数字化设计与制造的国内外发展现状及趋势

数字化设计与制造的国内外发展现状及趋势

设计是产品生命周期中的第一个环节，也是最重要的环节。 工程研究与实践表明：整个产品生命周期约80％的费用是由产品设计阶段(从产定义到制造之前)的工作所决定的，而这一阶段本身所需费用则占不到总费用的3％。

人类的创造性活动在整个产品设计过程中最为活跃，其工作对后续工作具有决定性影响。 设计方法学是在深入研究设计过程本质的基础上，以系统工程的观点研究设计的一般程、规律及设计中思维和工作方法的一门综合性学科。

6发生错54成本3210 产品定误 8075产品设工艺规制检应? 75%的修改工作由产品设计阶段引起 ?修正总体方案 产 品 定 义 任务 阐明任务书 制定要求表 不再 设 计 再 设 计 不设计计算 主要零部件设计 提出特殊外购件和特殊材料 不技术设计评通再 设 技 术 设 计 评审 方 案 设 计 通总体方案设计 研究试验 绘制草图 通全部零件设计 图样及技术文件审查 确定产品文件 是 否 再 设 详 细 设 计 方案设计评

结束

设计方式 设计工具 产品表示 设计方法 工作方式 管理方式 仿真方式 特点 计算机绘图

计算机、网络、CAD及CAE软件、绘图仪、打印机等 三维CAD模型、二维CAD电子图纸、BOM等

基于三维的虚拟设计、智能设计、可靠性设计、有限元分析、优化设计、动态设计、工业造型设计等现代设计方法 并行设计、协同设计 基于PDM的产品数字化管理 数字样机、物理样机

形象直观，干涉检查、强度分析、动态模拟、优化设计、外观及色彩设计等采用数字样机实现，设计错误少，设计周期短、成本低

数字化设计

中国制造业产品创新数字化十大热点发布，AutoCAD降价位居其首

CAD习惯上指应用于几何建模和结构设计的计算机辅助设计技术，其功能一般有几何建模、特征建模、特性计算等，以及一般软件使用操作，数据存储、显示和输出等。CAD系统的发展和应用使传统的、依靠手工绘图的产品设计方法发生了深刻的变化，产生了巨大的社会经济效益。

三维模型展现了产品在三维空间中的真实形状，是设计过程中设计思想的直观反映。 三维模型的建立是基于计算机几何造型技术发展起来的，它是在设计方案确定以后，借助CAD系统提供的造型方法确定产品零部件的结构形状、数量和相互配置关系，并以一定的方式在计算机内部存储起来，同时把设计结果呈现给设计者进行修改判定。

计算机辅助工业设计

? 计算机辅助工业设计（CAID）技术是工业设计理论与CAD技术的有机结合，它是与

工业设计的特点及工业设计师的设计思维和习惯相适应的一种计算机辅助设计技术。

? CAID技术以工业设计知识为核心，以计算机为辅助工具，运用工业设计的理念和方

法，实现形态、色彩、宜人性设计和美学原则的定量化描述，充分发挥计算机快速、高效的优点，以及设计人员的创造性思维、审美能力和综合分析能力。

数字化预装配是数字样机和虚拟设计的重要组成部分。预装配的内容包括产品的装配建模、装配零件之间的约束关系及间隙分析、装配规划、可装配性分析与评价等。

? 现虚拟装配过程的协调和管理，以可视化的形式规划、展示和验证虚拟装配工艺过

程，通过人机协同的装配工艺规划算法，生成装配顺序与路径，进行装配过程的仿真与协调，实现各级工作的有序进行；

? 实现数字样机的分析与优化，使设计人员能够对数字预装配的数字样机进行浏览、

检查和运动模拟，分析并优化装配件的设计，实现结构分析、运动模拟和数字样机优化，包括空间结构优化、装配模拟优化以及数字样机的综合优化。

虚拟现实（Virtual Reality，VR）是将人的想象力与电子学、信息科学相结合的一项综合技术，利用计算机技术构建一种特殊的仿真环境，这种环境并不是真实存在的，但用户可以借助各种传感系统（如立体头盔、数据手套、立体眼镜、投影幕墙等）与它进行自然的交互，仿佛身临其境一般。 虚拟现实技术

虚拟现实技术具备自主性、交互性和沉浸感三个基本特征。虚拟设计是以虚拟现实技术为基础，结合产品设计CAD的一种手段，应用前景十分广阔。在产品的方案设计和技术设计阶段，通过三维虚拟环境，设计人员能够直接操纵产品和零件，进行各种形状的建模和修改，利用虚拟现实的漫游特性和实时交互性，相关人员可以对产品原型的各个方面（包括视觉效果、零部件之间的比例关系等）进行评价。这样在产品的设计初期就可以得到各方面的意见，从而保证了设计质量。

计算机辅助工程分析CAE(Computer Aided Engineering)指利用计算机系统提供的强大计算和分析工具，对产品模型进行工程分析计算、校核和仿真模拟的技术。

借助于CAE，可取代相同部分的传统物理试件和试验，设计人员能够更快捷、更容易地判断所设计的产品功能、性能和各种指标的优劣，进行设计方案的校验、评价分析和仿真优化，甚至能够实现某些物理试验难以做到的分析评价及仿真，减少物理试验及试件的制作，从根本上改变传统设计中依赖试凑、类比和定性分析的原始做法，实现迅速、直观、准确的量化评价和预测。

有限元法是根据变分法原理来求解数学物理问题的一种数值计算方法。由于工程上的需要，特别是高速电子计算机的发展与应用，有限元法才在结构分析矩阵方法的基础上，迅速地发

展起来，并得到越来越广泛的应用。 有限元分析一段分为3个阶段：

(1)前处理：该处理实际上是为以后的数值分析作数据准备。

(2)解算：根据前处理生成的网格模型及附加条件，构造数值方程后解算出数值解。

(3)后处理：将数值解与零件的几何模型联系在一起，以彩色等值线或零件变形图把数值形象地表示出来。 仿真技术

在数字化产品设计过程中，仿真技术贯穿各个设计阶段，如在产品方案设计和技术设计阶段，进行机构之间的连接与碰撞运动学仿真；在详细设计阶段，进行零部件的加工过程仿真、刀位轨迹仿真等。

快速成形技术采用离散／堆积成形的原理，通过离散获得堆积的路径及切片信息，通过层层堆积的方式形成三维实体。其过程是：先由三维CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型，然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，把原来的三维电子模型变成二维平面信息(截面信息)，即离散的过程；再将分层后的数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在微机控制下，数控系统以平面加工方式有序地连续加工出每个薄层并使它们自动黏结而成形，这就是材料堆积的过程。

作为信息化领域的权威媒体，e-works于2010年1月18日发布了“2009-2010中国制造业产品创新数字化十大热点”。回眸2009年，肆虐全球的金融危机阴影渐散，中国经济企稳回升。中国制造企业在依靠廉价劳动力支撑企业发展的道路上已步履维艰，\自主创新\才是企业得以稳健发展，在激烈的市场竞争中占有一席之地的源动力。作为产品自主创新的坚实后盾，产品创新数字化领域技术业已取得了高速的发展，满足企业不断增长的需求，PLM迈入2.0时代，PLM的内涵、管理范畴与行业应用迅速拓展，环保法规带动绿色设计潮流，可视化技术实现深入应用等，不断发展的产品创新数字化技术为复苏的中国制造业实现\自主创新\提供了强而有力的保障。

热点之首：AutoCAD降价，激起二维CAD市场千层浪

2009年10月14日全球设计软件巨头美国Autodesk公司在官网正式宣布，将在国内进行为期三个月的“设计·飞越2010用户回馈计划”，针对其基于AutoCAD平台的最新2010版系列设计软件采取大力度降价，其降价...80%，天上不会掉馅饼。天上不会掉馅饼，这是我们中国流传很久的一句古话，做任何事，想要得到任何东西都只有靠自己的努力才能做好，不能一味的去等待所谓的“馅饼”。更可怕的是来自国外的“馅饼”！ ^

AutoCAD之所以能降价，说明一点，他面对国产CAD的迅速成长已经开始坐立不安了。分析今年来国产CAD特别是以浩辰CAD为代表的国产CAD企业迅速发展，二次开发软件的成果不断展现在广大用户面前，在2009年，浩辰先后发布了：浩辰暖通INt V7.0和给排水IGp V7.0工程设计软件，随即浩辰天正2010试用版发布。2009年11月13日，我们正式推出\为国产CAD加油！\用户增值计划。为所有国产CAD用户降低成本、增加服务、提升

应用！ ,

种种迹象表明浩辰已经初步具备了挑战甚至替代欧特克等国外同类软件的实力，借助国家政策给软件企业发展带来的重大利好，国产CAD软件应在市场驱动下加快发展，扭转现有用户习惯于使用国外软件产品的局面，获取市场话语权。

为建设富强民主文明和谐的社会主义现代化国家的伟大事业作出应有的贡献。 产品创新数字化领域十大发展趋势新鲜出炉 日前，“2008中国制造业产品创新数字化国际峰会”在南京圆满结束。E-works总经理黄培博士在会上提出了包括“CAD/CAE市场仍将高速发展”、“绿色设计制造为制造业发展的重点”、“基于SOA架构的PLM解决方案逐渐成熟”、“PLM的应用拓展到流程行业”在内的未来产品创新数字化领域十大发展趋势，其中“CAD/CAE市场仍将高速发展”成为本次大会讨论和关注的热门话题。

此次峰会是今年国内技术信息化领域规模最大、级别最高、讨论内容最全的产品创新数字化高端论坛。国内CAD领军企业中望龙腾出席了此次盛会，并在会上展示了产品数字化创新的最新技术成果——国产CAD整体解决方案。 中国制造业的出路在哪里？

当前，中国制造业面临前所未有的挑战。国外购买力下降、原材料价格上涨、劳动力成本增加以及全球金融危机等诸多因素，都在考验着我国制造业的产品创新和市场应变能力。中国制造企业如何才能摆脱外部环境的负面效应，摆脱受制于人的境地？

中国制造业的根本出路在于产业升级，把主动权和核心技术掌握在自己手上。 而产业升级的最迫切需求，就是要推动制造业产品创新的数字化发展，利用数字化创新技术推动我国制造业由目前的资源投入推动转向技术投入推动，改善产品结构，向提供高端技术产品要效益。黄培博士做出的“CAD/CAE市场仍将高速发展”这一预测，也是更多地看中了数字化创新技术在未来我国制造业转型中所起到的关键作用。 国产CAD 引领“中国制造”到“中国创造”

无CAD不制造。CAD俨然已成为制造企业的生命之源。因此CAD的选型，已被提高至事关企业生死存亡的地位。在选择什么样的CAD上面，国内许多制造企业显得十分茫然：国外的CAD软件技术固然成熟、功能完善、性能突出，但购买和后续升级的高昂成本、对国内企业的不熟悉、非本土化的售后服务等种种因素，让许多资金并不宽裕的制造企业望而却步。如何低成本、高质量的解决CAD软件在广大制造企业的应用难题，成为当务之急。

中望公司在本次峰会上，为众企业代表带来了最新的CAD解决方案，与国内外主流CAD、PLM厂商、制造企业共同探讨了如何通过CAD技术实现中国制造业的产业升级，并分享了中望在制造业领域丰富的行业经验、成功案例，为中国制造企业实现从“中国制造”到“中国创造”的飞跃提供了技术支撑和实施指导。

近年来，国家加大了打击使用盗版软件和支持使用正版软件的力度，出台了一系列鼓励自主创新和自主知识产权的政策，并被列为“十一五”专项规划。在这些政策的积极推动下，国产CAD如沐春风，发展得如火如荼。以中望龙腾为代表的国产CAD软件厂商迅速崛起，为制造企业信息化带来了全新选择。

坚持自主创新、拥有完全知识产权的中望CAD软件，一直本着技术领先的理念，以客户需求为导向，为客户提供高性价比的CAD解决方案。经过几年的快速发展，目前中望CAD已经完全能和国外CAD软件在市场中一争高下，甚至某些关键技术还超过了国外软件，再加上仅相当于国外软件1/6的价格、完美的兼容性，吸引了国内制造企业的目光，不断得到软件协会的推荐和企业用户的认可。

面对行业越来越多样化的需求，中望联合清华斯维尔、鸿业、博超等8家国内优秀专业软件供应商推出的二次开发系列整体解决方案，引起了参会代表的兴趣和极大关注。国产

CAD整体解决方案系列产品由以中望为龙头发起的“国产CAD软件联盟”推出，其尽最大限度优化整合优秀的国产软件资源，通过各厂商之间的优势互补，集一流智慧，为企业打造出拥有极高性价比的一体化方案，彻底解决了企业低成本应用CAD软件的难题。

中望与各联盟成员的最新产品研发计划正在紧锣密鼓的推进之中。相信不久的将来，联盟将为制造企业带来越来越多的创新成果，为实现中国制造业走向世界的目标贡献力量。

本次峰会是e-works自2005年以来第四次成功举办的PLM领域高峰论坛。这一覆盖了军工、汽车、机械、电子电器等相关领域的年度专业盛筵，吸引了包括华为、TCL、三一重工、上汽集团、中兴通信等国内数百家著名制造企业参加。未来，以中望为首的国产CAD软件厂商将把更先进的CAD技术深入应用到制造业各领域，帮助国内企业解决产品研发中的实际问题，以一流的技术和服务助力企业调整和改善产品结构、提高产品技术含量，让“中国创造”遍布世界的每一个角落。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cex7.html