2025年基于数字孪生技术的产品设计方法探究.pdfVIP

丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。——杜甫

基于数字孪生技术的产品设计方法探究

产品设计是指针对某种需求，通过艺术、技术等手段创造出特

定形式的、包含特定功能的、可制造的、可销售的物品。在当前

全球化的背景下，企业对产品和服务质量的需求越来越高，同时

不断开发新产品，提高营销效率的需要，促进了产品设计技术的

发展。数字孪生技术作为一种新型设计工具，不仅能实现产品原

型的虚拟化，更能够提供全方位的设计方案，此文将探索基于数

字孪生技术的产品设计方法。

一、数字孪生技术介绍

数字孪生技术是近年来比较火热的技术之一，它将虚拟现实、

人工智能、数据可视化、云计算等多项技术有机结合，将物理世

界的实体建模成与之对应的虚拟实体，并通过大量数据的采集与

处理，优化设计方案，提升产品设计效率与质量。

数字孪生技术可以由四个部分来组成，即实体、传感器、连接

和分析。实体是指模拟实体或产品，传感器是用来收集物理世界

数据的传感器。连接是指将传感器所获取的真实数据连接回虚拟

世界，并在其中作出相应的更新。分析是使用人工智能、机器学

习技术等进行分析和数据处理，找到问题并提供解决方案。

利用数字孪生技术，可以给产品设计带来可视化的模拟，使设

计师们可以更好地实现产品的虚拟化设计和优化。

老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。——唐·王勃

二、基于数字孪生技术的产品设计方法

1.产品规划分析阶段

首先，需要进行产品规划分析阶段，这个阶段关注的是目标用

户、市场趋势、竞争产品和现有技术的评估分析，通过这个阶段

的规划，设计工作者可以更好地理解产品需求，努力满足客户需

求。

利用数字孪生技术，可以分析区域特征、客户反馈、竞争信息、

市场趋势等多方面因素，优化设计方案，调整产品制造流程，以

更好地迎合市场需求。

2.产品概念设计阶段

在进行产品概念设计阶段时，主要目的是要评估不同的设计方

案，经过构思严密的细化，实现概念性的产品原型设计。数字孪

生技术可以帮助设计师们以三维模型呈现设计方案，快速提供可

视化展示，优化设计方案。

3.产品设计和开发阶段

在产品设计和开发阶段，需要确定排版、构造、零件设计和工

程等方面，这是整个满足客户需求的产品设计过程中的回归部分。

利用数字孪生技术可以对产品整体设计进一步进行模拟和分析，

优化工作流程，更好地满足客户需求。

志不强者智不达，言不信者行不果。——墨翟

4.产品验证和测试阶段

最后，需要对产品进行测试验证阶段，确认产品的质量标准是

否满足标准，以确保在制造阶段中能够提供卓越的产品质量。此

阶段利用数字孪生技术可以对产品进行全面的仿真测试，模拟其

在实际使用过程中的可能问题，并进行预测、验证和对策。这样

可以快速准确的发现潜在问题，提高产品的稳定性与可靠性。

三、数字孪生技术在产品设计中的应用案例

卡特彼勒公司（Caterpillar）是全球领先的工程机械制造商，他

们在产品设计中成功地采用了数字孪生技术。利用数字孪生技术，

卡特彼勒公司可以快速构建虚拟模型并通过数据收集和实验结果

对其进行分析和优化，大大提高了产品的质量和效率。

卡特彼勒公司采用数字孪生技术的一个典型应用案例是在其涡

轮增压系统中的应用。通过数值仿真，数字孪生技术有助于卡特

彼勒公司设计出更优的涡轮增压器，提升产品性能和效率。该技

术不仅有