1.4.1　数字化产品开发技术概述

1．数字化产品设计技术

数字化产品设计技术的特点是用数字形式虚拟地创造产品，并在制造实物样机之前对产品的外形、部件组合和功能、性能进行仿真分析与评估，快速地完成新产品开发。由于数字化产品开发环境中的产品实际上只是一种数字模型，因此可以随时随地对其进行观察、分析、修改、通信及更新版本，这样使新产品开发所涉及的方方面面（包括考虑人体因素的产品设计、分析、可制造性、可维护性分析等各环节的人机工效性设计与评估等）都能相互协同与并行进行。因而，可以减少大量不必要的等待时间，减少或避免传统产品开发过程中因为需要制作实物原型而投入的时间和费用，同时还能在设计过程中通过模拟仿真分析及早地发现和解决问题。

在数字化产品设计技术的组织与实施形式上，数字化产品开发平台是一个从产品订单处理、产品概念样机（方案设计）、产品虚拟物理样机设计、产品性能仿真分析与优化、产品虚拟制造与测试、产品的虚拟展示与电子交易、虚拟运维等到产品的虚拟报废与回收的全生命周期过程及数据管理平台，具有网络化、集成化、并行化、智能化、沉浸式、想象和交互等特性。通过这样的平台，可组建虚拟的产品开发小组，将设计师和制造工程师、分析专家、支持人员、供应厂商及顾客联成一体，不管他们身处何地，都可实现异地协同工作。

2．产品数字化制造工厂

产品数字化制造工厂是一个集成化的产品制造运行环境的虚拟仿真，是数字化产品虚拟制造的重要组成部分，它将制造企业信息管理系统与产品虚拟制造的各种应用系统结合在一起，形成集成化、并行、网络化的运行环境，在产品设计阶段就定义了制造什么、采用什么制造工艺、在哪里制造以及所需的制造资源等问题。产品数字化制造工厂不仅关注产品的物质生产过程，还重视工人在生产中的作用，重视制造场地的空间布局与优化，旨在设计一个安全、以人为本的工作场所、产品和生产工艺流程。西门子公司的UGS Tecnomatix、法国达索公司的DELMIA和PTC公司的e-plant等是目前主流的数字化制造的解决方案，包括工厂设计、工人操作、加工和装配过程、质量管理和资源管理的集成化仿真软件环境。

综上所述，采用数字化产品开发技术的数字化人机工效设计的一个重要特征是在数字化虚拟环境下完成人使用产品、人在产品各制造工艺环节的工作动作设计与人机工效（静态甚至动态的人机工效性）仿真分析及评估等。产品设计者用数字化虚拟人替代真实人参与产品使用、维护和生产过程活动的仿真，应该了解用户在使用所开发的产品时是否安全、方便、高效和舒适。产品制造和运维工艺过程的设计者应该了解操作者在操作机器、拆装或搬运物料时的安全性、疲劳程度和效率等。

波音777是世界第一款完全以3D全数字化技术开发的民用飞机，波音777整个设计工序中完全没有采用传统绘图方式，而是事先“建造”一架虚拟的777，便于工程师及早发现任何误差，以确保成千上万的零件在被制成昂贵的实物原型前，也能清楚计算安放的位置是否稳妥，并节省了开发时间和成本。建造原型机的时候，各种主要部件一次性成功对接。波音公司在设计波音777飞机的过程中，采用数字化产品开发技术，减少了设计更改的需要，对比以往的飞机设计，公司减少了94%的花费，减少了93%的设计更改，而且使模具的设计精度提高了10倍，从而使费用大大降低，同时制造周期缩短了50%。波音777整个开发周期只有4年多时间，而开发波音787只用了2年多时间。

福特公司采用数字化产品开发技术后，其产品周期从原来的48个月缩短为24个月。

实践表明，应用数字化产品开发技术可以提高设计制造／施工企业在产品／项目、时间、质量、成本、服务和环保指标上的市场竞争优势。

3．数字化人机工程学

数字化人机工程学是应用人体测量学、人体生物力学、劳动生理学、劳动心理学等学科知识的数字化方法与技术，对人体形态结构特征、生理与心理的机能特征信息进行数字化研究与开发应用，为人机环境系统数字化设计提供数字化人体形态几何特征参数、生物力学参数、热生／物理特性参数、人的感知特性、人的反应特性，以及人在劳动活动中的心理特征和生理机能极限等；基于数字化方法建立人机环境系统的数字化模型，并对其仿真分析；基于人机环境系统的设计原则、标准规范，预测与评估虚拟人在使用所设计的器物或在劳动活动时的生理变化、能量消耗、疲劳与恢复，以及虚拟人对各种劳动负荷的适应性等。

为了适应数字化产品开发的需要，基于人机工程学原理的人机工程设计技术需要融合人体学、工程学、环境学、社会学和IT技术的相关理论、方法及成果，进而发展成一门综合性技术，即数字化人机工程设计技术。

进一步来说，数字化人机工程设计就是运用基于数字化人机工程学的原则、理论与数据发展的计算机辅助人机工程CAEx技术和工程领域的各种CAx/DFx技术，对产品或系统中人机交互的输出、输入部分进行统筹考虑与设计，以达到系统整体优化目标的过程。