數字化樣機技術的推廣與使用

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數字化樣機技術的推廣與使用某公司要實現虛擬產品的設計、分析、加工製造一體化的協同開發模式，需要首先推廣數字化樣機技術（Digital Mock-Up）。數字化樣機技術是在傳統的CAD技術基礎上，繼承傳統CAD技術的優點，如全相關技術、智能化建模技術等，同時根據現代企業的全數字化開發的思想需要，而建立的一套全新的設計思想、方法和現代化的工具。它和PLM系統的結合可真正支持產品開發的並行協同，因此在當今發達國家的摩托車開發企業中，已經採用DMU技術來替代採用大量物理模型進行摩托車的開發，這將大大提高產品開發速度和快速反應市場的能力。

關鍵詞：數字化樣機技術 信息技術 推廣

目錄

一、案例簡介

數字化樣機技術（DigitalMock-Up）是在傳統的CAD技術基礎上，繼承傳統CAD技術的優點，如全相關技術、智能化建模技術等，同時根據現代企業的全數字化開發的思想需要，而建立的一套全新的設計思想、方法和現代化的工具。它和PLM系統的結合可真正支持產品開發的並行協同，因此在當今發達國家的摩托車開發企業中，已經採用DMU技術來替代採用大量物理模型進行摩托車的開發，這將大大提高產品開發速度和快速反應市場的能力。公司利用DMU技術將CAD設計同分析、製造、裝配等有機的結合起來，完全符合虛擬產品開發的思路和要求。

二、案例背景介紹

摩托車行業大多數企業以加工和組裝為主，受技術水平和企業規模等方面的影響，在研發設計、產品服務等價值鏈高端環節的發展嚴重滯後，在整個行業的全新發展變革中，企業迫切需要搭建起一個基於虛擬技術的產品系列化3D設計、分析、加工製造與協同管理的數據平台，實現對摩托車從策劃、概念設計、工程化設計、製造等所有開發環節。而公司要實現虛擬產品的設計、分析、加工製造一體化的協同開發模式，需要首先推廣DMU技術。我公司利用DMU技術將CAD設計同分析、製造、裝配等有機的結合起來，完全符合虛擬產品開發的思路和要求。

三、案例應用詳情

公司要實現虛擬產品的設計、分析、加工製造一體化的協同開發模式，首先推廣DMU技術。我公司利用DMU技術將CAD設計同分析、製造、裝配等有機的結合起來，完全符合虛擬產品開發的思路和要求。

1）基於DMU的整車總體控制技術和總體設計方法的引入和實施

整車總體控制技術和總體設計方法是DMU實施成功與否的一項關鍵、難點技術，是基於DMU的總體設計，是摩托車DMU開發的框架。

摩托車總體設計中，它定義基於DMU 的總體設計思想，確定總布置尺寸參數以及與各功能部件和外觀件的關係，然後採用自頂向下的相關設計方法，進行各個分系統的初步設計並進行裝配。無論是工程師本人或者專業的結構分析人員，都可以在設計的任何階段對設計對象進行分析，這種分析包括有限元網格模型的建立，即使是模型的幾何尺寸發生變化，其有限元的網格模型也可得到相應更新。

模具設計和加工部門不再等到項目的最後階段才開始自己的工作，只要模型的幾何形狀初步確定，便可以開始相應的模具設計，其最終形狀可以隨着設計部門的設計結果而得到確認。

2）基於DMU的摩托車相關設計方法的引入和實施

三維相關設計技術是DMU技術的基礎，是設計技術從基於物理樣機向數字化樣機邁進的重要技術保證。

制定摩托車相關約束和尺寸的定義方法和規則，在建立電子樣車的過程中採用「上下關聯的設計方法」以減少設計錯誤，提高開發效率。

同時要定義摩托車的開發中各專業組之間的並行協同關係，解決開發過程中的各種衝突。由於數字化樣車技術強化了設計過程最關鍵的空間和尺寸控制之間的集成，在產品開發過程中不斷對數字化樣車進行驗證，大部分的設計錯誤都等避免或改善，從而大大減少實物樣機的製作與驗證，這樣在設計早期就能獲得跨專業、跨部門的產品信息。

3）基於DMU的骨架設計方法的引入和實施

骨架設計方法是現代DMU技術中的一項重要單項技術，它是驅動整個DMU摩托車的相關設計的控制單元。

骨架設計方法涉及的內容有：摩托車整車3D設計結構劃分；支持骨架設計的命名規則；不同版本數據的替代規則等技術。

4）基於DMU的機構運動分析的引入和實施

機構運動分析是在DMU集成環境中的重要功能。基於DMU的機構運動分析與產品開發的過程同步，並貫穿整個開發過程，不斷的檢查摩托車的運動狀態下可能出現的問題，以保證開發的準確性。對於摩托車，我們着重對前後減震器、轉向、有相對運動（如：鉸鏈）關係的運動問題進行分性，以及對有關空間問題進行確認。

5）基於DMU的整車干涉和空間分析的引入和實施

利用建立的DMU平台對整車進行全車干涉和空間分析，分析所以所有可能產生的干涉情況，並確認有關問題。

6）基於DMU的逆向建模及CLASS A方法的引入和實施

逆向建模及CLASS A建模方法是進行摩托車外形的重要手段，由於這部分工作是概念設計與工程化開發的紐帶，但是在傳統的工作流程中，該部分工作是與概念設計以及工程化設計工作相對獨立的，如果結構設計中發現問題，要通過很長的階段才能進行反饋，無疑造成整個項目的滯後。

因此如何利用DMU技術來協調和驗證逆向建模和CLASS A的結果，是DMU技術非常重要的內容。基於DMU環境的逆向建模和CLASS A工作方法，是完全與工程化設計在一個統一的集成環境中進行的，在整個CLASS A及逆向建模過程中，工程設計部門以及工裝部門就能夠在統一的平台早期介入，避免很多工程化工作已經完成才發現的致命錯誤，而延緩產品的開發周期。

逆向建模之後，我公司已經開展基於圖像的建模：將摩托車的效果圖直接導入電腦，利用工業造型軟件將二維效果圖直接轉化為三維曲面。

7）基於DMU的人機工程分析的引入和實施

摩托車作為一種人機不斷交互的行走機器，駕駛的舒適性、操作的方便性是考核其性能的重要指標。DMU提供充分的人機交互分析功能（駕駛員視野分析、操作舒適性分析、駕駛姿態分析等），在項目的各個階段對摩托車進行分性，為開發人員提供準確的設計和決策依據。

8）基於DMU的整車裝配拆裝分析的引入和實施

模擬整車狀態下，零部件的拆裝過程，為產品開發的後期可裝配性、可維護性提供依據。

9）基於DMU的電器線束布置的引入和實施

在DMU環境中，進行摩托車的整車相關性電器線束布置。

10）基於DMU的知識工程應用的引入和實施

DMU環境提供一個知識工程的應用環境，可以將公司有關技術知識方便的集成到DMU平台中，為摩托車的設計提供知識支持。

四、創新性與優勢

本項目的創新性在於以下幾個方面：

（1）骨架設計方法是現代DMU技術中的一項重要單項技術，它是驅動整個DMU摩托車的相關設計的控制單元。

（2）機構運動分析是在DMU集成環境中的重要功能。基於DMU的機構運動分析與產品開發的過程同步，並貫穿整個開發過程，不斷的檢查摩托車的運動狀態下可能出現的問題，以保證開發的準確性。

（3）逆向建模及CLASS A建模方法是進行摩托車外形的重要手段，基於DMU環境的逆向建模和CLASS A工作方法，是完全與工程化設計在一個統一的集成環境中進行的，在整個CLASSA及逆向建模過程中，工程設計部門以及工裝部門就能夠在統一的平台早期介入，避免很多工程化工作已經完成才發現的致命錯誤，而延緩產品的開發周期。

（4）DMU環境提供一個知識工程的應用環境，可以將公司有關技術知識方便的集成到DMU平台中，為摩托車的設計提供知識支持。

五、案例應用效益分析

通過本項目的實施，將建立標準的零部件3D設計規範和DMU數字樣機設計流程，同時利用數字化樣機與PLM系統的無縫集成提供的良好平台，實施摩托車開發的並行工程。這樣可使整個設計過程能夠在一個統一和協作的環境中完成。這樣不僅有利於減少設計錯誤，更有助於提高產品的開發效率，縮短開發周期，減少開發成本。