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基于3DEXPERIENCE的数字孪生虚拟样机软件

随着全球化的不断深入,市场竞争随之加剧,企业竞争越来越强调基于客户和时间的竞争:一方面要求企业和制造商从产品研制方面充分满足客户需求,另一方面要求产品交货期尽可能缩短,并能够快速响应客户多样化需求。面对此挑战和需求,企业传统的物理样机研制手段,研发成本高、周期长,需求调整改动大、响应慢,已不能满足市场需求,高性能的“虚拟样机”应运而生。


01 工程虚拟样机仿真平台

工程虚拟样机仿真平台基于产品工程数据,制作可视化效果,并定义多种交互功能,实现实时高品质多样化产品体验。基于工程虚拟样机进行产品造型方案、材质方案等外观评审,静态与动态干涉检查等结构评审,以及人机工程分析与验证,帮助客户改善设计细节、发现设计问题与缺陷,及早发现问题解决问题,实现产品设计快速迭代。


达索公司3DEXPERIENCE 平台将产品研发所需的业务从最初的概念设计到产品展示推广,提供了一整套解决方案。工程虚拟样机仿真平台使用3DEXPERIENCE软件打通工业、工程数据,基于同一套数据,虚拟样机既能满足工业设计对外观效果的修改完善,又能满足对工程结构的优化及人机工程学分析,实现了多专业间的数据连续性。


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图1  工程虚拟样机工作流程



02 工程虚拟样机制作

2.1 数据导入
基于3DEXPERIENCE平台制作工程虚拟样机,在接收各专业科室及供应商的数据时,可支持多种软件格式的源文件数据导入,包括CATIA(.CATPart)、Creo(.asm/prt)、NX(.nx)、Alias(.wire)等几乎所有主流设计平台数据格式。同样支持中间格式导入,包括STP等通用工程中间格式,STL、IGS、OBJ等网格中间格式。此外,可通过PowerBy 动态调用,支持CATIA、Creo、NX等平台设计数据直接引用,当源数据发生变更时支持同步更新。


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图2  3DE支持多种软件格式


2.2 材质纹理配置
用工程虚拟样机替代物理样机进行设计评审与验证,样机需要满足结构完整、材质效果真实。3DEXPERIENCE平台提供了多种照片级真实环境库和光源库,以及高清真实的内饰和外饰的材料,包含9类材料,110多个新型优质材料,以支持广泛的工业用例。


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图3  照片级环境库



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图4  高清材料库

  


2.3 运动机构定义
3DE CATIA提供了一套完整的应用程序,以便根据 3D 几何形状、装配体和零件,为任何复杂的机构(如工具、机械、门、面板或设备)执行机械系统设计和验证。



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图4  运动机构定义

2.4 人体动作编辑

3DE DELMIA人机模块为人机工程仿真提供了一套非常逼真的人体模型库及标准姿态库,以便我们编辑人体姿态和动作时,可以高效、逼真。将虚拟人放置在基于虚拟样机创建的人机工程仿真场景中,编辑人体动作或姿态,构建人机工程仿真任务,以分析人体的可视可达范围及人体舒适性。

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图5  人体模型库及姿态库


03 工程虚拟样机评审

基于工程虚拟样机评审,通过定义使用多种产品变体(如几何变体、材料变体、动画)和实时渲染的产品体验,进行造型方案、材质方案及色彩方案的评审,帮助决策者确定产品造型、材质及色彩方案;通过运动机构动态仿真,包括碰撞检测、测量、运动包络体和轨迹线等,可以对机构进行功能检查和验证;通过人体静态姿势与动作场景仿真,包括驾驶姿势,行走、拿取等动作,进行人体可视可达范围及舒适性分析,以验证产品设计是否符合人机工程学。

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研发人员基于工程虚拟样机进行外观、结构评审、人机工程分析与验证,可以尽早发现设计问题,并能够快速进行设计迭代,省去实物样车制作和验证,做到零试制,从而减少研发成本,缩短研发周期。



04 总结

基于工程虚拟样机的产品研发技术为产品研发提供了新的评审方法和流程,为解决产品研发周期长、开发费用大、生产与研发脱节等问题提供的新思路。以产品三维模型数据为基础,构建工程虚拟样机,实现通过虚拟样机替代物理样机进行设计评审及仿真验证,提高研发效率、缩短研发周期、增强企业竞争力。