数字化设计技术

数字化设计技术第一章概念第二章数字化设计技术的发展历程

第三章数字化设计技术之虚拟样机第四章数字化设计技术的应用—机身外形设计第五章数字化设计技术的总结第一章概念1.数字化设计数字化设计是指将计算机技术应用于产品设计领域，通过基于产品描述的数字化平台，建立数字化产品模型并在产品开发过程应用，达到减少或避免使用实物模型的一种产品开发技术。数字化设计具有以下两个显著优点：（1）减少设计过程中实物模型的制造。传统设计在产品研制中需经过反复多次的“样机生产-样机测试-修改设计”的过程，这不仅耗费物力、财力，还使得产品研制周期延长。数字化设计则在制造物理样机之前，针对数字化模型进行仿真分析与测试，可排除某些设计不合理性；

（2）易于实现设计的并行化。相对与传统设计过程的串行化，数字化设计可以让一项设计工作由多个设计队伍在不同的地域分头并行设计、共同装配，这在提高产品设计质量与速度方面具有重要的意义。第二章数字化设计技术的发展历程第一阶段：CAx工具应用阶段。各种CAx工具（CAD/CAE/CAM/CAT等）开始出现并逐步得到应用，标志着数字化设计的开始。CADCAECAPPCAQCAFDCATDCATCAX/设计工具/信息集成第二阶段：并行工程应用阶段。具体体现在PDM（产品数据管理）技术及DFx（如DFM、DFA等）技术在产品设计阶段的应用。并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术的支持下，将原来分别依次进行的工作在时间和空间上交叉、重叠，利用原有技术，吸收了计算机技术、信息技术的成果，成为产品数字化设计的重要手段和先进制造技术的基础。使能技术与工具产品数字化建模、信息集成CAx、DFx、PDM开发过程重组过程建模、分析、改进、监控等集成产品开发团队计算机网络数据库CSCW协调与冲突仲裁组织环境协同工作环境并行工程第三阶段：虚拟样机技术应用阶段。虚拟样机技术是一种基于虚拟样机的数字化设计方法，是CAx/DFx建模/仿真技术、现代信息技术、先进设计制造技术和现代管理技术，将这些技术应用于复杂产品全生命周期、全系统，并对它们进行综合管理。虚拟样机技术强调系统的观点，涉及产品全生命周期，支持对产品的全方位测试、分析与评估，强调不同领域的虚拟化的协同设计。Time=$第三章数字化设计技术之虚拟样机虚拟样机是由分布的、不同工具开发的、甚至异构的子模型组成的模型联合体：产品的CAD模型产品的外观表示模型产品的功能和性能仿真模型产品的各种分析模型（可制造性、可装配性等）产品的使用和维护模型以及环境模型等；虚拟样机支持产品开发制造的全生命周期需求分析和定义概念设计详细设计生产制造测试评估使用维护训练直至销毁等不同阶段概念设计详细设计测试评估使用维护训练需求分析和定义销毁在产品全生命周期中的虚拟样机需求样机需求样机是根据用户需求建立的未来产品的可视化和数字化描述，描述产品功能和外部行为的结构模型进行未来产品的功能仿真，给设计部门演示和说明产品功能的具体要求和使用环境。给出未来产品的性能要求及其粗略框架，框架由有待填充、细化和完善的功能模块组成。概念样机概念样机是根据需求样机的要求，对所提出未来产品的方案设想的可视化和数字化描述。细化了功能模块和模块间的信息流动关系。

为产品的性能和外部行为提供物理细节和更详细的可视化描述。对产品的可制造性、可装配性及其可维护性进行概略评估。工程样机工程样机是概念样机的进一步细化，主要由产品的各种物理性能模型、CAD模型以及其他模型（成本、维护等）组成开展产品的各种仿真试验工作，评估详细设计方案的优缺点，以及可制造性、可装配性、可维护性等。根据评估结果，对产品的开发和生产进度、成本、质量提出更为全面的要求。最终样机在产品生产、装配和使用前，虚拟样机在工程上基本定型。原型样机是将原有样机与实际使用环境相结合，检验产品的实际使用效果，评估进一步改进设计方案的可能性。加入可靠性模型、维护模型和可用性模型，支持产品的虚拟维护。加入虚拟仿真模型和操作模型，支持产品的使用训练模拟。并行工程是虚拟样机技术指导思想，建模/仿真是虚拟样机技术的核心，协同仿真是虚拟样机技术的关键，CAx/DFx/仿真虚拟样机技术的工具。虚拟设计与传统设计传统设计：设计对象：物理样机设计环境：真实环境，以图纸上的线条、线框表述设计对象特点：步骤清晰、责任明确，但反复的过程中消耗较大的人力物力和时间虚拟设计：设计对象：虚拟样机设计环境：虚拟环境，在计算机上方便进行交互、实时、可视化的修改，并能马上看到结果。特点：并行工程，协同工作、异地设计、资源共享、优势互补，缩短周期第四章数字化设计技术的应用—机身外形设计创建机身几何外形是飞机设计的核心,它是气动力计算、总体布置、结构和电气布置等的设计基础,机身几何外形的质量直接影响飞机设计的质量。数字化机身设计方法有线框模型设计方法和曲面模型设计方法等。本章基于ZX1型旋翼机机身线框模型设计方法步骤如下：1)依照设计要求、使用要求和人机关系等进行协调布置；2)确定机身主要参数及纵向轮廓和横向轮廓参数；3)根据机身参数生成用NURBS曲线表示的机身边界曲线：根据机身参数点生成用NURBS曲线表示的剖截面轮廓线和纵向曲线，利用曲率图,检查曲线的光顺性,交互修改或自动光顺这些曲线,直至曲线光顺为止；4）由各剖截面轮廓和纵向控制线生成机身线框模型5）利用线框模型生成机身曲面，并检查曲面光顺性，如果不光顺再反馈给第3）步，直到光顺为止；6）结合各曲面块，完成机身曲面外形；相对于短翼、尾梁的造型,机身的造型要复杂得多，这主要是由于机身内部装有众多的系统和设备,协调关系非常复杂。机身外形构造的关键在于如何设计机身的控制截面及其位置。从气动角度看,机身截面面积越小,机身的气动阻力就越小。但是从使用角度看，机身截面面积越小，机身空间的体积就越小，机身内部一些系统的可达性和开敞性就越差。显然这是一个相互矛盾的过程，因此机身截面的确定需要综合考虑这两方面的约束。既要有足够的空间容纳系统,同时也需要满足最小气动力要求。4.1利用人机关系进行机身内部布置：人体模型是飞机内部布置的重要工具之一。利用人体模型可以进行乘坐舒适性校核，同时可以检查踏板、驾驶杆、座椅等部件布置的合理性。人体模型通常被用来检查飞机内部空间如头部空间、膝部空间、肩部空间、肘部空间等。目前人体尺寸多是以百分位的形式给出的。最简单的百分位分为三档：第5百分位、第50百分位、第95百分位，分别对应小个子身材，中等个子身材，大个子身材。4.2机身总布局及主要约束条件和参数的确定

机身外形特征尺寸参数主要包括：总长、总宽、总高；这些参数存储在机身的主模型中，用做机身总体布置，总体尺寸要求ZX1型旋翼机的总体布局思路是：机身前部是并排双座驾驶舱，中部为双座或三座乘员舱，后部安装一台莱康明八缸活塞式发动机和三叶推力螺旋桨。该发动机体积较大，外形尺寸为1180×870×560mm，发动机上部安装旋翼传动系统和发动机冷却系统，为减少机身对螺旋桨的阻塞，机身造型时将机身后部切面尽量缩小。对旋翼机身进行了总体布局后，确定进行三维造型设计，确