数字化样机技术在机械系统设计中的应用.pdf

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1、·64·科技论坛数字化样机技术在机械系统设计中的应用杨怡斌(上海理工大学管理学院，上海200093)摘要：基于复杂多变，竞争逐渐趋于白热化市场竞争态势下，企业务必要将产品研发周期缩短，综合提升产生生产水平并减少生产成本，才可以在恰"-3时间，物美价廉为客户提供所需，也才能在竞争如此猛烈环境中始终保持领先。传统产品研发一般会包括很多内容，很多道繁琐工序，例如产品设计，样机制备，工业实验，产品改进及批量生产等，这种以物理样机为基础研发模式会产生很大花费，产品生产用时也比较久，且有部分产品质量不过关，明显达不到用户标准，数字化样机技术则不同，它可以很好满足上述物理样机无法满足要求，这无疑是对

2、设计者一次很好的减负，由庞杂繁复手工绘图状态中解脱，还为使用者提供了更进一步的优质服务。关键词：数字化；样机技术；机械系统设计；应用伴随网络技术普及化发展应用，针对机械系统设计方面无论理论研究，设计方法以及制作手段都已经出现了翻天覆地的变化，二十世纪的八十年代左右网络辅助设计技术为针对传统设计一次新变革。不单设计图纸质量能够更进一步确保，同时绘制效率也大幅度提升，而且设计者就拥有了更多精力与时间开启新的创造可能。数字化样机技术也很好达到实际工况下仿真机械系统运行状况，同时对各类设计理念予以快速综合分析，最终提出一个最佳方案。最近几年，数字化样机技术较之以往取得了更快的发展速度，对机械系

3、统设计无论在理论亦或实践方面都有很大改进，设计者也可以轻松模拟任意工况条件下作业情景，并且在理论设计期便能挑选最优方案，因此使得系统整体质量得到了质的飞跃。1数字化样机技术概述通常所说数字样机技术也就是机械工程进程中对机构、产品动态性仿真，一般说的虚拟样机技术也是指此项技术，其是在一九八零年左右取得了突飞猛进发展的一类网络辅助工具技术。一般情况下针对该技术大致会存在两种截然不同定义方法，即其一，虚拟化原型设计，以网络图形学作为基础，结合虚拟现实手段来模拟产品生命周期，以达到简化或代替物理样机的效果；其二，数字模型设计，由机械设计和制造的层面看，凭借网络技术仿真模拟产品运动轨迹，或诸如此

4、类各种参数，以达到简化或代替物理样机测试的效果。此技术核心内容在于动力仿真、机械运动学与虚拟化技术。除此以外，此技术还含有优化设计，驱动元件和三维CAD建模等。结合DMU模型能够对不同机械产品性能进行动态分析并对设计予以优化，达到节省开支和研发周期，提升系统性能及产品质量的目的。闻名于世的波音集团在其生产的诸多飞机中大量应用此项技术，避免了绝大部分设计更改操作，同时产品设计精准性更高，制造用时节省了一半，同样福特公司也将该技术应用于其旗下产品制造过程中，收效甚大。近几年，我国很多先进企业也陆续开展此项技术研究与应用，取得可喜成绩。该技术研究范围多以机械系统动力分析与运动分析为主Ⅲ。当中

5、动力理论分析包括有基于外力导致系统运动研究，还可继续分成运动理论、动力理论混合形式以及不受时间影响受力条件下系统平衡位置；运动理论分析指的是参照构件间加速度，速度及结算位置等非线型方程，从而方便将其它构件运动参数计算出来。2数字化样机技术研究和应用数字化样机技术优势：该技术已达到系统级产品优化的效果，可以大幅提升产品质量，减少成本并缩短设计周期圆。和过去串行研发存在显著差别，数字化样机技术以并行工程研发技术作为基础与突破口，存在由系统层面出发对复杂系统予以分析特征，支撑自上而下研发模式。注重由系统角度对产品外形，功能及特殊情况下状态进行模拟，虽然处于概念设计期，但系统却能对影响性能敏感

6、参数予以判定，预估实际工作时产品特征和可能出现响应，到挑选出最佳方案为止，有时凭借数字化样机还能做物理样机没办法做的实验131。很大程度将产品生产质量与设计效率提升上去，同时也使产品一次成型几率大幅提升。数字化样机技术是贯穿产品整个生命周期的，也就是它对设计研发测试，维护保养和故障监控甚至回收综合应用也都具有很好的辅助作用。数字化样机技术作为现阶段研究及应用一大热门话题，它能很好为产品概念设计提供支撑保障同时对达到并行工程效果也十分有益。现如今，国内外数字化样机技术主要研究问题包括：其一，不同领域复杂产品结合数字化样机技术研究和开发。虽说机械系统数字化样机技术，如动力学研究，热力学研究

7、和应力变化分析等也渐渐步上正轨，但当前产品大部分却为计算机、电子与机械一体化机电产物，单一机械系统数字化样机技术越发不能满足整个系统运行需要，因此国内外目前在争相开展不同领域复杂产品结合数字化样机技术研究和开发工作。其二，应用研究领域，国外数字化样机技术商品过程已基本全部做完并被普及到方方面面，无论是工程器械，造船，国防技术，人机工程，医学或通用机械等都不难看到该技术的身影，研究伴随产品生产始终旧。其三，数字化样机技术为软件研发提供坚实保障，国