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基于UG/WAVE的产品参数化建模技术 |
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作者： |
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引言
参数化建模技术是虚拟制造技术研究的基础和前提，也是现代制造技术研究热点之一。随着计算机仿真技术、网络等技术的发展，参数化技术的应用越来越广泛，参数化设计，有利于设计者通过设计参数来驱动产品零件的几何模型。大大简化了用户生成和修改零件模型的操作，提高了设计效率。
UG/WAVE（What-if Alternative Value Engineer）技术是EDS公司推出的参数关联设计技术，利用Top-Down设计思想，对系统级与产品级进行设计的技术，通过集成系统级工程与参数化建模技术来实现产品的快速开发，可大幅度的提高产品的设计效率，降低产品设计成本[1]。
1 参数化设计思想
UG参数化设计思想可分为产品级和零件级两部分，产品级设计主要是为了分析产品功能，零件级设计主要解决如何实现产品功能的问题，设计思想如下：
产品参数化设计思想：在使用UG软件进行产品设计时，首先根据欲实现功能详细构思产品的结构，然后用UG软件的设计及编辑工具把设计意图反映到产品的设计中去。分析产品的各个零部件之间的关系，利用WAVE几何链接器将有联系的零件做一关联，便于产品设计更新，更有利于系列化产品的设计。
零件参数化设计思想：零件参数化设计将零件模型的构造工作划分为几何约束、尺寸约束、确定尺寸值和模型生成四个基本任务。模型生成是一项工作量巨大、琐碎但是有规律的工作，可以由计算机基于UG等三维CAD软件完成；形状约束、尺寸约束和尺寸值的确定是非规律性的创造性工作，由设计者根据设计要求设定，并建立零件特征之间的尺寸关联，用户修改零件模型时，只需输入一组新的特征尺寸值，或个别特征尺寸值，零件结构改变，而不需要重新设计，只需要更改某些特征参数即可。
2UG/WAVE参数化建模技术
2.1传统参数化建模技术
UG/WAVE技术是建立在传统的参数化建模技术基础上，并克服了传统的参数化建模技术存在的缺陷而发展起来的，将传统的参数化建模技术提高到系统与产品级设计的高度。随着虚拟制造技术的发展，传统的参数化建模技术逐渐不能满足设计的要求，主要体现以下几点：
(1)利用传统的参数化技术建模时，产品的所有局部环节都要求参数化，并建立完整的尺寸参数及约束系。当产品结构简单、参数较少时，这种建模技术可行的，当产品结构非常复杂、参数较多时，建立产品模型将会变得复杂，模型的可靠性较低，难以维护。
(2)传统的参数化建模技术将所有的参数放同一个层次之中，没有将总体参数与局部参数区开来，因而造成局部参数的变动会引起整体结构的变化，不符合自顶向下设计思想。
(3)传统的参数化建模技术不利于并行工程的实施。
2.2 基于UG/WAVE的参数化建模技术
UG的WAVE技术在传统的参数化建模技术基础上引入了3项技术[1]：
a.建立产品的控制结构(control structure)，控制结构决定产品的定义。
b.产品模型的同一层或不同层次之间关键几何模型可以进行关联拷贝 (associative copy)，关拷贝用于表示几何模型之间的控制关系。
c.几何连接器(geometry linker)，其功能类似关联拷贝，只是用途不同。
这3项技术的引入，使传统的参数化建模得到了极大地提升，不但保留了参数化系统在零件设计方面的传统优势，而且能方便地建立层次树状结构的产品模型，从根本上支持自顶向下的设计思想，用WAVE技术可方便地建立支持概念设计、装配设计再到详细设计的产品模型，把概念设计自始至终地贯彻于整个产品的设计阶段。
UG/WAVE 主要是由以下几个部分组成[2]：(1)几何连接器(Geometry Linker)；(2)相关性管理器(Associatively Manager)；(3)零件联系浏览器(Part Link Browser)；(4)零件导航器(Parts Navigator)；(5)几何体导航器(Geometry Navigator)；(6)装配结构导航工具(Assembly Navigation Tool)。利用这些工具可以顺利实现控制相关零部件的更新时间和更新范围，查询、编辑、冻结和切断相关零部件间的联系，在同一个装配中完成零部件间相关几何体的复制等操作。
3 基于UG/WAVE的自顶向下（Top-Down）的装配设计
根据设计后续各阶段的要求，产品模型应该是一种树状与网状相结合的模型，便于组织和管理数据，树状能够清晰的描述产品中零部件之间的层次结构，网状可以描述产品中零部件之间的关系。Top-Down设计方法可以满足这种需求，便于用树状结构来描述产品结构模型，允许设计者在高层产品设计发生变化时自动更新低层零部件的设计，如图1所示。由于产品的总体参数、产品的包容空间、零部件的布置与定位等主要参数都在装配的高层定义，而详细设计在零部件的底层构建，因此，通过设定产品的高层几何定义和约束，使得详细设计可以在概念设计完成之前开始实施，使产品设计并行开展。
图1 基于WAVE的T-D结构示意图
产品设计应按照市场或客户的需求展开，他们对产品的需求决定了一些关键的产品参数，而这些参数必须合并到高级产品设计的初期设计布局中，形成所有下游设计活动的基础。
自顶向下装配设计有两种方法：
(1)先在装配中产生一个新组件，它不含任何几何对象，即是一个“空”组件，然后使其成为工作部件，最后在其中建立几何模型。
(2)先在装配中建立几何模型(草图、曲线、曲面、实体等)，然后建立新组件，最后把几何模型加入到新建的组件中。
4.基于UG/WAVE的网络并行工程
随着网络技术的发展，为并行工程带来了新的内涵，UG/WAVE技术为此提供了一个桥梁，允许产品的设计者们分布在不同的区域，并行对产品进行设计。首先在服务器利用UG软件建立产品模型，需要确定产品的主要参数，以及产品各零件之间的约束关系，并将其传递给分布在不同地域的各个节点，然后节点的设计师根据产品功能要求，对产品进行设计，零部件之间的约束关系，可以通过UG/WAVE来关联。如图2所示。
图2 网络并行工程示意图
5 实例说明
现以推进器设计为例说明UG/WAVE在参数化设计中的作用，首先创建一个装配文件assemble.prt，在装配中添加一个底盖文件down.prt，然后以底盖文件为工作部件，对底盖进行设计，如图3所示。
图3 底盖设计
接下来，在装配中添加一个顶盖文件top.prt，以top.prt为工作部件，通过WAVE建立与down.prt之间的联系,利用“镜像体”可得到如图4所示结果。建立起top.prt与down.prt之间的约束关系，当down.prt的参数发生变化时，top.prt的参数也随之改变，从而达到参数化设计要求。
图4 顶盖关联设计
6 结束语
利用 UG/WAVE 技术，概念设计在总体布置阶段只需给出产品的外形、主要参数以及产品中零部件之间的约束关系，后续的详细设计和工艺设计等工作可以并行开展，也可网络并行设计，无需过多考虑结构上的细节。概念设计的意图通过控制几何参数传递到整个设计团队中去，可以随时修改在设计中出现的问题。当产品的高层设计需要更改时，通过控制结构快速的递到详细设计的设计平台中去，为产品的快速开发提供了有力的技术支持。
WAVE 技术的关键是对设计意图的正确理解和约束关系的定义。因此，在产品开发的初期应该考虑周全、定义合理、层次清晰，只有这样才能提高产品开发的效率。(end)
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(7/14/2006) |
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