传统的产品设计开发流程一般为方案设计、图纸设计、制造实物样机和实物样机试验直至产品投产上市,该过程周期过长,成本费用过高,不能满足企业对质量、效率以及成本的综合要求。而数字样机技术作为产品设计开发的一项全新技术,它的出现和发展给传统的产品设计方法带来了一次革命。应用这项技术,工程师在建立产品的数字模型之后可以对它进行各种计算机仿真分析,在产品设计阶段发现其中的潜在问题和不足之处,并快速修正设计错误、改进设计方案。因此,在产品设计过程中应用数字样机技术可以减少对实物样机的依赖,这样不仅可以降低开发成本,缩短产品开发周期,而且可以提高设计质量和产品性能,增强企业的竞争力。全断面掘进机也叫盾构机,是盾构工法施工的专用工程机械,它根据不同的地质条件,采用相适应的盾构机,通过计算机精确控制,在地下向前掘进,同时尾部拼装上可以承受巨大压力的相互咬合的管片,从而形成一条高质量的隧道。由于盾构机施工具有机械化程度高,施工速度快,质量有保障,安全性高,适用性广,对地面建筑影响少,有利于环保等优点,已被广泛应用于地铁、公路、铁路、输气、输水、市政、水电隧道等大型工程。全断面掘进机作为一种结构复杂且高度自动化的机电产品,它的设计对于运动性能、动力学性能以及机械结构性能等方面都有着严格的要求。为了保证盾构机的设计质量,缩短设计周期并有效降低设计成本,要将数字样机技术应用到该产品的整个设计流程中。本论文以EPBΦ6.28m土压平衡式盾构机为研究对象,介绍了课题的来源和意义。对数字样机技术的发展做了扼要的论述。首先,利用三维建模软件Pro/E对盾构机关键零部件进行建模,并进行虚拟装配。将数字样机模型导入到虚拟现实系统中,进行具有沉浸感和想象感的虚拟装配、虚拟施工演示,并对模型进行干涉检验,及时反馈,形成完整的盾构机数字样机模型。其次,在盾构机完整数字样机模型的基础上,利用Pro/E动画模块,对整机进行运动仿真,展示盾构机主要零部件的工作状态。利用动力学软件ADAMS对整机进行推力仿真,讨论整机掘进速度与掘进推力之间的关系。最后,管片拼装系统作为盾构机的主要零部件,对其进行了系统的动力学仿真及有限元分析。利用动力学软件ADAMS对管片拼装机进行不同工况条件的多刚体动力学仿真,对比分析结果,得到管片拼装机工况条件下拼装机大梁的载荷情况。利用ANSYS有限元软件对拼装机大梁进行模态、刚度、强度分析,为拼装机大梁的结构优化提供了理论依据。本文采用数字样机技术有效地实现了盾构机的建模与功能仿真,这种方法不只是适用于盾构机的设计开发,其它型号的全断面掘进机也可以应用同样的方法和思路,并且还可以推广到其它一些复杂机械系统的研究、设计和开发中去,因此本文的研究方法及结论具有重要的实用价值。