数字模型（虚拟模型）

利用计算机辅助设计（CAD）软件（如 SolidWorks、AutoCAD、CATIA 等）创建的三维虚拟模型，支持参数化设计和动态仿真。

应用场景：研发设计中的结构分析、运动仿真、碰撞检测；虚拟调试、数字孪生系统等。

特点：可快速修改、支持多学科协同设计，与物理模型结合可实现 “数字 - 实体” 闭环。

工业设备模型的核心作用

辅助设计研发

通过数字模型进行结构优化（如轻量化设计）、运动仿真（如齿轮啮合分析），减少物理原型试错成本。

案例：汽车制造中，利用 CAE 模型模拟车身碰撞过程，提前发现结构弱点。

教学与培训

物理模型或虚拟仿真系统（如 3D 交互式培训软件）可帮助操作人员熟悉设备原理和操作流程，降低实操风险。

案例：核电站利用 1:1 比例的模拟控制台培训操作员应对紧急工况。

展示与沟通

在投标、展会或客户参观时，模型可直观呈现设备性能，增强沟通效率。

案例：工程机械厂商通过动态数字模型演示挖掘机的作业流程，吸引客户。

预测与维护

结合物联网（IoT）和大数据，数字孪生模型可实时监控设备状态，预测故障并优化维护计划。

案例：风力发电机的数字孪生模型通过传感器数据模拟叶片磨损情况，提前预警更换需求。

典型工业设备模型案例

数控机床模型

物理模型：展示主轴、刀库、导轨等关键部件的装配关系，用于职业院校教学。

数字模型：通过 CAM 软件生成加工路径，模拟零件切削过程，优化刀具轨迹。

工业机器人模型

数字模型：在 RobotStudio 等软件中仿真机器人抓取、焊接等动作，验证轨迹规划的合理性。

数字孪生模型：连接真实机器人的编码器数据，实时显示关节角度和负载状态。

化工设备模型

概念模型：用流程图表示反应釜、换热器、管道之间的物料流动和化学反应过程。

物理模型：按比例缩小的精馏塔模型，展示内部塔板结构和传质原理。

工艺复杂度

简单结构模型：

仅需基础切割、拼接（如板材雕刻、3D 打印），无复杂内部结构。

成本占比：材料成本占 60%-70%，人工加工成本占 30%-40%。

复杂功能模型：

需实现可动部件（如齿轮传动、阀门启闭）、灯光演示、流体模拟等功能，涉及机械传动设计、电子控制系统集成。

成本占比：材料成本占 30%-40%，设计与加工成本占 60%-70%。

案例：

一个带动态演示功能的工业机器人模型（含关节运动、传感器灯光反馈）成本可达5 万 - 20 万元。