数字样机应用与发展思路

电子对抗系统数字化样机建设思路综述刘德龙,陈旭,张琛(中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏扬州225101)摘要:分析了数字化样机建设现状与存在的相关问题,介绍了功能级㊁信号级数字样机的优缺点以及应用范围,理清了各层级数字样机的建设需求和建设手段,结合当前的问题和系统工程设计方法,给出了电子对抗数字化样机的基本建设思路和总体方案㊂关键词:功能级;信号级;数字化样机中图分类号:T N97文献标识码:A文章编号:C N32-1413(2021)05-0012-05 D O I:10.16426/j.c n k i.j c d z d k.2021.05.003O v e r v i e w o f C o n s t r u c t i o n I d e a s f o r D i g i t a l P r o t o t y p e o fE l e c t r o n i c C o u n t e r m e a s u r e S y s t e mL I U D e-l o n g,C H E N X u,Z H A N G C h e n(T h e723I n s t i t u t e o f C S I C,Y a n g z h o u225101,C h i n a)A b s t r a c t:T h i s p a p e r a n a l y z e s t h e p r e s e n t c o n s t r u c t i o n s i t u a t i o n a n d e x i s t i n g p r o b l e m s o f d i g i t a l p r o t o t y p e,i n t r o d u c e s t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f f u n c t i o n a l l e v e l a n d s i g n a l l e v e l d i g i t a l p r o t o t y p e s a s w e l l a s t h e i r a p p l i c a t i o n r a n g e,c l a r i f i e s t h e c o n s t u r c t i o n d e m a n d a n d c o n s t u r c t i o n m e a n s o f d i g i t a l p r o t o t y p e s a t a l l l e v e l s,g i v e s t h e b a s i c c o n s t u r c t i o n i d e a s a n d o v e r a l l s c h e m e o f d i g i t a l p r o t o t y p e s f o r e l e c t r o n i c c o u n t e r m e a s u r e s y s t e m c o m b i n i n g w i t h t h e c u r r e n t p r o b l e m s a n d s y s t e m e n g i n e e r i n g d e s i g n m e t h o d s.K e y w o r d s:f u n c t i o n a l l e v e l;s i g n a l l e v e l;d i g i t a l p r o t o t y p e0引言电子对抗系统的开发是一个十分复杂的系统工程㊂面对错综复杂的工作环境㊁性能提升的低截获雷达技术㊁日益强烈的反电子对抗手段,电子对抗系统需要越来越复杂,指标要求也越来越高㊂研制一个电子对抗系统,耗资大,周期长,难以预测的因素多,实验难度大,在研制时往往需要跨企业㊁跨部门㊁跨系统的多个团队共同完成㊂在这种由多个设计小组共同参与的项目中,层次化㊁模块化的设计流程可以大大方便项目管理,明确各个项目开发小组的设计目标,进而缩短产品的开发周期㊂而数字化平台建设及数字化样机研制工作使得研发的总体部门㊁各分机设计㊁加工部门在实践中不断完善工作流程㊁仿真流程,增进了跨部门合作,积累了过往工程设计经验,提升了项目总师㊁设计人员㊁管理人员素质和工作效率,缩短了新项目研发周期,提高了产品可靠性和功能扩展性能,增强了信息化体系作战条件下现代信息装备研制的核心竞争力[1]㊂1数字化样机建设现状1.1产品方案设计没有统一的仿真环境,模型不统一,难以共享与重用系统设计模型分为3层:作战需求分析㊁产品方案设计和功能单元设计,对于每一层模型,设计与仿真形成闭环㊂其中,作战需求分析层由作战仿真软件支持仿真验证;功能单元设计层可以由相关的专业软件支持仿真验证;而产品方案设计层目前还没有能够支持仿真验证的环境㊂如图1所示,系统设2021年10月舰船电子对抗O c t.2021第44卷第5期S H I P B O A R D E L E C T R O N I C C O U N T E R M E A S U R E V o l.44N o.5收稿日期:20210312计师一般的手段是构建相应的V C ㊁M a t l a b 仿真模型来仿真验证自己的设计㊂但是如图2所示,目前这些模型没有统一的仿真运行平台,导致建模没有统一的规范,难以统一管理而散乱于各个设计师自己手里,致使模型难以被共享㊁被重用;同时又由于模型难以被共享㊁重用,导致设计师仿真需要的重复工作多,工作量大,影响设计师的工作效率[2]㊂图1系统设计建模仿真中存在的问题图2 已有模型难以重用1.2 模型构建层次不清晰由于数字化样机的研发技术和信号处理技术比较类似,研发团队一般也以该团队成员为主,因而当前数字化样机多为信号级样机㊂而这类样机优缺点明显,不能解决所有用户的需求,因此理清当前数字化样机建设需求与手段㊁清晰化模型构建层次是当前数字化样机建设的前提[3]㊂1.3 现有仿真模型偏理想,未结合实测数据目前,正常的产品方案设计都是做了仿真的,但是仿真主要考虑理想条件下的仿真,没有接入实际的数据进行仿真推演㊂大多数产品难以避免在被实际做出来之后,存在与之前的设计预期不符,甚至达不到所设计的功能和性能㊂如图3所示,天线方向的理想与实测相差较大;如图4所示,理想信号与实测信号的频谱也不尽相同㊂1.4 软件开发与调试依赖硬件实物在电子战设备实际研发中,由于电子战系统软图3天线方向图的理想与实测之间有较大差异图4 理想信号与实测环境信号件部分的开发与调试较强地依赖硬件,导致软件部分的开发与调试往往需要等硬件部分有实物之后才能开展,进而使得电子战系统中的软件研发滞后于硬件研发,影响整个系统研发周期㊂特别是未来大数据㊁智能化㊁态势生成等真实的环境场景很难构建,因此需要建设数字化的仿真平台以满足软件开发需求㊂2 数字化样机构建层次及目的一般情况下,电子对抗系统的数字化样机在实现形式上分成功能级数字化样机㊁信号级数字化样机以及介于两者之间的一些其他形式的数字化样机,下面分别介绍这些数字化样机的优缺点及应用范围㊂2.1 数字化样机的应用范围2.1.1 功能级数字样机功能级数字样机由于计算量少,因此可以实现实时处理,能够支持多系统之间的实时在线仿真㊂这类数字化样机主要用于作战场景的展示以及战术战法的推演,从而可充分了解每个设备中各项指标的重要性,对装备指标体系建设有一定的帮助㊂但31第5期刘德龙等:电子对抗系统数字化样机建设思路综述是功能级的数字样机由于仿真颗粒度过于粗糙,无法用于指导设备研制㊂2.1.2 信号级数字样机信号级数字化样机的仿真重点在于数字信号处理与波形调制部分的算法模拟与展示,这类仿真的优势在于对信号处理部分的仿真逼近了真实情况,因此可以通过信号级数字化样机的仿真推算出设备的基本性能指标,指导设备的研制㊂一般这类仿真是将仿真时间内的所有数据加载到内存中集中计算处理后再统一展现,典型的仿真软件有s y s t e m v u e 等㊂由于其计算量较大,若没有现场可编程门阵列(F P G A )等硬件的支持与加速,无法实现实时的仿真计算;因此,几乎无法实时支持对后端信息处理仿真所需要的数据,也无法满足多系统之间的联合调试㊂2.1.3 数据级数字样机数据级数字样机是基于雷达脉冲描述字(P DW )的仿真㊂这类仿真实时运行在C P U 和图像处理器(G P U )之中,主要为了验证电子对抗系统的信息处理软件实现能力㊁分系统协同能力和整机工作流程实现能力,解决软件开发与调试依赖硬件实物和测试环境的问题㊂这类仿真利用模拟器构建数据流,因此可以实时验证多传感器融合,综合态势生成㊁威胁估计等软件效能,提高对抗设备的智能化水平㊂2.2 数字样机建设需求分析根据以上论述可知,不同层级的数字化样机的建设目标与建设需求是不一的,建设手段和建设方案也完全不同,因此总结仿真的层次化关系㊁仿真目的是非常必要的㊂现将各层级数字化样机建设的仿真需求㊁目的和建设方法总结如表1所示㊂3 数据级数字化样机建设思路和总体方案3.1 基本思路如图5所示,根据集成产品开发(I P D )流程结合系统工程设计方法,系统的设计应分为以下3个步骤:(1)作战需求分析;(2)系统方案设计;(3)子系统(模块)方案设计㊂其中作战需求分析需要通过功能级数字化样机给出电子战效能级模型;系统方案设计主要采用P DW 功能级数字化样机,验证电子战整机的态势生成与资源管理架构㊁整机工作模式㊁工作流程;子系统级方案设计,主要完成对电子战接收处理指标验证㊁干扰波形调制能力验证㊂因此总结数字化样机的建设思路如下:(1)明确各层级数字化样机的定位明确数字化样机的面向对象和建设目标,从而确定数字化样机分几个层次㊁几个团队分别建设㊂要充分发挥每一个层级的数字化样机的优点,分别解决设计中的一些问题㊂不能总想利用一个层次的数字化样机解决不同层次的问题,这样是不科学的㊂(2)统一的仿真环境㊁模型团队内部数字化样机的建设需要选择统一的仿真环境㊁统一的实现架构㊁统一的共享形式㊁统一的模型说明,才能使得数字化仿真变成组织级别的资图5 系统设计与仿真业务流程示意图41舰船电子对抗第44卷表1 各层次数字化样机的仿真需求、目的和建设方法需求层次需求条目举例说明仿真需求要点仿真本质仿真环境与仿真方法多系统级联合仿真作战场景的演示展示作战战法的演示验证系统指标需求分析单雷达与电子对抗设备对抗流程演示组网雷达与多电子对抗设备对抗流程演示以平台对抗为基础,我方平台雷达+电子对抗设备面对敌方雷达+电子对抗设备进攻防守演示验证电子对抗设备指标与作战效果的联系界面展示性强㊁实时性效果好界面展示性强㊁实时性效果好界面展示性强雷达方程+干扰方程的时空域展示平台对抗作战流程验证,本质就是找出雷达仿真+干扰方程的 极点 ,寻找某设计定型的电子对抗和雷达设备获得最佳对抗效果的作战战法本质即找出设备各指标之间与作战效果之间的关系,确定最佳设计平衡点,比如灵敏度与截获概率之间的平衡点,干扰功率和作战效果之间的平衡点面向对象的界面编程;系统辐射源描述字(E D W )功能级仿真面向对象的界面编程;系统辐射源描述字(E D W )功能级仿真;2个方程寻找极点的仿真M a t l a b ;加入环境场景的2个方程的约束与极点寻找的仿真系统级仿真软件能力与流程分析验证态势生成㊁威胁估计㊁智能训练㊁工作流程仿真等构件软件输入与输出闭环,搭建软件环境模拟器模拟战场数据(硬件处理后的)作战效能的推理分析基于作战场景的侦察截获概率仿真㊁干扰效果的仿真;雷达抗干扰样式仿真实时性较弱,抓住核心对抗点,部分算法可简化仿真2个系统之间的信号处理和流程之间的对抗P D W 功能级仿真;利用数据模拟器实现分系统级仿真系统性能指标验证系统灵敏度验证;系统测向精度验证;系统信号检测能力验证;干扰波形生成能力系统工作流程验证接收机与微波控制流程验证;动态D B F ㊁动态信道化算法验证等系统架构的1ʒ1搭建,仿真准确性需要较高,能够与设备保持一致验证复杂环境下系统的各项性能指标:比如验证不同方位㊁俯仰下信号的灵敏度,以达到指导设备调试的目的㊂寻找系统最优控制流程,保证在一定硬件设备下,达到系统能力的最优化实时性信号级仿真分机级仿真分机算法验证㊁分机性能指标验证㊁分机工作流程验证模块性能指标验证微波系统的性能指标仿真验证接收机多信号同时到达㊁测向解模糊㊁测频精度的仿真信号分选与识别算法仿真验证微波模块的性能验证,比如滤波器的性能验证仿真结果准确,能指导设备研制仿真结果准确,实时性需与装备一致仿真结果准确,能指导设备研制寻找微波系统的搭建最优方案S ys t e m v u e ㊁M a t l a b 等其他仿真工具(信号级仿真)仿真验证复杂环境下接收机算法的缺陷点,寻找最优接收处理算法实时性信号级仿真仿真验证信号分选准则的正确性㊁识别算法的准确性㊁算法的最优方式等P D W 信号功能+非实时性数据处理仿真(M a t l a b +G U I)验证微波模块设计的最优方案51第5期刘德龙等:电子对抗系统数字化样机建设思路综述产,为组织未来的发展提供动力,使得数字化仿真意义扩大化㊂另外需要建立共享机制,扩大团队信息共享,提高科研水平㊂(3)一步一个脚印地更新仿真的准确性马克思哲学中阐述了认识的本质和过程:实践是认识的基础,认识是实践基础上主体对客体的能动反映,认知可以指导实践,实践可以改变认知,这是一个循序渐进㊁螺旋式上升的过程㊂建立数字化样机也是一样,一开始不能要求太高,太多的需求可能导致实现困难,工作难以开展㊂一方面,应当在目前的认知条件下,先做一个基本的样机架构,完成基本的功能,获得基本的成果后逐步前进;另一方面应当在已有数字样机的基础上,结合更多的实测数据,增强仿真的可信度㊂(4)分离软硬件数字化仿真,提升仿真设计效率总的来说,对于天线与微波前端和接收处理㊁信号调制发射等硬件实现部分,可利用s y s t e m v u e等软件,实现信号级仿真,从而达到更准确的仿真效果;对于软件处理部分,可通过开发前端数据模拟器,模拟各类接收机的P DW㊁E DW㊁雷达点迹㊁航迹等数据,而数字化样机运行架构应当与设备软件保持一致,这样可以使得数字化样机的开发成果与设备开发更易共享,节约人力资源㊂3.2总体方案图6为对抗数字化样机建设总体框图,主要包括雷达模型㊁环境模型和对抗模型㊂仿真开始,由环境模型配置双方平台信息,主要包括:经纬度㊁运动方位㊁速度㊁雷达截面积(R C S)等,然后产生除了雷达与对抗两方的其他复杂电磁环境,送至对抗模型㊂接着雷达模型开机,发射电磁波(此处为雷达信号描述字),通过环境模型计算其空间衰减与坐标转化,将雷达信号描述字送达对抗模型㊂对抗模型通过无源侦察模型接收环境模型中传输的复杂电磁环境,也包括雷达模型通过环境模型发至侦察模型中的雷达信号描述字,通过智能化决策后由干扰模型输出干扰信号描述字送至环境模型送达㊂环境模型根据目标方的R C S㊁雷达信号功率㊁两者径向运动速度㊁云㊁雨等背景影响计算雷达回波,再根据干扰信号描述字生成雷达真实接收的基带信号,送至雷达接收机㊂接收机根据回波计算雷达点迹和航迹,将其送至环境模型,环境模型依照两者真实的方位㊁速度进行判决,将干扰真实效果送至对抗模型,由此形成闭环,可供机器学习算法实施训练㊂图6对抗数字化样机建设总体框图4结束语本文首先分析了数字化样机建设现状,总结了当前存在的问题;通过分析当前几种常见的数字化样机建设模式,总结其优缺点及适用范围;然后从需求的角度出发,给出了各层级数字样机的需求层次㊁仿真要点㊁仿真本质和适用仿真环境等;最后给出了数字化样机的基本建设思路和总体方案㊂参考文献[1]朱兵.层次化电子对抗系统仿真研究[D].西安:西安电子科技大学,2017.[2]王琦琦.电子对抗仿真建模与评估技术研究[D].西安:西安电子科技大学,2017.[3]陈旗.水面舰艇编队电子对抗仿真系统研究[J].舰船科学技术,2010,32(6):7983.61舰船电子对抗第44卷。

数字化技术在直升机制造企业中的应用与发展摘要：随着计算机软、硬件技术的发展，数字化技术的应用越来越广泛，其领域涉及到医疗、军事、制造等行业。

直升机是一种复杂产品，技术含量高，涉及专业广。

直升机产品的研制生产是一个复杂的系统工程，需要借助于许多基础工作平台和多方面的先进技术，而数字化设计与制造技术是目前最重要的一项基础工作，它对于提高我国直升机设计制造水平、实现直升机事业跨越式发展、提升直升机制造企业的技术实力和市场竞争能力等方面都具有十分重要的意义。

关键词：直升机；数字化技术制造；应用数字化工程将在我国飞机制造业中实施。

飞机制造业数字化工程将通过整合和充分利用现有资源，借鉴国内外先进的数字化技术和管理模式，开展技术攻关，打通飞机研制生产数字化生产线，创建数字化工作体系，提高飞机制造业基于数字化技术应用的型号研制和批生产能力，推动我国飞机制造业生产方式的变革，从根本上改变我国现行的飞机设计、制造、试验和管理的模式、方法和手段，实现我国飞机制造业的跨越式发展。

一、直升机制造企业对数字化技术的需求现代直升机制造企业要提高直升机研制生产技术水平和能力，不仅依靠直升机自身关键技术的解决，更需要有许多现代化的基础技术来支持。

1、升机制造企业系统而又全面应用数字化技术的需求。

从直升机行业数字化应用的状况分析，目前所开展的数字化技术应用工作主要是局部的，着重解决型号研制的具体问题，没有采用数字化技术和手段贯穿直升机研制生产全过程。

这些局部的单项数字化技术应用有的已相对深入，有的则刚刚起步，应用发展很不平衡，严重制约了数字化技术应用效能的发挥。

从直升机型号研制生产过程考虑，数字化技术的应用要覆盖型研制、试制、小批生产和批生产全过程：从直升机制造企业来说，则要具体考虑直升机研制生产在制造工艺设计、工装设计分析与制造、零部件加工制造、装配(铆装和总装)、产品数据管理、制造资源管理、质量管理、物料配送、生产组织管理以及系统集成等方面数字化技术的全面应用。

CATIA数字样机CATIA（Computer Aided Three-dimensional Interactive Application）数字样机是一种CAD（计算机辅助设计）软件。

它具有强大的建模及设计能力，广泛应用于汽车、航空航天、船舶等工业领域。

本文将介绍CATIA数字样机的应用及其在制造行业中的重要作用。

一、CATIA数字样机简介CATIA数字样机是一种基于计算机辅助设计（CAD）的工具，它可以帮助设计师快速建立并修改三维模型。

它提供了丰富的功能和工具，使得设计师能够完整展示产品的外观和结构细节。

这在产品设计和开发过程中起到了至关重要的作用。

二、CATIA数字样机在汽车工业中的应用1. 汽车外观设计通过CATIA数字样机，汽车设计师可以根据客户需求快速生成三维模型，并进行修改和优化。

这有助于设计师更好地理解设计概念，提高设计效率。

同时，数字样机可以模拟不同光照条件下的效果，帮助设计师做出更准确的外观设计决策。

2. 汽车结构设计CATIA数字样机不仅可以用于汽车外观设计，还可以用于汽车结构设计。

它可以帮助设计师进行虚拟装配和碰撞测试，验证汽车零部件的可靠性和安全性。

这大大缩短了产品开发周期，并减少了制造成本。

3. 汽车模拟与分析CATIA数字样机还具有强大的模拟和分析能力。

它可以模拟汽车在不同条件下的运行情况，包括动力学、风阻、悬挂系统等。

设计师可以通过数字样机对汽车进行性能优化，提高产品的市场竞争力。

三、CATIA数字样机在航空航天工业中的应用1. 飞机设计CATIA数字样机在飞机设计中起到了至关重要的作用。

设计师可以使用数字样机进行飞机结构和外观的建模和优化。

数字样机还可以帮助设计师进行虚拟装配和碰撞测试，确保飞机的结构和安全性。

2. 航空发动机设计CATIA数字样机可以帮助航空发动机设计师进行三维建模和优化。

数字样机可以模拟不同工况下的发动机性能，并进行性能优化。

这有助于提高发动机的燃烧效率和推力，减少燃料消耗。

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。

全三维数字样机设计现状
全三维数字样机设计是指将产品的三维CAD设计数据转化为真实的、可触摸的、具有实物感的数字模型。

目前，全三维数字样机设计已经成为产品设计、开发及制造的重要工具，有较广泛的应用。

目前，全三维数字样机设计的现状主要体现在以下几个方面：
1. 技术水平不断提高：随着各种CAD、CAM及数控技术的不断进步，数字样机技术在快速发展。

现在的数字样机已经可以做到非常高精度和细致的数据呈现，同时也具备了更高效、更丰富的模拟功能。

2. 应用范围不断扩大：数字样机在多个领域发挥了重要作用，如汽车、航空制造、医疗和消费品等领域。

尤其是在产品研发、设计、制造、销售等方面，数字样机可以节省成本、提高效率，同时也可以为产品改进提供直观的可视化效果。

3. 市场前景广阔：数字样机技术完全可以满足现代市场所要求的多品种、小批量、高质量的定制生产需求，具有较大应用前景和市场需求。

总的来说，全三维数字样机设计技术的不断提高，让其在生产制造、工程设计、科研开发等领域得到广泛应用，并将对商业模式、市场格局、产业链等方面产生深远影响。

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。

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。

分析数字样机在飞机设计中的应用摘要：飞机数字化设计在国内部分飞机局部设计中已经得到广泛的应用，但是飞机全机采用三维全数字设计相关研究还缺少案例和研究经验的支持。

在设计过程中对飞机全机三维数字化设计关键技术加以研究，最终解决了难题，建立了三维外形数模。

本文围绕数字样机设计应用与传统飞机制造模式的差异分析，并结合数字样机设计应用要求以及具体应用体现，分别展开探讨。

关键词：数字样机；三维数字化技术；数字孪生引言：目前是以信息技术革命为中心的知识经济时代，各航空科研院所、集团企业认识到时代的变化需要重新定位战略目标，抓住时代机遇，实现技术革新和再创造，增强自身核心竞争实力。

结合十六大报告提出的发展理念：“要坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条新型工业化之路。

”在外部经济发展形势下，开创了中国飞机全机规模数字样机，解决了三维数字化设计技术难关，预示着我国飞机设计水平进入了数字化设计阶段，与国际飞机设计手段相接轨，为我国传统飞机制造模式向着数字化设计制造模式转变，奠定了发展基础。

一、传统飞机设计制造模式与全机数字化样机设计对比分析从飞机数字化研制模式分析，我国自航空航天工业事业建设开始，始终受限于传统飞机设计制造方式和工具，难以达到国际飞机设计研制的先进水平。

如我国手工图纸设计、手工操作机械加工方法，也可以统称为模线样板法。

操作过程是由图纸、模线样板、样件、工装模具夹具、产品等多个设计环节构成，其本质是基于模拟量传递的产品研制方法，围绕这种研制方法，才能开展一起飞机工厂活动，不仅耗时长，工作效率也慢，严重影响着航空企业设计技术的进步。

因此，需要对传统产品研制过程进行改革创新，利用先进的技术替代传统手工设计方法，以数字化技术为基础进行设计和研究，利用计算机软硬件设施以及网络技术，实现产品设计、制造和管理，在网络和计算机的辅助下建立飞机数字化模型，模拟飞机设计、分析、装配和制造等过程。

数字化设计制造技术是实现集团飞机设计目标的先进技术手段，可以贯穿集团生产全过程，从生产线设备布置、生产线的匹配、物料配送和成本核算等多方面，通过数字化设计制造技术大幅度提高生产效率和质量，增强集团设计研发能力，省去了大量的模线、样板、样件和工装等模拟量传递工具，体现出研发周期短、产品优质、生产高效、成本较低等优势，彻底改变了传统飞机工程设计制造繁琐的过程以及技术、工具应用体系。

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]。