1. 前言

　　Unigraphics(簡(jiǎn)稱UG)作為世界工業(yè)界最先進(jìn)的軟件產(chǎn)品，它針對(duì)整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)的全過程，從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品建模。分析和制作過程，提供了全系列的工具，包括最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)工具，它與功能強(qiáng)大的CAD/ CAE/CAM解決方案緊密集成。UG已經(jīng)走過了25年的歷史，至今在全球17000多個(gè)客戶，包括世界著名的大公司，如通用汽車公司、波音飛機(jī)公司、愛立信、飛利浦、松下、柯達(dá)等，國(guó)內(nèi)航空、航天、汽車、模具和家電類中的很多企業(yè)也成為UG 的用戶。UG軟件大大提高了這些企業(yè)的生產(chǎn)力。排名世界白色家電行業(yè)第三的博世和西門子家電集團(tuán)(簡(jiǎn)稱B/S/H/)對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的引入，從原有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)CADDS5，到UG，也是考察了市場(chǎng)上多種CAD軟件其中也包括UG 軟件的開放性(原有的數(shù)據(jù)移植)和最佳的集成客戶知識(shí)性能(把B/S/H知識(shí)融入數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)之中)、top-down的系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能(符合白色家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，從概念設(shè)計(jì)到工模夾具的制造、支持團(tuán)隊(duì)協(xié)作)等各方面。并且在此基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)本身的特色，形成了有自己特色的UG 系統(tǒng)。

　　2. UG 應(yīng)用環(huán)境NX/TC平臺(tái)的建立

　　在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，如何提高企業(yè)自身的競(jìng)爭(zhēng)力,是企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵問題。其中技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新更是企業(yè)生存的靈魂。新產(chǎn)品的研發(fā)在企業(yè)中的地位也越來(lái)越重要。如何提高企業(yè)新產(chǎn)品自主研發(fā)能力顯得尤其重要，而研發(fā)能力的提高，離不開現(xiàn)代化的新產(chǎn)品研發(fā)環(huán)境，即選用何種軟件，以及軟件的使用環(huán)境。在國(guó)內(nèi)，企業(yè)中UG 的安裝套數(shù)和使用人數(shù)已經(jīng)達(dá)到一定水平;有部分設(shè)計(jì)師/工藝師的UG使用水平已達(dá)到相當(dāng)高的水準(zhǔn);但UG使用水準(zhǔn)差別很大，整體效率還不夠高;大多企業(yè)未建立企業(yè)的UG使用方法和標(biāo)準(zhǔn);大多數(shù)企業(yè)未進(jìn)行全面的充分的UG培訓(xùn);大多數(shù)企業(yè)未建立客戶化的UG使用環(huán)境。一個(gè)企業(yè)要贏利，首先要建立他們的項(xiàng)目目標(biāo)，下面是我們的項(xiàng)目目標(biāo)：

　　(1). 減少產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間和投入。

　　(2). 增強(qiáng)工程師的有效工作時(shí)間。

　　(3). 消除內(nèi)部數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換的問題。

　　(4). 實(shí)現(xiàn)工作流程的同步即并行工程。

　　(5). 增強(qiáng)工程數(shù)據(jù)的透明度(PDM)。

　　(6). 建立全球的產(chǎn)品開發(fā)網(wǎng)絡(luò)。

　　UG 應(yīng)用環(huán)境NX/TC 平臺(tái)，就是為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)，結(jié)合自己的企業(yè)特色，建立起客戶化的UG使用環(huán)境。UG 應(yīng)用環(huán)境NX/TC 平臺(tái)的建立，大大提高了研發(fā)效率，減少了重復(fù)工作。本文就針對(duì)平常工作和本次參賽作品(電動(dòng)四驅(qū)車)如下圖，在NX/TC平臺(tái)應(yīng)用UG軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)作一些探討。

　　2.1 建立NX/TC平臺(tái)的工作

　　隨著跨國(guó)公司的增多，共享資源成為非常迫切的需要，這樣可以避免重復(fù)性的工作，不同國(guó)家，不同地區(qū)，不同公司，同一集團(tuán)就可以通過全球產(chǎn)品開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)資源，這樣就要求全世界各地的R&D部門在建立模型和工程圖時(shí)遵循一定的規(guī)范規(guī)則，這樣的資源才能通用，共享。這樣我們項(xiàng)目主要工作就有：

　　(1).對(duì)我們公司所有地方的IT工具進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

　　(2).對(duì)產(chǎn)品工程部門和產(chǎn)品研發(fā)部門實(shí)施3DCAD系統(tǒng)，其核心是：UG+UG/Manager。

　　(3).為下游的工藝過程，研制基于上游模型數(shù)據(jù)的工藝過程并寫成標(biāo)準(zhǔn)文檔。工藝過程核心是數(shù)據(jù)的重用。

　　(4).為產(chǎn)品研發(fā)部、設(shè)計(jì)部、工藝部和CAM部門研制工作方法和規(guī)范，并寫成文檔。

　　(5).為全球的客戶進(jìn)行培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

　　(6).對(duì)全球的客戶進(jìn)行推行管理。

　　(7).實(shí)施UG/Manage，并研制UG/Manage與Metaphase的接口。

　　2.2 NX/TC平臺(tái)UG使用規(guī)范和使用標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境

　　同時(shí)建立我們的核心構(gòu)架(UG使用規(guī)范和UG使用標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境)。具體內(nèi)容如下：

　　(1). UG設(shè)計(jì)的通用規(guī)定

　　(2). UG零件設(shè)計(jì)規(guī)范

　　(3). UG裝配設(shè)計(jì)規(guī)范

　　(4). UG二維UG文件管理

　　(5). 制圖的規(guī)范

　　(6). UG三維零件質(zhì)量檢查

　　(7). UG工裝模具設(shè)計(jì)規(guī)范

　　(8). UG數(shù)控編程規(guī)范

　　2.3規(guī)范化的好處：

　　工程師之間有統(tǒng)一的語(yǔ)言進(jìn)行溝通交流，從而減少了設(shè)計(jì)的差錯(cuò)，提高效率和質(zhì)量。規(guī)范的數(shù)據(jù)便于工程師的查詢，從而提高數(shù)據(jù)的重用率。規(guī)范化的要求使龐大的數(shù)據(jù)更易于管理。

　　2.4UG使用標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境

　　(1). 種子文件

　　種子文件包括非幾何數(shù)據(jù)如草圖參數(shù)，表達(dá)式、層、客戶化視圖與布局和引用集的管理等。

　　(2). 層的協(xié)定

　　在建模的過程中，將會(huì)產(chǎn)生大量的圖形對(duì)象。這些對(duì)象有些屬于模型的一部分，有些是創(chuàng)建實(shí)體模型的一些基礎(chǔ)對(duì)象(如草圖、曲線、自由形狀特征等)，有些是為了創(chuàng)建模型而建立的一些輔助對(duì)象(如基礎(chǔ)面、基準(zhǔn)軸等)，有些模型中的一些標(biāo)注性對(duì)象(如平面工程圖的尺寸表祝賀文字標(biāo)注等)。在同一視圖里，有時(shí)需要顯示所有的對(duì)象，但有時(shí)對(duì)觀察模型的某些細(xì)節(jié)部分，只是希望視圖上反映局部的對(duì)象，這樣就引入了圖層，并對(duì)圖層進(jìn)行管理，下圖為我們的圖層的組織圖：

　　(3). 命名的協(xié)定

　　所有的用戶文件都在IMAN里管理,這就要求有一個(gè)統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)，我們要求名字的長(zhǎng)度不超過26 位并以“,Prt” 為擴(kuò)展名具體如下：

　　主模型

　　Ssssnnnnnnnnnn.prt

　　其它

　　Ssssnnnnnnnnnn_TTcc.prt

　　其中

　　Nnnnnnnnnn 十位為文件名

　　TT 為文件類型

　　CC 為01-99的數(shù)

　　2.5 線型和字體的制定

　　用戶可用七種不同的線型，在第一層的實(shí)體模型只可用實(shí)線

　　2.6 色彩的管理

　　對(duì)象 有效顏色

　　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

　　定義修改公制文件ug_metric.def

　　定義修改CAM 文件ug_cam.def

　　定義修改鈑金文件ugsmd_def.std

　　通過執(zhí)行UG使用及環(huán)境，我們所有的設(shè)計(jì)人員和工藝人員在同一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而把設(shè)計(jì)過程中的重復(fù)工作降到最低，提高設(shè)計(jì)和工藝效率。在此基礎(chǔ)上提煉出我們的UG 產(chǎn)品開發(fā)部門設(shè)計(jì)方法：

　　——通用的設(shè)計(jì)方法

　　——裝配的設(shè)計(jì)方法

　　——零件族的設(shè)計(jì)方法

　　——等等

　　并且制定了UG的使用方法(如下圖)：

　　以及定制的應(yīng)用程序(UG/iMAN)

     3. 電動(dòng)四驅(qū)車的建模方法和步驟

　　零件的三維建模方法目前主要是基于實(shí)體特征的建模方法。從技術(shù)基礎(chǔ)上來(lái)看，有參數(shù)化技術(shù)和變量化技術(shù)化兩種產(chǎn)品的建模方法基于裝配建模。在NX/TC平臺(tái)上我們團(tuán)隊(duì)使用TOP-DOWN的建模理念對(duì)電動(dòng)四驅(qū)車進(jìn)行設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)成員分工合作，此法可大大縮短開發(fā)的周期，有效地提高整體的效率。TOP-DOWN Modeling(自頂向下建模)是指在工作在裝配層時(shí)，可以建立和編輯組件的“部分主文件”的一種裝配建模方法。在裝配層幾何對(duì)象的變化會(huì)立即在各自的組件部件文件中得到反映。在對(duì)電動(dòng)四驅(qū)車虛擬產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，我們制定完整的設(shè)計(jì)框架，整個(gè)團(tuán)隊(duì)分工進(jìn)行合作。設(shè)計(jì)步驟如下：

　　3.1.The master model concept(概念設(shè)計(jì))

　　從初始的概念成功的構(gòu)建產(chǎn)品通過：

　　1) UG/Shape Studio 工業(yè)設(shè)計(jì)工具和產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程。

　　2) Imageware 利用集成的逆向工程工具重用物理模型。

　　3)UG/WAVE系統(tǒng)工程工具的使用允許快速的設(shè)計(jì)迭代。

　　UG 支持整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程。在此過程中，我們團(tuán)隊(duì)可利用不同的模塊來(lái)完成同一產(chǎn)品的不同開發(fā)工作，但是我們可以共享同一產(chǎn)品模型。產(chǎn)品模型由多個(gè)文件所組成，任一團(tuán)隊(duì)成員對(duì)產(chǎn)品所做的工作，其他團(tuán)隊(duì)成員都可以實(shí)時(shí)利用到其變化。

　　3.2.Assemble model(裝配模型)

　　UG裝配模塊有幾個(gè)特點(diǎn)

　　1)組件幾何只是被裝配體引用，而不是直接復(fù)制到裝配體中。這樣就避免了組件幾何數(shù)據(jù)的重復(fù)，減小了裝配模型文件的規(guī)模，也為裝配模型的修改與自動(dòng)更新提供了可能。

　　2)可以利用“自底向上(Bottom-up)”和“自頂向下(Top-down)”兩種方法來(lái)完成產(chǎn)品的建模和部件建模，在裝配上下文中可以直接對(duì)組件幾何進(jìn)行創(chuàng)建和編輯工作，從而使得產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)可同步和穿插進(jìn)行，部件對(duì)裝配進(jìn)行編輯，保持組件與其裝配之間的相關(guān)性，裝配模型自動(dòng)更新以反映最新版本，不需要人員人工干預(yù)。

　　3) 裝配導(dǎo)航器提供了一種對(duì)裝配結(jié)構(gòu)的圖形化顯示，以方便對(duì)組件進(jìn)行選擇以及大多數(shù)裝配編輯操作。

　　裝配結(jié)構(gòu)圖如下：

　　總裝配模型如下：

　　3.3.Apply load option(應(yīng)用裝載選項(xiàng))

　　通過選擇菜單File → option → load options進(jìn)入裝載選項(xiàng)，如下圖示：

　　在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的裝載選項(xiàng)環(huán)境如下示：

　　3.4.Create reference set( 創(chuàng)建引用集)

　　裝配引用集是裝配組件一個(gè)命名的對(duì)象集合。利用引用集，在裝配中可以只顯示某一組件中指定引用集的那部分對(duì)象，而其他對(duì)象不顯示在裝配模型中。這樣，在不改變實(shí)際裝配結(jié)構(gòu)或修改組件的模型下，可以大大簡(jiǎn)化裝配模型中某些對(duì)象的顯示，甚至可以完全不顯示某些部分的對(duì)象。

　　每一個(gè)引用集中所包含的對(duì)象是以下類型：

　　-Geometry(幾何對(duì)象)

　　-Coordinate systems(坐標(biāo)系)

　　- Planes(基準(zhǔn)面)

　　-Pattern objects(圖框等模式對(duì)象)

　　-Immediate components of the part(部件的直接組件)

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

　　下圖是當(dāng)把該齒輪組件引用集設(shè)為“Entire part” ：

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

　　把齒輪組件引用集設(shè)為body時(shí)如下圖示：

　　body (only the solid body will be displayed)

　　3.5.Design in context(在裝配環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì))

　　在裝配建模過程中，若“顯示文件”為裝配文件，則可以將裝配中的一個(gè)組件設(shè)置為“工作部件”，從而可在其中添加幾何對(duì)象、特征和裝配組件，或者對(duì)這些對(duì)象進(jìn)行編輯。而在工作部件以外的幾何對(duì)象，則可以選擇作為建模操作中的參考對(duì)象，如對(duì)欲建立的特征進(jìn)行定位。如下圖所示：

　　3.6 WAVE geometry linker(Wave 幾何鏈接)

　　運(yùn)用WAVE的Copy Geometry to Part的功能，將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)控制文件(有些部件可能只有一個(gè)控制零件文件而沒有控制結(jié)構(gòu))或某個(gè)產(chǎn)品零件中的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和幾何體鏈接到各產(chǎn)品零件中。

　　3.7.Create mating condition between component part files(配對(duì)約束)

　　在裝配中，將一個(gè)組件與另一個(gè)或多個(gè)組件之間建立裝配約束關(guān)系，從而確定各組件之間的位置關(guān)系，這種關(guān)系通過一個(gè)或多個(gè)配對(duì)條件來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于這種裝配約束關(guān)系之間具有相關(guān)性，一旦裝配組件的模型發(fā)生變化，裝配部件文件則可自動(dòng)更新，并且保持裝配約束不變。

　　3.8. Create drafting(創(chuàng)建工程圖)

　　在UG/Modeling 模塊中建立的實(shí)體模型，可以引用到Drafting模塊中進(jìn)行投影從而快速自動(dòng)地生成平面工程圖。由于建立的平面工程圖是由三維實(shí)體模型投影得到的，因此，平面工程圖與三維實(shí)體模型完全相關(guān)，實(shí)體模型的尺寸、形狀，以及位置的任何改變都會(huì)引起平面工程圖的相應(yīng)更新，更新過程可由用戶控制;支持設(shè)計(jì)員與繪圖員的協(xié)同工作。下圖為我們模型中一個(gè)零件的工程圖示例：

　　3.9.Exploded views(創(chuàng)建爆炸圖)

　　爆炸圖是在某一視圖顯示中，將建立好配對(duì)條件的裝配中的各組件，沿指定的方向拆開，即離開組件實(shí)際的裝配位置，而清楚地顯示裝配或子裝配中個(gè)組件的裝配關(guān)系，以及包含的組件數(shù)。總爆炸圖如下：

　　車輪的子裝配如下圖：

　　3.10.Create part lists(創(chuàng)建零件列表)

　　4.UG應(yīng)用中幾點(diǎn)體會(huì)

　　在產(chǎn)品研發(fā)過程中，我們特別對(duì)下面三點(diǎn)對(duì)UG 的強(qiáng)大功能有了比較深刻的體會(huì)。

　　4.1 從零件的參數(shù)化建模轉(zhuǎn)變到產(chǎn)品的參數(shù)化建模(利用UG/WAVE技術(shù))

　　參數(shù)化建模，是基于特征的實(shí)體建模方法，對(duì)一些關(guān)鍵尺寸進(jìn)行參數(shù)化編輯：在表達(dá)式里設(shè)立相關(guān)性，用Wave鏈接進(jìn)行零件建模，創(chuàng)建草圖，建立裝配以及建立裝配體的配合。表達(dá)式是UG 中用來(lái)建立參數(shù)變量相關(guān)性的。用表達(dá)式來(lái)控制模型特征，可以通過編輯或修改表達(dá)式中的定義參數(shù)來(lái)完成。并且，單個(gè)的表達(dá)式能夠直接或間接的作用于多個(gè)特征并保證它們的相關(guān)性。所以，用一個(gè)表達(dá)式來(lái)控制多個(gè)特征時(shí)，當(dāng)這個(gè)表達(dá)式改變時(shí)，與之相關(guān)的尺寸也隨之更新了。下圖就是通過控制總裝配圖中的Sketch 中的參數(shù)來(lái)控制各個(gè)零件的。各個(gè)零件通過利用Wave Link 來(lái)完成，這樣就實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的參數(shù)化建模。下列組圖示例參數(shù)變化時(shí)產(chǎn)品的變化趨勢(shì)。當(dāng)設(shè)定參數(shù)為下圖時(shí)：

　　修改參數(shù)為下列圖示為，模型相應(yīng)改變：

　　4.2 消除內(nèi)部數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換的問題

　　在各種建模軟件充斥著市場(chǎng)的今天，軟件與軟件之間的交互使用性就顯得格外重要。為了方便內(nèi)部與內(nèi)部，內(nèi)部與外部之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，B/S/H/解決這些問題的主要方法是：

　　(1).同一軟件使用平臺(tái)

　　(2).用PDM 來(lái)管理數(shù)據(jù)

　　(3).通過import 和export兩個(gè)子菜單的功能，在UG自己的文件之間以及UG 與其他的程序之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

　　(4).客戶化處理

　　Assembly—wave link主要用于復(fù)雜裝配與含曲面的裝配中，在復(fù)雜裝配中起到時(shí)刻把握建模進(jìn)程，總體規(guī)劃的作用;在含曲面的裝配中，它能夠?qū)?fù)雜曲面單獨(dú)提取出來(lái)，對(duì)于模型的準(zhǔn)確把握起到至關(guān)重要的作用。

　　Assembly—cloning能夠進(jìn)行產(chǎn)品變形設(shè)計(jì)。

　　BCT Product—BCT 3DRaster能夠?qū)⑷S模型轉(zhuǎn)化成TIFF圖等。

　　下圖為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu)圖：

　　4.3、產(chǎn)品設(shè)計(jì)檢驗(yàn)完后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)

　　在進(jìn)行產(chǎn)品部件零件設(shè)計(jì)時(shí)，隨時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，比如，如果你建立的草圖沒有完全約束，或者命名不負(fù)責(zé)規(guī)定檢驗(yàn)都會(huì)報(bào)錯(cuò)，比如下圖示：

　　如果所做完全企業(yè)符合標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)形成：

　　5. 總結(jié)

　　有著規(guī)范的，標(biāo)準(zhǔn)化的文件文檔作為指導(dǎo)，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)中，我們的設(shè)計(jì)人員在同一工作平臺(tái)上，充分利用參數(shù)化設(shè)計(jì)，大家分工合作，大大降低了重復(fù)工作，提高了工作效率。同時(shí)我們的設(shè)計(jì)都要通過企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，這樣更加能規(guī)范我們的操作，規(guī)范了設(shè)計(jì)，形成了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)思想。