什么是数字样机

理解数字样机首先应该了解物理样机，物理样机诞生于制造领域，目的是通过样机评价产品的功能和性能、物理可装配性和制造的质量成本可行性。

数字样机是制造领域采用数字化技术对物理样机建立等价的虚拟样机，是在产品生命周期中根据工程需要对物理样机进行特定视角的数字化描述，以便模拟和仿真物理样机，以更低的风险、更少的时间、更低的成本完成对系统的预测和验证。

常见的数字样机有：

•  功能数字样机：用于模拟和验证系统的功能。

•  物理数字样机：用于模拟系统的物理构成，以便验证系统的物理性能。

•  制造数字样机：用于模拟系统的制造零件以及装配关系，以便验证系统制造可行性。

数字样机有什么

因为数字样机根据用途会有特定的视角和内容，这就造成了数字样机概念的复杂性和多样性。所以经常出现一个系统在不同的角色视角会有不同的数字样机形态，而构建一个系统需要不同的角色协作才能完成，为此需要融合各种数字样机的内容，建立一个适用于各个视角的数字样机内容标准描述。下面是综合了各种数字样机内容后而建立的数字样机内容基础框架，可以分为4个方面：

•  功能：功能上和实物系统一样，能够对输入执行相应的处理，输出预期的结果。

•  物理：物理特性上和实物系统一样，能够表现出同样的物理特性。

•  空间：空间上和实物系统一样，具有同样的物理结构和布局。

•  时间：时间上和实物系统一样，随着实物系统的演化而及时跟进。

有哪些数字样机

数字样机的分类有很多维度。一个很重要的维度就是用数字样机支持产品生命周期的的各个阶段的工作，基于数字样机提高产品全生命周期的数字化管理能力。为此，从产品生命周期过程阶段的角度来看，数字样机分为如下三种：

  1) 设计数字样机：从功能和性能视角，描述系统的资源构成，为系统设计提供数字化信息，可以验证设计的需求满足度。

  2) 制造数字样机：从制造和装配视角，模拟系统的零件和装配关系，为制造提供数字化信息，可以预测制造的可行性。

  3) 交付数字样机：从面向用户的使用视角，模拟系统在特定用户环境下的配置，为交付提供数字化信息，可以支持系统的使用和维护。

三种数字样机之间的映射关系如下：

•  基于设计数字样机 面向制造分解出零件，成为制造数字样机，支持产品的装配制造。

•  基于制造数字样机，面向交付配置为交付数字样机，支持面向用户的最终交付。

数字样机工程

为了构建数字样机，需要数字样机工程：执行一系列工作，使用必要的工具，获得数字样机。具体的数字样机工程分为：

•  数字样机 1.0 工程

•  数字样机 2.0 工程

•  数字样机 2.0 工程

数字样机工程和相关的工具列表如下：

数字样机工程的过程如下所示：

1)  首先是数字样机 1.0 工程，建立设计层次的数字样机，对设计进行仿真验证，确定设计的可行性。

2)  然后是数字样机 2.0 工程，建立制造层次的数字样机，对制造进行数字可视化，提高制造的质量和效率。

3)  最后是数字样机 3.0 工程，建立交付层次的数字样机，对交付的应用数字化，提高交付和 售后服务质量。

数字样机支持工具

数字样机 1.0 工程

数字样机 1.0 面向系统设计的工作需要，所以首先应该确定系统设计相关的工具需求：

•  需求管理工具：对需求进行分解和分配，并支持需求到设计、实现、测试、交付的跟踪管理。

•  体系建模工具：对多个系统构成的复杂系统的体系结构进行设计和建模。

•  系统建模工具：对系统进行逻辑和资源设计和建模。

•  软件建模工具：对软件的结构和行为进行设计和建模。

•  电子建模工具：对电子硬件和电气特性进行设计和建模。

•  机械建模工具：对机械结构和属性进行设计和建模。

•  物理建模工具：对物理的刚体、流体、气体、热、光、电、磁进行分析设计和建模。

•  算法建模工具：对系统中的复杂计算进行设计与建模。

数字样机 1.0 工程主要是支持系统设计的模型化、数字化和仿真工作，所以需要如下的工具能力：

•  功能驱动的建模：体系建模、系统建模、软件建模的重点都是功能建模，而且三者是紧密相关的，所以可以集成在一个建模工具，这样可以提高效率。

•  专业驱动的建模：专业设计的电子、机械、物理、算法建模 则有相应的专业工具，按照工作的逻辑关系，这些工具应该集成到面向功能为主的系统建模工具。

工具部署方案如下：

根据不同的用户角色，为每个角色配置、部署相应的客户端工具。而把需求库和模型库存储在服务器，便于协作和复用.

数字样机 2.0 工程

数字样机2.0面向制造的工作需要，所以首先应该确定制造相关的工具需求：

1) 工程设计工具：定义产品所需的零件以及它们的组装关系。

2) 工艺设计工具：定义零件的制造工艺和工序。

3) 制造设计工具：定义生产计划所需的零件以及它们之间关系和数量。

4) 生产管理工具：生产计划与 跟踪管理。

5) 制造执行系统：按照生产计划进行零件装配的执行。

6) 软件刷写工具：刷写软件到硬件。

数字样机 2.0 工程主要是支持数字化设计和仿真工作，所以需要如下的工具能力：

1) 工程设计与仿真：设计并仿真零件到产品的组装关系。

2) 工艺设计与仿真：设计并仿真零件的制造工艺和工序流程。

3) 制造设计与仿真：设计并仿真制造的物料、加工和产出。

工具部署方案如下所示：

根据不同的用户角色，为每个角色配置、部署相应的客户端工具。服务器则按照相关数据的差异分为不同的数据库，一般部署在不同的服务器。

数字样机工程 3.0

数字样机3.0面向交付的工作需要，所以首先应该确定交付相关的工具需求：

• 交付设计：面向具体用户需求，进行要交付系统的配置。

• 部署工具：在用户环境进行系统的部署。

• 应用测试工具：对部署后的应用进行功能、性能、可靠性测试。

• 训练系统：为用户提供操作训练。

• 运维监控工具：对运行的系统进行监视和控制。

数字样机 3.0 工程主要是支持系统交付的数字化设计和仿真工作，所以需要如下的工具能力：

•  交付设计与仿真：设计交付的系统并仿真运行。

•  交付环境虚拟化测试：模拟交付的环境，装载应用系统进行功能、性能、可靠性测试。

•  虚拟训练系统：模拟系统的运行，为用户提供虚拟训练环境。

•  虚拟化运维监控：对系统进行虚拟化运行、监控和维护。

工具部署方案如下：

根据不同的用户角色，为每个角色配置、部署相应的客户端工具。部署服务器存储部署的工件和计划，应用主机则部署应用组件和应用原型。

数字样机工程工具链（火龙果科技提供）

火龙果科技提供数字样机工具解决方案，包括：

1. 数字样机过程指南：提供数字样机 1.0 、 2.0 、 3.0 的实施过程指南。

2. 模型框架和文档模板：提供数字样机工程相关模型框架、文档模板和跟踪视图。

3. 工具链：提供数字样机工程工具链和集成平台，包括：

     1） 需求管理工具： Req Manager

     2） 建模工具： iSpace 或者 EA ，支持体系建模、系统建模、软件建模。

     3） 自动建模工具： AutoModeler ，支持基于文本自动建模，并建立多个模型的分配关系。

     4） 仿真工具： Simulator ，支持体系仿真、系统仿真、软件仿真。

     5） 文档自动化工具： DocGenerator ，支持基于模型生成文档，并建立文档和模型跟踪。

     6） 代码工程工具： CodeEngineer ，支持模型生成软件代码，代码逆向软件模型。

     7） 自动部署工具： Deployer ，支持系统面向交付的设计、支持系统自动化部署和运行模拟。

     8） 测试工具： Test Architect ，支持测试架构 - 功能测试、性能测试、可靠性测试、易用性测试。

     9） 模型管理工具： webManager ，对模型进行 web 发布、浏览、评审和变更管理。

     10） 质量评审工具： Inspector, 对模型进行评审、问题分析和质量报告。

     11） Auto SAR 工具： Auto SAR Engineer ，从模型生成通信矩阵和服务矩阵，过渡到实现。

4. 模型库：提供数字样机工程模型资产库，支持模型共享与复用。

5. 人员能力培养：提供数字样机工程人员的能力培养课程，包括系统工程、软件工程、硬件工程。

希望您读了此文后有所受益。

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