產(chǎn)品設計的數(shù)字化是企......



產(chǎn)品設計的數(shù)字化是企業(yè)信息化的重要內(nèi)容。近年來，隨著產(chǎn)品復雜性的不斷增長，以及企業(yè)間競爭的日趨激烈，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計方法已經(jīng)很

難滿足企業(yè)當前生存和發(fā)展的需要。為了能在競爭中處于有利位置，實現(xiàn)產(chǎn)品設計數(shù)字化勢在必行。
產(chǎn)品設計過程本質(zhì)上是一個對信息進行采集、傳遞、加工處理的過程，其中包含了兩種重要的活動：設計活動和仿真活動。因此產(chǎn)品設計

也可以看作是一個設計活動和仿真活動彼此交織相互作用的過程。設計活動推動信息流程向前演進，而仿真則是驗證設計結(jié)果的重要手段，二
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者關系如下圖所示。隨著技術(shù)的發(fā)展，仿真的重要性正在不斷加強。
目前為止數(shù)字化設計技術(shù)的發(fā)展歷程可以大體上劃分為以下三個階段。
(1) CAx工具的廣泛應用。自20世紀50年代開始，各種CAD/CAM工具開始出現(xiàn)并逐步應用到制造業(yè)中。這些工具的應用表明制造業(yè)已經(jīng)開始

將利用現(xiàn)代信息技術(shù)來改進傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計過程，標志著數(shù)字化設計的開始。
(2) 并行工程思想的提出與推行。20世紀80年代后期提出的并行工程是一種新的指導產(chǎn)品開發(fā)的哲理，是在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下對傳統(tǒng)

的產(chǎn)品開發(fā)方式的一種根本性改進。PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）技術(shù)及DFx（如DFM、DFA等）技術(shù)是并行工程思想在產(chǎn)品設計階段的具體體現(xiàn)。
(3) 虛擬樣機技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷進步，仿真在產(chǎn)品設計過程中的應用變得越來越廣泛而深刻，由原先的局部應用（單領域、單點）逐

步擴展到系統(tǒng)應用（多領域、全生命周期）。虛擬樣機技術(shù)正是這一發(fā)展趨勢的典型代表。
虛擬樣機技術(shù)是一種基于虛擬樣機的數(shù)字化設計方法，是各領域CAx/DFx技術(shù)的發(fā)展和延伸。虛擬樣機技術(shù)進一步融合先進建模/仿真技術(shù)

、現(xiàn)代信息技術(shù)、先進設計制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，將這些技術(shù)應用于復雜產(chǎn)品全生命周期、全系統(tǒng)，并對它們進行綜合管理。與傳統(tǒng)產(chǎn)品

設計技術(shù)相比，虛擬樣機技術(shù)強調(diào)系統(tǒng)的觀點、涉及產(chǎn)品全生命周期、支持對產(chǎn)品的全方位測試、分析與評估、強調(diào)不同領域的虛擬化的協(xié)同
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設計。虛擬樣機技術(shù)充分體現(xiàn)了圖1所示的產(chǎn)品設計過程，全面突出了仿真的重要性。
虛擬樣機技術(shù)的實施是一個漸進的過程，其中涉及到許多相關技術(shù)，如總體技術(shù)、多領域協(xié)同建模/仿真/評估技術(shù)、數(shù)據(jù)/過程管理技術(shù)

、支撐框架技術(shù)等等。下面主要提及三個關鍵技術(shù)。虛擬樣機管理技術(shù)。虛擬樣機開發(fā)過程中涉及到大量的人員、工具、數(shù)據(jù)/模型、項目/流

程，對這些元素進行合理的組織和管理，使其構(gòu)成一個高效的系統(tǒng)，實現(xiàn)整個開發(fā)過程中的信息集成和過程集成，是優(yōu)質(zhì)成功的進行虛擬樣機

開發(fā)的必要條件。
通過對當前并聯(lián)機床的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢的分析，可以看出，集成化、一體化、數(shù)字化的并聯(lián)機床快速開發(fā)平臺能夠大大縮短并聯(lián)機床的設

計開發(fā)周期、實現(xiàn)最新設計理論和應用技術(shù)的集成和應用、保證設計過程的一體化，從而推動并聯(lián)機床在理論方面的研究進展和在實際應用方

面走向產(chǎn)業(yè)化的進程。
協(xié)同仿真技術(shù)。協(xié)同仿真技術(shù)將面向不同學科的仿真工具結(jié)合起來構(gòu)成統(tǒng)一的仿真系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮仿真工具各自的優(yōu)勢，同時還可以

加強不同領域開發(fā)人員之間的協(xié)調(diào)與合作。目前HLA規(guī)范已經(jīng)成為協(xié)同仿真的重要國際標準?；贖LA的協(xié)同仿真技術(shù)也將會成為虛擬樣機技術(shù)

的研究熱點之一。
多學科設計優(yōu)化技術(shù)（MDO）。復雜產(chǎn)品的設計優(yōu)化問題可能包括多個優(yōu)化目標和分屬不同學科的約束條件?，F(xiàn)代的MDO技術(shù)為解決學科間

的沖突，尋求系統(tǒng)的全局最優(yōu)解提供了可行的技術(shù)途徑。目前MDO技術(shù)在國外已經(jīng)有了許多成功的案例，并出現(xiàn)了相關的商用軟件，典型的如

Engineous公司的 iSIGHT。國內(nèi)關于MDO技術(shù)的研究和應用也已經(jīng)展開。
縱觀數(shù)字化設計技術(shù)的發(fā)展歷程可以看出，雖然幾十年來各種技術(shù)思想層出不窮，但時空兩個方向上的協(xié)同始終是發(fā)展的主流。宏觀上看

，數(shù)字化設計的發(fā)展歷程正相當于現(xiàn)代信息技術(shù)在產(chǎn)品設計領域中的應用由點發(fā)展為線，再由線發(fā)展為面的過程。仿真的廣泛應用正在成為當

前數(shù)字化設計技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。隨著虛擬樣機概念的提出，使得仿真技術(shù)的應用更加趨于協(xié)同化和系統(tǒng)化。開展關于虛擬樣機及其關鍵技