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UG在产品研发中的应用

作者：博西华家用电器有限公司 TR小组

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1. 前言

Unigraphics（简称UG）作为世界工业界最先进的软件产品，它针对整个产品开发的全过程，从产品的概念设计到产品建模。分析和制作过程，提供了全系列的工具，包括最先进的计算机辅助设计（CAD）工具，它与功能强大的CAD/ CAE/CAM解决方案紧密集成。UG已经走过了25年的历史，至今在全球17000多个客户，包括世界著名的大公司，如通用汽车公司、波音飞机公司、爱立信、飞利浦、松下、柯达等，国内航空、航天、汽车、模具和家电类中的很多企业也成为UG 的用户。UG软件大大提高了这些企业的生产力。排名世界白色家电行业第三的博世和西门子家电集团（简称B/S/H/）对数字化设计系统的引入，从原有的产品设计平台CADDS5，到UG，也是考察了市场上多种CAD软件其中也包括UG 软件的开放性（原有的数据移植）和最佳的集成客户知识性能（把B/S/H知识融入数字化设计系统之中）、top-down的系统级产品设计功能（符合白色家电产品设计流程，从概念设计到工模夹具的制造、支持团队协作）等各方面。并且在此基础上，结合企业本身的特色，形成了有自己特色的UG 系统。

2. UG 应用环境NX/TC平台的建立

在市场经济下，企业之间的竞争日益激烈，如何提高企业自身的竞争力,是企业生存与发展的关键问题。其中技术创新、产品创新更是企业生存的灵魂。新产品的研发在企业中的地位也越来越重要。如何提高企业新产品自主研发能力显得尤其重要，而研发能力的提高，离不开现代化的新产品研发环境，即选用何种软件，以及软件的使用环境。在国内，企业中UG 的安装套数和使用人数已经达到一定水平；有部分设计师/工艺师的UG使用水平已达到相当高的水准；但UG使用水准差别很大，整体效率还不够高；大多企业未建立企业的UG使用方法和标准；大多数企业未进行全面的充分的UG培训；大多数企业未建立客户化的UG使用环境。一个企业要赢利，首先要建立他们的项目目标，下面是我们的项目目标：

(1). 减少产品开发的时间和投入。
(2). 增强工程师的有效工作时间。
(3). 消除内部数据和转换的问题。
(4). 实现工作流程的同步即并行工程。
(5). 增强工程数据的透明度（PDM）。
(6). 建立全球的产品开发网络。

UG 应用环境NX/TC 平台，就是为实现项目目标，结合自己的企业特色，建立起客户化的UG使用环境。UG 应用环境NX/TC 平台的建立，大大提高了研发效率，减少了重复工作。本文就针对平常工作和本次参赛作品（电动四驱车）如下图，在NX/TC平台应用UG软件对产品进行数字化设计作一些探讨。

2.1 建立NX/TC平台的工作

随着跨国公司的增多，共享资源成为非常迫切的需要，这样可以避免重复性的工作，不同国家，不同地区，不同公司，同一集团就可以通过全球产品开发的网络资源，这样就要求全世界各地的R&D部门在建立模型和工程图时遵循一定的规范规则，这样的资源才能通用，共享。这样我们项目主要工作就有：

(1).对我们公司所有地方的IT工具进行标准化。
(2).对产品工程部门和产品研发部门实施3DCAD系统，其核心是：UG+UG/Manager。
(3).为下游的工艺过程，研制基于上游模型数据的工艺过程并写成标准文档。工艺过程核心是数据的重用。
(4).为产品研发部、设计部、工艺部和CAM部门研制工作方法和规范，并写成文档。
(5).为全球的客户进行培训和现场指导。
(6).对全球的客户进行推行管理。
(7).实施UG/Manage，并研制UG/Manage与Metaphase的接口。

2.2 NX/TC平台ＵＧ使用规范和使用标准及环境

同时建立我们的核心构架（UG使用规范和UG使用标准及环境）。具体内容如下：

(1). UG设计的通用规定
(2). UG零件设计规范
(3). UG装配设计规范
(4). UG二维UG文件管理
(5). 制图的规范
(6). UG三维零件质量检查
(7). UG工装模具设计规范
(8). UG数控编程规范

2.3规范化的好处：

工程师之间有统一的语言进行沟通交流，从而减少了设计的差错，提高效率和质量。规范的数据便于工程师的查询，从而提高数据的重用率。规范化的要求使庞大的数据更易于管理。

2.4UG使用标准及环境

(1). 种子文件

种子文件包括非几何数据如草图参数，表达式、层、客户化视图与布局和引用集的管理等。

(2). 层的协定

在建模的过程中，将会产生大量的图形对象。这些对象有些属于模型的一部分，有些是创建实体模型的一些基础对象（如草图、曲线、自由形状特征等），有些是为了创建模型而建立的一些辅助对象（如基础面、基准轴等），有些模型中的一些标注性对象（如平面工程图的尺寸表祝贺文字标注等）。在同一视图里，有时需要显示所有的对象，但有时对观察模型的某些细节部分，只是希望视图上反映局部的对象，这样就引入了图层，并对图层进行管理，下图为我们的图层的组织图：

(3). 命名的协定

所有的用户文件都在IMAN里管理,这就要求有一个统一的命名标准，我们要求名字的长度不超过26 位并以“,Prt” 为扩展名具体如下：

主模型
Ssssnnnnnnnnnn.prt
其它
Ssssnnnnnnnnnn_TTcc.prt
其中
Nnnnnnnnnn 十位为文件名
TT 为文件类型
CC 为01-99的数

2.5 线型和字体的制定

用户可用七种不同的线型，在第一层的实体模型只可用实线

2.6 色彩的管理

对象有效颜色
Bodies
Solid green
Sheet yellow
Generating curves (non-sketch)
Lines and arcs orange
Conics and splines blue
Sketches
Sketch curves cyan
Reference curves gray
Datum features aquamarine
Points and coordinate systems white
System display color red

定义修改公制文件ug_metric.def
定义修改CAM 文件ug_cam.def
定义修改钣金文件ugsmd_def.std

通过执行UG使用及环境，我们所有的设计人员和工艺人员在同一个平台上进行设计，从而把设计过程中的重复工作降到最低，提高设计和工艺效率。在此基础上提炼出我们的UG 产品开发部门设计方法：

——通用的设计方法
——装配的设计方法
——零件族的设计方法
——等等

并且制定了UG的使用方法（如下图）：

以及定制的应用程序（UG/iMAN）

3. 电动四驱车的建模方法和步骤

零件的三维建模方法目前主要是基于实体特征的建模方法。从技术基础上来看，有参数化技术和变量化技术化两种产品的建模方法基于装配建模。在NX/TC平台上我们团队使用TOP-DOWN的建模理念对电动四驱车进行设计，团队成员分工合作，此法可大大缩短开发的周期，有效地提高整体的效率。TOP-DOWN Modeling（自顶向下建模）是指在工作在装配层时，可以建立和编辑组件的“部分主文件”的一种装配建模方法。在装配层几何对象的变化会立即在各自的组件部件文件中得到反映。在对电动四驱车虚拟产品进行设计过程中，我们制定完整的设计框架，整个团队分工进行合作。设计步骤如下：

3.1.The master model concept(概念设计)

从初始的概念成功的构建产品通过：

1) UG/Shape Studio 工业设计工具和产品设计流程。
2) Imageware 利用集成的逆向工程工具重用物理模型。
3)UG/WAVE系统工程工具的使用允许快速的设计迭代。

UG 支持整个产品的开发过程。在此过程中，我们团队可利用不同的模块来完成同一产品的不同开发工作，但是我们可以共享同一产品模型。产品模型由多个文件所组成，任一团队成员对产品所做的工作，其他团队成员都可以实时利用到其变化。

3.2.Assemble model(装配模型)

UG装配模块有几个特点

1)组件几何只是被装配体引用，而不是直接复制到装配体中。这样就避免了组件几何数据的重复，减小了装配模型文件的规模，也为装配模型的修改与自动更新提供了可能。
2)可以利用“自底向上（Bottom-up）”和“自顶向下(Top-down)”两种方法来完成产品的建模和部件建模，在装配上下文中可以直接对组件几何进行创建和编辑工作，从而使得产品的总体设计与详细设计可同步和穿插进行，部件对装配进行编辑，保持组件与其装配之间的相关性，装配模型自动更新以反映最新版本，不需要人员人工干预。
3) 装配导航器提供了一种对装配结构的图形化显示，以方便对组件进行选择以及大多数装配编辑操作。

装配结构图如下：

总装配模型如下：

3.3.Apply load option(应用装载选项)

通过选择菜单File → option → load options进入装载选项，如下图示：

在标准环境下的装载选项环境如下示：

3.4.Create reference set( 创建引用集)

装配引用集是装配组件一个命名的对象集合。利用引用集，在装配中可以只显示某一组件中指定引用集的那部分对象，而其他对象不显示在装配模型中。这样，在不改变实际装配结构或修改组件的模型下，可以大大简化装配模型中某些对象的显示，甚至可以完全不显示某些部分的对象。

每一个引用集中所包含的对象是以下类型：

-Geometry(几何对象)
-Coordinate systems（坐标系）
- Planes（基准面）
-Pattern objects（图框等模式对象）
-Immediate components of the part（部件的直接组件）

When you choose the option dialog "Reference Sets" is displayed.

下图是当把该齿轮组件引用集设为“Entire part” ：

Entire Part (all objects of a component will be displayed)

把齿轮组件引用集设为body时如下图示：

body (only the solid body will be displayed)

3.5.Design in context（在装配环境中进行产品设计）

在装配建模过程中，若“显示文件”为装配文件，则可以将装配中的一个组件设置为“工作部件”，从而可在其中添加几何对象、特征和装配组件，或者对这些对象进行编辑。而在工作部件以外的几何对象，则可以选择作为建模操作中的参考对象，如对欲建立的特征进行定位。如下图所示：

3.6 WAVE geometry linker（Wave 几何链接）

运用WAVE的Copy Geometry to Part的功能，将设计基准控制文件（有些部件可能只有一个控制零件文件而没有控制结构）或某个产品零件中的设计基准和几何体链接到各产品零件中。

3.7.Create mating condition between component part files（配对约束）

在装配中，将一个组件与另一个或多个组件之间建立装配约束关系，从而确定各组件之间的位置关系，这种关系通过一个或多个配对条件来实现。由于这种装配约束关系之间具有相关性，一旦装配组件的模型发生变化，装配部件文件则可自动更新，并且保持装配约束不变。

3.8. Create drafting（创建工程图）

在UG/Modeling 模块中建立的实体模型，可以引用到Drafting模块中进行投影从而快速自动地生成平面工程图。由于建立的平面工程图是由三维实体模型投影得到的，因此，平面工程图与三维实体模型完全相关，实体模型的尺寸、形状，以及位置的任何改变都会引起平面工程图的相应更新，更新过程可由用户控制；支持设计员与绘图员的协同工作。下图为我们模型中一个零件的工程图示例：

3.9.Exploded views（创建爆炸图）

爆炸图是在某一视图显示中，将建立好配对条件的装配中的各组件，沿指定的方向拆开，即离开组件实际的装配位置，而清楚地显示装配或子装配中个组件的装配关系，以及包含的组件数。总爆炸图如下：

车轮的子装配如下图：

3.10.Create part lists（创建零件列表）

4.UG应用中几点体会

在产品研发过程中，我们特别对下面三点对UG 的强大功能有了比较深刻的体会。

4.1 从零件的参数化建模转变到产品的参数化建模（利用UG/WAVE技术）

参数化建模，是基于特征的实体建模方法，对一些关键尺寸进行参数化编辑：在表达式里设立相关性，用Wave链接进行零件建模，创建草图，建立装配以及建立装配体的配合。表达式是UG 中用来建立参数变量相关性的。用表达式来控制模型特征，可以通过编辑或修改表达式中的定义参数来完成。并且，单个的表达式能够直接或间接的作用于多个特征并保证它们的相关性。所以，用一个表达式来控制多个特征时，当这个表达式改变时，与之相关的尺寸也随之更新了。下图就是通过控制总装配图中的Sketch 中的参数来控制各个零件的。各个零件通过利用Wave Link 来完成，这样就实现了产品的参数化建模。下列组图示例参数变化时产品的变化趋势。当设定参数为下图时：

修改参数为下列图示为，模型相应改变：

4.2 消除内部数据和转换的问题

在各种建模软件充斥着市场的今天，软件与软件之间的交互使用性就显得格外重要。为了方便内部与内部，内部与外部之间的数据转换，B/S/H/解决这些问题的主要方法是：

(1).同一软件使用平台
(2).用PDM 来管理数据
(3).通过import 和export两个子菜单的功能，在UG自己的文件之间以及UG 与其他的程序之间实现数据交换。
(4).客户化处理

Assembly—wave link主要用于复杂装配与含曲面的装配中，在复杂装配中起到时刻把握建模进程，总体规划的作用；在含曲面的装配中，它能够将复杂曲面单独提取出来，对于模型的准确把握起到至关重要的作用。
Assembly—cloning能够进行产品变形设计。
BCT Product—BCT 3DRaster能够将三维模型转化成TIFF图等。

下图为数据转化的结构图：

4.3、产品设计检验完后进行标准检验

在进行产品部件零件设计时，随时进行标准检验，比如，如果你建立的草图没有完全约束，或者命名不负责规定检验都会报错，比如下图示：

如果所做完全企业符合标准，则会形成：

5. 总结

有着规范的，标准化的文件文档作为指导，在产品开发设计中，我们的设计人员在同一工作平台上，充分利用参数化设计，大家分工合作，大大降低了重复工作，提高了工作效率。同时我们的设计都要通过企业标准检验，这样更加能规范我们的操作，规范了设计，形成了严谨的设计思想。

参考书目：
《UGNX基础及应用教程》作者：曾向阳、谢国明、王学平电子工业出版社2003
《UG渲染与实例》作者：李开林清华大学出版社2001(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/2/2005)


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