產品研發中UG的應用

時間:2010-11-15 10:01:36 來源:

　　1. 前言

　　Unigraphics(簡稱UG)作為世界工業界最先進的軟件產品，它針對整個產品開發的全過程，從產品的概念設計到產品建模。分析和制作過程，提供了全系列的工具，包括最先進的計算機輔助設計(CAD)工具，它與功能強大的CAD/ CAE/CAM解決方案緊密集成。UG已經走過了25年的歷史，至今在全球17000多個客戶，包括世界著名的大公司，如通用汽車公司、波音飛機公司、愛立信、飛利浦、松下、柯達等，國內航空、航天、汽車、模具和家電類中的很多企業也成為UG 的用戶。UG軟件大大提高了這些企業的生產力。排名世界白色家電行業第三的博世和西門子家電集團(簡稱B/S/H/)對數字化設計系統的引入，從原有的產品設計平臺CADDS5，到UG，也是考察了市場上多種CAD軟件其中也包括UG 軟件的開放性(原有的數據移植)和最佳的集成客戶知識性能(把B/S/H知識融入數字化設計系統之中)、top-down的系統級產品設計功能(符合白色家電產品設計流程，從概念設計到工模夾具的制造、支持團隊協作)等各方面。并且在此基礎上，結合企業本身的特色，形成了有自己特色的UG 系統。

　　2. UG 應用環境NX/TC平臺的建立

　　在市場經濟下，企業之間的競爭日益激烈，如何提高企業自身的競爭力,是企業生存與發展的關鍵問題。其中技術創新、產品創新更是企業生存的靈魂。新產品的研發在企業中的地位也越來越重要。如何提高企業新產品自主研發能力顯得尤其重要，而研發能力的提高，離不開現代化的新產品研發環境，即選用何種軟件，以及軟件的使用環境。在國內，企業中UG 的安裝套數和使用人數已經達到一定水平;有部分設計師/工藝師的UG使用水平已達到相當高的水準;但UG使用水準差別很大，整體效率還不夠高;大多企業未建立企業的UG使用方法和標準;大多數企業未進行全面的充分的UG培訓;大多數企業未建立客戶化的UG使用環境。一個企業要贏利，首先要建立他們的項目目標，下面是我們的項目目標：

　　(1). 減少產品開發的時間和投入。

　　(2). 增強工程師的有效工作時間。

　　(3). 消除內部數據和轉換的問題。

　　(4). 實現工作流程的同步即并行工程。

　　(5). 增強工程數據的透明度(PDM)。

　　(6). 建立全球的產品開發網絡。

　　UG 應用環境NX/TC 平臺，就是為實現項目目標，結合自己的企業特色，建立起客戶化的UG使用環境。UG 應用環境NX/TC 平臺的建立，大大提高了研發效率，減少了重復工作。本文就針對平常工作和本次參賽作品(電動四驅車)如下圖，在NX/TC平臺應用UG軟件對產品進行數字化設計作一些探討。

　　2.1 建立NX/TC平臺的工作

　　隨著跨國公司的增多，共享資源成為非常迫切的需要，這樣可以避免重復性的工作，不同國家，不同地區，不同公司，同一集團就可以通過全球產品開發的網絡資源，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遵循一定的規范規則，這樣的資源才能通用，共享。這樣我們項目主要工作就有：

　　(1).對我們公司所有地方的IT工具進行標準化。

　　(2).對產品工程部門和產品研發部門實施3DCAD系統，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據的工藝過程并寫成標準文檔。工藝過程核心是數據的重用。

　　(4).為產品研發部、設計部、工藝部和CAM部門研制工作方法和規范，并寫成文檔。

　　(5).為全球的客戶進行培訓和現場指導。

　　(6).對全球的客戶進行推行管理。

　　(7).實施UG/Manage，并研制UG/Manage與Metaphase的接口。

　　2.2 NX/TC平臺UG使用規范和使用標準及環境

　　同時建立我們的核心構架(UG使用規范和UG使用標準及環境)。具體內容如下：

　　(1). UG設計的通用規定

　　(2). UG零件設計規范

　　(3). UG裝配設計規范

　　(4). UG二維UG文件管理

　　(5). 制圖的規范

　　(6). UG三維零件質量檢查

　　(7). UG工裝模具設計規范

　　(8). UG數控編程規范

　　2.3規范化的好處：

　　工程師之間有統一的語言進行溝通交流，從而減少了設計的差錯，提高效率和質量。規范的數據便于工程師的查詢，從而提高數據的重用率。規范化的要求使龐大的數據更易于管理。

　　2.4UG使用標準及環境

　　(1). 種子文件

　　種子文件包括非幾何數據如草圖參數，表達式、層、客戶化視圖與布局和引用集的管理等。

　　(2). 層的協定

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

　　(3). 命名的協定

　　所有的用戶文件都在IMAN里管理,這就要求有一個統一的命名標準，我們要求名字的長度不超過26 位并以“,Prt” 為擴展名具體如下：

　　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

　　2.5 線型和字體的制定

　　用戶可用七種不同的線型，在第一層的實體模型只可用實線

　　2.6 色彩的管理

　　對象有效顏色

　　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

　　通過執行UG使用及環境，我們所有的設計人員和工藝人員在同一個平臺上進行設計，從而把設計過程中的重復工作降到最低，提高設計和工藝效率。在此基礎上提煉出我們的UG 產品開發部門設計方法：

　　——通用的設計方法

　　——裝配的設計方法

　　——零件族的設計方法

　　——等等

　　并且制定了UG的使用方法(如下圖)：

　　以及定制的應用程序(UG/iMAN)

3. 電動四驅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體特征的建模方法。從技術基礎上來看，有參數化技術和變量化技術化兩種產品的建模方法基于裝配建模。在NX/TC平臺上我們團隊使用TOP-DOWN的建模理念對電動四驅車進行設計，團隊成員分工合作，此法可大大縮短開發的周期，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，可以建立和編輯組件的“部分主文件”的一種裝配建模方法。在裝配層幾何對象的變化會立即在各自的組件部件文件中得到反映。在對電動四驅車虛擬產品進行設計過程中，我們制定完整的設計框架，整個團隊分工進行合作。設計步驟如下：

　　3.1.The master model concept(概念設計)

　　從初始的概念成功的構建產品通過：

　　1) UG/Shape Studio 工業設計工具和產品設計流程。

　　2) Imageware 利用集成的逆向工程工具重用物理模型。

　　3)UG/WAVE系統工程工具的使用允許快速的設計迭代。

　　UG 支持整個產品的開發過程。在此過程中，我們團隊可利用不同的模塊來完成同一產品的不同開發工作，但是我們可以共享同一產品模型。產品模型由多個文件所組成，任一團隊成員對產品所做的工作，其他團隊成員都可以實時利用到其變化。

　　3.2.Assemble model(裝配模型)

　　UG裝配模塊有幾個特點

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

　　2)可以利用“自底向上(Bottom-up)”和“自頂向下(Top-down)”兩種方法來完成產品的建模和部件建模，在裝配上下文中可以直接對組件幾何進行創建和編輯工作，從而使得產品的總體設計與詳細設計可同步和穿插進行，部件對裝配進行編輯，保持組件與其裝配之間的相關性，裝配模型自動更新以反映最新版本，不需要人員人工干預。

　　3) 裝配導航器提供了一種對裝配結構的圖形化顯示，以方便對組件進行選擇以及大多數裝配編輯操作。

　　裝配結構圖如下：

　　總裝配模型如下：

　　3.3.Apply load option(應用裝載選項)

　　通過選擇菜單File → option → load options進入裝載選項，如下圖示：

　　在標準環境下的裝載選項環境如下示：

　　3.4.Create reference set( 創建引用集)

　　裝配引用集是裝配組件一個命名的對象集合。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象，而其他對象不顯示在裝配模型中。這樣，在不改變實際裝配結構或修改組件的模型下，可以大大簡化裝配模型中某些對象的顯示，甚至可以完全不顯示某些部分的對象。

　　每一個引用集中所包含的對象是以下類型：

　　-Geometry(幾何對象)

　　-Coordinate systems(坐標系)

　　- Planes(基準面)

　　-Pattern objects(圖框等模式對象)

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

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

　　下圖是當把該齒輪組件引用集設為“Entire part” ：

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

　　把齒輪組件引用集設為body時如下圖示：

　　body (only the solid body will be displayed)

　　3.5.Design in context(在裝配環境中進行產品設計)

　　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組件設置為“工作部件”，從而可在其中添加幾何對象、特征和裝配組件，或者對這些對象進行編輯。而在工作部件以外的幾何對象，則可以選擇作為建模操作中的參考對象，如對欲建立的特征進行定位。如下圖所示：

　　3.6 WAVE geometry linker(Wave 幾何鏈接)

　　運用WAVE的Copy Geometry to Part的功能，將設計基準控制文件(有些部件可能只有一個控制零件文件而沒有控制結構)或某個產品零件中的設計基準和幾何體鏈接到各產品零件中。

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

　　在裝配中，將一個組件與另一個或多個組件之間建立裝配約束關系，從而確定各組件之間的位置關系，這種關系通過一個或多個配對條件來實現。由于這種裝配約束關系之間具有相關性，一旦裝配組件的模型發生變化，裝配部件文件則可自動更新，并且保持裝配約束不變。

　　3.8. Create drafting(創建工程圖)

　　在UG/Modeling 模塊中建立的實體模型，可以引用到Drafting模塊中進行投影從而快速自動地生成平面工程圖。由于建立的平面工程圖是由三維實體模型投影得到的，因此，平面工程圖與三維實體模型完全相關，實體模型的尺寸、形狀，以及位置的任何改變都會引起平面工程圖的相應更新，更新過程可由用戶控制;支持設計員與繪圖員的協同工作。下圖為我們模型中一個零件的工程圖示例：

　　3.9.Exploded views(創建爆炸圖)

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

　　車輪的子裝配如下圖：

　　3.10.Create part lists(創建零件列表)

　　4.UG應用中幾點體會

　　在產品研發過程中，我們特別對下面三點對UG 的強大功能有了比較深刻的體會。

　　4.1 從零件的參數化建模轉變到產品的參數化建模(利用UG/WAVE技術)

　　參數化建模，是基于特征的實體建模方法，對一些關鍵尺寸進行參數化編輯：在表達式里設立相關性，用Wave鏈接進行零件建模，創建草圖，建立裝配以及建立裝配體的配合。表達式是UG 中用來建立參數變量相關性的。用表達式來控制模型特征，可以通過編輯或修改表達式中的定義參數來完成。并且，單個的表達式能夠直接或間接的作用于多個特征并保證它們的相關性。所以，用一個表達式來控制多個特征時，當這個表達式改變時，與之相關的尺寸也隨之更新了。下圖就是通過控制總裝配圖中的Sketch 中的參數來控制各個零件的。各個零件通過利用Wave Link 來完成，這樣就實現了產品的參數化建模。下列組圖示例參數變化時產品的變化趨勢。當設定參數為下圖時：