數(shù)字模型（虛擬模型）

利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件（如 SolidWorks、AutoCAD、CATIA 等）創(chuàng)建的三維虛擬模型，支持參數(shù)化設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)仿真。

應(yīng)用場(chǎng)景：研發(fā)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)仿真、碰撞檢測(cè)；虛擬調(diào)試、數(shù)字孿生系統(tǒng)等。

特點(diǎn)：可快速修改、支持多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)，與物理模型結(jié)合可實(shí)現(xiàn) “數(shù)字 - 實(shí)體” 閉環(huán)。

工業(yè)設(shè)備模型的核心作用

輔助設(shè)計(jì)研發(fā)

通過(guò)數(shù)字模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化（如輕量化設(shè)計(jì)）、運(yùn)動(dòng)仿真（如齒輪嚙合分析），減少物理原型試錯(cuò)成本。

案例：汽車(chē)制造中，利用 CAE 模型模擬車(chē)身碰撞過(guò)程，提前發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)。

教學(xué)與培訓(xùn)

物理模型或虛擬仿真系統(tǒng)（如 3D 交互式培訓(xùn)軟件）可幫助操作人員熟悉設(shè)備原理和操作流程，降低實(shí)操風(fēng)險(xiǎn)。

案例：核電站利用 1:1 比例的模擬控制臺(tái)培訓(xùn)操作員應(yīng)對(duì)緊急工況。

展示與溝通

在投標(biāo)、展會(huì)或客戶參觀時(shí)，模型可直觀呈現(xiàn)設(shè)備性能，增強(qiáng)溝通效率。

案例：工程機(jī)械廠商通過(guò)動(dòng)態(tài)數(shù)字模型演示挖掘機(jī)的作業(yè)流程，吸引客戶。

預(yù)測(cè)與維護(hù)

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和大數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生模型可實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，預(yù)測(cè)故障并優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃。

案例：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)字孿生模型通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)模擬葉片磨損情況，提前預(yù)警更換需求。

建模技術(shù)

正向建模：從概念設(shè)計(jì)出發(fā)，通過(guò) CAD 軟件逐步構(gòu)建設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系。

逆向建模：通過(guò)三維掃描（如激光雷達(dá)、結(jié)構(gòu)光掃描儀）獲取現(xiàn)有設(shè)備的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，反推三維模型，用于舊設(shè)備改造或仿制。

多物理場(chǎng)建模：結(jié)合流體力學(xué)（CFD）、有限元分析（FEA）等工具，模擬設(shè)備在溫度、壓力、電磁等多場(chǎng)耦合下的性能。

工藝復(fù)雜度

簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)模型：

僅需基礎(chǔ)切割、拼接（如板材雕刻、3D 打?。瑹o(wú)復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

成本占比：材料成本占 60%-70%，人工加工成本占 30%-40%。

復(fù)雜功能模型：

需實(shí)現(xiàn)可動(dòng)部件（如齒輪傳動(dòng)、閥門(mén)啟閉）、燈光演示、流體模擬等功能，涉及機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)、電子控制系統(tǒng)集成。

成本占比：材料成本占 30%-40%，設(shè)計(jì)與加工成本占 60%-70%。

案例：

一個(gè)帶動(dòng)態(tài)演示功能的工業(yè)機(jī)器人模型（含關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、傳感器燈光反饋）成本可達(dá)5 萬(wàn) - 20 萬(wàn)元。