數(shù)字模型（虛擬模型）

利用計算機輔助設計（CAD）軟件（如 SolidWorks、AutoCAD、CATIA 等）創(chuàng)建的三維虛擬模型，支持參數(shù)化設計和動態(tài)仿真。

應用場景：研發(fā)設計中的結構分析、運動仿真、碰撞檢測；虛擬調(diào)試、數(shù)字孿生系統(tǒng)等。

特點：可快速修改、支持多學科協(xié)同設計，與物理模型結合可實現(xiàn) “數(shù)字 - 實體” 閉環(huán)。

工業(yè)設備模型的核心作用

輔助設計研發(fā)

通過數(shù)字模型進行結構優(yōu)化（如輕量化設計）、運動仿真（如齒輪嚙合分析），減少物理原型試錯成本。

案例：汽車制造中，利用 CAE 模型模擬車身碰撞過程，提前發(fā)現(xiàn)結構弱點。

教學與培訓

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

案例：核電站利用 1:1 比例的模擬控制臺培訓操作員應對緊急工況。

展示與溝通

在投標、展會或客戶參觀時，模型可直觀呈現(xiàn)設備性能，增強溝通效率。

案例：工程機械廠商通過動態(tài)數(shù)字模型演示挖掘機的作業(yè)流程，吸引客戶。

預測與維護

結合物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和大數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生模型可實時監(jiān)控設備狀態(tài)，預測故障并優(yōu)化維護計劃。

案例：風力發(fā)電機的數(shù)字孿生模型通過傳感器數(shù)據(jù)模擬葉片磨損情況，提前預警更換需求。

典型工業(yè)設備模型案例

數(shù)控機床模型

物理模型：展示主軸、刀庫、導軌等關鍵部件的裝配關系，用于職業(yè)院校教學。

數(shù)字模型：通過 CAM 軟件生成加工路徑，模擬零件切削過程，優(yōu)化刀具軌跡。

工業(yè)機器人模型

數(shù)字模型：在 RobotStudio 等軟件中仿真機器人抓取、焊接等動作，驗證軌跡規(guī)劃的合理性。

數(shù)字孿生模型：連接真實機器人的編碼器數(shù)據(jù)，實時顯示關節(jié)角度和負載狀態(tài)。

化工設備模型

概念模型：用流程圖表示反應釜、換熱器、管道之間的物料流動和化學反應過程。

物理模型：按比例縮小的精餾塔模型，展示內(nèi)部塔板結構和傳質(zhì)原理。

工藝復雜度

簡單結構模型：

僅需基礎切割、拼接（如板材雕刻、3D 打?。?，無復雜內(nèi)部結構。

成本占比：材料成本占 60%-70%，人工加工成本占 30%-40%。

復雜功能模型：

需實現(xiàn)可動部件（如齒輪傳動、閥門啟閉）、燈光演示、流體模擬等功能，涉及機械傳動設計、電子控制系統(tǒng)集成。

成本占比：材料成本占 30%-40%，設計與加工成本占 60%-70%。

案例：

一個帶動態(tài)演示功能的工業(yè)機器人模型（含關節(jié)運動、傳感器燈光反饋）成本可達5 萬 - 20 萬元。