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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,CLICK TO EDIT MASTER TITLE STYLE,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,38,機(jī)電工程與自動化學(xué)院,CIMS,專題,數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù),第一章 概念,第二章 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展歷程,第三章 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)之虛擬樣機(jī),第四章 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用,機(jī)身外形設(shè)計(jì),第五章 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的總結(jié),第一章 概念,1.,數(shù)字化設(shè)計(jì),數(shù)字化設(shè)計(jì)是指將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，通過基于產(chǎn)品描述的數(shù)字化平臺

2、，建立數(shù)字化產(chǎn)品模型并在產(chǎn)品開發(fā)過程應(yīng)用，達(dá)到減少或避免使用實(shí)物模型的一種產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。數(shù)字化設(shè)計(jì)具有以下兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn),：,（,1,）減少設(shè)計(jì)過程中實(shí)物模型的制造。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在產(chǎn)品研制中需經(jīng)過反復(fù)多次的“樣機(jī)生產(chǎn),-,樣機(jī)測試,-,修改設(shè)計(jì)”的過程，這不僅耗費(fèi)物力、財(cái)力，還使得產(chǎn)品研制周期延長。數(shù)字化設(shè)計(jì)則在制造物理樣機(jī)之前，針對數(shù)字化模型進(jìn)行仿真分析與測試，可排除某些設(shè)計(jì)不合理性；,（,2,）易于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的并行化。相對與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的串行化，數(shù)字化設(shè)計(jì)可以讓一項(xiàng)設(shè)計(jì)工作由多個(gè)設(shè)計(jì)隊(duì)伍在不同的地域分頭并行設(shè)計(jì)、共同裝配，這在提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量與速度方面具有重要的意義。,第二章 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展

3、歷程,第一階段：,CAx,工具應(yīng)用階段。各種,CAx,工具（,CAD /CAE /CAM /CAT,等）開始出現(xiàn)并逐步得到應(yīng)用，標(biāo)志著數(shù)字化設(shè)計(jì)的開始。,CAD,CAE,CAPP,CAQ,CAFD,CATD,CAT,CAX/,設(shè)計(jì)工具,/,信息集成,第二階段：,并行工程應(yīng)用階段。,具體體現(xiàn)在,PDM,（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）技術(shù)及,DFx,（如,DFM,、,DFA,等）技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用。并行工程是在,CAD,、,CAM,、,CAPP,等技術(shù)的支持下，將原來分別依次進(jìn)行的工作在時(shí)間和空間上交叉、重疊，利用原有技術(shù)，吸收了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的成果，成為產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)的重要手段和先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)

4、。,使能技術(shù)與工具,產(chǎn)品數(shù)字化建模、信息集成,CAx,、,DFx,、,PDM,開發(fā)過程重組,過程建模、分析、改進(jìn)、,監(jiān)控等,集成產(chǎn)品,開發(fā)團(tuán)隊(duì),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)庫,CSCW,協(xié)調(diào)與沖突仲裁,組織環(huán)境,協(xié)同工作環(huán)境,并行,工程,第三階段：虛,擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用階段。虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種基于虛擬樣機(jī)的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，是,CAx/DFx,建模,/,仿真技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，將這些技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜產(chǎn)品全生命周期、全系統(tǒng)，并對它們進(jìn)行綜合管理。虛擬樣機(jī)技術(shù)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的觀點(diǎn)，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(qiáng)調(diào)不同領(lǐng)域的虛擬化的協(xié)同設(shè)計(jì)。,Time = $,第三

5、章 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)之虛擬樣機(jī),虛擬樣機(jī)是由分布的、不同工具開發(fā)的、甚至異構(gòu)的子模型組成的模型聯(lián)合體：,產(chǎn)品的,CAD,模型,產(chǎn)品的外觀表示模型,產(chǎn)品的功能和性能仿真模型,產(chǎn)品的各種分析模型（可制,造性、可裝配性等）,產(chǎn)品的使用和維護(hù)模型,以及環(huán)境模型等；,虛擬樣機(jī),支持產(chǎn)品開發(fā)制造的全生命周期,需求分析和定義,概念設(shè)計(jì),詳細(xì)設(shè)計(jì),生產(chǎn)制造,測試評估,使用,維護(hù)訓(xùn)練,直至銷毀等不同階段,概念設(shè)計(jì),詳細(xì)設(shè)計(jì),測試評估,使用,維護(hù)訓(xùn)練,需求分析,和定義,銷毀,在產(chǎn)品全生命周期中的虛擬樣機(jī),需求樣機(jī),需求樣機(jī)是根據(jù)用戶需求建立的未來產(chǎn)品的可視化和數(shù)字化描述，描述產(chǎn)品功能和外部行為的結(jié)構(gòu)模型,進(jìn)行未來產(chǎn)

6、品的功能仿真，給設(shè)計(jì)部門演示和說明產(chǎn)品功能的具體要求和使用環(huán)境。,給出未來產(chǎn)品的性能要求及其粗略框架，框架由有待填充、細(xì)化和完善的功能模塊組成。,概念樣機(jī),概念樣機(jī)是根據(jù)需求樣機(jī)的要求，對所提出未來產(chǎn)品的方案設(shè)想的可視化和數(shù)字化描述。,細(xì)化了功能模塊和模塊間的信息流動關(guān)系。,為產(chǎn)品的性能和外部行為提供物理細(xì)節(jié)和更詳細(xì)的可視化描述。,對產(chǎn)品的可制造性、可裝配性及其可維護(hù)性進(jìn)行概略評估。,工程樣機(jī),工程樣機(jī)是概念樣機(jī)的進(jìn)一步細(xì)化，主要由產(chǎn)品的各種物理性能模型、,CAD,模型以及其他模型（成本、維護(hù)等）組成,開展產(chǎn)品的各種仿真試驗(yàn)工作，評估詳細(xì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以及可制造性、可裝配性、可維護(hù)性等。,

7、根據(jù)評估結(jié)果，對產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)進(jìn)度、成本、質(zhì)量提出更為全面的要求。,最終樣機(jī),在產(chǎn)品生產(chǎn)、裝配和使用前，虛擬樣機(jī)在工程上基本定型。原型樣機(jī)是將原有樣機(jī)與實(shí)際使用環(huán)境相結(jié)合，檢驗(yàn)產(chǎn)品的實(shí)際使用效果，評估進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的可能性。,加入可靠性模型、維護(hù)模型和可用性模型，支持產(chǎn)品的虛擬維護(hù)。,加入虛擬仿真模型和操作模型，支持產(chǎn)品的使用訓(xùn)練模擬。,并行工程,是虛擬樣機(jī)技術(shù),指導(dǎo)思想,，,建模,/,仿真,是虛擬樣機(jī)技術(shù)的,核心，,協(xié)同仿真,是虛擬樣機(jī)技術(shù)的,關(guān)鍵，,CAx,/,DFx,/,仿真虛擬樣機(jī)技術(shù)的,工具,。,虛擬設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì),傳統(tǒng)設(shè)計(jì)：,設(shè)計(jì)對象：物理樣機(jī),設(shè)計(jì)環(huán)境：真實(shí)環(huán)境，以圖紙上的

8、線條、線框表述設(shè)計(jì)對象,特點(diǎn)：步驟清晰、責(zé)任明確，但反復(fù)的過程中消耗較大的人力物力和時(shí)間,虛擬設(shè)計(jì)：,設(shè)計(jì)對象：虛擬樣機(jī),設(shè)計(jì)環(huán)境：虛擬環(huán)境，在計(jì)算機(jī)上方便進(jìn)行交互、實(shí)時(shí)、可視化的修改，并能馬上看到結(jié)果。,特點(diǎn)：并行工程，協(xié)同工作、異地設(shè)計(jì)、資源共享、優(yōu)勢互補(bǔ)，縮短周期,第四章 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用,機(jī)身外形設(shè)計(jì),創(chuàng)建機(jī)身幾何外形是飛機(jī)設(shè)計(jì)的核心,它是氣動力計(jì)算、總體布置、結(jié)構(gòu)和電氣布置等的設(shè)計(jì)基礎(chǔ),機(jī)身幾何外形的質(zhì)量直接影響飛機(jī)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。,數(shù)字化機(jī)身設(shè)計(jì)方法有線框模型設(shè)計(jì)方法和曲面模型設(shè)計(jì)方法等。,本,章基于,ZX1,型旋翼機(jī),機(jī)身線框模型設(shè)計(jì)方法步驟如下,：,1),依照設(shè)計(jì)要求、使用要求

9、和人機(jī)關(guān)系等進(jìn)行協(xié)調(diào)布置；,2),確定機(jī)身主要參數(shù)及縱向輪廓和橫向輪廓參數(shù)；,3),根據(jù)機(jī)身參數(shù)生成用,NURBS,曲線表示的機(jī)身邊界曲線：根據(jù)機(jī)身參數(shù)點(diǎn)生成用,NURBS,曲線表示的剖截面輪廓線和縱向曲線，利用曲率圖,檢查曲線的光順性,交互修改或自動光順這些曲線,直至曲線光順為止；,4,）由各剖截面輪廓和縱向控制線生成機(jī)身線框模型,5,）利用線框模型生成機(jī)身曲面，并檢查曲面光順性，如果不光順再反饋給第,3,）步，直到光順為止；,6,）結(jié)合各曲面塊，完成機(jī)身曲面外形,；,相對于短翼、尾梁的造型,機(jī)身的造型要復(fù)雜得多，這主要是由于機(jī)身內(nèi)部裝有眾多的系統(tǒng)和設(shè)備,協(xié)調(diào)關(guān)系非常復(fù)雜。機(jī)身外形構(gòu)造的關(guān)鍵

10、在于如何設(shè)計(jì)機(jī)身的控制截面及其位置。從氣動角度看,機(jī)身截面面積越小,機(jī)身的氣動阻力就越小。但是從使用角度看，機(jī)身截面面積越小，機(jī)身空間的體積就越小，機(jī)身內(nèi)部一些系統(tǒng)的可達(dá)性和開敞性就越差。顯然這是一個(gè)相互矛盾的過程，因此機(jī)身截面的確定需要綜合考慮這兩方面的約束。既要有足夠的空間容納系統(tǒng),同時(shí)也需要滿足最小氣動力要求。,4.1,利用人機(jī)關(guān)系進(jìn)行機(jī)身內(nèi)部布置：,人體模型是飛機(jī)內(nèi)部布置的重要工具之一。利用人體模型可以進(jìn)行乘坐舒適性校核，同時(shí)可以檢查踏板、駕駛桿、座椅等部件布置的合理性。人體模型通常被用來檢查飛機(jī)內(nèi)部空間如頭部空間、膝部空間、肩部空間、肘部空間等。目前人體尺寸多是以百分位的形式給出的。

11、最簡單的百分位分為三檔：第,5,百分位、第,50,百分位、第,95,百分位，分別對應(yīng)小個(gè)子身材，中等個(gè)子身材，大個(gè)子身材。,4.2,機(jī)身總布局及主要約束條件和參數(shù)的確定,機(jī)身外形特征尺寸參數(shù)主要包括：總長、總寬、總高；這些參數(shù)存儲在機(jī)身的主模型中，用做機(jī)身總體布置，總體尺寸要求,ZX1,型旋翼機(jī)的總體布局思路是：機(jī)身前部是并排雙座駕駛艙，中部為雙座或三座乘員艙，后部安裝一臺萊康明八缸活塞式發(fā)動機(jī)和三葉推力螺旋槳。該發(fā)動機(jī)體積較大，外形尺寸為,1180,870,560 mm,，發(fā)動機(jī)上部安裝旋翼傳動系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)，為減少機(jī)身對螺旋槳的阻塞，機(jī)身造型時(shí)將機(jī)身后部切面盡量縮小。對旋翼機(jī)身進(jìn)行了

12、總體布局后，確定進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)，確定全機(jī)尺寸和焦點(diǎn)數(shù)據(jù)。利用數(shù)字化設(shè)計(jì)手段協(xié)調(diào)分析（見圖,4.1,、圖,4.2,、圖,4.3,）。,圖,4.1,機(jī)身總布置圖,圖,4.2,座艙空間視圖,圖,4.3,正、副駕駛員操作區(qū)域協(xié)調(diào)圖,經(jīng)協(xié)調(diào)后確定了機(jī)身主要特征尺寸為：機(jī)身總長,5070mm,；機(jī)身最大寬度定為,1450,毫米，機(jī)身最大高度,1560mm,；旋翼軸距機(jī)頭,3550mm,。,4.3,機(jī)身剖截面設(shè)計(jì),為減少機(jī)身的制造難度，降低制造成本，機(jī)身底部平面采用直線形狀；機(jī)身頂點(diǎn)和機(jī)身兩側(cè)有一定的弧度，使外形美觀、流線、氣動阻力小，當(dāng)控制截面外形初步確定以后,就需要確定這些截面的具體尺寸位置。,機(jī)身切

13、面外形由上部弧線（,R1,）、兩側(cè)弧線（,R2,）和底部直線相交并倒角（,r1,、,r2,）而成，如圖,4.4,所示。上表面半徑,R1,中心距中心軸,1350 mm,，頂部,A,點(diǎn)按圖,4.5,中側(cè)面視圖切面位置確定，兩側(cè)半徑,R2,中心距中心軸,1675 mm,，,B,點(diǎn)位置按圖,4.5,中俯視圖中切面位置確定。截面設(shè)計(jì)關(guān)鍵在確定各部分圓弧半徑及中心坐標(biāo)。,圖,4.4,機(jī)身切面理論外形示意圖,圖,4.5,機(jī)身側(cè)面和俯視圖,4.4,機(jī)身縱向約束控制線,一般初步設(shè)計(jì)出的控制截面從縱向看可能是凹凸不平的,這時(shí)通過把機(jī)身橫向截面的一些特殊位置上的控制點(diǎn)用縱向曲線連接起來,光順這些縱向曲線， 就可以得

14、到光順的機(jī)身造型。這些參數(shù)通常選擇在機(jī)身的上、下頂點(diǎn)、最大寬度點(diǎn)和機(jī)身截面曲線斜率不連續(xù)的地方。機(jī)身縱向曲線的設(shè)計(jì),可以采用的曲線設(shè)計(jì)方法很多,可以是具有解析形式的二次曲線和指數(shù)曲線,也可以是具有插值形式的三次樣條曲線和,B,樣條曲線。,在縱向曲線光順機(jī)身截面的過程中,需要特別注意機(jī)身截面的協(xié)調(diào)問題。一般來說,縱向曲線的控制點(diǎn)應(yīng)選擇在機(jī)身控制截面上,這樣既可以提高參數(shù)的使用效率,又可以控制機(jī)身外形的變化。在機(jī)身的橫向截面位置通過縱向曲線確定下來以后,機(jī)身的整體外形構(gòu)造就由這些控制曲線確定下來（見圖,4.6,）。,4.6,各主要控制截面及縱向曲線設(shè)計(jì)圖,4.5,機(jī)身外形曲面及光順評價(jià),在構(gòu)造曲面

15、塊的時(shí)候，最重要的一步是曲率檢查，曲線是否廣順，直接關(guān)系到曲面造型的質(zhì)量。編輯曲線，使其顯示曲率的變化情況。,圖,4.7,為機(jī)身截面輪廓線曲率檢查，可以看出曲平滑光順。如果曲線很不光滑或曲率變化很大，就要對曲線進(jìn)行曲率編輯。首先是粗調(diào)組成該曲線上的點(diǎn)，使其曲率梳都在曲線弧的外部，接下來的就是曲率的細(xì)調(diào)，使其曲率梳平滑光順。設(shè)置更小的顯示比率，將曲率梳的幅值放大，然后在顯示屏上局部放大，以便清晰地調(diào)節(jié)該曲線的曲率，最終要達(dá)到在局部放大曲率梳的情況下，曲率梳光滑連續(xù)。,圖,4.7,機(jī)身截面曲率檢查,第五章 數(shù)字化設(shè)計(jì)的總結(jié),隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,使得基于多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化設(shè)計(jì)

16、技術(shù)為現(xiàn)代制造系統(tǒng)的并行作業(yè)、分布式運(yùn)行、虛擬協(xié)作、遠(yuǎn)程操作與監(jiān)視等提供了可能。數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)與產(chǎn)品的發(fā)展趨勢如下,:(1),制造信息的數(shù)字化,將實(shí)現(xiàn),CAD /CAPP /CAM /CAE,的一體化,使產(chǎn)品向無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方向發(fā)展。,(2),通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部并行工程,通過,Internet,建立跨地區(qū)的虛擬企業(yè),實(shí)現(xiàn)資源共享,優(yōu)化配置,使設(shè)計(jì)業(yè)向互聯(lián)網(wǎng)輔助設(shè)計(jì)方向發(fā)展,;(3),將數(shù)字化技術(shù)注入傳統(tǒng)產(chǎn)品,開發(fā)新產(chǎn)品,無論從工業(yè)裝備和人民生活需求都是社會發(fā)展的趨勢。特別是在我國,國家在數(shù)字裝備和數(shù)字設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)研究方面應(yīng)加大資助力度,建立國家級的研究中心和工程中心,;,與數(shù)字地球、數(shù)字流域、數(shù)字城市等數(shù)字技術(shù)相適應(yīng),大力發(fā)展和應(yīng)用適合我國國情和國防建設(shè)的數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)和精密、重大數(shù)字裝備,;,特別重視人才隊(duì)伍建設(shè),大力培養(yǎng)一批具有創(chuàng)新意識、思維活躍、立足國內(nèi)的從事數(shù)字制造基礎(chǔ)研究的高科技人才,;,積極開展數(shù)字設(shè)計(jì)的國際交流和合作,盡快提高我國數(shù)字設(shè)計(jì)的研究水平。實(shí)現(xiàn)我國設(shè)計(jì)業(yè)的跨躍式發(fā)展 。,謝謝觀賞,