0 引言
參數(shù)化建模技術(shù)是虛擬制造技術(shù)研究的基礎(chǔ)和前提，也是現(xiàn)代制造技術(shù)研究熱點之一。隨著計算機(jī)仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，參數(shù)化設(shè)計，有利于設(shè)計者通過設(shè)計參數(shù)來驅(qū)動產(chǎn)品零件的幾何模型。大大簡化了用戶生成和修改零件模型的操作，提高了設(shè)計效率。
UG/WAVE(What-if Alternative Value Engineer)技術(shù)是EDS公司推出的參數(shù)關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)，利用Top-Down設(shè)計思想，對系統(tǒng)級與產(chǎn)品級進(jìn)行設(shè)計的技術(shù)，通過集成系統(tǒng)級工程與參數(shù)化建模技術(shù)來實現(xiàn)產(chǎn)品的快速開發(fā)，可大幅度的提高產(chǎn)品的設(shè)計效率，降低產(chǎn)品設(shè)計成本[1]。
1 參數(shù)化設(shè)計思想
UG參數(shù)化設(shè)計思想可分為產(chǎn)品級和零件級兩部分，產(chǎn)品級設(shè)計主要是為了分析產(chǎn)品功能，零件級設(shè)計主要解決如何實現(xiàn)產(chǎn)品功能的問題，設(shè)計思想如下：
產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計思想：在使用UG軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，首先根據(jù)欲實現(xiàn)功能詳細(xì)構(gòu)思產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，然后用UG軟件的設(shè)計及編輯工具把設(shè)計意圖反映到產(chǎn)品的設(shè)計中去。分析產(chǎn)品的各個零部件之間的關(guān)系，利用WAVE幾何鏈接器將有聯(lián)系的零件做一關(guān)聯(lián)，便于產(chǎn)品設(shè)計更新，更有利于系列化產(chǎn)品的設(shè)計。
零件參數(shù)化設(shè)計思想：零件參數(shù)化設(shè)計將零件模型的構(gòu)造工作劃分為幾何約束、尺寸約束、確定尺寸值和模型生成四個基本任務(wù)。模型生成是一項工作量巨大、瑣碎但是有規(guī)律的工作，可以由計算機(jī)基于UG等三維CAD軟件完成;形狀約束、尺寸約束和尺寸值的確定是非規(guī)律性的創(chuàng)造性工作，由設(shè)計者根據(jù)設(shè)計要求設(shè)定，并建立零件特征之間的尺寸關(guān)聯(lián)，用戶修改零件模型時，只需輸入一組新的特征尺寸值，或個別特征尺寸值，零件結(jié)構(gòu)改變，而不需要重新設(shè)計，只需要更改某些特征參數(shù)即可。?
2 UG/WAVE參數(shù)化建模技術(shù)
2.1傳統(tǒng)參數(shù)化建模技術(shù)
UG/WAVE技術(shù)是建立在傳統(tǒng)的參數(shù)化建模技術(shù)基礎(chǔ)上，并克服了傳統(tǒng)的參數(shù)化建模技術(shù)存在的缺陷而發(fā)展起來的，將傳統(tǒng)的參數(shù)化建模技術(shù)提高到系統(tǒng)與產(chǎn)品級設(shè)計的高度。隨著虛擬制造技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的參數(shù)化建模技術(shù)逐漸不能滿足設(shè)計的要求，主要體現(xiàn)以下幾點：
(1)利用傳統(tǒng)的參數(shù)化技術(shù)建模時，產(chǎn)品的所有局部環(huán)節(jié)都要求參數(shù)化，并建立完整的尺寸參數(shù)及約束系。當(dāng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)較少時，這種建模技術(shù)可行的，當(dāng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、參數(shù)較多時，建立產(chǎn)品模型將會變得復(fù)雜，模型的可靠性較低，難以維護(hù)。
(2)傳統(tǒng)的參數(shù)化建模技術(shù)將所有的參數(shù)放同一個層次之中，沒有將總體參數(shù)與局部參數(shù)區(qū)開來，因而造成局部參數(shù)的變動會引起整體結(jié)構(gòu)的變化，不符合自頂向下設(shè)計思想。
(3)傳統(tǒng)的參數(shù)化建模技術(shù)不利于并行工程的實施。
2.2 基于UG/WAVE的參數(shù)化建模技術(shù)
UG的WAVE技術(shù)在傳統(tǒng)的參數(shù)化建模技術(shù)基礎(chǔ)上引入了3項技術(shù)[1]：
a.建立產(chǎn)品的控制結(jié)構(gòu)(control structure)，控制結(jié)構(gòu)決定產(chǎn)品的定義。
b.產(chǎn)品模型的同一層或不同層次之間關(guān)鍵幾何模型可以進(jìn)行關(guān)聯(lián)拷貝 (associative copy)，關(guān)拷貝用于表示幾何模型之間的控制關(guān)系。
c.幾何連接器(geometry linker)，其功能類似關(guān)聯(lián)拷貝，只是用途不同。
這3項技術(shù)的引入，使傳統(tǒng)的參數(shù)化建模得到了極大地提升，不但保留了參數(shù)化系統(tǒng)在零件設(shè)計方面的傳統(tǒng)優(yōu)勢，而且能方便地建立層次樹狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品模型，從根本上支持自頂向下的設(shè)計思想，用WAVE技術(shù)可方便地建立支持概念設(shè)計、裝配設(shè)計再到詳細(xì)設(shè)計的產(chǎn)品模型，把概念設(shè)計自始至終地貫徹于整個產(chǎn)品的設(shè)計階段。
UG/WAVE 主要是由以下幾個部分組成[2]：(1)幾何連接器(Geometry Linker);(2)相關(guān)性管理器(Associatively Manager);(3)零件聯(lián)系瀏覽器(Part Link Browser);(4)零件導(dǎo)航器(Parts Navigator);(5)幾何體導(dǎo)航器(Geometry Navigator);(6)裝配結(jié)構(gòu)導(dǎo)航工具(Assembly Navigation Tool)。利用這些工具可以順利實現(xiàn)控制相關(guān)零部件的更新時間和更新范圍，查詢、編輯、凍結(jié)和切斷相關(guān)零部件間的聯(lián)系，在同一個裝配中完成零部件間相關(guān)幾何體的復(fù)制等操作。
3 基于UG/WAVE的自頂向下(Top-Down)的裝配設(shè)計
根據(jù)設(shè)計后續(xù)各階段的要求，產(chǎn)品模型應(yīng)該是一種樹狀與網(wǎng)狀相結(jié)合的模型，便于組織和管理數(shù)據(jù)，樹狀能夠清晰的描述產(chǎn)品中零部件之間的層次結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀可以描述產(chǎn)品中零部件之間的關(guān)系。Top-Down設(shè)計方法可以滿足這種需求，便于用樹狀結(jié)構(gòu)來描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型，允許設(shè)計者在高層產(chǎn)品設(shè)計發(fā)生變化時自動更新低層零部件的設(shè)計，如圖1所示。由于產(chǎn)品的總體參數(shù)、產(chǎn)品的包容空間、零部件的布置與定位等主要參數(shù)都在裝配的高層定義，而詳細(xì)設(shè)計在零部件的底層構(gòu)建，因此，通過設(shè)定產(chǎn)品的高層幾何定義和約束，使得詳細(xì)設(shè)計可以在概念設(shè)計完成之前開始實施，使產(chǎn)品設(shè)計并行開展。
產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)按照市場或客戶的需求展開，他們對產(chǎn)品的需求決定了一些關(guān)鍵的產(chǎn)品參數(shù)，而這些參數(shù)必須合并到高級產(chǎn)品設(shè)計的初期設(shè)計布局中，形成所有下游設(shè)計活動的基礎(chǔ)。
圖1 基于WAVE的T-D結(jié)構(gòu)示意圖
自頂向下裝配設(shè)計有兩種方法：
(1)先在裝配中產(chǎn)生一個新組件，它不含任何幾何對象，即是一個“空”組件，然后使其成為工作部件，最后在其中建立幾何模型。
(2)先在裝配中建立幾何模型(草圖、曲線、曲面、實體等)，然后建立新組件，最后把幾何模型加入到新建的組件中。
4.基于UG/WAVE的網(wǎng)絡(luò)并行工程
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為并行工程帶來了新的內(nèi)涵，UG/WAVE技術(shù)為此提供了一個橋梁，允許產(chǎn)品的設(shè)計者們分布在不同的區(qū)域，并行對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計。首先在服務(wù)器利用UG軟件建立產(chǎn)品模型，需要確定產(chǎn)品的主要參數(shù)，以及產(chǎn)品各零件之間的約束關(guān)系，并將其傳遞給分布在不同地域的各個節(jié)點，然后節(jié)點的設(shè)計師根據(jù)產(chǎn)品功能要求，對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計，零部件之間的約束關(guān)系，可以通過UG/WAVE來關(guān)聯(lián)。如圖2所示。
圖2 網(wǎng)絡(luò)并行工程示意圖
5 實例說明
現(xiàn)以推進(jìn)器設(shè)計為例說明UG/WAVE在參數(shù)化設(shè)計中的作用，首先創(chuàng)建一個裝配文件assemble.prt，在裝配中添加一個底蓋文件down.prt，然后以底蓋文件為工作部件，對底蓋進(jìn)行設(shè)計，如圖3所示，
圖3 底蓋設(shè)計
接下來，在裝配中添加一個頂蓋文件top.prt，以top.prt為工作部件，通過WAVE建立與down.prt之間的聯(lián)系,利用“鏡像體”可得到如圖4所示結(jié)果。建立起top.prt與down.prt之間的約束關(guān)系，當(dāng)down.prt的參數(shù)發(fā)生變化時，top.prt的參數(shù)也隨之改變，從而達(dá)到參數(shù)化設(shè)計要求。
圖4 頂蓋關(guān)聯(lián)設(shè)計
6 結(jié)束語
利用 UG/WAVE 技術(shù)，概念設(shè)計在總體布置階段只需給出產(chǎn)品的外形、主要參數(shù)以及產(chǎn)品中零部件之間的約束關(guān)系，后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計和工藝設(shè)計等工作可以并行開展，也可網(wǎng)絡(luò)并行設(shè)計，無需過多考慮結(jié)構(gòu)上的細(xì)節(jié)。概念設(shè)計的意圖通過控制幾何參數(shù)傳遞到整個設(shè)計團(tuán)隊中去，可以隨時修改在設(shè)計中出現(xiàn)的問題。當(dāng)產(chǎn)品的高層設(shè)計需要更改時，通過控制結(jié)構(gòu)快速的遞到詳細(xì)設(shè)計的設(shè)計平臺中去，為產(chǎn)品的快速開發(fā)提供了有力的技術(shù)支持。
WAVE 技術(shù)的關(guān)鍵是對設(shè)計意圖的正確理解和約束關(guān)系的定義。因此，在產(chǎn)品開發(fā)的初期應(yīng)該考慮周全、定義合理、層次清晰，只有這樣才能提高產(chǎn)品開發(fā)的效率。(E-works)