计团队的⼀个基本⽬标就是在产品⽣命周期中尽早地利⽤⼀个通过“最佳实践”总结的⽅法来检测产品缺陷。

Vis Mockup（实时数字样机仿真与分析系统）是⼀个功能强⼤的实时数字样机解决⽅案，它帮助制造企业尽早发现并解决产品开发过程中的问题。

融合了⾼级的2D和3D可视化功能以及强有⼒的⼤产品装配分析功能，Vis Mockup确保了发布给加⼯过程使⽤的产品数据是准确⽆误的。

此外，Vis Mockup降低了对试制各种昂贵的物理样机的需要，⽽且降低甚⾄消除了重组装备的成本。

通过VisMockUp可早期发现设计缺陷，缩短产品上市时间，避免设计后续⼯艺变更，减少成本，减少物理样机数，⽤数字产品快速⽣成和测试不同设计⽅案协同功能，利⽤企业Intranet⽹开展并⾏⼯作。

VisMockUp还提供了专门⽤于对数字样机进⾏分析的静态、动态⼲涉检查、剖视、测量等功能。

在VisMockUp中⽤户可以⽤⿏标在正常的交互速率下操作象汽车、飞机这样具有全部零配件细节的巨⼤模型，使得⽤户对数字样机的分析成为可能。

另外，其提供了与众多流⾏CAD软件如I-DEAS Master Series、 Pro/Engineer、CATIA、Unigraphics、CADDS 4X/5、Solid Designer及AutoCAD等的⽆缝接⼝。

VisMockUp的功能特征：动态剖视：为分析数字样机的内部结构，VisMockUp提供了⼀套动态剖视⼯具。

⽤户可在任意空间位置定义剖切⾯，产⽣样机的剖视图，并可沿法向拉动剖⾯获得动态剖视图。

进⼀步通过2D测量⼯具测量剖视图中⼏何元素的尺⼨关系，精确分析样机内部结构。

装配变换：以快捷的⽅式对样机的零组件实施各种形式的装配定位、变换操作。

在VR设备的帮助下可使⽤户获得真实的现场沉浸感。

静态⼲涉、碰撞检查：与传统CAD的单对象⼲涉检查分析不同，VisMockUp允许⽤户设定⼲涉检查的范围，如只分析屏幕上显⽰的零件的⼲涉情况，甚⾄是整个数字样机的所有零件，然后再设定间隙检查的间隙或⼲涉量，则系统在⼏秒内以间隙矩阵的形式给出选定范围内所有两两零件之间的⼲涉情况。

民用飞机数字样机通用要求
1. 准确性和真实性：数字样机应该能够准确地模拟民用飞机的各种特性和行为，包括几何形状、材料属性、气动特性、结构强度等。

2. 可视化和交互性：数字样机应该具有良好的可视化和交互性，能够让工程师直观地了解飞机的设计和性能，并进行各种操作和分析。

3. 可扩展性和可维护性：数字样机应该具有良好的可扩展性和可维护性，能够适应不同的设计需求和变更，并方便进行更新和维护。

4. 兼容性和集成性：数字样机应该与其他设计工具和系统兼容，并能够与其他系统进行集成，以实现协同设计和开发。

5. 安全性和保密性：数字样机应该具有良好的安全性和保密性，能够保护设计数据和知识产权，防止未经授权的访问和使用。

6. 验证和确认：数字样机应该经过验证和确认，以确保其准确性和可靠性，满足相关的标准和规范。

7. 培训和支持：数字样机应该提供充分的培训和支持，以帮助工程师和用户掌握其使用方法和技巧，提高工作效率和质量。

总之，民用飞机数字样机的通用要求包括准确性、可视化、交互性、可扩展性、兼容性、安全性等方面，以满足民用飞机设计和开发的需要。

数字样机技术在复杂产品工程设计中的应用研究作者：何梅冀艳丽来源：《中国科技博览》2015年第15期[摘要]本文首先讲述了虚拟样机技术的概念，然后介绍了虚拟样机技术的特点，接着介绍了应用现状，最后介绍了虚拟样机技术在机械领域的应用。

[关键词]数字样机技术，工程设计，应用研究中图分类号：TB21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0382-01一、前言数字样机技术是使用数字代替实物进行产品数字化设计的技术。

使用数字样机能够快速灵活的进行设计，而且更加有真实感。

并且能够缩短研发周期，降低成本。

二、虚拟样机技术的概念虚拟样机技术是一种通过综合运用计算机辅助设计中先进的建模、信息管理和多领域仿真等对产品进行设计和分析的方法。

利用虚拟样机技术建立产品计算机模型，对模型进行仿真分析，根据分析结果指导产品的后续研发以及产品的改进设计；同时可以分析机械产品在不同应用环境下的整体性能，进而对产品的质量性能进行评价。

在以往的机械产品研发过程中，对方案进行论证、根据经验进行初步的设计、后续的细节进一步修正或改进设计等一系列流程总是在不断的循环讨论当中。

为了验证设计是否合理、可行，功能能否实现，还需要对物理样机进行多次的测试实验，根据实验结果，再对产品的设计方案进行改进，同时再次制造或改进物理样机进行实验以达到设计的要求。

在机械产品设计和研发中应用数字化的虚拟样机技术改变了产品设计→样机建造→测试评估→反馈设计的传统设计流程，避免了物理样机的生产及其修改加工，节约了设计研发成本。

通过数字化的计算机辅助设计技术，可迅速缩短产品开发周期，同时也有利于不同设计工作的协同进行。

三、虚拟样机技术的特点机械产品的设计是一个不断的循环过程。

为了验证设计方案是否合理，需要制造样机进行性能测试，但设计过程中往往需要对设计及样机进行多次改进，才能获得符合要求的设计方案，这种设计方法往往耗时、耗力、耗物。

利用虚拟样机技术对机械产品进行的设计研发是一个并行的过程。

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