DMU

DMU的情况

1. Digital Mockup、Virtual Prototyping和Digital Prototyping这三个术语的区别

在英文中，Mockup是一种结构或装置，一般用于教学、演示、检查设计方案等。Prototype是指产品开发过程中开发出来的原型产品。Prototype通常具有功能，即便可能不是完整的功能；而Mockup仅仅是看起来像真实的产品，不具有功能。

Mockup：假雷达; 制造模型; 制造样机;实体模型

Prototype：原型, 雏形, 蓝本

2. 关于Digital Mockup

相关厂商对其功能的描述是：DMU技术能够使工程师能够对任何复杂的模型进行内部观察、漫游、检查和模拟。DMU包括以下功能：

1.与CAX系统完全集成。

2.提供强大的可视化手段，除了虚拟显示和多种浏览功能，还集成了DMU漫游和截面透视等先进手段。

3.具备各种功能性检测手段，如安装/拆卸、机构运动、干涉检查、截面扫描等。

4.具有产品结构的配置和信息交流功能。

由此，我们可以看出，DMU的基础是三维CAD，而DMU的主要用途，是在产品的详细设计过程中，针对产品的装配模型，提供快速的浏览、可视化和装配模拟等功能。其应用特点是围绕着三维模型的。其底层支撑技术是轻量化的三维模型技术。事实上，DMU技术的产生，就是由于当时的计算机硬件性能还不够理想，对于汽车、飞机等复杂的产品模型，即通常说的大装配，如果要调出完整的产品结构、特征信息，要装配环境下编辑零件，进行各种编辑操作，效率极低。因此，诞生了以轻量化三维模型为核心的DMU技术，将涉及到“看”的功能，与涉及到详细“编辑”的功能区分开来，以解决硬件性能不足的问题。由此，我们可以得出一个结论，即DMU是特指在三维CAD环境下，对复杂产品的大装配模型进行浏览、可视化和装配模拟的相关技术。随着计算机硬件技术的发展，尤其是CPU、内存和专业显卡技术的发展，以及CAD软件本身性能的提升，对于大装配的处理技术逐渐提高，中端三维CAD也逐渐可以处理大装配，对于复杂产品的“看”和“编辑”的矛盾逐渐没有那么突出了。同时，轻量化技术的发展，诞生了JT、3D XML、DWF、E-DRAWING、3D PDF等三维轻量化文件格式，这样浏览复杂产品逐渐变得更加方便了。

在Digital Mockup的基础上，西门子PLM在NX5软件当中，提出了Active Mockup的概念。这个概念强调的是在用户编辑大装配时，系统可以自动现实轻量化的三维模型。而如果要编辑其中的某个零件，则会自动调出相应的特征模型，这样兼顾显示速度和编辑功能。从这样的功能也可以看出，与Mockup有关的功能是在CAD软件当中实现的。

经过仔细研究，我认为将DMU翻译为数字样机、数字化样机，或者电子样机是值得商榷的！因为样机，在中文中的意思是原型产品。而DMU的对象只是产品在计算机中建立的三维装配模型。因此，DMU翻译为数字化产品模型技术或者数字化原型技术更为准确。进行这样的分析并不是吹毛求疵。其重要性在于，如果把DMU也翻译为数字化样机，就模糊了基本概念，让很多人认为有了三维CAD，就应用了数字化样机技术了。这样会造成误导。

3. 关于Virtual Prototyping

来自清华大学的范文惠、熊光楞、曾庆良等学者在一篇学术论文中对Virtual Prototyping给出的解释是：Virtual Prototyping是一种崭新的产品开发方法，它是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法，可以使产品的设计者、使用者和制造者在产品研制的早期，在虚拟环境中直观形象地对虚拟的产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真和使用仿真，这对启迪设计创新、提高设计质量、减少设计错误、加快产品开发周期有重要意义。

Virtual Prototyping技术是一门综合多学科的技术。该技术以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，以及广泛应用网络技术、计算机技术、信息技术、集成技术等，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，把虚拟技术与仿真方法相结合，为产品的研发提供了一个全新的设计方法，可以显著地提高设计质量、降低产品开发成本，极大地提高企业的创新能力、竞争能力和经济效益。具体说来就是在建造第一台物理样机之前，设计师利用计算机技术建立产品系统的数字化模型，进行仿真分析并以图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。Virtual Prototyping是一种计算机模型，它能够反映实际产品的特性，包括外观、空间关系以及运动学和动力学的特性，借助于这项技术，设计师可以在计算机上建立产品系统的模型，伴之以三维可视化处理，模拟在真实环境下系统的运动和动力特性，并根据仿真结果精化和优化系统。

与Virtual Prototyping有关的一个概念是Functional Virtual Prototyping。在MSC.Software公司的一份资料中指出，产品开发的三步循环包括构形（Form）、装配（Fit）、功能（Function）。而MSC.Software公司提出的VPD（Virtual Product Development，虚拟产品开发）技术，对应的三步循环是：CAD设计、Digital Mockup和Functional virtual

prototyping构成。从这里可以看出CAD、Digital Mockup和Virtual Prototyping的区别。

CAE技术泛指各类仿真(Simulation)技术，应用领域可以是地震、爆炸、气象预测等各个领域，而Virtual Prototyping技术是指用在制造业的与产品性能仿真有关的技术。Virtual Prototyping强调的是在产品的三维模型基础上，建立仿真模型，并在仿真模型的基础上，模拟各种真实的物理场，施加各类载荷，并模拟强度、刚度、疲劳、噪声、振动等各种物理性能参数，模拟碰撞、跌落等产品工作中可能出现的工况。在汽车行业，还有更加专业的仿真功能，如NVH分析，模拟人乘坐车辆的感受等。通过这些分析，来减少实物样机的制作数量。通过虚拟仿真与物理实验的对比，建立对虚拟仿真的置信度，从而减少物理实验的比例，降低研发成本。Virtual Prototyping强调的是针对产品，综合应用各类虚拟仿真技术，进行分析、仿真。因此，Virtual Prototyping应当属于CAE技术的范畴。需要指出的是，Virtual Prototyping技术是非常复杂的、专业的，包括了多学科的仿真技术、优化技术。从理解其含义的角度来说，我认为，将Virtual Prototyping翻译为数字化功能样机开发技术更为准确，并容易理解，与其实际的内涵更为接近。在不影响理解其内涵的前提下，翻译为虚拟样机也是基本可行的。

由于Prototyping是一个动名词，Digital Prototype翻译为数字化样机，Digital prototyping翻译为数字化样机开发比较准确。

4. 关于Digital Prototyping

相对与上述两个概念，Digital Prototyping是一个较新的提法（参见：http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_prototyping）。这个提法，是比较正式地由国际知名的研究公司Aberdeen提出来的，同时，另一家研究公司IDC也发表了与Digital

Prototyping相关的白皮书。Aberdeen公司与国际主流的CAD、PLM厂商共同完成了一项研究，表明使用Digital Prototyping技术，不仅能够大大减少实物样机的制作数量，从而降低成本，而且可以提高产品研发效率，缩短产品上市周期，降低产品研发的风险，使企业研发的产品更加适应市场需求。

Digital Prototyping技术使得概念设计、工程设计、制造、销售和市场部门可以在产品制造之前虚拟地体验完整的产品。工业造型师、制造工程师和设计工程师使用数字化样机技术在整个产品开发过程中对产品进行设计、优化、验证和可视化。市场人员可以使用数字化样机技术来在产品制造之前创建产品的真实感渲染和在模拟实景的环境中的动画模拟。Digital prototyping 包含了创建和应用数字化样机的完整过程。

与上述两个概念不同，Digital Prototyping向前延伸到概念设计阶段，向后延伸到市场推广方面的应用。换句话说，是把一个创意（Idea）变成一个可以向客户推销的数字化的产品原型的全过程。而向客户推销时，并没有开始真实的制造过程。在获得了客户订单，或者客户的认同之后，才真正开始进行实物样机的制造。这样，就大大降低了产品研发的风险。

所以，相对Digital Mockup和Virtual Prototyping而言，Digital Prototyping是一个较为宽泛的概念。支撑技术包括概念设计（工业设计）软件、CAD（二维、三维，机械、电气等）、EDA、CAE、CAM、PDM、三维动画软件等，实际上与通常说的C3P（中国称为C4P，还包括CAPP）比较接近。与PLM还包括大修维护、报废、设计质量管理、设计成本管理相比，Digital Prototyping的范围要窄一些，涵盖了产品的整个产生过程，但没有包括产品的使用过程。目前，与Digital Prototyping相关的技术已经逐渐成熟。因此针对大多数企业而言，可以实现普及应用。

通过以上的分析可以看出，对于Digital Prototyping这个概念，翻译为数字化样机开发比较妥当，而Digital Prototype可以翻译为数字化样机，或者简称数字样机。

5. 数字化样机技术的应用与普及还存在哪些难点问题？

最大的难点是性能分析问题，包括对产品的强度、钢度、振动、发热等性能参数进行分析；而制约数字化样机技术普及的最大障碍，是人才培养问题。

普及数字化样机技术，必须加强高层次的设计人才的培养；同时，要加强对数字化样机技术，尤其是产品性能分析的技术的宣传、推广和普及。另外，企业在以往进行产品开发时，用实物样机进行的试验结果也非常重要。只有将这些试验结果进行积累，并与用数字化样机技术进行分析的结构进行对比，才能够确定用计算机进行仿真分析的结果是否可信，否则就会陷入误区。因为仿真分析进行很多简化和假设，例如，对零件进行有限元分析，会进行很多简化，而对整机进行性能分析就会进行更多的简化。随意，只要将仿真分析的结果与实物试验的结果进行对比，才能建立对仿真分析的置信度。因此，对以往实物试验的结果的积累，十分重要。国外的一些大型制造企业之所以产品的性能优越，除了应用数字化样机技术之外，在实物试验方面进行长期积累也是非常关键的因素。因此，中国普及数字化样机技术，任重而道远。只有通过长期的积累，将数字化样机技术与实物试验有机结合起来，中国制造企业才能真正提高产品设计水平，真正实现原始创新。

在数字化样机技术推广普及的过程中，我认为最大的难点就是产品模型的重用和集成。因此，我希望未来各大软件公司之间，能够实现产品模型信息的集成。

数字化样机普及应用的另一个难点是复杂产品的数字化样机。例如，北汽福田的重卡，是一个机电一体化的产品，供应商分布很广。要确保各个关联企业能够很好地协作，除了

解决数据转换交换问题，还需要有一个协同平台。这个协同平台就是PDM，虽然有些厂商宣传说有PLM产品，但我认为企业能够把PDM用好就足矣。

制造企业已经应用了多种三维CAD、CAPP、CAM、CAE软件，因此，要实现分布在不同地点的多个企业之间，对数字化样机的互操作，是一个非常困难的问题。企业面临着在相互协作的环境下，通过建立异地协同设计平台，来实现互操作的难题。要解决这个问题，还需要学术界和工业界的长期努力。

企业对信息化的认识已经加深了，已经认识到，制造业信息化，光靠信息技术是解决不了问题的。海尔的PLM二期工程实际上主要就是要实现模块化。不仅要实现几何上的模块化，而且要建立数字样机，实现产品研发过程的模块化。模块化的过程伴随着流程重组，海尔的流程重组花了三年时间。这些案例表明，很多制造企业对信息化的认识已经十分理智，不像以往那样，认为买了一个很好的CAD和PDM系统就能够解决产品创新的所有问题。

数字化样机应用涉及到很多问题，仅仅对产品进行几何建模，是解决不了这些问题的。这些问题包括：

• 多学科分析：包括气、固、流体的分析，材料力学、振动力学等复杂的分析，不是针

对某个零件进行分析，而是针对整个产品进行分析。

• 多尺度分析：产品中有很大的总成，也有很小的零件，因此，需要对产品进行多尺度

分析。

• 多系统集成：尤其是对于很多企业由于历史原因，应用了多种软件系统。现在还仅仅

是实现了互联，接下去要实现互通，最高境界是互操作。而互操作，企业还远远没有做到。因此，要有许多问题有待解决。

• 多过程信息重用：数字样机需要考虑到小批量生产和批量生产阶段，怎么把信息和结

果重用。这些信息和结果已经跳出了CAD范畴，不仅是几何模型的重用，更重要的是研发过程的各类信息，以及资源的重用。

在数字化样机技术应用过程中，如何解决多学科、多尺度、多系统、多过程的问题呢？核心是要建立一个很好虚拟产品模型。这个产品模型不光是要描述产品整个生命周期某个过程的产品构成情况，因为按照ISO1007标准，对产品的技术状态管理是非常严格的，对技术状态的标识、审核、控制都提出了很高要求。很多企业在产品研发方面，应用了很多不同的系统，如何解决这些问题，是一个难点。解决这些问题的关键在于建立完备的虚拟产品模型，并在PDM和相关系统的支持下进行维护，以便有效支持产品的变更。在数字样机阶段，对产品的更改过程要求不是很高，但是批量生产、到应用的时候，对ECO、ECR的要求就非常明确了。在样机制造过程中，不需要进行很多更改流程的控制，这是一个特点。

数字化样机是一个整体的解决方案，而不仅仅是软件产品，因此，数字化样机技术的推广普及，软件厂商应当为客户提供整体解决方案和软件服务，而不是仅仅是卖软件。

从二维设计到三维设计是一个飞跃，三维设计是应用数字化样机的起步，只有用好三维设计，才能为数字化样机技术应用，为解决分析、测试等深层次问题打下良好的基础。因此，数字化样机技术的普及要建立在三维CAD普及的基础之上。

目前，中国还普遍存在高校与工业界的鸿沟。高校培养的人才与企业的需求也还有很

大差距，一些博士、硕士不愿意从事具体的产品研发设计工作，理论脱离实际，我们与高校沟通很困难。因此，我认为，要实现数字化样机技术的普及应用，培养真正符合制造企业实际需要，真正愿意从事产品创新实践的专业人才。这是一个难点，也是必须解决的问题。

企业非常需要知识和经验的积累和重用，这对于企业提升产品创新能力至关重要。例如，要对印刷机滚筒变形的问题，就需要考虑内部的加强筋如何布置，滚筒之间的压力，需要准确的数据，在此基础上才能进行有限元分析。目前，中国的制造企业在知识与经验的积累方面还非常缺乏，这是制约数字化样机普及应用的一个难点问题。数字化样机的普及应用，也应该分步实施。

标准化工作，我认为也是企业当前在实际当中最麻烦的问题。我认为，企业应当建立标准件使用的标准，通用件的标准，并逐渐过渡到建立成熟的模块化零部件的标准。标准化、模块化是应用数字化样机技术的重要基础。

陆勤柱：

北汽福田正处于一个从结构设计到性能设计转变的阶段，从模仿向自主创新、从逆向设计到正向设计进行转变，以便从根本上提高产品质量，缩短产品研发周期、降低产品成本。在这样一个转变过程中，数字化样机技术是一个非常必要和有效的手段。

我认为数字化样机技术普及，面临的一个很大的问题是三维模型的质量。虽然三维CAD已经很普及了，三维模型可以渲染得很漂亮，但是，客观来说，我认为很多企业三维CAD软件还没有真正用好。由于制造企业几乎都是从二维绘图的基础上转到三维建模，而最终的存档又还是二维工程图，因此，不少企业还没有真正用三维CAD来进行产品设计，

仅仅是进行建模，三维CAD软件中的一些很好的设计功能还没有应用。

我认为，普及数字样机技术可以从三方面着手，一是理念，二是方法，三是规范。

首先，应当真正推广三维设计的理念，实现自顶向下设计。不是仅仅因为三维设计好看，能够做一些表面工作，为了三维而三维，而是真正设计成高质量的三维数字化模型。

第二，普及数字化设计的方法，包括主模型、特征、参数化的概念等等。仅仅掌握三维建模的功能是没有意义的，三维建模的目的不仅要实现数字化设计，还要服务于制造。

第三，建立数字化设计的规范。首先要建立和遵循标准。国际上已经有了三维设计的标准，但各行业、各企业还应该建立自己的标准，只有这样，才能真正数字化设计的高效性；其次，企业要建立共享的规范，不仅要共享标准件库，还要共享设计模板等，以提高设计效率；再次，要建立检验的规范。现在，二维设计的图层、线型已经有了规范，图纸的审核会签也有了相应规范，而三维设计也应当建立相应的规范。

这三方面的工作是普及数字化样机技术的基础。这个工作涉及的面很广，难度很大，因此，需要制造企业、软件公司、高校、研究机构和专业媒体共同努力。