產品設計的數字化是企......



產品設計的數字化是企業信息化的重要內容。近年來，隨著產品復雜性的不斷增長，以及企業間競爭的日趨激烈，傳統的產品設計方法已經很

難滿足企業當前生存和發展的需要。為了能在競爭中處于有利位置，實現產品設計數字化勢在必行。
產品設計過程本質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果的重要手段，二
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者關系如下圖所示。隨著技術的發展，仿真的重要性正在不斷加強。
目前為止數字化設計技術的發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工具開始出現并逐步應用到制造業中。這些工具的應用表明制造業已經開始

將利用現代信息技術來改進傳統的產品設計過程，標志著數字化設計的開始。
(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品開發的哲理，是在現代信息技術的支持下對傳統

的產品開發方式的一種根本性改進。PDM（產品數據管理）技術及DFx（如DFM、DFA等）技術是并行工程思想在產品設計階段的具體體現。
(3) 虛擬樣機技術。隨著技術的不斷進步，仿真在產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

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

、現代信息技術、先進設計制造技術和現代管理技術，將這些技術應用于復雜產品全生命周期、全系統，并對它們進行綜合管理。與傳統產品

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

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

程，對這些元素進行合理的組織和管理，使其構成一個高效的系統，實現整個開發過程中的信息集成和過程集成，是優質成功的進行虛擬樣機

開發的必要條件。
通過對當前并聯機床的發展現狀和趨勢的分析，可以看出，集成化、一體化、數字化的并聯機床快速開發平臺能夠大大縮短并聯機床的設

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

面走向產業化的進程。
協同仿真技術。協同仿真技術將面向不同學科的仿真工具結合起來構成統一的仿真系統，可以充分發揮仿真工具各自的優勢，同時還可以

加強不同領域開發人員之間的協調與合作。目前HLA規范已經成為協同仿真的重要國際標準。基于HLA的協同仿真技術也將會成為虛擬樣機技術

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

的沖突，尋求系統的全局最優解提供了可行的技術途徑。目前MDO技術在國外已經有了許多成功的案例，并出現了相關的商用軟件，典型的如

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

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

前數字化設計技術發展的主要趨勢。隨著虛擬樣機概念的提出，使得仿真技術的應用更加趨于協同化和系統化。開展關于虛擬樣機及其關鍵技