目前制造技术的目标是以最短的时间、最低的成本和最有效的方 法制造出高质设、高性能的产品 。由于产品的复杂性增加和富有竞争 性的产品生命周期的缩短  ，物理样机（高档数控机床）的实现和测试成 为成功开发具有经济优越性的现代机床的主要瓶颈[7] 。当前  ，机床制 造商很难承担起制造和测试物理样机所需的时间和费用  ，而现代机床 的设计过程引用了计箅机仿真技术预测其性能  ，不仅减少硬件测试的 费用和时间  ，而且减少反复对物理样机改进的次数  ，计算机仿真技术能 很好地解决开发产品的工(最快的上市时间）、Q(最好的产品质量）、C (最低的产品成本）、S(良好的产品服务） 。其中虚拟样机仿真技术是 目前计算机建模与仿真技术的一种先进方法  ，表示物理产品的计算机 仿真模塑  ，可以像真的物理样机一样进行分析和测试 。在设计过程中 反复改变机床的虚拟样机模型和调整各种设计方案  ，直到达到满意的 性能要求  ，从而减少整个产品的开发时间和成本 。而数学建模是计算 机仿真技术的基础  ，是一种通用的方法 。根据不同的要求  ，建立不同的 数学模铟  ，然后对其进行仿真  ，所得结果可以预测和评估产品的性能 。 如图1. 1所示为传统设计过程与基于计算机建模与仿真的现代设计过 程的对比图 。传统的设计过程为：概念——设计——物理样机制 造——物理样机试验——物理样机方案变更——物理样机制造变 更——定型 。在新产品的设计过程中  ，目前大部分企业采用计算机辅 助设计（Computer Aided Design  ，CAD)  ，根据设计图纸进行物理样机的 试制  ，或荇先试制一些部件  ，再试制物理样机;然后对试制出来的物理 样机进行评价  ，其评价方法是进行物理样机的试验及试运转 。这种新产品的试制模式  ，当评价结果达不到预期目标时  ，就要重新更新设计  ，并重新试制物理样机  ，新产品的试制过程循环长  ，试制费用比较高  ，试 制周期也比较长 。特别是对无参考机型的完全创新的新产品试制  ，其 缺点表现尤为突出  ，一个产品往往要经过多次循环才能最后定 。 而现代设计模式在新产品设计与试制过程中增加r计算机建模与仿真 环节  ，可以在计算机上进行预测和评估产品的性能  ，当评价结果不满意 时  ，进行修改设计的过程也是在计算机上完成  ，可以多次修改及优化产 品设计方案  ，直到达到满意的设计要求  ，再制造物理样机  ，最后产品定型、生产 。

 

    从以上分析可以看出  ，传统模式的新产品的试制过程循环长  ，对完 全创新开发的新产品不利 。与传统模式相比  ，现代设计过程中在汁算机 上建立虚拟样机模型和数学模型  ，通过仿真结果对其设计质量包括外 观、功能、性能、成本、可制造性、可靠性及制造周期等指标进行分析和评 价 。计算机建模与仿真技术的出现和逐渐成熟  ，为解决传统设计与制造 中的种种弊端提供了强有力的下具和手段 。其设计、制造、测试、评价等 过程都是在计算机上完成的  ，保证了物理样机一次试制成功率m 。

 

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